CN111176229B - 基于可燃性气体浓度检测的化工厂安全监管系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及化工厂安全监控技术领域，具体涉及一种基于可燃性气体浓度检测的化工厂安全监管系统及方法，包括数据采集单元、数据处理单元、存储器和若干个检测终端，数据采集单元与化工厂的DCS通信并读取化工厂的监控数据，若干个检测终端覆盖在化工厂岗位区域以及逃生通道沿途，检测终端包括外壳、危险气体探测器、若干个指示灯、通信模块、MCU和电源模块，路线指示灯安装在外壳上，危险气体探测器探测检测终端附近区域内危险气体的浓度，危险气体探测器、指示灯以及通信模块均与MCU连接。本发明的实质性效果是：通过检测终端检测化工厂区域内的危险气体浓度，为跟踪气体泄露情况和指导逃生路线提供了数据参考。

Description

基于可燃性气体浓度检测的化工厂安全监管系统及方法
技术领域
本发明涉及化工厂安全监控技术领域，具体涉及一种基于可燃性气体浓度检测的化工厂安全监管系统及方法。
背景技术
化工企业对社会经济发展，乃至生产生活中都具有重要的作用。化工企业提供的产品、原材料以及中间产物，是许多行业的重要生产资料。随着国家经济的发展，然而，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。一旦化工厂发生安全事故，将会造成极大的经济损失，甚至带来人员的伤亡，并造成严重的环境负担。目前化工厂的工艺管理过程均采用了DCS的方式，大大提高了自动化水平和安全性。DCS是分布式控制系统的英文缩写(Distributed Control System)，又称为集散控制系统。DCS 的主要特点是“分散控制”和“集中管理”。DCS通常采用若干个控制器，即过程站对一个生产过程中的众多控制点进行控制，各控制器间通过网络连接并可进行数据交换。生产控制操作采用计算机操作站，通过网络与控制器连接，收集生产数据，传达操作指令。DCS从结构上划分包括过程级、操作级和管理级。管理级指工厂管理信息系统，从DCS的管理级能够获取化工厂的监控数据。但是，化工厂的应急预案是与DCS脱离的，化工厂的员工需要花费较长时间学习化工厂的应急预案。即使如此，在面临突发事故时，难以有效的执行预案的内容。因而急需研发一种能够自动化的监控化工厂安全状态的在线系统。
如中国专利CN105159255B，公开日2018年6月22日，一种基于工业安全应急指挥集成系统的应急预案控制方法，它包括以下步骤：S1：中心系统接收来自报警子系统的报警信息，对报警信息解析、存储和判断之后，经过解析、存储，然后转发至应急预案编程系统；S2：应急预案编程系统向中心系统发送控制命令，中心系统接收信息之后，经过解析、存储，然后将控制命令通过中心系统发送至执行子系统；S3：执行子系统根据接收到的控制命令执行预案。其技术方案将多方集成系统关联起来，以起到联动作用。但其不能跟踪事故发展，不能为事故处置提供参考。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：目前缺少有效进行事故跟踪的化工厂安全监管系统的技术问题。提出了一种能够跟踪事态发展的更具指导价值的基于可燃性气体浓度检测的化工厂安全监管系统及方法。
为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案为：一种基于可燃性气体浓度检测的化工厂安全监管系统，包括数据采集单元、数据处理单元、存储器和若干个检测终端，所述数据采集单元与化工厂的DCS通信并读取化工厂的监控数据，若干个检测终端覆盖在化工厂岗位区域以及逃生通道沿途，所述检测终端包括外壳、危险气体探测器、若干个指示灯、通信模块、MCU和电源模块，所述路线指示灯安装在外壳上，所述危险气体探测器探测检测终端附近区域内危险气体的浓度，所述危险气体探测器、指示灯以及通信模块均与MCU连接，所述电源模块为路线指示灯、通信模块以及MCU供电，所述数据处理单元与通信模块通信连接，所述数据采集单元、存储器、交互终端以及显示终端均与数据处理单元连接。数据采集单元从化工厂的DCS获取化工厂的实时监控数据，并存储，数据处理单元通过分析化工厂的实时监控数据，判断化工厂是否存在安全事故，实现化工厂安全的监控。通过检测终端检测化工厂区域内的危险气体浓度，为跟踪气体泄露情况和指导逃生路线提供了数据参考。
作为优选，所述检测终端还包括温度传感器、风速传感器和风向传感器，所述温度传感器、风速传感器、风向传感器以及危险气体探测器均安装在外壳上，所述温度传感器、风速传感器以及风向传感器均与MCU连接。风速和风向是影响气体扩散的重要因素，通过监控风速和风向，能够更好的掌握气体泄露事态的发展。
