Оцінка впливу температурного навантаження на тріщиностійкість резервуара з напівеліптичною тріщиною

Jazyk: angličtina
Rok vydání: 2022
Předmět:
Zdroj: Strength of Materials and Theory of Structures; No. 108 (2022); 87-96
Опір матеріалів і теорія споруд; № 108 (2022); 87-96
ISSN: 2410-2547
DOI: 10.32347/2410-2547.2022.108
Popis: Reservoir parks are the main place of storage of petroleum products. There has been a tendency transition to the use of larger tanks in recent years, which is economically justified. However, it is leads to fire risk increase to accumulate large quantities of petroleum products. Tank fire is one of the most dangerous emergency event, which can lead not only to significant material damage but also to ecological human losses in case of spreading of fire to other tanks. To ensure safety and test the bearing capacity in these conditions determination of the stress-strain state in such tanks must be performed taking into account the temperature load. If there is an initial crack in the tank wall the assessment of crack resistance should be performed. In a previous work the authors determined the stress intensity factor (SIF) distribution along the semi-elliptical crack front in the RVS-5000 tank under hydrostatic pressure. The estimation of a stress-strain state of a steel vertical tank with an initial semi-elliptical crack under the thermal loading is performed in this article. It is suppoused that the part of wall of the tank, located closest to the fire epicenter, is heated unevenly in height: from 300 degrees at the top to 200 degrees at the bottom. On the other part of the tank the temperature reaches 70 degrees. The temperature within wall thickness is considered constant. Given the asymmetric nature of the temperature distribution, a discrete model was developed for the entire tank. After determining the stress-strained state in the whole tank under hydrostatic pressure and temperature load, a fragment with a semi-elliptical crack was calculated separately. The stresses determined from the calculation of the whole tank are used like an external load, applied on fragment boundaries. The difference of results of direct and energetic method of SIF calculation are in the range of 5%. Taking into account the temperature loading leads to an increase in the SIF values by about 20 % in comparison to the results of the calculation only under hydrostatic pressure.
Резервуарні парки на сьогоднішній день є основним місцем зберігання нафтопродуктів на нафтопереробних заводах та підприємствах транспорту. Велике скупчення нафтопродукту на відносно невеликій площі резервуарного парку призводить до підвищеної пожарної небезпеки на таких підприємствах. Пожежа в резервуарі є однією з найнебезпечніших надзвичайних ситуацій , що може призвести не лише до значних матеріальних збитків але і до людських втрат. В останні роки спостерігається тенденція переходу до резервуарів більшої ємкості, що економічно обґрунтовано. В свою чергу, у випадку виникнення пожежі в таких резервуарах підвищується небезпека її перекидання на інші резервуари. Визначення напружено-деформованого стану (НДС) в таких резервуарах потрібно виконувати із врахуванням температурного навантаження. В деяких резервуарах при цьому можуть бути дефекти у вигляді тріщин. В таких випадках оцінка НДС в них виконується на основі підходів механіки руйнування. В попередніх дослідженнях авторами було визначено розподіл коефіцієнтів інтенсивності напружень (КІН) вздовж фронту напівеліптичної тріщини в резервуарі РВС-5000 від дії гідростатичного тиску. В даній статті продовжено дослідження тріщиностійкості даного резервуару із врахуванням температурного навантаження, що виникає внаслідок пожежі сусіднього резервуара. Визначення КІН відбувалося прямим та енергетичним методами. Температура стінки чверті резервуара, що розташована найближче до епіцентру пожежі, змінюється по висоті від 300 градусів у верхній частині до 200 градусів у нижній частині. На іншій частині резервуара температура сягає 70 градусів. Оскільки товщина стінки є досить малою, то температура в її межах вважається постійною. Враховуючи несиметричний характер розподілу температур, дискретна модель розроблена для всього резервуара. Після визначення НДС в цілому резервуарі, окремо був проведений розрахунок фрагмента з напівеліптичною тріщиною. В якості зовнішнього навантаження прикладено напруження, що визначені із загального розрахунку резервуара на гідростатичний тиск та температурне навантаження. Отримані результати прямого та енергетичного методів відрізняються в межах 5%. Врахування температурного навантаження призводить до збільшення значень КІН приблизно на 20 відсотків порівняно із результатами розрахунку лише на гідростатичний тиск.
Databáze: OpenAIRE
Externí odkaz: