توسعه توابع شکنندگی دو متغیره برای سیستم های لوله در مجتمع های صنعتی

حسینی, سید محمود; قلیانی, احسان

doi:10.22065/jsce.2019.154421.1694

توسعه توابع شکنندگی دو متغیره برای سیستم های لوله در مجتمع های صنعتی

نوع مقاله : علمی - پژوهشی

نویسندگان

¹ دانشیار، پژوهشگاه بین المللی زلزله شناسی و مهندسی زلزله، تهران، ایران

² دانشکده مهندسی، گروه مهندسی عمران، بخش مهندسی سازه، دانشگاه آزاد اسلامی واحد تهران جنوب، تهران، ایران

10.22065/jsce.2019.154421.1694

چکیده

ازآنجاییکه پالایشگاه یکی از ارکان اساسی در صنعت نفت و گاز محسوب میشود، بررسی آسیبپذیری تجهیزات پالایشگاهی، شامل لوله ها، مخازن و ... در برابر عوامل تهدیدکننده از جمله حوادث طبیعی بسیار حائز اهمیت است. این مساله بخصوص درکشور لرزه خیزی همچون ایران، از اهمیت مضاعفی برخوردار میباشد. در این پژوهش، یک مطالعة موردی با هدف ارزیابی آسیبپذیری لرزه ای قسمتی از سیستم لولة واحد آیزوماکس پالایشگاه تهران، انجام شده است. بدین منظور در گام اول جمع آوری اطلاعات، کلیة نقشه های ایزومتریک مربوط به خطوط لوله در پالایشگاه، بمنظور تعیین مشخصات مصالح، ابعاد هندسی و بارهای موجود گردآوری شده است. در گام دوم، خط لوله موردنظر در نرم افزار اجزاء محدود آباکوس تحت بارگذاریهای گرانش، فشارداخلی و با درنظرگرفتن اثر هرسه مولفة 157 رکورد زلزله تحت تحلیل تاریخچه زمانی دینامیکی قرارگرفته است و در گام سوم با دریافت خروجی تنش بیشینه خط لوله، برای هر 157 رکورد زلزله با بکارگیری روش تحلیلی، منحنیهای شکنندگی تک متغیره ترسیم شده است بطوریکه این منحنیها احتمال خرابی سیستم لوله را با تغییر مقادیر شتاب و یا سرعت بیشینه بصورت جداگانه نشان میدهند. سرانجام، توابع شکنندگی دومتغیره (سطوح شکنندگی) نیز که احتمال خرابی سیستم لوله را با تغییر مقادیر شتاب و سرعت بیشینه به صورت همزمان نشان می دهد، ترسیم شده است. با این هدف، بیشینه تنش فون مایسز در سیستم لوله به عنوان شاخص خرابی استفاده شده و مطابق آیین نامه ASME، تنش مجاز به عنوان آستانه محاسبه احتمال فراگذشت در نظر گرفته شده است. نتایج حاکی از آن است که استفاده از دو پارامتر زلزله در تهیة منحنی های شکنندگی، نتیجه قابل اطمینان تر و واقعی تری را ارائه می دهد. همچنین نتایج حاصل از تحلیل های دینامیکی تاریخچة زمانی برروی سیستم لولة مورد بررسی نشان میدهد که دو قطعه زانویی در سیستم خط لولة مورد بررسی بیشترین آسیب را میبینند.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

مهندسی سازه و زلزله

عنوان مقاله [English]

Development of Two-Variable Fragility Functions for Piping Systems in Industrial Plants

نویسندگان [English]

Mahmood Hosseini ¹
Ehsan Ghalyani ²

¹ Associate professor, Structural Engineering Research Centre, International Institute of Earthquake Engineering and Seismology (IIEES), Tehran, Iran

² Faculty of Engineering, Civil Engineering Department, Structural Engineering Group , Islamic Azad University, Tehran South Branch, Tehran, Iran

چکیده [English]