作为优选，位于化工厂岗位区域的检测终端的指示灯排列为两排，每排指示灯的数量相同且位置对应，位于逃生通道沿途的检测终端的指示灯为具有箭头形状的指示灯，箭头指向逃生通道的延伸方向。分别指示对应指示灯的当前安全状态和T时间后的安全状态，能够为逃生人员提供具有前瞻性的参考，使其掌握基本的事态发展情况，不至于慌乱，造成不必要的损失。
作为优选，还包括穿戴设备，所述穿戴设备包括穿戴体、控制器、电池、通信单元和显示屏，所述显示屏安装在穿戴体上，所述控制器、电池以及通信单元均安装在穿戴体内，所述通信单元与数据处理单元通信连接，所述通信单元以及显示屏均与控制器连接，所述电池为控制器、通信单元以及显示屏供电。
作为优选，所述穿戴设备还包括语音交互装置，所述语音交互装置安装在穿戴体上，所述语音交互装置通过通信单元与数据处理单元连接。通过语音交互装置使值班人员能够指导对应岗位的人员操作。
一种基于可燃性气体浓度检测的化工厂安全监管方法，适用于前述的一种基于可燃性气体浓度检测的化工厂安全监管系统，包括以下步骤：A)输入若干个电子预案，所述电子预案包括预案对象、等级、分级触发条件、分级预案内容、关联变量、关联触发条件、推演时间T、延期关联变量和解除条件，所述预案对象信息包括对象名称、对象类型以及对象区域，分级触发条件为触发预案对应等级时监控数据需满足的条件，分级预案内容为对应等级下的事故处置方法，解除条件为预案解除时监控数据需满足的条件，关联变量包括电子预案对象所在区域的温度、危险气体种类和危险气体浓度，关联触发条件为触发电子预案时关联变量需满足的条件；B)获取化工厂的GIS模型，将电子预案与其预案对象的GIS模型关联，为每个岗位建立若干个逃生路线，将逃生路线上的检测终端与逃生路线关联，将化工厂GIS 模型中未关联电子预案的设备和区域划分子区域，为每个子区域建立协同表，所述协同表包括协同对象、邻接设备、邻接区域、状态和状态阈值；C)读取化工厂的监控数据，依次与每个电子预案的分级触发条件对比，若监控数据满足分级触发条件，则触发该电子预案并发出报警，将等级设为被触发的分级触发条件对应的等级，通过交互终端为监控值班室人员显示分级预案内容，通过显示终端为分级预案内容涉及的化工厂岗位员工显示分级预案内容，若满足解除条件，则解除报警并停止分级预案内容的显示；D)更新协同表的状态，将状态超过状态阈值的协同表显示给值班人员；E)读取检测终端的检测数据，根据电子预案、协同表以及检测终端数据，判断逃生路线是否安全，将安全路线对应的指示灯设为指示安全，将不安全路线对应的指示灯设为指示不安全；F)周期性执行步骤C-E。通过周期性读取和分析化工厂的监控数据，实现化工厂安全状态的实时监控，能够及时发现化工厂的安全事故，并显示对应的电子预案，通过关联变量和协同表能够推断出发生事故的设备或区域，对周围设备或区域的影响，追踪事故的发展，为事故的处置提供参考，使事故的处置策略更加具有针对性。通过延期关联变量推导T时间后的事故状态，为值班人员制定事故处置策略提供具有前瞻性的参考。
作为优选，步骤C还包括：C1)根据化工厂的监控数据更新每个电子预案的关联变量以及延期关联变量，并将关联变量与其关联触发条件对比，若关联变量符合关联触发条件则触发该电子预案；C2)根据电子预案的延期关联变量推演T时间后每个协同表的状态，根据 T时间后协同表的状态以及延期关联变量的值，判断T时间后化工厂各区域的安全性，进而判断T时间后每条逃生的安全性；C3)显示终端的每个指示灯指示一条逃生路线的安全性，两排显示灯位置对应的两个指示灯指示同一条逃生路线的安全性，第一排指示灯指示逃生路线当前的安全状态，第二排指示灯指示逃生路线T时间后的安全性。判断T时间后每条逃生的安全性的方法为：若关联变量或协同表的状态超过安全阈值，则判断对应的区域不安全，反之，则判断该区域安全，若逃生路线所经过的区域均安全则判断该逃生路线安全，若逃生路线所经过的区域存在不安全的区域，则判断该逃生路线不安全。
作为优选，步骤D中，更新协同表的状态的方法包括：D1)根据监控数据更新具有邻接设备的协同表状态；D2)根据已更新状态的协同表的状态更新剩余协同表的状态；其中步骤D1包括：D11)若邻接设备未发生事故，则维持子区域的状态信息；D12)若邻接设备发生火灾事故，则更新子区域的温度，具体为：若无风，则按热传导规律更新子区域的温度，若有风且子区域位于该邻接设备的上风口，则维持子区域的温度，若有风且子区域位于该邻接设备的下风口，则将子区域的温度设定为该邻接设备在上一个周期T1时的监测温度；D13) 若邻接设备发生危险气体泄漏事故，则更新子区域的危险气体浓度和危险气体种类，具体为：若无风，则ωA＝δn·ωE，其中ωA为子区域的危险气体浓度，ωE为泄漏源附近距离l区域内的危险气体浓度均值，n表示本次更新距离气体发生泄漏时刻的周期T1数量，δn表示第n个周期T1更新时的系数，其值由预设的表格查询获得，n＜nmax时，δn随n的增大而增大，n≥nmax时，δn＝1；若有风且子区域位于该邻接设备的上风口，则维持子区域的危险气体浓度；若有风且子区域位于该邻接设备的下风口，则ωA＝ωE|(n-1)。采用该方案能够快速的更新子区域的状态信息，避免计算耗时太长，影响事态跟进的时效性。
