مدیریت بحران

مدیریت بحران

تحلیل و ارزیابی آسیب‌پذیری مخازن فولادی تحت بارگذاری انفجاری و تعیین حریم امن (مطالعه موردی: مخزن آمونیاک)

نوع مقاله : مطالعه موردی

نویسندگان
علی مصطفوی زاده 1
محمدیاسر رادان 2
قاسم دهقانی اشکذری 2
بهنام صالحی 1
ناصر جمشیدی 3
1 داﻧﺶآﻣﻮﺧﺘﻪﮐﺎرﺷﻨﺎﺳﯽارﺷﺪ ﻣﻬﻨﺪﺳﯽ ﭘﺪاﻓﻨﺪ ﻏﯿﺮﻋﺎﻣﻞ، داﻧﺸﮕﺎه صنعتی مالک‌اشتر، تهران، ایران
2 استادیار، مجتمع دانشگاهی پدافندغیرعامل، داﻧﺸﮕﺎه صنعتی مالک‌اشتر، تهران، ایران
3 رئیس پدافند غیرعامل و مدیریت بحران، شرکت ملی صنایع پتروشیمی، تهران، ایران
چکیده
اقدامات تروریستی در زیرساخت‌های ملی ازجمله تهدیدات جدی است که ذهن بسیاری از مسئولان را در کشورها متوجه خودساخته است. صنعت نفت و گاز ازجمله زیرساخت‌های کشورها به شمار رفته و نقش بسیار مهمی را در توسعه اقتصاد یک کشور ایفا می‌کنند؛ ازاین‌رو صیانت از آن‌ها امری ضروری به شمار می‌رود. امروزه مخازن فولادی در بسیاری از صنایع مختلف ازجمله صنایع نفت و گاز مورداستفاده قرار می‌گیرند، مخازن فولادی ازجمله سازه‌هایی صنعتی هستند که به‌واسطه‌ی ماهیت مواد ذخیره‌شده در آنها به‌صورت بالقوه در معرض خطر حریق و انفجار قرار داشته و هرگونه آسیب در آنها ایمنی کل مجموعه را تهدید می‌کند. علی‌رغم پیشرفت‌های چشمگیر مختلف فناوری‌ و ورود تجهیزات جدید، هنوز هم مؤلفه فاصله به‌عنوان یک اصل مهم و تأثیرگذار در ناکامی دشمن شناخته‌شده و از مهم‌ترین اقدامات در حوزه حفاظت از مراکز حساس و حیاتی ایجاد فاصله امن (Stand Off) در برابر بارهای انفجاری (بار مبنا) است. در پژوهش پیشرو نظر به اینکه نتایج پژوهش می‌تواند برای بهبود وضعیت سطح آسیب‌پذیری مورداستفاده قرار گیرد می‌توان گفت پژوهش حاضر کاربردی است. براین‌اساس در این مطالعه، به بررسی تأثیر بارگذاری‌های انفجاری بر روی یک نمونه مخزن فولادی جدار نازک (مگا مخزن آمونیاک) و تعیین حریم امن مناسب برای مقابله با تهدیدات احتمالی پرداخته‌شده است. با استفاده از تحلیل‌های دینامیکی و مدل‌سازی عددی به کمک نرم‌افزار Abaqus نسخه 6.22 (منتشرشده در سال 2022)، رفتار مخازن فولادی تحت شرایط مختلف بارگذاری انفجاری مورد ارزیابی قرارگرفته است. با تجزیه‌وتحلیل و ارزیابی شروع آسیب در بدنه مخزن و همچنین مقایسه نمودارهای PEEQ (کرنش پلاستیک معادل)، Von mises (تئوری فون مایسز) و JCCRT (معیار شروع آسیب جانسون - کوک) آسیب‌های وارده بر جداره مخزن ارزیابی شد و فاصله Stand Off تعیین شد، نتایج حاصل از این پژوهش، دیدگاه‌های نوینی در زمینه حفاظت مخازن در برابر حوادث انفجاری ارائه می‌کند.
کلیدواژه‌ها
مخازن فولادی
تحلیل دینامیکی
کرنش پلاستیک
تئوری فون مایسز
فاصله Stand Off

موضوعات

عنوان مقاله English

Analysis and Evaluation of Vulnerability of Steel Tanks Under Explosive Loading and Determination of Safe Distance (Case Study: Ammonia Tank)

