CN111475967B - 一种输气管道受限空间泄漏事故后果计算方法 - Google Patents

Abstract

本申请提出了一种受限空间下燃气泄漏后果的分析方法，依据受限空间内的不同天然气特性，提出了依据倒圆锥体模型等差测距的方式，进行气体损失率的测量，同时通过燃烧热和特征曲线执行多项式匹配的方式，获得不同泄漏孔径。通过网格化倒圆锥体模型的设置采样点的设置，能够减少计算时间，提高了受限空间泄露后果计算的效率和准确度。

Description

一种输气管道受限空间泄漏事故后果计算方法

技术领域

本发明涉及燃气管道传输领域，具体适用于受限空间燃气管道的保障后果分析的方法和系统。

背景技术

随着城镇化程度的进一步提高，天然气管道的传输范围越来越广泛，西气东输和北方煤改气供暖之后，天然气的需求量和使用率也越来越大，传统的煤气罐灌注家用的方式逐步也被天然气管道的传输方式所替代。伴随着国经济建设和城镇人口密度的增大，住宅空间设计的多样化和老龄化等人口的增加，加以管道线路的长期铺设维护和标准的不统一等，天然气管道在有限空间中泄漏的风险逐步的风险逐渐增大。因此为了保障天然气的安全使用，对于有限空间之下，燃气爆炸后果的分析，十分有必要。现有的受限空间的爆炸，多事集中在油气管道的处置方案中，侧重于应急救援方案，考虑经济损失、公众及环境影响等因素，建立城市油气管道爆燃事故的事故属性树，推算各个属性的效用函数。根据油品特性及城市油气管道爆燃事故特点，结合专家评判结果计算各个属性权重值。多是侧重输油管道类的大型事故的预测，且定量化的分析不多。

对于受限空间的比如住宅类的，商住混合类住宅，厂房类的燃气泄漏空间的爆炸后果关注不多，结合在大数据环境下，温敏等器件价格日渐民用化的情形，如何更充分地提高对住宅类有限空间泄露后果的分析准确性和精度，为消防处置等提供参考依据。因此，为此，本申请提出了一种受限空间下燃气泄漏后果的分析方法。

发明内容

为解决上述技术问题，本申请提出了一种受限空间下燃气泄漏后果的分析方法。依据受限空间内的不同，提出了依据倒圆锥的模型，进行气体损失率的测量，同时通过燃烧热和特征曲线多项式匹配的方式，通过网格的不同分布，提高网络能够减少计算时间，提高了受限空间泄露后果计算的效率和准确度。

一种输气管道受限空间泄漏事故后果计算方法，所述方法包括：

步骤S1，获取受限空间的类型信息，对所述受限空间进行网格化探测，所述网格探测具体为构造倒圆锥体，所述圆锥体以空间顶部宽为圆锥直径d，以空间体的高度为圆锥体h，在以中轴设置40cm的等间隔，对圆锥执行截面的，在截面上设置4个取样点，将各点的取样值做均值，获得燃气气体的损失速率；

步骤S2，获取受限空间的气体损失速率和材料的燃烧热，依据受限空间类型信息获取燃烧分数因子，计算热释放速率；

Rh＝v(t)*a(t)*H

Rh为单一材料的热释放速率，v(t)为气体损失速率，H为材料的燃烧热，a(t)为燃烧分数因子，所述燃烧分数因子取值为(0，1)，t为时间；

计算获得不同时刻的热释放速率并绘制出散点图，对散点进行多项式拟合，形成平滑的热释放速率曲线；将获得的热释放速率曲线，分别与预先存储的不同孔径的特征曲线执行匹配；根据相关度获取对应的泄漏孔径范围大小；

优先的，所述不同的孔径特征曲线的范围对应于所述空孔径的大小为[0，10mm]，[10mm,20mm]，大于20mm。

优选的，获得不同空间类型下对应孔径时最大热释放速率，当热释放速率，大于最大燃烧热释放速率且门窗的压力参数大于阈值时，判断存在轰燃。

优先的，当探测到顶点多个抽样点燃气的密度值，和底部点的密度值相同时，判断为燃气充裕空间。

优选的，当顶部抽样点与底部的密度值不同时，则判断为释放爬升期。

优选的，所述受限空间体类型信息，包括工厂，住宅和商场。

优选的，所述热释放速率曲线，白天和夜晚的加权参数不同。

优选的，当空间类型为工厂时，所述以40CM的等间隔的探测方式替换为，以40CM为起点，20CM步长递增的方式对圆锥体执行截面。

本申请还提供一种计算机存储介质，所述计算机存储介质上存储指令，所述指令被处理器执行，以实现本申请的方法。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1本申请的方法流程示意图