作为优选，步骤C1中，更新每个电子预案的关联变量的方法包括：C11)若存在危险气体泄露，且泄露气体为可燃气体，则进入步骤C12，若泄露气体为不可燃气体则进入步骤C13；C12)推导并更新每个电子预案的关联变量的温度值，推导T1时间后每个电子预案的关联变量的温度值，并更新延期关联变量的温度值；C13)推导并更新每个电子预案的关联变量的危险气体浓度，推导T1时间后每个电子预案的关联变量的危险气体浓度，并更新延期关联变量的危险气体浓度，关联变量以及延期关联变量中的危险气体种类均为对应泄漏种类。
作为优选，步骤C12)中，推导每个电子预案的关联变量的温度值的方法为：若电子预案的预案对象与火情区域的气流通道隔绝或气流通道的气流阻力大于设定阈值，则电子预案的关联变量的温度值保持不变；若电子预案的预案对象与火情区域的气流通道阻力小于或等于设定阈值，则判断气流通道区域是否无风，若无风，则按空气热传导规律获得电子预案的关联变量的温度值，若气流通道区域有风，则判断电子预案的预案对象是否在下风口，若在下风口，则距火情发生时间t≤Ds/vw内时，按空气热传导规律获得电子预案的关联变量的温度值，其中Ds为预案对象区域与火情区域的距离，vw为风速，距火情发生时间t＞Ds/vw内时，电子预案的关联变量的温度值为Cm，
Cm＝βCt，β∈[0.6，1]
Ct为火情区域的边缘的温度值，β为调整系数，预案对象区域与火情区域距离越小，或预案对象区域与火情区域的气流通道阻力越小时，β取更大值，若电子预案的预案对象在上风口，则按空气热传导规律获得电子预案的关联变量的温度值。
作为优选，步骤C13)中，推导每个电子预案的关联变量的危险气体浓度的方法为：若电子预案的预案对象与危险气体泄漏区域的气流通道隔绝或气流通道的气流阻力大于设定阈值，则电子预案的关联变量的危险气体浓度保持不变；若电子预案的预案对象与危险气体泄漏区域的气流通道阻力小于或等于设定阈值，则以泄漏源为中心沿水平方向均匀划分八个方位，沿垂直方向划分上、下两个方位，根据化工厂的厂房布局、危险气体密度、风向及风速，判断危险气体在十六个方位的流量比例δr，r∈[1，16]，则电子预案的关联变量的危险气体浓度Qy＝δu·Q，其中δu表示电子预案的预案对象区域在泄漏源的方位，Q为泄漏源处的危险气体浓度。
作为优选，定危险气体在十六个方位的流量比例δr的方法为：确定水平方向的流量比：根据化工厂的厂房布局，选定某个气流通道作为参照通道，进而确定水平其余七个方位的气流通道阻力相对参照通道的阻力比，若某个方向无气流通道，则气流通道阻力比为无穷大，以每个方向的阻力比的倒数作为权重，若泄漏区域有风，则下风向的若干个方位按权重分配确定流量比例，其余方位流量比例为0，若泄漏区无风，则水平方向上的八个方位按权重分配确定流量比例；确定垂直方向的流量比：若危险气体为重气，则上方位的流量比例为0，下方位的八个方向的流量比例等于水平方向所确定的流量比例，若危险气体密度与空气相当，则上、下方位的流量比例分别等于水平方向所确定的流量比例的一半，若危险气体密度小于空气密度，则下方位的流量比例为0，上方位的八个方向的流量比例等于水平方向所确定的流量比例。
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；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。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。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，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。在出现不同种类气体泄露时，采用不同的边长阈值，能够提高事故发展模拟的准确度。
本发明的实质性效果是：通过检测终端检测化工厂区域内的危险气体浓度，为跟踪气体泄露情况和指导逃生路线提供了数据参考；通过电子预案能够方便预案的执行，提高预案的执行效果，降低事故损失；通过关联变量跟踪事故事态发展，为事故的处置提供参考。
附图说明
图1为实施例一系统结构示意图。
图2为实施例一检测终端示意图。
图3为实施例一流程框图。
图4为实施例一划分子区域流程框图。
图5为实施例一更新协同表状态流程框图。
其中：100、化工厂DCS，200、数据采集单元，300、数据处理单元，400、存储器， 500、检测终端，501、通信模块，502、危险气体探测器，503、MCU，504、指示灯。
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：
一种基于可燃性气体浓度检测的化工厂安全监管系统，如图1所示，本实施例包括数据采集单元200、数据处理单元300、存储器400、穿戴设备和若干个检测终端500，数据采集单元 200与化工厂DCS 100通信并读取化工厂的监控数据，若干个检测终端500覆盖在化工厂岗位区域以及逃生通道沿途，穿戴设备包括穿戴体、控制器、电池、通信单元、语音交互装置和显示屏，显示屏安装在穿戴体上，控制器、电池以及通信单元均安装在穿戴体内，通信单元与数据处理单元300通信连接，通信单元以及显示屏均与控制器连接，电池为控制器、通信单元以及显示屏供电，语音交互装置安装在穿戴体上，语音交互装置通过通信单元与数据处理单元300连接。通过语音交互装置使值班人员能够指导对应岗位的人员操作。
如图2所示，检测终端500包括外壳、危险气体探测器502、若干个指示灯504、温度传感器、风速传感器、风向传感器、通信模块501、MCU 503和电源模块，路线指示灯504 安装在外壳上，危险气体探测器502探测检测终端500附近区域内危险气体的浓度，危险气体探测器502为能够探测多种气体浓度的探测器，其由多个检测单一气体种类的传感器联装构成。温度传感器、风速传感器、风向传感器以及危险气体探测器502均安装在外壳上，危险气体探测器502、温度传感器、风速传感器、风向传感器、指示灯504以及通信模块501 均与MCU503连接，电源模块为路线指示灯504、通信模块501以及MCU 503供电，数据处理单元300与通信模块501通信连接，数据采集单元200、存储器400、交互终端以及显示终端均与数据处理单元300连接。位于化工厂岗位区域的检测终端500的指示灯504排列为两排，每排指示灯504的数量相同且位置对应，位于逃生通道沿途的检测终端500的指示灯 504为具有箭头形状的指示灯504，箭头指向逃生通道的延伸方向。分别指示对应指示灯504 的当前安全状态和T时间后的安全状态，能够为逃生人员提供具有前瞻性的参考，使其掌握基本的事态发展情况，不至于慌乱，造成不必要的损失。
数据采集单元200从化工厂DCS 100获取化工厂的实时监控数据，并存储，数据处理单元300通过分析化工厂的实时监控数据，判断化工厂是否存在安全事故，实现化工厂安全的监控。通过检测终端500检测化工厂区域内的危险气体浓度，为跟踪气体泄露情况和指导逃生路线提供了数据参考。风速和风向是影响气体扩散的重要因素，通过监控风速和风向，能够更好的掌握气体泄露事态的发展。
一种基于可燃性气体浓度检测的化工厂安全监管方法，适用于前述的一种基于可燃性气体浓度检测的化工厂安全监管系统，如图3所示，包括以下步骤：A)输入若干个电子预案，电子预案包括预案对象、等级、分级触发条件、分级预案内容、关联变量、关联触发条件、推演时间T、延期关联变量和解除条件，预案对象信息包括对象名称、对象类型以及对象区域，分级触发条件为触发预案对应等级时监控数据需满足的条件，分级预案内容为对应等级下的事故处置方法，解除条件为预案解除时监控数据需满足的条件，关联变量包括电子预案对象所在区域的温度、危险气体种类和危险气体浓度，关联触发条件为触发电子预案时关联变量需满足的条件。
B)获取化工厂的GIS模型，将电子预案与其预案对象的GIS模型关联，为每个岗位建立若干个逃生路线，将逃生路线上的检测终端500与逃生路线关联，将化工厂GIS模型中未关联电子预案的设备和区域划分子区域，为每个子区域建立协同表，协同表包括协同对象、邻接设备、邻接区域、状态和状态阈值。如图4所示，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；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。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。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。
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。在出现不同种类气体泄露时，采用不同的边长阈值，能够提高事故发展模拟的准确度。
C)读取化工厂的监控数据，依次与每个电子预案的分级触发条件对比，若监控数据满足分级触发条件，则触发该电子预案并发出报警，将等级设为被触发的分级触发条件对应的等级，通过交互终端为监控值班室人员显示分级预案内容，通过显示终端为分级预案内容涉及的化工厂岗位员工显示分级预案内容，若满足解除条件，则解除报警并停止分级预案内容的显示。步骤C还包括：C1)根据化工厂的监控数据更新每个电子预案的关联变量以及延期关联变量，并将关联变量与其关联触发条件对比，若关联变量符合关联触发条件则触发该电子预案。C2)根据电子预案的延期关联变量推演T时间后每个协同表的状态，根据T时间后协同表的状态以及延期关联变量的值，判断T时间后化工厂各区域的安全性，进而判断T时间后每条逃生的安全性；C3)显示终端的每个指示灯504指示一条逃生路线的安全性，两排显示灯位置对应的两个指示灯504指示同一条逃生路线的安全性，第一排指示灯504指示逃生路线当前的安全状态，第二排指示灯504指示逃生路线T时间后的安全性。判断T时间后每条逃生的安全性的方法为：若关联变量或协同表的状态超过安全阈值，则判断对应的区域不安全，反之，则判断该区域安全，若逃生路线所经过的区域均安全则判断该逃生路线安全，若逃生路线所经过的区域存在不安全的区域，则判断该逃生路线不安全。步骤C1中，更新每个电子预案的关联变量的方法包括：C11)若存在危险气体泄露，且泄露气体为可燃气体，则进入步骤C12，若泄露气体为不可燃气体则进入步骤C13；C12)推导并更新每个电子预案的关联变量的温度值，推导T1时间后每个电子预案的关联变量的温度值，并更新延期关联变量的温度值；C13)推导并更新每个电子预案的关联变量的危险气体浓度，推导T1时间后每个电子预案的关联变量的危险气体浓度，并更新延期关联变量的危险气体浓度，关联变量以及延期关联变量中的危险气体种类均为对应泄漏种类。
步骤C12)中，推导每个电子预案的关联变量的温度值的方法为：若电子预案的预案对象与火情区域的气流通道隔绝或气流通道的气流阻力大于设定阈值，则电子预案的关联变量的温度值保持不变；若电子预案的预案对象与火情区域的气流通道阻力小于或等于设定阈值，则判断气流通道区域是否无风，若无风，则按空气热传导规律获得电子预案的关联变量的温度值，若气流通道区域有风，则判断电子预案的预案对象是否在下风口，若在下风口，则距火情发生时间t≤Ds/vw内时，按空气热传导规律获得电子预案的关联变量的温度值，其中Ds为预案对象区域与火情区域的距离，vw为风速，距火情发生时间t＞Ds/vw内时，电子预案的关联变量的温度值为Cm，
Cm＝βCt，β∈[0.6，1]
Ct为火情区域的边缘的温度值，β为调整系数，预案对象区域与火情区域距离越小，或预案对象区域与火情区域的气流通道阻力越小时，β取更大值，若电子预案的预案对象在上风口，则按空气热传导规律获得电子预案的关联变量的温度值。
步骤C13)中，推导每个电子预案的关联变量的危险气体浓度的方法为：若电子预案的预案对象与危险气体泄漏区域的气流通道隔绝或气流通道的气流阻力大于设定阈值，则电子预案的关联变量的危险气体浓度保持不变；若电子预案的预案对象与危险气体泄漏区域的气流通道阻力小于或等于设定阈值，则以泄漏源为中心沿水平方向均匀划分八个方位，沿垂直方向划分上、下两个方位，根据化工厂的厂房布局、危险气体密度、风向及风速，判断危险气体在十六个方位的流量比例δr，r∈[1，16]，则电子预案的关联变量的危险气体浓度 Qy＝δu·Q，其中δu表示电子预案的预案对象区域在泄漏源的方位，Q为泄漏源处的危险气体浓度。
定危险气体在十六个方位的流量比例δr的方法为：确定水平方向的流量比：根据化工厂的厂房布局，选定某个气流通道作为参照通道，进而确定水平其余七个方位的气流通道阻力相对参照通道的阻力比，若某个方向无气流通道，则气流通道阻力比为无穷大，以每个方向的阻力比的倒数作为权重，若泄漏区域有风，则下风向的若干个方位按权重分配确定流量比例，其余方位流量比例为0，若泄漏区无风，则水平方向上的八个方位按权重分配确定流量比例；确定垂直方向的流量比：若危险气体为重气，则上方位的流量比例为0，下方位的八个方向的流量比例等于水平方向所确定的流量比例，若危险气体密度与空气相当，则上、下方位的流量比例分别等于水平方向所确定的流量比例的一半，若危险气体密度小于空气密度，则下方位的流量比例为0，上方位的八个方向的流量比例等于水平方向所确定的流量比例。
D)更新协同表的状态，将状态超过状态阈值的协同表显示给值班人员。如图5所示，步骤D中，更新协同表的状态的方法包括：D1)根据监控数据更新具有邻接设备的协同表状态；D2)根据已更新状态的协同表的状态更新剩余协同表的状态；其中步骤D1包括：D11)若邻接设备未发生事故，则维持子区域的状态信息；D12)若邻接设备发生火灾事故，则更新子区域的温度，具体为：若无风，则按热传导规律更新子区域的温度，若有风且子区域位于该邻接设备的上风口，则维持子区域的温度，若有风且子区域位于该邻接设备的下风口，则将子区域的温度设定为该邻接设备在上一个周期T1时的监测温度；D13)若邻接设备发生危险气体泄漏事故，则更新子区域的危险气体浓度和危险气体种类，具体为：若无风，则ωA＝δn·ωE，其中ωA为子区域的危险气体浓度，ωE为泄漏源附近距离l区域内的危险气体浓度均值，n表示本次更新距离气体发生泄漏时刻的周期T1数量，δn表示第n个周期T1更新时的系数，其值由预设的表格查询获得，n＜nmax时，δn随n的增大而增大，n≥nmax时，δn＝1；若有风且子区域位于该邻接设备的上风口，则维持子区域的危险气体浓度；若有风且子区域位于该邻接设备的下风口，则ωA＝ωE|(n-1)。采用该方案能够快速的更新子区域的状态信息，避免计算耗时太长，影响事态跟进的时效性。
E)读取检测终端500的检测数据，根据电子预案、协同表以及检测终端500数据，判断逃生路线是否安全，将安全路线对应的指示灯504设为指示安全，将不安全路线对应的指示灯504设为指示不安全。
F)周期性执行步骤C-E。通过周期性读取和分析化工厂的监控数据，实现化工厂安全状态的实时监控，能够及时发现化工厂的安全事故，并显示对应的电子预案，通过关联变量和协同表能够推断出发生事故的设备或区域，对周围设备或区域的影响，追踪事故的发展，为事故的处置提供参考，使事故的处置策略更加具有针对性。通过延期关联变量推导T时间后的事故状态，为值班人员制定事故处置策略提供具有前瞻性的参考。
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)

1.一种基于可燃性气体浓度检测的化工厂安全监管系统，其特征在于，
包括数据采集单元、数据处理单元、存储器和若干个检测终端，所述数据采集单元与化工厂的DCS通信并读取化工厂的监控数据，若干个检测终端覆盖在化工厂岗位区域以及逃生通道沿途，所述检测终端包括外壳、危险气体探测器、若干个指示灯、通信模块、MCU和电源模块，路线指示灯安装在外壳上，所述危险气体探测器探测检测终端附近区域内危险气体的浓度，所述危险气体探测器、指示灯以及通信模块均与MCU连接，所述电源模块为路线指示灯、通信模块以及MCU供电，所述数据处理单元与通信模块通信连接，所述数据采集单元、存储器、交互终端以及显示终端均与数据处理单元连接；
系统执行以下步骤：
A）输入若干个电子预案，所述电子预案包括预案对象、等级、分级触发条件、分级预案内容、关联变量、关联触发条件、推演时间T、延期关联变量和解除条件，所述预案对象的信息包括对象名称、对象类型以及对象区域，分级触发条件为触发预案对应等级时监控数据需满足的条件，分级预案内容为对应等级下的事故处置方法，解除条件为预案解除时监控数据需满足的条件，关联变量包括电子预案对象所在区域的温度、危险气体种类和危险气体浓度，关联触发条件为触发电子预案时关联变量需满足的条件；
B）获取化工厂的GIS模型，将电子预案与其预案对象的GIS模型关联，为每个岗位建立若干个逃生路线，将逃生路线上的检测终端与逃生路线关联，将化工厂GIS模型中未关联电子预案的设备和区域划分子区域，为每个子区域建立协同表，所述协同表包括协同对象、邻接设备、邻接区域、状态和状态阈值；
C）读取化工厂的监控数据，依次与每个电子预案的分级触发条件对比，若监控数据满足分级触发条件，则触发该电子预案并发出报警，将等级设为被触发的分级触发条件对应的等级，通过交互终端为监控值班室人员显示分级预案内容，通过显示终端为分级预案内容涉及的化工厂岗位员工显示分级预案内容，若满足解除条件，则解除报警并停止分级预案内容的显示；
D）更新协同表的状态，将状态超过状态阈值的协同表显示给值班人员；
E）读取检测终端的检测数据，根据电子预案、协同表以及检测终端数据，判断逃生路线是否安全，将安全路线对应的指示灯设为指示安全，将不安全路线对应的指示灯设为指示不安全；
F）周期性执行步骤C-E；
步骤D中，更新协同表的状态的方法包括：
D1）根据监控数据更新具有邻接设备的协同表状态；
D2）根据已更新状态的协同表的状态更新剩余协同表的状态；
其中步骤D1包括：
D11）若邻接设备未发生事故，则维持子区域的状态信息；
D12）若邻接设备发生火灾事故，则更新子区域的温度，具体为：若无风，则按热传导规律更新子区域的温度，若有风且子区域位于该邻接设备的上风口，则维持子区域的温度，若有风且子区域位于该邻接设备的下风口，则将子区域的温度设定为该邻接设备在上一个周期
Figure DEST_PATH_IMAGE002
时的监测温度；
D13）若邻接设备发生危险气体泄漏事故，则更新子区域的危险气体浓度和危险气体种类，具体为：
若无风，则
Figure DEST_PATH_IMAGE004
，其中
Figure DEST_PATH_IMAGE006
为子区域的危险气体浓度，
Figure DEST_PATH_IMAGE008
为泄漏源附近距离
Figure DEST_PATH_IMAGE010
区域内的危险气体浓度均值，
Figure DEST_PATH_IMAGE012
表示本次更新距离气体发生泄漏时刻的周期
Figure 320568DEST_PATH_IMAGE002
数量，
Figure DEST_PATH_IMAGE014
表示第
Figure 690239DEST_PATH_IMAGE012
个周期
Figure 469976DEST_PATH_IMAGE002
更新时的系数，其值由预设的表格查询获得，
Figure DEST_PATH_IMAGE016
时，
Figure 583294DEST_PATH_IMAGE014
随
Figure 991142DEST_PATH_IMAGE012
的增大而增大，
Figure DEST_PATH_IMAGE018
时，
Figure DEST_PATH_IMAGE020
；
若有风且子区域位于该邻接设备的上风口，则维持子区域的危险气体浓度；
若有风且子区域位于该邻接设备的下风口，则
Figure DEST_PATH_IMAGE022
。
2.根据权利要求1所述的一种基于可燃性气体浓度检测的化工厂安全监管系统，其特征在于，
所述检测终端还包括温度传感器、风速传感器和风向传感器，所述温度传感器、风速传感器、风向传感器以及危险气体探测器均安装在外壳上，所述温度传感器、风速传感器以及风向传感器均与MCU连接。
3.根据权利要求1或2所述的一种基于可燃性气体浓度检测的化工厂安全监管系统，其特征在于，
位于化工厂岗位区域的检测终端的指示灯排列为两排，每排指示灯的数量相同且位置对应，位于逃生通道沿途的检测终端的指示灯为具有箭头形状的指示灯，箭头指向逃生通道的延伸方向。
4.根据权利要求1或2所述的一种基于可燃性气体浓度检测的化工厂安全监管系统，其特征在于，
还包括穿戴设备，所述穿戴设备包括穿戴体、控制器、电池、通信单元和显示屏，所述显示屏安装在穿戴体上，所述控制器、电池以及通信单元均安装在穿戴体内，所述通信单元与数据处理单元通信连接，所述通信单元以及显示屏均与控制器连接，所述电池为控制器、通信单元以及显示屏供电。
5.根据权利要求4所述的一种基于可燃性气体浓度检测的化工厂安全监管系统，其特征在于，
所述穿戴设备还包括语音交互装置，所述语音交互装置安装在穿戴体上，所述语音交互装置通过通信单元与数据处理单元连接。
6.一种基于可燃性气体浓度检测的化工厂安全监管方法，适用于如权利要求1至5任一项所述的一种基于可燃性气体浓度检测的化工厂安全监管系统，其特征在于，
包括以下步骤：
A）输入若干个电子预案，所述电子预案包括预案对象、等级、分级触发条件、分级预案内容、关联变量、关联触发条件、推演时间T、延期关联变量和解除条件，所述预案对象的信息包括对象名称、对象类型以及对象区域，分级触发条件为触发预案对应等级时监控数据需满足的条件，分级预案内容为对应等级下的事故处置方法，解除条件为预案解除时监控数据需满足的条件，关联变量包括电子预案对象所在区域的温度、危险气体种类和危险气体浓度，关联触发条件为触发电子预案时关联变量需满足的条件；
B）获取化工厂的GIS模型，将电子预案与其预案对象的GIS模型关联，为每个岗位建立若干个逃生路线，将逃生路线上的检测终端与逃生路线关联，将化工厂GIS模型中未关联电子预案的设备和区域划分子区域，为每个子区域建立协同表，所述协同表包括协同对象、邻接设备、邻接区域、状态和状态阈值；
C）读取化工厂的监控数据，依次与每个电子预案的分级触发条件对比，若监控数据满足分级触发条件，则触发该电子预案并发出报警，将等级设为被触发的分级触发条件对应的等级，通过交互终端为监控值班室人员显示分级预案内容，通过显示终端为分级预案内容涉及的化工厂岗位员工显示分级预案内容，若满足解除条件，则解除报警并停止分级预案内容的显示；
D）更新协同表的状态，将状态超过状态阈值的协同表显示给值班人员；
E）读取检测终端的检测数据，根据电子预案、协同表以及检测终端数据，判断逃生路线是否安全，将安全路线对应的指示灯设为指示安全，将不安全路线对应的指示灯设为指示不安全；
F）周期性执行步骤C-E；
步骤D中，更新协同表的状态的方法包括：
D1）根据监控数据更新具有邻接设备的协同表状态；
D2）根据已更新状态的协同表的状态更新剩余协同表的状态；
其中步骤D1包括：
D11）若邻接设备未发生事故，则维持子区域的状态信息；
D12）若邻接设备发生火灾事故，则更新子区域的温度，具体为：若无风，则按热传导规律更新子区域的温度，若有风且子区域位于该邻接设备的上风口，则维持子区域的温度，若有风且子区域位于该邻接设备的下风口，则将子区域的温度设定为该邻接设备在上一个周期
Figure 69998DEST_PATH_IMAGE002
时的监测温度；
D13）若邻接设备发生危险气体泄漏事故，则更新子区域的危险气体浓度和危险气体种类，具体为：