نویسندگان English

Ali Mostafavi zadeh 1
Mohammad Yaser Radan 2
Ghasem Dehghani Ashkezari 2
Behnam Salehi 1
Naser Jamshidi 3
1 Former Graduate Student of Passive Defense Engineering, Malek Ashtar University of Technology, Tehran, Iran
2 Assist. Prof., Faculty of Passive Defense, Malek Ashtar University of Technology, Tehran, Iran
3 Head of Passive Defense and Crisis Management Section, NPC, Tehran, Iran
چکیده English

Terrorist actions in the national infrastructure are among the serious threats that have turned the minds of many officials in the countries towards themselves. The oil and gas industry is one of the infrastructures of countries and they play a very important role in the development of a country's economy. Therefore, protecting them is considered essential. Today, steel tanks are used in many different industries, including the oil and gas industries, steel tanks are among the industrial structures that are potentially exposed to the risk of fire and explosion due to the nature of the materials stored in them, and any damage to them affects the overall safety. It threatens the collection. Despite various significant technological advancements and the introduction of new equipment, distance remains a crucial and influential component in thwarting enemy actions. One of the most important measures in the field of protecting sensitive and vital centers is creating a safe distance (Stand Off) against explosive loads (design basis loads). In the present study, considering that the research results can be used to improve the vulnerability level, it can be said that the research is practical. Accordingly, this study examines the effects of explosive loading on a sample thin-walled steel tank (mega ammonia tank) and determines a suitable safe distance to counter potential threats. Using dynamic analysis and numerical modeling with Abaqus version 6.22 (released in 2022), the behavior of steel tanks under different explosive loading conditions was evaluated. By analyzing and assessing the initiation of damage on the tank's body and comparing the PEEQ (Equivalent Plastic Strain), Von Mises (Von Mises Theory), and JCCRT (Johnson-Cook Damage Initiation Criterion) charts, the damage inflicted on the tank's shell was assessed, and the Stand Off distance was determined. The results of this research provide new insights into the protection of tanks against explosive incidents.

کلیدواژه‌ها English

Steel Tanks
Dynamic Analysis
Plastic Strain
Von Mises Theory
Stand Off Range
  1. Olanipekun, I. O., & Alola, A. A. (2020). Crude oil production in the Persian Gulf amidst geopolitical risk, cost of damage and resources rents: is there asymmetric inference. Resources Policy, 69, 101873. doi: https://doi.org/10.1016/j.resourpol.2020.1018732. Eskandari, M., & Alidoosti, A. (2019). Investigating the Factors That Reduce the Urban Gas Pipeline Vulnerability to Explosion Threats. Journal of Disaster and Emergency Research, 2(1), 17–28. https://doi.org/10.18502/jder.v2i1.567
  2. Zio, E. (2018). The future of risk assessment. Reliability Engineering & System Safety, 177, 176-190. https://doi.org/10.1016/j.ress.2018.04.020
  3. Krane, J. (2020). Security amid Instability: Oil Markets and Attacks in the Persian Gulf. Georgetown Journal of International Affairs 21, 120-128. https://dx.doi.org/10.1353/gia.2020.0010.
  4. Akrami, V., Norouzi, M., & Teymour-Moghaddam, S. (2021). A parametric study on the axial load carrying capacity of dented cylindrical columns. Modares Civil Engineering Journal,21(4),19-33. URL: http://mcej.modares.ac.ir/article-16-46293-en.html
  5. Siah Mansour, A., & Hosseini, S. A. (2024). Evaluation of blast-induced progressive collapse in steel structures with conventional braces, moment-resisting braces, and buckling-restrained braces using LS-DYNA. Journal of Engineering Structures. https://doi.org/10.1186/s44147-024-00536-1
  6. Kodur, V. K. R., & Banthia, N. (Eds.). (2015). Response of Structures Under Extreme Loading: Proceedings of the Fifth International Workshop on Performance, Protection & Strengthening of Structures Under Extreme Loading (PROTECT 2015), DEStech Publications, Inc. ISBN: 978-1605952277.
  7. Dadkhah, H., & Mohebbi, M. (2023, May). Effect of stand-off distance on blast fragility of steel moment-resisting buildings. In Structures (Vol. 51, pp. 1694-1705). Elsevier. https://doi. rg/10.1016/j.istruc.2023.03.118
  8. Razavi Tosee, S. V., Moghadam, M., & Shahrbanouzadeh, M. (2021). Investigation of hoop stresses of fluid storage RC tanks under explosion by consideration of liquid surface movements. Journal of Civil and Environmental Engineering. doi: 10.22034/jcee.2021.41085.1957.