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例

在现有的受限空间的燃气的爆炸后果的分析中，依据研究发现在现有的住宅类的受限空间的中，对于管道的泄漏类型，主要是小孔径的泄漏模型，我们发现在燃气管道从室外进入到室内，要穿过土壤以及墙壁，这些地方环境比较恶劣，由于管材一般是镀锌钢管，所以容易发生腐蚀，而且钢管使用久了以后，会出现老化的情况，从而产生缝隙，引起泄漏。由于燃气管道不同于其他管道，输送的是易燃易爆的天然气，在管道布置的时候，施工人员一般会严格按照规范的要求进行安装，以达到安全用气的目的，但是，随着城镇化程度提高一些住户为了出于对燃气管道的不了解，私自将安装好的管道进行改装，包括移动，拆除和改动等，由于没有专业人员的指导，个人在铺设过程中易出现问题，引起泄漏。

因此，在有限空间内侧重关注于小孔泄露的，提高小孔径处置的准确性和精度，有利于实现风险和收益均衡。在实验中发现在小孔径泄漏之后，其持续的泄漏是一个稳定量的过程，在释放的过程中浓度现有的方式有采用正态方式进行拟合，也有实现高斯模型进行拟合，但是对于现场处置方式不够灵活。

受限空间中的泄露，都是一个快速变化到动态稳定的过程，研究发现，受限空间中的泄露中，都发生在凌晨到白天间，而凌晨中气用气的少，因此管道的压力和白天不一样，现有的泄露模型并没有注意到这样点，因此在泄露匹配中容易存在差异，为此，我们在匹配时予以区分，在泄露的过程中。根据网格化抽样点测量的方式，获取受限空间中的气体损失率的变化。

而依据从管道泄漏到周围空气中，由于燃气的可压缩性，泄漏以后燃气密度会发生变化，泄漏后的天然气在空气中膨胀扩散,与空气混合形成可燃气云,该燃气云因溶度不同而会产生爆炸或燃烧，因此根据燃烧的受限空间中的可燃气体的损失率，执行特征曲线的匹配，从而判断是否存在轰燃的风险，在燃烧过程中，不同体积浓度条件下燃烧爆炸压力会随时间变化曲线存在一个特征曲线图。

基于上述研究，如图1所示，提出了一种受限空间泄露的后果分析方法。

整个受限空间类型，对受限空间的各个区域，做一个网格化的处理，研究发现，在紊流扩散和空气浮力的共同作用下，天然气会向泄露孔的上方扩散,且沿射流轴向由一定的偏移,并在该区域最先到达天然气的爆炸极限.燃气在到达房间屋顶后沿屋顶平面扩散,并在充满整个屋顶后转向房间的下部扩散在没有外界因素的干扰，燃气将最终充满整个房间，对于空间的中上层空间的网格密度，超出底下的网格化的处理，以倒圆锥形的方式，执行网格化密度处理，可选的，抽样点M依据面积大小成比例的衰减。

当探测到顶点多个燃气的密度值，和底部点的密度值相同时，则为燃气充裕空间，当顶部抽样点与底部的密度值不同时，则还处于释放爬升期，在燃烧时，当顶点不抽样点不同时，根据受限空间的垂直方向，依据燃气的气体性质和燃气管道压力的特性，研究发现在倒圆锥体型下，以40cm间距设置采样点在仿真抽样结果中为优，抽样点M依据面积大小成比例的衰减。但是当受限空间为大型厂房时候，则可以等差序列的差值为20CM的方式执行设置，对圆锥体的截面，将上述采样点的求均值获取燃气的损失率。根据受限空间类型不同获取不同的燃烧分数因子，空间类型可以分为住宅，厂房或商场等。

在计算网络燃气泄露速度时，通过对晚上和夜晚的时间加权值对不同的泄露速度执行加权，从而校正。所述校正可以依据不同的时间短，对白天的系数和晚上的系数进行加权，系数可以依据压力值的比和时间泄漏时间占比进行加权。

