CN103760306B - 一种受限空间油气热爆炸发生的预警和控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种受限空间油气热爆炸发生的预警和控制方法，以油气热爆炸发生时氧气快速消耗速率作为油气热爆炸发生的预警判据。通过监测到油气环境中氧气浓度消耗速率数据，并通过系统对这些数据进行分析处理，进而得到实时的油气环境安全状态。当判断出发生油气热爆炸的风险增加，向控制系统和/或现场人员发出警报。启动油气热爆炸控制系统后，采取压缩机冷风降温、惰性气体稀释吹扫、细水雾加湿等措施，破坏油气热爆炸发生的条件，使油气热爆炸得到有效控制。

Description

一种受限空间油气热爆炸发生的预警和控制方法

技术领域

发明涉及油气存储领域，特别是油气热爆炸发生的预警和控制。

背景技术

油气火灾爆炸事故一直是油料场所导致重大人员伤亡和经济损失的主要原因之一。大量油气火灾爆炸事故原因调查发现，油气在受限空间内（如油料洞库、油罐、坑道、地下隧道等）受局部热源而产生的燃烧爆炸是引发油气火灾爆炸类安全事故主要原因之一。本专利油气热爆炸就是指这种因局部高温热源导致油气场所局部温度累积从而引发的爆燃（炸）。这类热爆炸事故的诱因通常具有很强的隐蔽性，给涉油气场所的安全生产、人员生命财产等带来了严重的安全隐患。由于油气热爆炸危害大，环境条件特殊，其产生过程影响因素众多，机理复杂，目前尚缺少对油气热爆炸产生的有效预警和控制方法。

发明人依据大量的科学实验，分析了油气热爆炸发生的必要条件，得到了受限空间油气热爆炸发生的判据。这些条件和判据，提供了一种受限空间油气热爆炸发生的预警和控制方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种适于涉热源油气环境、对油气热爆炸有效预警的方法。

为实现本发明目的而采用的技术方案是这样的，一种受限空间油气热爆炸发生的预警方法，其特征在于，包括以下步骤：

1）在储存有油料的受限空间内安装氧气浓度监测装置，从0时刻开始每间隔1～2分钟检测一次该空间内的氧气浓度Y；

2）每采集到n个Y值，作出Y随时间T变化的（拟合）曲线图，即得到数据（Y₍₁₎，T₍₁₎），（Y₍₂₎，T₍₂₎）…（Y_(n)，T_(n)），所述T_(j)是与Y值对应的时刻，j＝1，2……n。从（Y₍₂₎，T₍₂₎）开始向前差分得到n-1个差分值其中：Y₍₁₎，Y₍₂₎…Y_(n)为连续采集到的n个Y值，T₍₁₎，T₍₂₎…T_(n)为Y₍₁₎，Y₍₂₎…Y_(n)对应的时刻；i为2，3…n。

3）将n-1个k₂，k₃…k_n及所对应的时刻T₍₂₎，T₍₃₎…T_(n)作图，并按时间顺序分别计算找出满足条件：时所对应的两个时刻T1和T2，所述T1和T2∈（T₍₁₎，T₍₂₎…T_(n)）。

4）根据T1和T2找出所对应的氧浓度Y1和Y2，则点（Y1，T1）和（Y2，T2）即为Y随T变化曲线图中的两个拐点。

5）对Y（Y₍₁₎，Y₍₂₎…Y_(n1)）和T（T₍₁₎，T₍₂₎…T_(n1)）进行线性拟合，得到；其中：T_(n1)∈（T₍₁₎，T₍₂₎…T_(n)）且T_(n1)≤T1，Y_(n1)∈（Y₍₁₎，Y₍₂₎…Y_(n)）且Y_(n1)与T_(n1)对应；

对Y（Y_(n2)，…Y_(n3)）和T（T_(n2)…T_(n3)）进行线性拟合，得到；其中：T_(n2)∈（T₍₁₎，T₍₂₎…T_(n)）且T1≤T_(n2)≤T_(n3)，Y_(n2)∈（Y₍₁₎，Y₍₂₎…Y_(n)）且Y_(n2)与T_(n2)对应；T_(n3)∈（T₍₁₎，T₍₂₎…T_(n)）且T_(n2)≤T_(n3)≤T2，Y_(n3)∈（Y₍₁₎，Y₍₂₎…Y_(n)）且Y_(n3)与T_(n3)对应；

对Y（Y_(n4)，…Y_(n)）和T（T_(n4)…T_(n)）进行线性拟合，得到；其中：T_(n4)∈（T₍₁₎，T₍₂₎…T_(n)）且T_(n4)≥T2，Y_(n4)∈（Y_(n4)…Y_(n)）且Y_(n4)与T_(n4)对应；

6）若|a₁|，|a₂|和|a₃|中任何一个值大于0.05%，则发出预警。

值得说明的是，本发明是根据大量油气热爆炸发生的实验数据作出的。大量实验研究表明，周围有热源的受限空间存储油气时，其时间与氧浓度的关系曲线划分为缓慢氧化段、快速氧化段和加速氧化段。而油气热爆炸最显著的特点是氧气消耗速度大于10^－1%/s，为了安全起见，取安全系数为0.8，即以热爆炸发生时氧气消耗速度的一半（0.05%/s）作为油气热爆炸发生的预警判据。

