液化石油气储罐的可靠性分析.pdf

第 3 9卷第 1期 2 0 1 0年 1月 石油化工设备 PETR0一 CHE M I C AL EQUI PMENT 文 章 编 号 1 0 0 0 7 4 6 6 2 0 1 0 O 1 0 0 3 5 0 4 液化石油气储 罐 的可靠性分析 肖 冰 ，江 楠 华南理工 大学 机械 与汽车工程学 院，广 东 广州 5 1 0 6 4 0 摘要研 究了采取统计试验法对液化石油气储罐进行可靠性分析的基本原理， 并结合 可视化程序 设计 语 言 VB编制钢 瓶 可靠性 分析 程序 ， 实现 了对 液 化 石 油 气储 罐 进行 定量 评 价 并预 测 储罐 实际 D。 一3 2 5 mm， 计算 不 问的厚 径 比 a ／ D。 及 裂纹 长 度 n ／ D。 条件 下 的止裂 系数 ， 其关 系 曲线见 图 6 。 图 6 裂 纹 管 道 参 数 对 止 裂 系数 的影 响 由图 6可知 ， 止 裂 系数 -厂随 着壁 厚 的减 小 而 减 小 ， 随着裂 纹长度 的增 大 而减小 ， 即采 用 上述参 数进 行套管止裂修复时， 壁厚较薄 、 裂纹长度较长的管道 能够获得 更好 的止 裂效 果 。 对 穿 透裂 纹 管道 采 用 套 管修 复 法 止裂 ， 在上 述 条 件下 的止裂 系数 - 厂可 由下 式计算 得 出 一 1 ． 2 56 7 D o 0 ． O 2 5 1 其 中 B 1 8 3 e s 一 s 2 0 。 5 3 5 ． 6 e 2 ． 8 3 1 o _ o ． e 3 公 式 1 的 适 用 范 围 为 0 ． 0 2 ≤ 8 ／ D。 ≤ 0 ．1 、 0 ． 1 ≤a ／ D。 ≤0 ． 6 。 3 结 语 采用 有 限元 分 析方法 ， 对 套管 止裂 性能 进行 了 一 ． - 4 -””- 4-””“ ” 分 析计 算 ， 并 以止裂 参 数 _厂作 为衡 量 套 管止 裂 效 果 的物理 量进 行讨 论 ， 对 于 2 种 不 同 的套 管形 式 ， 给 出 了各 自的推 荐条 件 。 1 对 于长度 较 长 的裂 纹 ， 可 以采用 靠近 裂纹 中 心 位置对 称施 加 套 管 法 改 善管 道 性 能 ， 套 管 的 起 始 位 置位 于距 离裂纹 中心 ] ／ 5裂 纹半 长时 能够 获得 最 佳的止裂效果 ， 套管厚度与 长度越大 ， 止裂性能越 好， 实际操作需要考虑成本、 施工等因素。 2 对 于包 覆裂 纹 中心 的全 套管结 构 ， 推荐 采用 与裂 纹管 道 等 壁 厚 套 管 完 全 包 覆 裂 纹 区域 进 行 止 裂。在推荐条件下 ， 止裂参数与裂纹管道管径无关 ， 与裂纹 管 道壁厚 和 裂 纹 长度 有 关 ， 其 值 可 以用 -厂拟 合 公式 进行 计算 。 参考文 献 [ 1 ] 白真权 ， 王献垄 ， 孔杰． 含缺陷管道补强修 复技术发展及应用 现状分析[ J ] ． 石油矿场机械 ， 2 0 0 4 ， 3 3 1 4 1 4 3 C 2 ]陈秀玲 ， 陈亚伟． 石 油埋地 旧管道 修复技术 [ 刀． 管道技术 与设 备 ， 1 9 9 9 ， 3 2 6 3 0 ． [ 3 ] J o h n F Ki e f n e r ． C o mp o s i t e R e i n f o r c e me n t S l e e v e s S p e e d P i p e l i n e Re p a i r s [ J ] ． P i p e l i n e Di g e s t ， 1 9 9 5 ， 1 6 6 7 ． [ 4 ]陈艳芳 ， 李 国胜 ， 张红兵 ， 等． 管道 修复技术 在 中原油 田的研究 与应用l J ] ． 管道技术 与设备 ， 2 0 0 3 ， 3 2 8 3 O ． [ 5 ] GB ／ T 1 9 6 2 4 2 0 0 4 ， 在用含缺陷压力容器安全评定I s ] ． [ 6 ] 闫兴清． 