立式着火储罐失效时间估算方法、装置、电子设备及存储介质与流程

本发明涉及石化安全工程，特别涉及一种立式着火储罐失效时间估算方法、装置、电子设备及存储介质。

背景技术：

1、目前，在对常压立式储罐火灾方面，主要的研究集中在火灾对周边的影响，包括热辐射强度等参数，缺少对着火储罐结构安全的研究。现有技术中针对着火储罐失效，大多采用实验判断的形式，判断着火储罐的失效模式，由于费用成本的问题，不可能采用多次大尺寸实验的方式，构建着火储罐失效时间数据库和快速估算模型。

2、例如，中国专利申请cn106802336a公开了一种着火储罐失效模式研究系统和研究方法，该系统包括测试着火储罐应力应变以及储罐壁温度实验装置和利用热模拟试验机测定构件的热疲劳特性、蠕变特性以及屈服强度，判断着火储罐失效模式装置。通过测取着火储罐的应变以及温度，进而通过建模得到整个储罐的应变和温度；利用热模拟试验机测量试件的屈服强度、弹性模量、整体变形随时间变化曲线等，利用相应的准则和失效模式特性，判断储罐失效模式。但该方案无法得出着火储罐的失效时间，同时，由于大尺寸实验耗费巨大，无法进行多次大尺寸实验，也无法获得着火储罐失效时间的快速估算模型。

3、储罐火灾现场，需要耗费大量水资源，有时由于水供应不足，可能会把水用在灭火方面，对于着火储罐的冷却可能会减缓甚至暂停，为此，需要研究着火储罐在没有水喷淋冷却情况下，可能发生的失效破坏时间，从而为现场应急救援提供支持。

4、因此，亟需一种立式着火储罐失效时间估算方法，通过计算特定工况下着火储罐的失效时间以及构建失效时间估算模型，对储罐的失效时间进行快速计算，以便为现场应急救援提供数据支持。

5、公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种立式着火储罐失效时间估算方法，通过计算特定工况下着火储罐的失效时间以及构建失效时间估算模型，对失效时间进行快速计算，以便为现场应急救援提供重要的数据支撑。

2、为实现上述目的，根据本发明的第一方面，本发明提供了一种立式着火储罐失效时间估算方法，包括如下步骤：a、在特定工况下进行结构建模并模拟储罐火灾，通过设置储罐燃烧介质的特性参数获得储罐热辐射强度和周边温度分布数据；b、将储罐热辐射强度和周边温度分布数据作为边界条件，获取罐壁温度分布数据；c、根据罐壁温度分布数据以及罐壁材料属性参数进行罐壁热应力和屈曲分析，获得屈曲失稳的临界温度和屈曲失效时间t1，并获得热应力作用下塑性失效的临界温度和塑性失效时间t2；d、利用模拟得到的罐壁温度和热应力，采用罐壁相同材质的构件进行蠕变试验，判断构件是否发生断裂并获取断裂时间t3；e、比较t1、t2以及t3，采用最小值作为失效时间t；f、通过失效时间t以及储罐燃烧介质的不同液位、储罐尺寸数据构建失效时间估算模型，并利用估算模型估算储罐燃烧介质在发生火灾时不同类型的储罐发生失效的时间。

3、进一步，上述技术方案中，步骤c中，屈曲失稳的临界温度和屈曲失效时间t1的获取可具体包括如下步骤：c11、将罐壁温度分布数据导入储罐结构模型中并划分网格，设置罐壁材料在不同温度下的材料属性参数；c12、计算储罐的屈曲模态并以屈曲模态引入初始缺陷，采用弧长法计算储罐的屈曲失稳的临界温度和屈曲失效时间t1。

4、进一步，上述技术方案中，步骤c中，塑性失效的临界温度和塑性失效时间t2的获取具体包括如下步骤：c21、将罐壁温度分布数据导入储罐结构模型中并划分网格，设置罐壁材料在不同温度下的材料属性参数；c22、通过静力学分析，获取储罐材质在热应力作用下发生塑性失效的临界温度，并确定塑性失效时间t2。

5、进一步，上述技术方案中，步骤d中，构件为未经热处理的、与储罐材质相同的构件，构件可分为三种，具体包括：自然构件、表面设置切割裂纹的构件以及中间切断并进行焊接的构件。