获取受限空间的气体损失速率和材料的燃烧热，依据受限空间类型值获取燃烧分数因子。

Rh＝v(t)*a(t)*H

Rh为单一材料的热释放速率，v(t)为气体损失速率，H为材料的燃烧热，a(t)为燃烧分数因子，所述燃烧分数因子取值为(0，1)，t为时间；

计算获得不同时刻的热速率并绘制出散点图，对散点进行多项式拟合，形成平滑的热释放速率曲线；将获得的热释放速率曲线，与预先存储的不同孔径的特征曲线执行匹配；所述特征区域因不同的燃烧材料而不同；根据相关度获得，确定泄露口径范围大小，所述孔径的大小为[0，10mm]，[10mm,20mm]，大于20mm。所述相关度具体为匹配的相关度值。所述多项式拟合，是对多个散点图中的点执行多项式拟合，将局外点进行剔除。

其中，所述的预先存储的特征曲线，很显然可以根据不同的仿真数值平台软件仿真获得，也可以根据已有的实验数据获得。

进一步，获得不同空间类型下对应孔径时最大热释放速率，当热释放速率大于最大燃烧热释放速率且门窗的压力参数大于阈值时，判断存在轰燃。

在发生燃气泄漏时，空气中的CO和CO₂的浓度，温度和湿度是存在一定的变化的。为此，我们也可以依据现有的数值软件平台，建立相应获取不同的空间的特征曲线。根据瞬时速率不同变化，判断所述天然气泄漏事件的危险程度。

所述气体损失率，也可以通过CO₂与其它的损失率的映射关系，从而获得气体损失率。

对于不同孔径大小的泄露之下，结合检测空间中的氧气损失率和CO₂的浓度值进行判断。

基于如上所述的示例，在一个实施例中还提供一种计算机设备，该计算机设备包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其中，处理器执行所述程序时实现如上述各实施例中的任意一种方法。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于一非易失性的计算机可读取存储介质中，如本发明实施例中，该程序可存储于计算机系统的存储介质中，并被该计算机系统中的至少一个处理器执行，以实现包括如上述各视频播放方法的实施例的流程。其中，所述的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(Read-Only Memory，ROM)或随机存储记忆体(Random Access Memory，RAM)等。

据此，在一个实施例中还提供一种存储介质，其上存储有计算机程序，其中，该程序被处理器执行时实现如上述各实施例中的任意一种方法。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (8)

1.一种输气管道受限空间泄漏事故后果计算方法，其特征在于，所述方法包括：

步骤S1，获取受限空间类型信息，对所述受限空间进行网格化探测，所述网格化探测具体为构造倒圆锥体，所述倒圆锥体以空间顶部宽为圆锥直径d，以空间体的高度为圆锥体h，在倒圆锥体中轴线上以40cm为间距设置等间隔点，以该等间隔点为基准对圆锥体做截面，在截面上设置M个取样点，由各点的取样值得平均值，获得燃气的气体损失速率；所述燃气的气体损失速率基于检测受限空间中的氧气损失速率和CO₂的浓度值获得；

其中受限空间类型信息用于区分空间类型，所述空间类型信息至少包括住宅，厂房或商场；

步骤S2，获取受限空间的气体损失速率和材料的燃烧热，依据受限空间类型信息获取燃烧分数因子，计算热释放速率；

Rh＝v(t)*a(t)*H

Rh为单一材料的热释放速率，v(t)为气体损失速率，H为材料的燃烧热，a(t)为燃烧分数因子，所述燃烧分数因子取值为(0，1)，t为时间；

步骤S3，获得不同时刻的热释放速率并绘制出散点图，形成平滑的热释放速率曲线；将获得的热释放速率曲线，分别与预先存储的不同孔径的特征曲线执行匹配；根据相关匹配度获取对应的泄漏孔径范围大小。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述不同的孔径特征曲线的范围，对应于所述孔径的大小为[0，10mm]，[10mm,20mm]和大于20mm。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，包括步骤S3进一步包括，获得不同空间类型下对应孔径时最大热释放速率，以判断是否存在轰燃。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，当探测到顶部多个抽样燃气点的密度值和底部抽样点的密度值相同时，判断为燃气充裕空间。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，当顶部抽样点与底部抽样点的密度值不同时，则判断为释放爬升期。

6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述热释放速率，白天和夜晚的加权参数不同，加权参数依据白天和黑夜的压力值比和时间泄漏时间占比而设置。

7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，当空间类型信息为工厂时，所述在倒圆锥体中轴线上以40cm为间距设置等间隔点，以该等间隔点为基准对圆锥体做截面替换为以40CM为起点，20CM步长递增的方式对倒圆锥体做截面。

8.一种计算机存储介质，其特征在于，所述计算机存储介质上存储指令，所述指令被处理器执行，以实现权利要求1-7任一所述的方法。