加强筋止裂性能研究及管件极限载荷计 算[ D] ． 大连 大连理工大学化工学院 ， 2 0 0 8 ． E 7 ] 喻健 良， 闫兴清． 加强筋对 含裂纹 平板 的止裂性能研 究[ J ] ． 石 油化 工设备 ， 2 0 0 8 ， 3 7 5 1 2 - 1 6 ． r 8 ] El e c t r i c Po we r Re s e a r c h I n s t i t ut e ． Du c t i l e Fr a c t ur e Ha n d b oo k Vo 1 ． 2 [ M] ．C a l i f o r n i a R e a e a r c h R e p o r t s C e n t e r P r e s s ， 1 9 9 0 ． 许编 收稿 日期 2 0 0 9 0 7 2 8 作者简介 肖 冰 1 9 8 4 一 ， 女 ， 福建 南平 人 ， 硕士研究 生 ， 主要从事油气储运工程加 注技 术与装备工作 。 O 1 O O N 2 O V O 9 8 7 6 5 4 3 2 1 L n n n n n n n n n 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 石油化工设备 2 0 1 0 年第 3 9卷 工作性能， 对生产有一定的实际参考价值。 关 键词 储罐；液化石油气；可靠性 ；统计试验法 中图分 类号 T Q 0 5 3 ． 2 文献标 志码 A Re l i a b i l i t y An a l y s i s o f LPG Ta n k XI AO Bi ng， J I ANG Na n S o u t h Ch i n a Un i v e r s i t y o f Te c h n o l o g y，Gu a n g z h o u 5 1 0 6 4 0 ，Ch i n a Ab s t r a c t Th e f u n d a me n t a l s t o ma k e r e l i a b i l i t y a n a l y s i s o f L PG t a n k wi t h M o n t e Ca r l o me t h o d we r e i nve s t i g a t e d， a nd a r e l i a bi l i t y a n a l ys i s of LPG t a n k p r o c e d u r e wa s c o m b i ne d wi t h VB p r o gr a m t o c omp i l e VB l a n gu a ge ． I t a c t u a l i z e s q u a nt i f i e d a na l y s i s o f LPG t a n k a n d f or e c a s t s pr a c t i c a l wo r k c a p a b i l i t y ．S o i t ha s gr e a t a pp l i e d v a l u e i n pr o du c t i o n． K e y wor ds t a nk； LPG ； r e l i a b i l i t y； M o nt e Ca r l o me t h od 随着我 国石 油化 工工业 的发 展 以及 国家 原油 战 略储备库项 目的实施 ， 石油及石油产品在生产 、 生活 中的应用越来越广泛 ， 各类油库 、 加油加气站 日益增 多。储罐是储存散装 油或液化气最重要 的设备， 钢 瓶储存液化气也是 当前家庭应用最普遍 的一种储存 液化石 油气 的方 式 ， 若 液 化石 油 气 钢 瓶一 旦 发 生 突 发事故 ， 将会导致严重的人员伤亡和财产损失 ， 社会 影响也是难 以估量 的。