CN110488777B - 一种化工厂事故预警及事态跟踪系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及化工厂监控技术领域，具体涉及一种化工厂事故预警及事态跟踪系统，包括数据处理器、存储器、数据获取单元和监视器，数据获取单元从化工厂的DCS读取化工厂的监控数据，存储器存储若干个预案表和化工厂的GIS模型，预案表包括预案对象、预警条件、触发条件、预案内容和解除条件，预警条件为发出预警时监控数据满足的条件，触发条件为触发预案时监控数据满足的条件，解除条件为预案解除时监控数据满足的条件。本发明的实质性效果是：通过子区域之间的影响，推算每个子区域当前的状态和下一个时刻的状态，能够对化工厂的事故发展进行跟踪，为化工厂的安全管理提供前瞻性的事态发展预测，提高事故处置策略的针对性。
Description
技术领域
本发明涉及化工厂监控技术领域，具体涉及一种化工厂事故预警及事态跟踪系统。
背景技术
随着经济和工业的发展，社会对化工业产品的需求也不断增大。化工企业的规模不断扩张，工艺也趋于复杂。化工企业在国民经济中的占比不断增大，对国民经济的影响也日益明显。化工厂的对国家以及社会的巨大影响不仅体现在经济上，还体现在安全生产和环境保护上。化工企业的安全生产，关系到国家财产安全、企业切身利益和职工身体安康，是化工企业生存和发展的基石。化工厂的很多原材料、产品以及中间产物，都具有毒性、易燃、易爆或对环境有极大的影响。目前，化工厂的生产管理均通过DCS(中心控制室)进行生产过程工艺的管控和安全的检测。其监测效率高，基本能够实时查看化工厂的各个设备的状态，使值班人员能够准确和全面掌握化工厂的生产状态，提高了化工厂的安全水平。但从实际情况看，在化工厂出现事故时，不仅需要实时掌握化工厂的状态，还需要对事故进行预警和事态的跟踪。否则，值班人员难以把握事故状态，制定能够良好实施的处置方案。
中国专利CN107389122A，公开日2017年11月24日，一种化工厂安全预警方法，采用电化传感器检测空气中的有害气体，采用催化珠传感器检测环境中可燃气体的浓度，采用固态传感器检测空气中毒性气体一氧化碳的浓度，采用红外传感器检测温度；将前述检测结果与阈值进行比较，并在超过阈值时进行紧急处理。此种方法通过设置电化传感器、催化珠传感器、固态传感器、红外传感器和光电离传感器等各类检测单元，实现可燃气体浓度检测、有毒气体检测和过温检测，并在出现警情时通过消防系统、排烟系统和降温系统快速应对，提高了化工厂的安全性，为工作人员的人身安全提供了有力的保障。但其仅能够被动的检测空气中已有的有害气体浓度，不能对即将出现的危险气体进行预警和预测，根据其制定的处置方案具有滞后性。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：目前缺乏具有前瞻性的化工厂安全监管系统的技术问题。提出了一种能够对化工厂事故进行预警和跟踪的化工厂事故预警及事态跟踪系统。
为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案为：一种化工厂事故预警及事态跟踪系统，包括数据处理器、存储器、数据获取单元和监视器，数据获取单元从化工厂的DCS读取化工厂的监控数据，数据获取单元与存储器连接，存储器存储若干个预案表和化工厂的GIS模型，存储器以及监视器均与数据处理器连接；所述预案表包括预案对象、预警条件、触发条件、预案内容和解除条件，预警条件为发出预警时监控数据满足的条件，触发条件为触发预案时监控数据满足的条件，解除条件为预案解除时监控数据满足的条件；所述数据处理器执行以下步骤：A)建立设备列表，将设备与预案表关联；B)根据化工厂GIS模型，将化工厂设备之间及设备与建筑之间的区域划分子区域，为每个子区域建立区域表，所述区域表包括区域位置、邻接设备、邻接区域、邻接建筑、状态信息和状态传递规则；C)根据化工厂的监控数据更新区域表，根据区域表的邻接设备的监控数据以及邻接区域的状态信息，使用状态传递规则更新区域表的状态信息；D)根据更新后的区域表的状态信息，推断化工厂设备T时间后的监控数据状态；E)将化工厂设备的监控数据与预案表比对，若符合触发条件则触发预案并将该预案表显示在监视器上，将化工厂设备下一时刻的监控数据状态与预案表比对，若符合预警条件则发出预警并将该预案表显示在监视器上；F)将化工厂设备的监控数据与已被触发的预案表比对，若符合解除条件，则解除预案，并停止显示该预案表；G)以周期T重复执行步骤C-F。通过比对预案表，能够及时预警或发现化工厂的初起事故，通过子区域之间的影响，推算每个子区域当前的状态和下一个时刻的状态，能够对化工厂的事故发展进行跟踪。
作为优选，步骤B中，将化工厂设备之间及设备与建筑之间的区域划分子区域的方法包括：B11)导入化工厂GIS模型，去除管道以及体积小于设定阈值的设备；B12)建立设备的外接长方体；B13)在外接长方体与化工厂建筑之间填充长方体区域，使长方体区域满足：紧邻至少一个外接长方体的面，且具有与紧邻的外接长方体的面中面积最小的面完全重合的面；B14)将步骤B13所填充的长方体区域视为外接长方体，重复步骤B13，直到化工厂被外接长方体和长方体区域充满，将所得的长方体区域，作为所划分的子区域。采用本优选方案划分出的子区域，能够使每个设备最多有6个邻接子区域，即能够覆盖化工厂区域，由不至于产生过多的子区域，且每个子区域最少对应一个完整的设备侧面，能够完整的跟踪该设备侧的状态，具有较高的综合效率。
作为优选，还包括步骤：B15)设定边长阈值，将存在边长大于边长阈值的子区域划分为若干个子区域，使其边长均小于边长阈值。子区域内部视为状态处处相同，通过设定边长阈值，避免子区域过大，导致不准确。
作为优选，区域表的状态信息包括温度、危险气体浓度、危险气体种类、风向和风力。通过温度、危险气体浓度及种类和风向风力，能够跟踪化工厂区域的热量传递及危险气体传递情况。
作为优选，所述边长阈值包括第一边长阈值和第二边长阈值，所述第一边长阈值为化工厂区域内发生火情时，在无风条件下，火源温度在T时间内的传导距离，所述第二边长阈值为化工厂区域内出现气体泄漏时，在无风条件下，泄漏中心在T时间内蔓延的距离，分别使用第一边长阈值以及第二边长阈值，进行子区域的划分并分别保存，当化工厂区域出现火情时，使用第一边长阈值对应的子区域，当化工厂区域出现危险气体泄漏时，使用第二边长阈值对应的子区域，若同时发生火情和危险气体泄漏，则选择第一边长阈值和第二边长阈值中较小值对应的子区域。通过本优选方案，可以在一个周期内，直接将温度传导或危险气体泄露范围扩大一个子区域，加快事故跟踪的效率。
作为优选，所述状态传递规则包括温度传导规则和危险气体蔓延规则，所述温度传导规则为
其中FA表示当前子区域的温度，FAi表示当前子区域的邻接设备以及邻接区域的温度，邻接设备以及邻接区域的总数为n，αi、βi均为权重系数，vw＝0时，αi均为1，vw＞0时，越靠近上风口的邻接设备或邻接区域对应的αi越大，温度FAi越大的邻接设备或邻接区域对应的βi越大，vw表示以当前子区域为下风口的风速，vm为设定阈值；所述危险气体蔓延规则为
其中PYA表示当前子区域的危险气体浓度，PYAi表示当前子区域的邻接设备以及邻接区域的危险气体浓度，邻接设备以及邻接区域的总数为n，δi为权重系数，vw＝0时，δi根据当前子区域在其邻接设备或邻接区域的方位确定，vw＞0时，越靠近上风口的邻接设备或邻接区域对应的δi越大。当风力较小时，认为相邻子区域的热量交换速率基本相同，按权重取均值即可，风力较大时，下风口的子区域基本仅受上风口子区域的影响，通过设置权重，选择上风口的温度状态来确定本子区域的温度状态。危险气体扩散在无风时，认为均匀扩散，在风速大于阈值时，使用上风口的子区域的危险气体浓度来确定本子区域的危险气体浓度。
作为优选，根据当前子区域在其邻接设备或邻接区域的方位确定δi的方法为：列举该邻接设备或邻接区域的全部邻接区域，以该邻接设备或邻接区域的几何中心为中心，计算其每个邻接区域对该中心的张角，以当前子区域的张角与全部邻接区域的张角的和的比值作为δi的值。
作为优选，所述预案表还包括等级、升级条件和分级预案内容，升级条件为预案升级时监控数据满足的条件，分级预案内容为按预案表的等级分别制定的预案内容。通过预案表分级，不仅能够跟踪事态的发展，还能够为事故的处置提供参考。
作为优选，当化工厂存在安全事故时，步骤D还包括：推断化工厂设备在N个周期T后的监控数据状态。
本发明的实质性效果是：通过比对预案表，能够及时预警或发现化工厂的初起事故，通过子区域之间的影响，推算每个子区域当前的状态和下一个时刻的状态，能够对化工厂的事故发展进行跟踪，为化工厂的安全管理提供前瞻性的事态发展预测，提高事故处置策略的针对性，降低事故损失。
附图说明
图1为实施例一系统结构示意图。
图2为实施例一流程框图。
图3为实施例一划分子区域方法流程框图。
其中：100、化工厂DCS，200、存储器，300、数据获取单元，400、数据处理器，500、监视器。
具体实施方式
下面通过具体实施例，并结合附图，对本发明的具体实施方式作进一步具体说明。
实施例一：
一种化工厂事故预警及事态跟踪系统，如图1所示，本实施例包括数据处理器400、存储器200、数据获取单元300和监视器500，数据获取单元300从化工厂DCS 100读取化工厂的监控数据，数据获取单元300与存储器200连接，存储器200存储若干个预案表和化工厂的GIS模型，存储器200以及监视器500均与数据处理器400连接；预案表包括预案对象、预警条件、触发条件、预案内容、等级、升级条件、分级预案内容和解除条件，预警条件为发出预警时监控数据满足的条件，触发条件为触发预案时监控数据满足的条件，解除条件为预案解除时监控数据满足的条件，升级条件为预案升级时监控数据满足的条件，分级预案内容为按预案表的等级分别制定的预案内容。
如表1所示，预案表记载了名称为储气罐二，类型为立式储气罐，区域位置为西北区二罐、高跨度一楼至三楼，的一个储存有可燃气体的储气罐在起火情况下的预案内容。一级火情预案内容为由值班灭火组携带灭火器具，扑灭初期、稳定的火灾，关闭气源阀门；一级的触发条件为对应位置烟感传感器触发报警或罐表面测得温度C>160℃且罐内压力有异常损失。由于该预案表针对火情，因而危险气体种类：无，本实施例中危险气体种类主要指有毒气体，有毒可燃气体在燃烧前作为有毒气体对待，燃烧后作为火情对待。当关联触发条件中的温度达到1200℃时，即储气罐二本身完好，但由于附近气体罐体存在火情，导致储气罐二的罐体温度达到1200℃，高温下罐体材料发生变形，罐体产生裂缝，气体泄漏，进而引起储气罐二产生火情，从而触发储气罐二的火情预案表。
表1储气罐二火情预案表
如图2所示，数据处理器400执行以下步骤：A)建立设备列表，将设备与预案表关联。B)根据化工厂GIS模型，将化工厂设备之间及设备与建筑之间的区域划分子区域，为每个子区域建立区域表，区域表包括区域位置、邻接设备、邻接区域、邻接建筑、状态信息和状态传递规则。区域表的状态信息包括温度、危险气体浓度、危险气体种类、风向和风力。
如图3所示，划分子区域包括：B11)导入化工厂GIS模型，去除管道以及体积小于设定阈值的设备；B12)建立设备的外接长方体；B13)在外接长方体与化工厂建筑之间填充长方体区域，使长方体区域满足：紧邻至少一个外接长方体的面，且具有与紧邻的外接长方体的面中面积最小的面完全重合的面；B14)将步骤B13所填充的长方体区域视为外接长方体，重复步骤B13，直到化工厂被外接长方体和长方体区域充满，将所得的长方体区域，作为所划分的子区域：B15)设定边长阈值，将存在边长大于边长阈值的子区域划分为若干个子区域，使其边长均小于边长阈值。
