CN114023043A - 一种泄露气体安全预警方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种泄露气体安全预警方法，该方法中包括：S1：在泄露气体监控区域内布设一级监测传感器，在监控区域外部靠近各火源点的位置布设二级监测传感器；S2：控制中心接收各一级监测传感器和二级监测传感器采集的数据，并计算一级监测传感器和二级监测传感器处的泄露气体浓度，同时计算泄露气体从二级监测传感器扩散至火源点的时间；S3：控制中心根据计算的一级监测传感器处的泄露气体浓度进行首次预警，根据计算的二级监测传感器处的泄露气体浓度和扩散至火源点的时间进行二次预警。本发明采用监测区域内和火源点周围的二级监测方式，可以更加准确的对气体泄漏位置和扩散时间进行精确预测，提高监测区域周围区域的安全性。
Description
技术领域
本发明涉及化工安全技术领域，尤其涉及一种泄露气体安全预警方法。
背景技术
石化产业是国民经济的重要支柱，产业链条长，产品覆盖面广，与人民生活息息相关。然而，石化的生产过程具有易燃、易爆、有毒、腐蚀性强、高温高压操作等特点，一旦发生火灾、爆炸等事故，将会造成巨大的经济损失和人员伤亡。石化园区生产原料和产品的运输、储存对环境要求较高，若发生泄漏，将会造成严重的环境污染。通过调研发现，目前在石化园区中，常规的对危险源进行检测的方法是通过携带便携式的危险气体或废水探测仪进行实地采样和检测。这种方法需要通过人工进行数据采集和分析，实时性不能保证。同时，一些生产环节及管理模式还需要依靠操作人员和管理人员的经验和知识来进行。这种依靠经验的操作管理方式受到工作人员的能力、素质和专业知识等的影响，其优化控制性能也因人而异，并且差别很大。此外，许多石化园区的安全预警机制薄弱，如何及时发现和消除安全隐患，关系到企业、国家的经济利益，乃至工人的人身安全，成为亟待解决的问题。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提出了一种泄露气体安全预警方法、终端设备及存储介质，用于解决石化园区传统人工现场数据采集方法存在的采集效率低、精度差和数据时效性差的问题。
具体方案如下：
一种泄露气体安全预警方法，包括以下步骤：
S1：在泄露气体监控区域内布设一级监测传感器，在监控区域外部靠近各火源点的位置布设二级监测传感器；一级监测传感器和二级监测传感器均包括气体监测传感器和气象监测传感器；
S2：控制中心接收各一级监测传感器和二级监测传感器采集的数据，并计算一级监测传感器和二级监测传感器处的泄露气体浓度，同时计算泄露气体从二级监测传感器扩散至火源点的时间；
S3：控制中心根据计算的一级监测传感器处的泄露气体浓度进行首次预警，根据计算的二级监测传感器处的泄露气体浓度和扩散至火源点的时间进行二次预警。
进一步的，步骤S1中气象监测传感器包括风向传感器、风速传感器、温度传感器和降雨降水传感器。
进一步的，步骤S1中一级监测传感器布设于容易产生气体泄漏的设备位置。
进一步的，步骤S1中二级监测传感器布设在以火源点为中心、额定距离为半径的圆上。
进一步的，步骤S2中根据接收的数据计算泄露气体从二级监测传感器扩散至火源点的时间中具体采用气体高斯扩散模型进行计算。
进一步的，气体高斯扩散模型的计算公式为：
其中，x、y、z分别表示x轴、y轴和z轴的坐标，q(x,y,z)表示坐标为(x,y,z)处的泄露气体的浓度，Q表示泄露气体排放强度，
表示二级监测传感器处的平均风速，σy和σz分别表示y轴方向和z轴方向的扩散参数。
进一步的，步骤S3中预警的具体过程包括：
当一级监测传感器处的泄露气体浓度大于浓度阈值，且二级监测传感器处的泄露气体浓度小于浓度阈值时，发送低级预警信号进行首次预警，以提醒工作人员对泄露气体监控区域内的设备采取措施；
当二级监测传感器处的泄露气体浓度大于浓度阈值时，发送高级预警信号进行二次预警，以提醒工作人员对火源点处采取措施。
进一步的，当二级监测传感器处的泄露气体浓度大于浓度阈值时，根据扩散至火源点的时间的长短与不同等级时间阈值的大小关系进行不同等级的预警；工作人员根据不同等级的预警信号进行不同的处理方式，当等级较低时，采用自动防护方式；当等级较高时采用自动防护与人工处理相结合的方式。