因此 ， 有必要对液化石油气 钢瓶进行可靠性研究分析 ， 找出危险因素 ， 从而提出 安全对策以便采取相应的措施 以确保其安全运行 ， 为企 业及社 会 减灾 防灾提 供理 论依据 口 ] 。 1 液化石 油气储 罐 钢 瓶 可 靠性 分 析方 法 综 述 可靠性是部件 、 元件、 产品或系统的完整性 的最 佳度量 ， 是指在规定条件下、 规定时问内完成规定功 能 的能 力 ] 。可靠 性 分 析 就是 一 种 系 统地 、 定 量 地 描述所 要分 析 系统 的风 险 ， 并 在 此 基 础上 提 出对该 系统改 进 的方法 。对 于 这 种 描述 ， 评估 方 法 的 价值 决定 于分析 者对 所 分析 系统 的 了解 、 掌握 的数 据 是 否全面及计算可靠程度 的方法。 常用 的可靠 性分 析方法 大致 有定 量分 析法 和定 性分析法两种。定量分析法也称概率分析法， 包括 纯概率分析法和近似概率分析法 ， 其 中纯概率分析 法主 要有精 确解 析法 和统计 试 验法 。定 性 分析法 主 要有 故障 影 响 和 危 害 度 分 析 法 F ME C A 、 事 故 树 分析 法 F T A 等 ] 。 目前 ， 石油化工行业常见 的储罐出现的故 障问 题有 ①钢 瓶质 量差 。如 钢瓶外 观涂 层破 损 ， 底 部腐 蚀 ， 环缝不 够严 密 ， 错 边量 超标 ， 有 咬边 、 凹陷和 弧坑 等缺陷。②过量充装 。由此发生钢瓶破裂爆炸。③ 硫化 物应 力腐 蚀 开 裂 S S C C 。一 般 出现 在 液 化气 储罐 或 卧罐 内壁 。④ 孔 蚀 等 腐蚀 问题 _ 4 ] 。为 此 ， 针 对液化气钢瓶的检验和可靠性分析不仅应考虑钢瓶 强度 ， 还应 进行疲 劳校 核及 计算钢 瓶 的使用 寿命 。 液化石油气钢瓶的失效或发生故障往往涉及到 多 因素效 应交互 作 用 的 复杂 情 况 ， 一 般不 容 易 构 造 成数 学模 型 ， 因此选 用统计 试验 法求 解 ， 可 有效地 寻 求故障的主要影响因素 ， 强化薄弱环节， 提高系统或 质量 的可 靠性 。 2 理论分析 2 ． 1基本公式 液 化石 油气钢 瓶安 全评 定和分 析 的基本 目标是 在一定 的可靠度 下保证 其危 险断 面上所 受 的抗力小 于许用应力 ， 否则 ， 容器将由于未满足可靠度要求而 导致失效。在正常工作的恒幅载荷作用下 ， 储罐的 应力计算按下式进行 在 一0处 ] 一 1 O “ 2 一 筹 一 ＼ J 式 中 、 分 别 为 轴 向 和周 向应 力 ， 为钢 瓶 承 受 压 力 ， P a ； R 为 钢瓶 筒 体 半径 ， 为 壁厚 ， H 为钢 瓶 长 度 的 1 ／ 2 ， m。 判定钢瓶能否正常使用 ， 采用的极限方程式 以 为基准 -z 一 1一筹 0 ㈣ 式 中 ， r为钢瓶 爆破 压力 ， P a 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 期 肖 冰 ， 等 液化石油气储罐 的可靠性 分析 2 ． 2统计试验法 定 量分 析法 中 的统计 试验 法是 将 随机数 赋予各 种适当的物理含义 ， 将各种随机过程 的概率特征与 数学分析问题的解答联系起来。这种方法 的核心问 题 是构 造模 拟 的概率模 型 ， 并产 生 随机数 ， 然后 统计 处理模 拟 的结果 [ 5 , 6 3 。 相 类 比于其 他可靠 性 分析 法 ， 其 优点 ①具 有模 拟 随机 现象 的特 点 ， 并 能够 应 用 于计 算 复 杂 随机 变 量 函数 的概 率分 布 和数 字 特 征 ， 检 验 各 种 多 元 统计 分析方法处理的效果， 模拟时间序列 、 随机过程 ， 寻 求最优化参数 。