10- مقدم، ح.، شعبانلو،م.، ساعدی داریان، ا. (1399). بررسی آثار ناشی از انفجار بر ساختمان‌های دارای سیستم دیوار برشی‌ فولادی طراحی‌شده برای مقاومت در برابر بارهای متعارف لرزه‌ای. مجله مهندسی عمران شریف، 36.2(3.1), 117-129. doi: 10.24200/j30.2019.53613.2562

11- بهنام فر، ف.، مرادی، ر.، هاشمی، ش. (1398). بررسی رفتار دینامیکی مخازن استوانه‌ای بتنی ذخیره مایع تحت اثر حرکت افقی و قائم زلزله. تحقیقات بتن، 12(1), 39-57. doi: 10.22124/jcr.2018.8259.1221

12- حمزه، م.، خسروی، ف.، پسران بهبهانی، ح. (1397). بررسی اثر انفجار بر روی سگمنت‌های بتنی تونل‌های مرزی. دانشکده پدافند غیرعامل - دانشگاه امام حسین (ع)، 9(3)، 349-358. DOR: 20.1001.1.26762935.1397.9.3.9.8

13- کرمی، م.، سروقد مقدم، ع.، ضیایی، م. (1395). تحلیل آسیب‌پذیری مخازن بتنی ذخیره سیال تحت اثر انفجار هوایی. رفتار سازه‌ها در برابر انفجار، پژوهشگاه بین‌المللی زلزله‌شناسی و مهندسی زلزله، دانشگاه صنعتی خواجه‌نصیرالدین طوسی، 7(1)، 45-58. DOR: 20.1001.1.26762935.1395.7.1.5.6

14- گلاری ساروقانی، ل؛ و نوایی نیا، ب. (1391). تعیین ضریب رفتار مخزن‌ها بتنی استوانه‌ای با استفاده از تحلیل فرآیند غیرخطی. نشریه مهندسی عمران دانشگاه بابل، 23(2)، 123-135. بهار و تابستان. doi: 10.22067/civil.v23i2.17009