若无风，则
Figure 399348DEST_PATH_IMAGE004
，其中
Figure 660565DEST_PATH_IMAGE006
为子区域的危险气体浓度，
Figure 329444DEST_PATH_IMAGE008
为泄漏源附近距离
Figure 385124DEST_PATH_IMAGE010
区域内的危险气体浓度均值，
Figure 139454DEST_PATH_IMAGE012
表示本次更新距离气体发生泄漏时刻的周期
Figure 938782DEST_PATH_IMAGE002
数量，
Figure 462168DEST_PATH_IMAGE014
表示第
Figure 954329DEST_PATH_IMAGE012
个周期
Figure 258271DEST_PATH_IMAGE002
更新时的系数，其值由预设的表格查询获得，
Figure 533395DEST_PATH_IMAGE016
时，
Figure 239183DEST_PATH_IMAGE014
随
Figure 574349DEST_PATH_IMAGE012
的增大而增大，
Figure 365588DEST_PATH_IMAGE018
时，
Figure 444402DEST_PATH_IMAGE020
；
若有风且子区域位于该邻接设备的上风口，则维持子区域的危险气体浓度；
若有风且子区域位于该邻接设备的下风口，则
Figure 4696DEST_PATH_IMAGE022
。
7.根据权利要求6所述的一种基于可燃性气体浓度检测的化工厂安全监管方法，其特征在于，
步骤C还包括：
C1）根据化工厂的监控数据更新每个电子预案的关联变量以及延期关联变量，并将关联变量与其关联触发条件对比，若关联变量符合关联触发条件则触发该电子预案；
C2）根据电子预案的延期关联变量推演T时间后每个协同表的状态，根据T时间后协同表的状态以及延期关联变量的值，判断T时间后化工厂各区域的安全性，进而判断T时间后每条逃生的安全性；
C3）显示终端的每个指示灯指示一条逃生路线的安全性，两排显示灯位置对应的两个指示灯指示同一条逃生路线的安全性，第一排指示灯指示逃生路线当前的安全状态，第二排指示灯指示逃生路线T时间后的安全性。
8.根据权利要求7所述的一种基于可燃性气体浓度检测的化工厂安全监管方法，其特征在于，
步骤C1）中，更新每个电子预案的关联变量的方法包括：C11）若存在危险气体泄露，且泄露气体为可燃气体，则进入步骤C12），若泄露气体为不可燃气体则进入步骤C13）；
C12）推导并更新每个电子预案的关联变量的温度值，推导
Figure DEST_PATH_IMAGE024
时间后每个电子预案的关联变量的温度值，并更新延期关联变量的温度值；
C13）推导并更新每个电子预案的关联变量的危险气体浓度，推导
Figure 900977DEST_PATH_IMAGE002
时间后每个电子预案的关联变量的危险气体浓度，并更新延期关联变量的危险气体浓度，关联变量以及延期关联变量中的危险气体种类均为对应泄漏种类。
9.根据权利要求8所述的一种基于可燃性气体浓度检测的化工厂安全监管方法，其特征在于，
步骤C12)中，推导每个电子预案的关联变量的温度值的方法为：若电子预案的预案对象与火情区域的气流通道隔绝或气流通道的气流阻力大于设定阈值，则电子预案的关联变量的温度值保持不变；若电子预案的预案对象与火情区域的气流通道阻力小于或等于设定阈值，则判断气流通道区域是否无风，若无风，则按空气热传导规律获得电子预案的关联变量的温度值，若气流通道区域有风，则判断电子预案的预案对象是否在下风口，若在下风口，则距火情发生时间
Figure DEST_PATH_IMAGE026
内时，按空气热传导规律获得电子预案的关联变量的温度值，其中
Figure DEST_PATH_IMAGE028
为预案对象区域与火情区域的距离，
Figure DEST_PATH_IMAGE030
为风速，距火情发生时间
Figure DEST_PATH_IMAGE032
内时，电子预案的关联变量的温度值为
Figure DEST_PATH_IMAGE034
，
Figure DEST_PATH_IMAGE036
，
Figure DEST_PATH_IMAGE038
为火情区域的边缘的温度值，
Figure DEST_PATH_IMAGE040
为调整系数，预案对象区域与火情区域距离越小，或预案对象区域与火情区域的气流通道阻力越小时，
Figure 678047DEST_PATH_IMAGE040
取更大值，若电子预案的预案对象在上风口，则按空气热传导规律获得电子预案的关联变量的温度值。
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