储罐在定期检修、清洗、改造等施工之前,需对内部的油蒸汽进行置换,现场凭经验进行置换作业的方式效率低且发生事故概率较高。同时,当前的检测方法难以测出罐内油蒸汽最大浓度,这也对储罐油蒸汽置换安全造成巨大威胁。针对以上问题,本文对各类储罐的油蒸汽置换规律及安全评价方法进行了研究。为保证置换过程的安全高效,首先根据置换过程的特点,建立油蒸汽置换数学模型,通过对现场典型储罐开展模拟研究,预测了其油蒸汽浓度的三维动态分布,确立了几种常用储罐的油蒸汽置换规律,其计算结果与实验数据误差在5%以内。为使研究结果适用于不同结构、不同容量的储罐,通过正交数值模拟开展了不同组合因素下置换规律的研究。研究发现进气管的深度和进出气口距离置换的最优位置,并发现储罐容量、进气时间及进气速率对置换效果的影响较大,据此确立了油蒸汽置换作业的最佳方案。为使计算速度满足工程实时计算要求,同时为预测出罐内的最大浓度点,以数值模拟的结果为样本,通过神经网络进行训练,实现了储罐置换过程中油蒸汽最大浓度点的快速预测,在满足计算精度的前提下,对于不同方案的加速倍数在384~1694倍之间,达到了工程上实时预测的要求。提出一种计算机快速预测和现场检测相结合的安全评价方法,解决了现场检测难以检测出罐内油蒸汽浓度最高点的问题。编制了储罐油蒸汽处理预测及安全评价软件,该软件可综合安全性、经济性和环保性优选置换方案,使成果更便于现场运用。本文将为各类储罐的高效安全置换提供参考。