  1. Cheng, R., Chen, W., & Hao, H. (2024). Performance of double-arch tunnels under internal BLEVE. Underground Space, 9(2), 123–137. https://doi.org/10.1016/j.undsp.2024.01.006
  2. F. Saifi, S. M. Anas, R. Tahzeeb, M. Shariq و M. Alam, "Numerical investigation of blast loading effects on a thin-walled cylindrical steel storage tank", Mater. Today Proc., 2024, doi: https://doi.org/10.1016/j.matpr.2024.04.001.
  3. Khalil, M. (2024). Advanced seismic modeling and analysis of flat-bottom cylindrical steel silos interacting with stored granular-like materials. Depositolegale, 36(1), 89–101. https://hdl.handle.net/20.500.14242/65009
  4. Rosin, J., Stocchi, A., Bruckhaus, N., Heyner, J., Weidner, P., & Waas, T. (2024). Cylindrical Steel Tanks Subjected to Long-Duration and High-Pressure Triangular Blast Load: Current Practice and a Numerical Case Study. Applied Sciences, 14(8), 3465. https://doi.org/10.3390/app14083465
  5. Cui, T., Wang, Y., & Xu, G. (2024). The Storage Tank Explosion Damage and the Effectiveness of Control Measures in the Chemical Industrial Parks of Smart Cities. Electronics, 13(14), 2757. https://doi.org/10.3390/electronics13142757
  6. Bhattacharyya, R., Russian, O., Dereli, O., & Ozbey, M. (2024). A finite element analysis-based approach for blast-resistant design of LNG containment tanks. Structures, 59, 105757. https://doi.org/10.1016/j.istruc.2023.105757
  7. Sun, Y., Wang, C., Wang, W., & et al. (2023). Dynamic response analysis of a small-scaled ACLNG storage tank under penetration and explosion loadings. Acta Mechanica Sinica, 39(5), doi: 10.1007/s10409-023-23110-x.
  8. Ali, E., & Althoey, F. (2022). Numerical investigation on blast response of cold-formed steel framing protected with functionally graded composite material. Buildings, 12(2), 118. https://doi.org/10.3390/buildings12020118
  9. Li, X., Chen, G., Khan, F., Lai, E., & Amyotte, P. (2022). Analysis of structural response of storage tanks subject to synergistic blast and fire loads. Journal of Loss Prevention in the Process Industries, 80, 104891. https://doi.org/10.1016/j.jlp.2022.104891
  10. Al-Yacouby, A. M., Hao, L. J., Liew, M. S., Ratnayake, R. M. C., & Samarakoon, S. M. K. (2021). Thin-walled cylindrical shell storage tank under blast impacts: Finite element analysis. Materials, 14(22), 7100. https://doi.org/10.3390/ma14227100
  11. Chen, G., Wang, F., Zhou, C., & et al. (2020). Dynamic response analysis of large arch-roof oil tank subjected to the coupling impact of two-source blast waves based on finite element method. Journal of Failure Analysis and Prevention, 20(3), 333-347. https://doi.org/10.1007/s11668-020-00833-w
  12. Jiang, Y., Zhang, B., Wei, J., & Wang, W. (2020). Study on the dynamic response of polyurea coated steel tank subjected to blast loadings. Journal of Loss Prevention in the Process Industries, 67, 104234. https://doi.org/10.1016/j.jlp.2020.104234
  13. Yan, C., Zhai, X. M., & Wang, Y. H. (2019). Numerical study on the dynamic response of a massive liquefied natural gas outer tank under impact loading. Journal of Zhejiang University Science A, 20(6), 823-837. https://doi.org/10.1631/jzus.A1900172
  14. Lee, S., Kim, B., & Lee, Y.-J. (2019). Seismic fragility analysis of steel liquid storage tanks using earthquake ground motions recorded in Korea. Mathematical Problems in Engineering. https://doi.org/10.1155/2019/6190159
  15. Li, Y., Zhang, L., Dengbao, X., Zhao, T., Du, Z., Wu, W., & Fang, D. (2019). Experiment and numerical study on dynamic response of liquid cabin under internal blast loading. Thin-Walled Structures, 145, 106405. https://doi.org/10.1016/j.tws.2019.106405
  16. Yao, S., Zhang, D., Lu, Z., Lin, Y., & Lu, F. (2018). Experimental and numerical investigation on the dynamic response of steel chamber under internal blast. Engineering Structures, 168, 877-888. https://doi.org/10.1016/j.engstruct.2018.03.067
  17. Rajendran, A. M. Failure of Brittle Materials Under Shock and Impact: Experiments and Modelling. Springer Nature.: https://link.springer.com/content/pdf/10.1007/978-981-97-7026-7.pdf
  18. Orlov, M. Y. (2024). Proceedings of the XII All Russian Scientific Conference on Current Issues of Continuum Mechanics and Celestial Mechanics: XII CICMCM, 15-17 November 2023, Tomsk, Russia (Vol. 1067). Springer Nature. https://books.google.com/books?hl=en&lr=&id=F1f-EAAAQBAJ&oi=fnd&pg=PR5
  19. Tamiru, T., Seid, S., Bogale, D., & Ashuro, B. (2023). Damage modeling and failure analysis of glass fiber-reinforced composite cylindrical laminates using continuum damage mechanics. Journal of Failure Analysis and Prevention, 23(4), 1527-1537., doi: 10.1007/s11668-023-01689-6.
  20. Pedroso, A. F., Sebbe, N. P., Costa, R. D., Barbosa, M. L., Sales-Contini, R. C., Silva, F. J., ... & de Jesus, A. M. (2024). INCONEL® Alloy Machining and Tool Wear Finite Element Analysis Assessment: An Extended Review. Journal of Manufacturing and Materials Processing, 8(1), 37. doi: 10.3390/jmmp8010037.
  21. F. E. M. Agency و U. S. D. of H. Security, Risk Management Series: Risk Assessment - A How-To Guide to Mitigate Potential Terrorist Attacks Against Buildings, 26 January 2013. U.S.: Createspace Independent Publishing Platform, 2005.
مدیریت بحران
دوره 14، شماره 1 - شماره پیاپی 29
شماره پیا پی 29 بهار 1404
بهار 1404
صفحه 76-110

  • تاریخ دریافت 02 مرداد 1403
  • تاریخ بازنگری 09 بهمن 1403
  • تاریخ پذیرش 21 بهمن 1403