基于设备易损性理论的化工园区重大事故多米诺效应防控原理

The damage probability of target equipment impacted by external thermal radiation, blast wave or missiles generated from adjacent unit fires or explosions is theoretical base and core for domino effect accidents prevention and control in chemical industrial parks, which is taken as equipment vulnerability in this project. Through researching on the damage model of target equipment impacted by domino effect parameter and its damage criterion, and the relationship between damage probability of target equipment and strength of domino effect parameter impacting, build a basic and systematic theory for equipment vulnerability aimed at supporting for the general research of target equipment. Based on the equipment vulnerability theory, establish a vulnerability analyzing model respectively for target equipment impacted by thermal radiation, blast wave and missiles, revealing the uncertainty principles that is how it is damaged in dynamics way, improving the reliability and accuracy of calculated data. Based on the equipment vulnerability theory, propose a model to analyze and predict the prevention and control effect of domino effect accidents in chemical industrial parks, explore a valuable new way to research on the control measures for domino effect accidents.

目标设备在火灾热辐射、爆炸冲击波、爆炸碎片影响下发生破坏失效的概率是化工园区多米诺效应事故预防控制研究的理论基础和重要依据，课题针对目标设备易损性问题，通过研究目标设备在多米诺效应事故参数影响下发生破坏失效的模式及其对应的破坏失效判断准则，以及目标设备发生破坏失效的概率与多米诺效应事故影响参数强度之间的关系，构建设备易损性分析的基本理论体系，为目标设备的易损性分析提供一般性的理论基础与方法支持；基于设备易损性理论，分别构建目标设备在火灾热辐射、爆炸冲击波、爆炸碎片影响下的易损性分析模型，揭示目标设备发生破坏失效动力学过程的不确定性规律，提高计算结果的可信度与精确度,克服现有方法没有考虑目标设备发生破失效的概率与设备破坏失效模式及其严重程度之间关系的缺点；基于设备易损性分析模型，构建化工园区多米诺效应事故控制及效果的预测分析方法，为化工园区多米诺效应事故预防与控制开拓新途径。

目标设备在火灾热辐射、爆炸冲击波、爆炸碎片影响下发生破坏失效是化工园区多米诺效应事故发生的主要原因之一，而破坏失效的概率是多米诺效应事故防控研究的理论基础和重要依据。因此，本项目开展化工园区多米诺效应事故发生原理与预防控制研究，具有十分重要的现实意义和工程应用价值。.构建了设备易损性理论体系。架构了“设备易损性分析”一般理论与方法，即设备易损性体系，主要包括设备易损性基本概念、典型设备易损性分析方法、多致损因子耦合作用以及设备易损性评价体系。. 分析了火灾热辐射、爆炸冲击波、爆炸碎片作用下目标设备破坏失效规律。对已开展的火灾环境过程设备破坏失效实验进行比较与统计分析及规律总结。针对竖直钢板热响应，研究集中温度参数模型的构建过程和假设条件。构建了火灾环境过程设备热响应与破坏失效通用基础模型。构建了定量表征爆炸荷载规律的爆炸荷载强度模型（BLIM）与爆炸破坏强度模型（BDIM）。建立了爆炸冲击波作用拱顶罐的有限元模型，研究了爆源高度与内部油液高度对储罐抗爆性能的影响。进行尖头碎片撞击小尺寸储罐模拟实验，得到了尖头碎片撞击小尺寸储罐的穿透形貌、穿透能量以及穿孔直径，并推导出尖头碎片剩余速度公式。建立爆炸碎片撞击大型拱顶罐的有限元模型，研究了储罐容积、撞击位置与爆炸碎片的类型、速度、质量、撞击角等参数对储罐动力学响应的影响规律。. 构建了火灾热辐射、爆炸冲击波、爆炸碎片作用下目标设备易损性分析模型。构建了LPG卧罐的两节点集中温度参数模型。基于热量平衡原理导出LPG卧罐的稳定状态，应用一次可靠度法与响应面法，建立了静态可靠性分析模型。基于随机扩散过程和首次穿越失效理论，建立了动态可靠性分析模型。综合考虑材料特性、结构尺寸、爆炸荷载、结构响应的不确定性，运用LS-DYNA与蒙特卡罗方法，建立了基于随机有限元的爆炸冲击波易损性分析模型。基于最大塑性应变准则构建了目标储罐在爆炸碎片撞击作用下的破裂失效极限状态方程，并绘制了目标储罐在爆炸碎片撞击下的易损性曲线。. 综合多米诺效应分析及其它过程安全技术，提出多米诺效应防控五级递阶策略的系统工程方法（1–泄漏频率控制；2–安全距离与容量限制；3–设备易损性评价与安全设计；4–保护层简化定量风险评价与控制；5–区域多米诺效应定量风险评价与控制）。