②针对 可靠度的计算 方法使用方 便 、 结果 可靠 ， 随着 计算 机软 、 硬件 技术 不断 发展 ， 随 机 问题 在 计算机 仿 真上 可 以得到较 为完 善 的模 拟和 解答 ， 统计 试验 法 的计算 费用 也在 不断 下降 。 由于结 构 的制 造 、 测 量 甚 至计 算 成 本 都不 可 避 免地受 各种 因素 的影 响而 引 起 误差 。因 此 ， 在 进 行 分析研 究 时 ， 应 把有关 的统计量 看做 随机 变 量 ， 用 统 计试验 法计 算抽 样 值 ， 这 样 研 究结 果 更 接 近 于 实 际 工程 问题 。 2 ． 3 函 分布特征 应 用统 计试 验法 首先 要求 明确 各 随机变 量 的分 布 特征 ， 下 面介绍 使 用较 为 广 泛 的正 态 分 布 和对 数 正态 分 布 。 2 ． 3 ． 1 正 态 分布 随机 变量 为正态 分 布 的概 率 为 f x - 唧[ 一 ] 一 。 。0中。这样抽样值满足 U 极 限方 程次 数和抽 样次 数 的 比值 即为设 备可靠 度 。 3 ． 4结 果分 析 当爆破 压 力 P 与 工 作 压 力 比值 P ／ p≥ 2 时 ， 结果 如下 1 对 于 YS P 一 1 0型 的 钢 瓶 ， 可 靠 度 为 R 一 P O 一9 9 ． 4 7 6 0 ， 失效概 率 F t 一P 0 一9 8 ． 7 8 8 0 ， 失效概率 F 一P 0 一1 一 R ￡ 一1 ． 2 1 2 0 ％。 计 算结 果说 明 ， 该 企业 的 YS P 一 1 0型 和 YS P 一 1 5 型液化 石油 气钢 瓶具 有 较 高 的可靠 度 ， 能够 满 足企 业 较长 时 间的设 备运行 要求 。 4 结 语 在结合液化石油气钢瓶设备特点和工作性能的 基础 上 ， 提 出 了可靠性 分析 方法 ， 选用 统计试 验法 建 立概率 模 型 、 随机抽 样 、 统 计 结 果 ， 并 结 合 可视 化 程 序设计 语 言 V B编制 了液化 石油 气钢 瓶可 靠性 分 析 的程 序 。通过 与生产 使用 中钢瓶 的实际效 率对 比与 核实 ， 得 出预 测 工 作 性 能 与 实 际 的工 作 性 能一 致 。 从经济上考虑 ， 运用统计试验法对液化石油气钢瓶 进行可靠性分析计算费用下降， 减少 了材料损耗 ， 降 低 了成本 。因此 ， 具 有十 分重要 的 意义 。 参 考 文 献 [ 1 ] 杨光辉． 大型油 罐火 灾爆炸 危害 性研究 [ D] ． 东营 中国石油 华东 大学 ， 2 0 0 7 ． [ 2 ] 赵众． 可靠性工程E M] ． 北京 石油工业出版社， 1 9 9 7 ． E 3 ] [ E1 ]盐见弘． 可靠性工程基础[ M] ． 北 京 科学 出版社 ， 1 9 8 2 ． [ 4 ] 石仲谋． 石油 液化气 钢瓶腐蚀 穿孔 失效分析 E J ] ． 石 油化工设 备 ， 1 9 9 9 ， 2 8 5 1 9 - 2 1 ． [ 5 ] 戴树和 ， 王明娥． 可靠性工程及其 在液化石油气 钢瓶 中的应 用 [ M] ． 北京 化学工业出版社 ， 1 9 8 7 ． [ 6 ] 黎锁平． 运用蒙特卡洛方法求解随机性问题 [ J ] ． 甘肃工业大学 学报 ， 2 0 0 1 ， 2 7 2 9 5 9 7 ． [ 7 ] B i n d e r K． Mo n t e C a r l o Me t h o d s i n S t a t i s t i c a l P h y s i c s [ M] ． Ne w Yo r k Sp r i n g e r Ve r l a g，Be r l i n He i d e b e r g， 1 9 86 71 8 2 ． 许编 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m