本发明由于采用上述技术方案，具有以下优点：

1）科学可靠：本发明建立在大量科学实验的基础上，提出的分析和控制判据科学可靠。

2）简单易行：可以基于上述方法提出简单易行的控制方法（如冷风吹扫通风、水雾加湿等），能有效控制受限空间油气热爆炸的发生。

本发明的另一个目的是基于上述预警方法的受限空间油气热爆炸发生的控制方法，即：当步骤5）发出预警信号时，执行以下A～C中一个或多个：

A）接通风机电源开关，风机将惰性气体源中的惰性气体吹扫至油气环境；

B）接通制冷压缩机电源开关，制冷压缩机将冷风吹扫至油气环境中；

C）打开雾化喷头管路上的电磁阀，水箱中的水在压力容器中高压空气压力的作用下，经过电磁阀、雾化喷头向油气环境中喷洒细水雾。

值得说明的是，上述方案的技术思想是，当监测到油气环境中氧气浓度消耗速率小于一定数值时，发生油气热爆炸的风险低，油气环境处于安全状态；当监测到油气环境中氧气浓度消耗速率达到阈值时，说明发生油气热爆炸的风险增加，此时启动油气热爆炸控制系统，采取压缩机冷风降温、惰性气体稀释吹扫、细水雾加湿等措施，破坏油气热爆炸发生的条件，使油气热爆炸得到有效控制。

附图说明

图1是油气热爆炸发生的预警和控制方法；

图2是油气热爆炸控制系统构成示意图；

图3是ki随T(i)的变化曲线图（其中i=2,3…20）。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明，但不应该理解为本发明上述主题范围仅限于下述实施例。在不脱离本发明上述技术思想的情况下，根据本领域普通技术知识和惯用手段，做出各种替换和变更，均应包括在本发明的保护范围内。

实施例1：

一种受限空间油气热爆炸发生的预警方法，包括以下步骤：

1）在储存有油料的受限空间内安装氧气浓度监测装置，从0时刻开始每间隔1分钟检测一次该空间内的氧气浓度Y，%；

2）采集到20个Y值，及对应20个时刻T，因此有20组数据，即（Y₍₁₎，T₍₁₎），（Y₍₂₎，T₍₂₎）…（Y_(n)，T_(n)）为：（19.78，1），（19.75，2），（19.66，3），（19.62，4），（19.58，5），（19.52，6），（19.48，7），（19.46，8），（18.35，9），（18.80，10），（18.30，11），（17.80，12），（17.30，13），（16.80，14），（16.23，15），（15.38，16）（14.53，17），（13.70，18），（12.90，19），（12.12，20）。对这20组数据“（Y₍₁₎，T₍₁₎），（Y₍₂₎，T₍₂₎）…（Y₍₂₀₎，T₍₂₀₎）”进行处理，即从（Y₍₂₎，T₍₂₎）开始向前差分得到19个差分值-0.03，-0.09，-0.04，-0.04，-0.06，-0.04，-0.02，-0.11，-0.55，-0.5，-0.5，-0.5，-0.5，-0.57，-0.85，-0.85，-0.83，-0.8，-0.78。

3）将19个k_i值（即k₂，k₃…k₂₀）及所对应的时刻T₍₂₎，T₍₃₎…T₍₂₀₎作图（如附图3所示），并按时间顺序分别计算出：3.00，0.44，1.00，1.50，0.67，0.50，5.50，5.00，0.91，1.00，1.00，1.00，1.14，1.49，1.00，0.98，0.96，0.96。找出满足条件：（Ⅰ）且（Ⅱ）时所对应的两个时刻T1和T2，即找出上述数据中5.00和1.49所对应的时刻T_（9）和T_（16）。实施例中，若满足条件（Ⅰ）和（Ⅱ）的值不是两个，则跳转到步骤2），重新获取20个Y值，及对应20个时刻T，进行判断。

