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浮式生产储油卸油装置(Floating Production Storage and Offloading unit,FPSO)作为一种专门用于油气生产的装置,凭借其在技术和经济方面的优势,迅速成为油气生产领域的主要装备之一。FPSO的油气处理、原油外输等工程中,容易发生油气泄漏进而形成可燃气云,极易引发严重的爆炸事故,危及人员生命、设备结构安全。基于风险的设计技术逐步成为海洋工程设计发展趋势,作为风险分析中主要环节之一,开展油气爆炸后果分析及结构抗爆性能分析,为抗爆结构的设计提供了参考意义。本文首先研究了基于CFD的油气爆炸后果仿真分析技术,然后利用该技术分析了FPSO上层工艺模块油气泄漏事故及其导致的油气爆炸后果,并讨论了各关键因素的影响规律;最后数值仿真分析了 FPSO结构在爆炸载荷下的动态响应和损伤特性。本文主要工作及结论归纳如下:(1)广泛调研近年来国内外海洋工程油气爆炸以及结构抗爆性能研究的发展趋势,分别从爆炸起因、物理机制、冲击波等方面对爆炸载荷特性进行了分析,并讨论了各参数对爆炸强度的影响,在此基础上提出了一些有效降低爆炸强度的手段,为海洋平台抗爆设计提供了 一些参考。(2)总结并分析了国内外油气爆炸主要分析方法,发现CFD方法是研究油气爆炸最有效的方法;结合实验数据验证了 FLACS模拟油气泄露以及爆炸的有效性,并采用FLACS对某油气处理模块油气泄漏、爆炸事故进行了数值仿真分析,形成了基于FLACS的油气爆炸后果仿真分析技术。(3)针对FPSO工艺模块较高的泄漏、爆炸风险,利用FLACS对原油热处理器失效引发的油气泄漏事故进行了数值模拟,探讨了风速、风向、泄漏速率、气体密度对油气扩散行为的影响规律;在此基础上,对可燃气云在不同点火源下的爆炸过程进行了分析,发现点火源所处环境的空间限制以及阻塞度对爆炸超压的影响较大。(4)采用ABAQUS软件分析了生活楼和防爆墙在爆炸载荷作用下的动态响应和损伤特性,发现生活楼的迎爆面和主甲板交界处是抗爆性能的薄弱环节;进一步分析了载荷参数以及载荷加载方向对防爆墙动态响应大小的影响,结果表明防爆墙的响应大小受压力和冲量的共同影响;针对传统方法采用位移作为损伤评估指标的不足,采用基于应变的抗爆损伤评估指标,并建立了防爆墙的P-I曲线。