边长阈值包括第一边长阈值和第二边长阈值，第一边长阈值为化工厂区域内发生火情时，在无风条件下，火源温度在T时间内的传导距离，第二边长阈值为化工厂区域内出现气体泄漏时，在无风条件下，泄漏中心在T时间内蔓延的距离，分别使用第一边长阈值以及第二边长阈值，进行子区域的划分并分别保存，当化工厂区域出现火情时，使用第一边长阈值对应的子区域，当化工厂区域出现危险气体泄漏时，使用第二边长阈值对应的子区域，若同时发生火情和危险气体泄漏，则选择第一边长阈值和第二边长阈值中较小值对应的子区域。
状态传递规则包括温度传导规则和危险气体蔓延规则，温度传导规则为
其中FA表示当前子区域的温度，FAi表示当前子区域的邻接设备以及邻接区域的温度，邻接设备以及邻接区域的总数为n，αi、βi均为权重系数，vw＝0时，αi均为1，vw＞0时，越靠近上风口的邻接设备或邻接区域对应的αi越大，温度FAi越大的邻接设备或邻接区域对应的βi越大，vw表示以当前子区域为下风口的风速，vm为设定阈值；危险气体蔓延规则为
其中PYA表示当前子区域的危险气体浓度，PYAi表示当前子区域的邻接设备以及邻接区域的危险气体浓度，邻接设备以及邻接区域的总数为n，δi为权重系数，确定δi的方法为：列举该邻接设备或邻接区域的全部邻接区域，以该邻接设备或邻接区域的几何中心为中心，计算其每个邻接区域对该中心的张角，以当前子区域的张角与全部邻接区域的张角的和的比值作为δi的值。vw＝0时，δi根据当前子区域在其邻接设备或邻接区域的方位确定，vw＞0时，越靠近上风口的邻接设备或邻接区域对应的δi越大。
C)根据化工厂的监控数据更新区域表，根据区域表的邻接设备的监控数据以及邻接区域的状态信息，使用状态传递规则更新区域表的状态信息。D)根据更新后的区域表的状态信息，推断化工厂设备T时间后的监控数据状态。E)将化工厂设备的监控数据与预案表比对，若符合触发条件则触发预案并将该预案表显示在监视器500上，将化工厂设备下一时刻的监控数据状态与预案表比对，若符合预警条件则发出预警并将该预案表显示在监视器500上。F)将化工厂设备的监控数据与已被触发的预案表比对，若符合解除条件，则解除预案，并停止显示该预案表。G)以周期T重复执行步骤C-F。
本实施例具有以下有益效果：通过比对预案表，能够及时预警或发现化工厂的初起事故，通过子区域之间的影响，推算每个子区域当前的状态和下一个时刻的状态，能够对化工厂的事故发展进行跟踪。采用本优选方案划分出的子区域，能够使每个设备最多有6个邻接子区域，即能够覆盖化工厂区域，由不至于产生过多的子区域，且每个子区域最少对应一个完整的设备侧面，能够完整的跟踪该设备侧的状态，具有较高的综合效率。当风力较小时，认为相邻子区域的热量交换速率基本相同，按权重取均值即可，风力较大时，下风口的子区域基本仅受上风口子区域的影响，通过设置权重，选择上风口的温度状态来确定本子区域的温度状态。危险气体扩散在无风时，认为均匀扩散，在风速大于阈值时，使用上风口的子区域的危险气体浓度来确定本子区域的危险气体浓度。
以上所述的实施例只是本发明的一种较佳的方案，并非对本发明作任何形式上的限制，在不超出权利要求所记载的技术方案的前提下还有其它的变体及改型。
Claims (9)
1.一种化工厂事故预警及事态跟踪系统，其特征在于，
包括数据处理器、存储器、数据获取单元和监视器，数据获取单元从化工厂的DCS读取化工厂的监控数据，数据获取单元与存储器连接，存储器存储若干个预案表和化工厂的GIS模型，存储器以及监视器均与数据处理器连接；
所述预案表包括预案对象、预警条件、触发条件、预案内容和解除条件，预警条件为发出预警时监控数据满足的条件，触发条件为触发预案时监控数据满足的条件，解除条件为预案解除时监控数据满足的条件；
所述数据处理器执行以下步骤：
A)建立设备列表，将设备与预案表关联；
B)根据化工厂GIS模型，将化工厂设备之间及设备与建筑之间的区域划分子区域，为每个子区域建立区域表，所述区域表包括区域位置、邻接设备、邻接区域、邻接建筑、状态信息和状态传递规则；
C)根据化工厂的监控数据更新区域表，根据区域表的邻接设备的监控数据以及邻接区域的状态信息，使用状态传递规则更新区域表的状态信息；
