以天然气、氢气等为代表的清洁燃料在能源和化工领域使用非常广泛,对于以液体形式储存该类物质的储罐属于重大危险源,一旦发生破裂事故,将给周围设施和人员带来极大危害。易燃介质泄漏引发的火灾,是引起液体储罐发生破裂事故的原因之一,受多方面原因综合影响,火烧条件下储罐的破裂主要有局部开裂和整体开裂两种形式,其中整体开裂容易引发沸腾液体扩展蒸气爆炸(BLEVE),产生冲击波和抛射碎片。因此,揭示液体储罐失效过程的影响因素以及引发整体开裂失效的条件,对于易燃液体罐区爆炸事故预防和紧急救援具有重要的理论和现实意义。本文针对金属储罐长时间暴露在高温环境中的温度与压力响应和失效问题,通过开展小型储罐火灾实验,以压力容器本身充装率,火灾现场环境作为切入点,从压力响应、温度响应、泄放模式、宏观爆炸分析、微观材料分析等方面入手,对储罐失效模式进行研究。主要工作和结论如下:(1)自主设计并搭建了小型卧式储罐火烧实验平台,主要包括卧式储罐(内部介质为水)、用于控制储罐受火面积的防护装置、支撑结构以及可控火灾环境(以煤油为燃料)。实验中使用静压传感器和高频动态压力传感器对储罐内部的压力上升情况以及泄放时刻压力变化进行监测,使用热电偶记录储罐温度变化,使用摄影机对火灾实验全程实时监控,同时使用高速摄影仪对泄放过程进行采集。(2)用实验方法研究了火灾环境下影响储罐失效形式的因素及其影响规律,主要包括储罐充装率、受火面积及火灾现场风向。结果发现,卧式储罐充装率较低时,破坏形式倾向于局部开裂;充装率较高时,储罐存储能量更多,容器倾向于整体破裂;储罐受火面积较小时,储罐承压时间较长,倾向于发生整体开裂,当受火位置主要为气相壁面时,难以在储罐内部形成整体的自然对流循环,导致储罐失效时间相对气液相壁面同时受火的情况提前;环境风影响导致储罐受火面积减小,易发生整体开裂。总之,火灾环境对液体储罐失效的影响是一个涉及罐体及罐内介质气-液-固耦合传热传质的过程。(3)局部开裂的储罐,裂口沿储罐轴线方向延伸,开裂机理主要是储罐顶部局部高温区域材料性能退化,出现减薄直至在薄弱区间发生韧性断裂,断口形貌主要呈现拉伸特征。对于整体失效的储罐,储罐整体变形量与有限开裂相比较大,产生初始裂口后裂纹更易于扩展,储罐断口在主裂方向上呈现拉伸和剪切两种形貌特征。储罐破裂后,有限裂口泄放时间明显长于整体开裂,整体开裂失效形式中压力反弹更加剧烈,储罐失效前内部压力越高,爆炸产生的威力更加巨大。