6、进一步，上述技术方案中，步骤f中，失效时间估算模型为以失效时间t为因变量、储罐液位和储罐尺寸为自变量拟合的二元一次函数关系式，具体如下：

7、t＝ah+bv+c                                          公式(1)；

8、其中，t为失效时间；h为储罐液位，％；v为储罐尺寸。

9、进一步，上述技术方案中，步骤a中的特定工况可具体包括储罐中燃烧介质的类别、储罐液位高度以及储罐尺寸。

10、进一步，上述技术方案中，步骤a中的储罐燃烧介质的特性参数可包括燃烧热、尾气中的co含量、烟雾含量以及热释放速率；储罐热辐射强度和周边温度分布数据通过相应位置设置的虚拟传感器获取。

11、进一步，上述技术方案中，步骤a中的结构建模工具可采用火灾动力学模拟软件。

12、进一步，上述技术方案中，步骤b中的罐壁温度分布数据获取还与罐壁内外侧的空气对流以及罐壁内外侧发出的热辐射两个因素相关，空气对流通过传热系数表征，热辐射通过发射率表征。

13、进一步，上述技术方案中，步骤b中的罐壁温度分布数据通过固体传热分析软件进行模拟。

14、进一步，上述技术方案中，步骤c中的罐壁热应力和屈曲分析可借助结构仿真软件进行分析。

15、进一步，上述技术方案中，步骤c中的罐壁材料属性参数可包括泊松比、杨氏模量、热膨胀系数、比热容、传导系数以及屈服强度。

16、根据本发明的第二方面，本发明提供了一种立式着火储罐失效时间估算装置，包括：热辐射及周边温度获取模块，其用于在特定工况下进行结构建模并模拟储罐火灾，通过设置储罐燃烧介质的特性参数获得储罐热辐射强度和周边温度分布数据；罐壁温度分布数据获取模块，其用于将储罐热辐射强度和周边温度分布数据作为边界条件，获取罐壁温度分布数据；塑性及屈曲分析计算模块，其用于根据罐壁温度分布数据以及罐壁材料属性参数进行罐壁热应力和屈曲分析，获得屈曲失稳的临界温度和屈曲失效时间t1，并获得热应力作用下塑性失效的临界温度和塑性失效时间t2；构件蠕变试验模块，其用于利用模拟得到的罐壁温度和热应力，采用罐壁相同材质的构件进行蠕变试验，判断构件是否发生断裂并获取断裂时间t3；失效时间获取模块，其用于比较t1、t2以及t3，采用最小值作为失效时间t；估算模型构建模块，其用于通过失效时间t以及储罐燃烧介质的不同液位、储罐尺寸数据构建失效时间估算模型，并利用估算模型估算储罐燃烧介质在发生火灾时不同类型的储罐发生失效的时间。

17、根据本发明的第三方面，本发明提供了一种立式着火储罐失效时间估算电子设备，包括：至少一个处理器；以及与至少一个处理器通信连接的存储器；其中，存储器存储有可被至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器执行如前述的立式着火储罐失效时间估算方法。

18、根据本发明的第四方面，本发明提供了一种非暂态计算机可读存储介质，非暂态计算机可读存储介质存储有计算机可执行指令，所述计算机可执行指令用于使所述计算机执行如前述的立式着火储罐失效时间估算方法。

19、与现有技术相比，本发明具有如下一个或多个有益效果：

20、1)本发明的立式着火储罐失效时间估算方法利用模拟仿真和材料试验，研究多尺寸、多介质、多液位的着火储罐失效时间，并拟合得出失效时间快速估算模型，可有效指导储罐火灾现场事故救援；

21、2)本发明通过判断是否发生塑性失效和失稳失效，从罐体整体结构角度判断着火储罐失效，通过判断罐壁材料是否会发生蠕变断裂、裂纹扩展断裂以及焊缝开裂，从材料学角度判断是否失效，从多角度进行综合判断，使得失效时间的估算更为贴近真实值；

22、3)本发明通过估算模型的构建，可以快速进行现场失火时的失效时间的估算，为现场救援提供更有力的支持。

23、上述说明仅为本发明技术方案的概述，为了能够更清楚地了解本发明的技术手段并可依据说明书的内容予以实施，同时为了使本发明的上述和其他目的、技术特征以及优点更加易懂，以下列举一个或多个优选实施例，并配合附图详细说明如下。