Regarding that refineries are essential facilities in oil and gas industries, evaluation of their equipment’s vulnerability, including piping systems, tanks and … subjected to natural hazards is of great importance. This issue is more crucial in Iran as a highly seismic country. In this research a case study has been carried out with the aim of seismic evaluation of a part of piping system of Isomax unit of Tehran oil refinery. For this purpose, first all required information and drawing maps have been gathered to identify the materials’ characteristics, geometry, and applied loadings. Then, the considered piping system has been modeled in ABAQUS finite element software, subjected to gravity, internal pressure and 3-component earthquake acceleration records of 157 earthquakes, by time history analyses (THA). In the third stage, by using the maximum von Mises stress in the piping system for all 157 cases of THA, the single-variable fragility curves, once by using PGA, and once more using PGV as the IM, have been developed. Finally, the two-variable fragility function (fragility surface) has been developed for the piping system. Results show that the two-variable fragility functions are much more reliable than single-variable ones. Results also show that the two knees in the piping system are the more vulnerable parts.

کلیدواژه‌ها [English]

Fragility Curve
Two-variable Fragility Function
Fragility Surface
Time history Analyses
Isomax unit of Tehran refinery

مراجع

[1] Krausmann, Elisabeth. (2010). The impact of the 12 May 2008 Wenchuan earthquake on industrial facilities. Journal of Loss Prevention in the Process Industries, 23, 242-248. doi:10.1016/j.jlp.2009.10.004

[2] Fu, Zhiwei. (2013). Study on Seismic Fragility Analysis for Piping of CEFR. Journal of Applied Mathematics and Physics, 1, 82-88. doi:10.4236/jump.2013.16016

[3] Lanzano, Giovanni. (2013). Seismic vulnerability of natural gas pipelines. Journal of Reliability Engineering and System Safety, 117, 73-80. doi:10.1016/j.ress.2013.03.019

[4] S. Razzaghi, Mehran. (2014). Probabilistic Seismic Safety Evaluation of Precode Cylindrical Oil Tanks. Journal of Performance of Constructed Facilities, 04014170. doi: 10.1061/(ASCE)CF.1943-5509.0000669

[5] Reza, M.S. (2014). Enhanced Seismic Performance of Non-Standard Bolted Flange Joints for Petrochemical Piping Systems. Journal of Loss Prevention in the Process Industries, 30, 124-136. doi: 10.1016/j.jlp.2014.05.011

[6] Gyu, Bub. (2014). Seismic Fragility Evaluation of Base Isolated Nuclear Power Plant Piping System. In: International Conference on Thin-Walled Structures. Busan, Korea: ICTWS2014,8 pages.

[7] Ju, Bu Seog. (2015). Seismic Fragility of Threaded Tee-Joint Connections in Piping Systems. Journal of Pressure Vessels and Piping, 132-133, 106-118. doi: 10.1016/j.ijpvp.2015.06.001

[8] Salimi Firoozabad, Ehsan. (2016). Seismic Fragility of APR1400 Main Steam Piping System. In: International Conference on Probabilistic Safety Assessment and Management. Seoul, Korea: PSAM 13,9 pages.

[9] Phan, Hoang Nam. (2016). Fragility Analysis Methods for Steel Storage Tanks in Seismic Prone Areas. In: International Conference on Pressure Vessels and Piping. Vancouver, British Columbia, Canada: ASME 2016,9 pages.

[10] Caprinozzi, Stefano. (2017).Univariate Fragility Models for Seismic Valnerability Assessment of Refinery Piping Systems. In: International Conference on Pressure Vessels and Piping. Waikoloa, Hawaii, United States: ASME 2017, 10pages.

[11] Zareei, Seyed Alireza. (2017). Evaluation of power substation equipment seismic vulnerability by multivariate fragility analysis: A case study on a 420 kV circuit breaker. Journal of Soil Dynamics and Earthquake Engineering, 92, 72-94. doi: 10.1016/j.soildyn.2016.09.026

[12] Moayeri, Hamed. and Forouzesh,Farinaz. (2014). Finite Element Analysis of Engineering Problems by Abaqus. Tehran:Danesh Bonyad, 805.

[13] Nowak, Andrzej S. and Collins,Kevin R. (2012). Reliability of Structures. New York: CRC Press, 407.

[14] Ghalyani, Ehsan. (2018). Development of two-variable fragility functions for piping systems in industrial plants. M.Sc. Islamic Azad University,South Tehran Branch.