4）根据T1和T2找出所对应的氧浓度Y1和Y2，即Y（9）和Y（16），因此点（19.35，9）和（15.38，16）即为Y随T变化曲线图中的两个拐点。

5）对Y（Y₍₁₎，Y₍₂₎…Y₍₈₎）和T（T₍₁₎，T₍₂₎…T₍₈₎）进行线性拟合，得到即a1=-0.048

对Y（Y₍₉₎，…Y₍₁₅₎）和T（T₍₉₎，…T₍₁₅₎）进行线性拟合，得到

对Y（Y₍₁₆，…Y₍₂₀₎）和T（T₍₁₆₎…T₍₂₀₎）进行线性拟合，得到

6）|a₁|=0.048，|a₂|=0.512和|a₃|=0.815，很明显|a₂|和|a₃|大于了0.05，应发出预警。

实施例2：

本实施例是基于实施例1所述预警方法的受限空间油气热爆炸发生的控制方法。

当步骤5）发出预警信号时，执行以下A～C中一个或多个：

A）接通风机电源开关，风机将惰性气体源中的惰性气体吹扫至油气环境；

B）接通制冷压缩机电源开关，制冷压缩机将冷风吹扫至油气环境中；

C）打开雾化喷头管路上的电磁阀，水箱中的水在压力容器中高压空气压力的作用下，经过电磁阀、雾化喷头向油气环境中喷洒细水雾。

进一步地，本实施例采用了一套油气热爆炸控制系统。具体地，该系统包括控制电脑、风机、惰性气体源、制冷压缩机、水箱、压力容器、雾化喷头、电磁阀和电源开关等部件。如图2所示。其工作过程为：当控制电脑得到启动油气热爆炸控制系统的指令后，同时完成三个动作，①接通风机电源开关。风机将惰性气体源中的惰性气体（如氮气、二氧化碳、燃烧废气等）吹扫至油气环境，达到稀释油气环境中的油气和氧气浓度的目的；②接通制冷压缩机电源开关。制冷压缩机将冷风吹扫至油气环境中，达到降低油气环境温度的目的；③打开雾化喷头管路上的电磁阀。水箱中的水在压力容器中高压空气压力的作用下，经过电磁阀、雾化喷头向油气环境中喷洒细水雾（要求粒径小于100μm），达到增大油气环境的湿度、降低油气环境的温度的目的。

Claims (2)

1.一种受限空间油气热爆炸发生的预警方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)在储存有油料的受限空间内安装氧气浓度监测装置，从0时刻开始每间隔1～2分钟检测一次该空间内的氧气浓度Y；

2)每采集到n个Y值，作出Y随时间T变化的曲线图，即得到数据(Y₍₁₎，T₍₁₎)，(Y₍₂₎，T₍₂₎)…(Y_(n)，T_(n))；从(Y₍₂₎，T₍₂₎)开始向前差分得到n-1个差分值其中：Y₍₁₎，Y₍₂₎…Y_(n)为连续的n个Y值，T₍₁₎，T₍₂₎…T_(n)为Y₍₁₎，Y₍₂₎…Y_(n)对应的时刻；i为2，3…n，n为自然数；

3)将n-1个k₂，k₃…k_n及所对应的时刻T₍₂₎，T₍₃₎…T_(n)作图，并按时间顺序分别计算找出满足条件：且(Ⅱ)时所对应的两个时刻T1和T2，所述T1和T2∈(T₍₁₎，T₍₂₎…T_(n))；若满足条件(Ⅰ)和(Ⅱ)的值不是两个，则跳转到步骤2)，重新获取n个Y值，及对应n个时刻T，进行判断；

4)根据T1和T2找出所对应的氧浓度Y1和Y2，则点(Y1，T1)和(Y2，T2)即为Y随T变化曲线图中的两个拐点；

5)对Y(Y₍₁₎，Y₍₂₎…Y_(n1))和T(T₍₁₎，T₍₂₎…T_(n1))进行线性拟合，得到Y_o2＝a₁t+b₁；其中：T_(n1)∈(T₍₁₎，T₍₂₎…T_(n))且T_(n1)≤T1，Y_(n1)∈(Y₍₁₎，Y₍₂₎…Y_(n))且Y_(n1)与T_(n1)对应；

对Y(Y_(n2)，…Y_(n3))和T(T_(n2)…T_(n3))进行线性拟合，得到Y_o2＝a₂t+b₂；其中：T_(n2)∈(T₍₁₎，T₍₂₎…T_(n))且T1≤T_(n2)≤T_(n3)，Y_(n2)∈(Y₍₁₎，Y₍₂₎…Y_(n))且Y_(n2)与T_(n2)对应；T_(n3)∈(T₍₁₎，T₍₂₎…T_(n))且T_(n2)≤T_(n3)≤T2，Y_(n3)∈(Y₍₁₎，Y₍₂₎…Y_(n))且Y_(n3)与T_(n3)对应；

对Y(Y_(n4)，…Y_(n))和T(T_(n4)…T_(n))进行线性拟合，得到Y_o2＝a₃t+b₃；其中：T_(n4)∈(T₍₁₎，T₍₂₎…T_(n))且T_(n4)≥T2，Y_(n4)∈(Y_(n4)…Y_(n))且Y_(n4)与T_(n4)对应；

6)若|a₁|，|a₂|和|a₃|中任何一个值大于0.05％，则发出预警。

2.一种基于权利要求1所述预警方法的受限空间油气热爆炸发生的控制方法，其特征在于：当步骤6)发出预警信号时，执行以下A～C中一个或多个：

A)接通风机电源开关，风机将惰性气体源中的惰性气体吹扫至油气环境；

B)接通制冷压缩机电源开关，制冷压缩机将冷风吹扫至油气环境中；

C)打开雾化喷头管路上的电磁阀，水箱中的水在压力容器中高压空气压力的作用下，经过电磁阀、雾化喷头向油气环境中喷洒细水雾。