بررسی عددی اثر انفجار مواد منفجره قوی بر مخازن تحت‌فشار افقی، قائم و کروی

نوع مقاله: علمی - پژوهشی

نویسندگان

1 کارشناس ارشد مهندسی عمران، دانشکده مهندسی عمران و محیط زیست، دانشگاه تربیت مدرس، تهران، ایران

2 دکتری مهندسی عمران، پژوهشگر دانشگاه جامع امام حسین(ع)، تهران، ایران

3 استادیار، دانشگاه جامع امام حسین(ع)، تهران، ایران

چکیده

تأسیسات نفت، گاز و پتروشیمی از تأسیسات استراتژیک در صنعت به شمار می‌روند و لزوم بررسی مسائل مربوط به پدافند غیرعامل در مورد تجهیزات به‌کاررفته در تأسیسات فوق از اولویت‌های هر کشوری می‌باشد. انفجار ناشی از اقدامات خرابکارانه و یا بمباران هوایی از مهم‌ترین عوامل تأثیرگذار بر بررسی مسائل مربوط به پدافند غیرعامل در این تأسیسات به شمار می‌رود. در این تحقیق به بررسی اثر انفجار ناشی از مواد منفجره قوی بر مخازن تحت‌فشار مستقر در تأسیسات فوق پرداخته‌شده است. ابتدا صحت نتایج حاصل از به کار بردن روش کانوپ برای اعمال بار انفجار خارجی مورد اعتبار سنجی قرارگرفته و سپس جهت اعمال بار به بدنه مخازن استفاده‌شده است. نتایج این تحقیق نشان می‌دهد که به‌طورکلی مخازن تحت‌فشار قائم آسیب‌پذیری بسیار بیشتری نسبت به مخازن تحت‌فشار افقی و کروی در مقابل بار انفجار دارند و استفاده از این نوع از مخازن می‌تواند باعث کاهش میزان ایمنی در مقابل خطرات احتمالی باشد. همچنین مخازن تحت‌فشار افقی مقاومت و ایمنی بیشتری نسبت به مخازن تحت‌فشار کروی دارا می‌باشند. همچنین بدنه مخزن مقاومت بسیار خوبی در مقابل انفجارات خارجی دارد و محتمل‌ترین سناریو خطر، آسیب دیدن پایه‌ها و درنتیجه جابجایی جانبی مخزن می‌باشد. در ادامه فاصله‌مقیاس شده ایمن از منابع قابل‌انفجار، جهت استفاده در طراحی و جانمایی مخازن تحت‌فشار در تأسیسات نفتی و گازی ارائه می‌گردد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Numerical Analysis of High Explosive Explosion on Horizontal, Vertical and Spherical Pressure Vessels

نویسندگان [English]

  • Seyed Hamed Khalilpour 1
  • Mohammad Fayyaz 2
  • Ferydoon Khosravi 3
1 MSc of Civil Engineering, Department of Civil Engineering, Tarbiat Modares University, Tehran, Iran
2 PhD, Department of Civil Engineering, Emam Hosein University, Tehran, Iran
3 Assistant Professor, Department of Civil Engineering, Emam Hosein University, Tehran, Iran
چکیده [English]

Oil, gas and petrochemical facilities are strategic industry facilities, and their passive defense issues are of high priority in every country. Explosions due to sabotage or aerial bombardments are of the most important factors in considering issues related to passive defense in the abovementioned facilities. In this study, the effect of blast loading on pressure vessels is investigated. In this regard, the results of ConWep method for applying an external blast load, are validated. Then, it is used as the loading method in the study. The results of this study clearly indicate that the vertical pressure vessels are more vulnerable than horizontal and spherical pressure vessels against the blast load. Therefore the use of these types of pressure vessels can reduce safety against potential hazard. The horizontal pressure vessels are more vulnerable than spherical pressure vessels against the blast load.
In addition, the body of the pressure vessel shows splendid resistance against external explosions, and the most likely risk scenario is damage to the saddles which results in lateral displacement of the vessel. The following safe scaled distance from explosive sources of pressure vessels in oil and gas facilities offered.

Keywords:
Pressure Vessel
HE Explosion
Oil and Gas Facilities
Numerical Analysis
Passive Defense

کلیدواژه‌ها [English]

  • Pressure vessel
  • HE Explosion
  • Oil and Gas Facilities
  • Numerical analysis
  • passive defense

[1] U.S. Army Corps of Engineers, (2008). Structure to Resist the Effects of Accidental Explosions. Washington: Department of Defense, 50-100.

[2] Yasseri, S. (2015). Blast Pressure Distribution Around Large Storage Tanks. Blast information Group, 67,133-144.

[3] Giglio, M. (1997). Spherical Vessel Subjected To Explosive Detonation Loading. International Journal of Pressure Vessels and Piping, 74, 83-88.

[4]  Mazaheri, K.; Mirzaei, M. and Biglari, H. (2006) .Transient Dynamic Response Of tubes To Internal Detonation Loading. Journal of Sound and Vibration, 297, 106-122.

[5] Mirzaei, M. (2008).Failure Analysis of an Exploded Gas Cylinder. Engineering Failure Analysis, 15, 820-834

[6]  Mirzaei, M. (2008). On Amplification Of Stress Waves In Cylindrical Tubes Under Internal Dynamic Pressures. International Journal of Mechanical Sciences, 50, 1292-1303.

[7] Dyer, J. N. ; Raibagkar, A.; Kolbe, M. ; Salzano, E. (2012). Blast Damage Considerations for Horizontal Pressure Vessel and Potential for Domino Effects. Chemical Engineering Transactions. 26, 87-93.

[8] Mirzaei, M.; Malekan, M.; Sheibani, E. (2013). Failure Analysis and Finite Element Simulation of Deformation and Fracture of an Exploded CNG Fuel Tank. Engineering Failure Analysis, 30, 91-98.

[9] American Petroleum Institute, (2006), recommended practice for planning, designing and constructing fixed offshore platforms–working stress design. Washington: API, 30-100

[10] American Petroleum Institute, (2006), Recommended Practice for The Design of Offshore Facilities Against Fire and Blast Loading. Washington: API, 75-100

[11] Brewerton, R.(1999) .Explosion Resistant Design of Offshore Structures–Technical Note 4; London: Blast Information Group, 50-75.

[12] Chen, A.(2012) .Structural response to vapour cloud explosions. Doctor of Philosophy, Department of Civil and Environmental Engineering, Imperial College London.

[13] Neuberger, A.; Peles, S.; Rittel, D. (2007) .Scaling The Response of Circular Plates Subjected To Large and Close-Range Spherical Explosions. Part I: Air-Blast Loading. International Journal of Impact Engineering, 34, 859-87.