D)根据更新后的区域表的状态信息，推断化工厂设备T时间后的监控数据状态；
E)将化工厂设备的监控数据与预案表比对，若符合触发条件则触发预案并将该预案表显示在监视器上，将化工厂设备下一时刻的监控数据状态与预案表比对，若符合预警条件则发出预警并将该预案表显示在监视器上；
F)将化工厂设备的监控数据与已被触发的预案表比对，若符合解除条件，则解除预案，并停止显示该预案表；
G)以周期T重复执行步骤C-F。
2.根据权利要求1所述的一种化工厂事故预警及事态跟踪系统，其特征在于，
步骤B中，将化工厂设备之间及设备与建筑之间的区域划分子区域的方法包括：
B11)导入化工厂GIS模型，去除管道以及体积小于设定阈值的设备；
B12)建立设备的外接长方体；
B13)在外接长方体与化工厂建筑之间填充长方体区域，使长方体区域满足：紧邻至少一个外接长方体的面，且具有与紧邻的外接长方体的面中面积最小的面完全重合的面；
B14)将步骤B13所填充的长方体区域视为外接长方体，重复步骤B13，直到化工厂被外接长方体和长方体区域充满，将所得的长方体区域，作为所划分的子区域。
3.根据权利要求2所述的一种化工厂事故预警及事态跟踪系统，其特征在于，
还包括步骤：
B15)设定边长阈值，将存在边长大于边长阈值的子区域划分为若干个子区域，使其边长均小于边长阈值。
4.根据权利要求3所述的一种化工厂事故预警及事态跟踪系统，其特征在于，
区域表的状态信息包括温度、危险气体浓度、危险气体种类、风向和风力。
5.根据权利要求3或4所述的一种化工厂事故预警及事态跟踪系统，其特征在于，
所述边长阈值包括第一边长阈值和第二边长阈值，所述第一边长阈值为化工厂区域内发生火情时，在无风条件下，火源温度在T时间内的传导距离，所述第二边长阈值为化工厂区域内出现气体泄漏时，在无风条件下，泄漏中心在T时间内蔓延的距离，分别使用第一边长阈值以及第二边长阈值，进行子区域的划分并分别保存，当化工厂区域出现火情时，使用第一边长阈值对应的子区域，当化工厂区域出现危险气体泄漏时，使用第二边长阈值对应的子区域，若同时发生火情和危险气体泄漏，则选择第一边长阈值和第二边长阈值中较小值对应的子区域。
6.根据权利要求3或4所述的一种化工厂事故预警及事态跟踪系统，其特征在于，
所述状态传递规则包括温度传导规则和危险气体蔓延规则，
所述温度传导规则为
其中FA表示当前子区域的温度，FAi表示当前子区域的邻接设备以及邻接区域的温度，邻接设备以及邻接区域的总数为n，αi、βi均为权重系数，vw＝0时，αi均为1，vw＞0时，越靠近上风口的邻接设备或邻接区域对应的αi越大，温度FAi越大的邻接设备或邻接区域对应的βi越大，vw表示以当前子区域为下风口的风速，vm为设定阈值；
所述危险气体蔓延规则为
其中PYA表示当前子区域的危险气体浓度，PYAi表示当前子区域的邻接设备以及邻接区域的危险气体浓度，邻接设备以及邻接区域的总数为n，δi为权重系数，vw＝0时，δi根据当前子区域在其邻接设备或邻接区域的方位确定，vw＞0时，越靠近上风口的邻接设备或邻接区域对应的δi越大。
7.根据权利要求6所述的一种化工厂事故预警及事态跟踪系统，其特征在于，
根据当前子区域在其邻接设备或邻接区域的方位确定δi的方法为：
列举该邻接设备或邻接区域的全部邻接区域，以该邻接设备或邻接区域的几何中心为中心，计算其每个邻接区域对该中心的张角，以当前子区域的张角与全部邻接区域的张角的和的比值作为δi的值。
8.根据权利要求1或2所述的一种化工厂事故预警及事态跟踪系统，其特征在于，
所述预案表还包括等级、升级条件和分级预案内容，升级条件为预案升级时监控数据满足的条件，分级预案内容为按预案表的等级分别制定的预案内容。
9.根据权利要求1或2所述的一种化工厂事故预警及事态跟踪系统，其特征在于，
当化工厂存在安全事故时，步骤D还包括：
推断化工厂设备在N个周期T后的监控数据状态。
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