进一步的，自动防护方式包括自动开启灭火装置。
本发明采用如上技术方案，采用监测区域内和火源点周围的二级监测方式，可以更加准确的对气体泄漏位置和时间进行精确预测，提高监测区域周围区域的安全性。
附图说明
图1所示为本发明实施例一的流程图。
图2所示为该实施例中泄露气体安全预警模型的示意图。
具体实施方式
为进一步说明各实施例，本发明提供有附图。这些附图为本发明揭露内容的一部分，其主要用以说明实施例，并可配合说明书的相关描述来解释实施例的运作原理。配合参考这些内容，本领域普通技术人员应能理解其他可能的实施方式以及本发明的优点。
现结合附图和具体实施方式对本发明进一步说明。
实施例一：
本发明实施例提供了一种泄露气体安全预警方法，如图1所示，所述方法包括以下步骤：
S1：在泄露气体监控区域内布设一级监测传感器，在监控区域外部靠近各火源点的位置布设二级监测传感器；一级监测传感器和二级监测传感器均包括气体监测传感器和气象监测传感器。
该实施例中设定监控区域为石化园区内，火源点为居民区。
气象监测传感器包括风向传感器、风速传感器、温度传感器和降雨降水传感器。在气体监测传感器和气象监测传感器的基础上，为了更全面的对石化园区内各环境和生产因子进行采集，还可以根据需要设置用于监测其他如水质、土壤、噪声等因子的传感器，在此不做限定。
该实施例中优选将一级监测传感器布设在容易产生气体泄漏的设备位置，如阀门、轴承、泵、法兰盘等。将二级监测传感器布设在以火源点为中心、额定距离为半径的圆上。
需要注意的是，在传感器的选取中，需要考虑以下原则：(1)各类传感器需要防火防爆，(2)各类传感器需要避免化学腐蚀，(3)各类传感器需要避免电池环境影响；(4)各类传感器需要考虑石化园区及园区小气候的变化；(5)各类传感器需要考虑温度及压力的变化。
S2：控制中心接收一级监测传感器和二级监测传感器采集的数据，并分别计算一级监测传感器和二级监测传感器处的泄露气体浓度，同时计算泄露气体从二级监测传感器扩散至火源点的时间。
泄露气体浓度可以通过监测传感器采集的数据综合计算获得。
泄露气体从二级监测传感器扩散至火源点的时间采用气体高斯扩散模型进行计算。
设定石化园区的泄露气体的排放强度为Q(g/s)，可令溶度分布为：
当气体扩散满足当复合高斯分布时，
代入式(1)得：
又假设气体物质为无反应性粒子，质量守恒，运用质量连续条件，即源的下风向任意垂直界面上污染物的总通量等于排放源强。则有：
将公式(2)代入上式(3)演算可得：
最终，可得在石化园区的点源的气体高斯扩散公式如下：
其中，x、y、z分别表示x轴、y轴和z轴的坐标，q(x,y,z)表示坐标为(x,y,z)处的泄露气体的浓度，Q表示泄露气体排放强度，
表示二级监测传感器处的平均风速，σy和σz分别表示y轴方向和z轴方向的扩散参数。
从公式(5)中可得，泄露气体的扩散模型主要受风速、风向及气温的影响。在石化园区的小气候的大气稳定度随着气温层结构的分布而变化，是直接影响泄露气体的扩散的极重要的因素。大气越不稳定，泄露气体的扩散速率就越快；反之，则越慢。当近地面的大气处于不稳定状态时，由于上部气温低而密度大，下部气温高而密度小，两者之间形成的密度差导致空气在竖直方向产生强烈的对流，使得泄露气体的扩散速率增快。当石化园区的小气候的大气处于逆温层结的稳定状态时，将抑制空气的上下扩散，使得泄露气体的各类气体因此在局部地区大量聚积。当泄露气体的溶度增大到一定程度并在火源点区域停留足够长的时间，就可以产生火灾及爆炸事件。
S3：控制中心根据计算的一级监测传感器处的泄露气体浓度进行首次预警，根据计算的二级监测传感器处的泄露气体浓度和扩散至火源点的时间进行二次预警。
该实施例中预警的具体过程包括：
当一级监测传感器处的泄露气体浓度大于浓度阈值，且二级监测传感器处的泄露气体浓度小于浓度阈值时，发送低级预警信号进行首次预警，以提醒工作人员对泄露气体监控区域内的设备采取措施。
当二级监测传感器处的泄露气体浓度大于浓度阈值时，发送高级预警信号进行二次预警，以提醒工作人员对火源点处采取措施。
浓度阈值应为具有危害时的气体浓度，根据泄露气体类型的不同，对应的浓度阈值可能不同。
进一步的，为了使预警更加的准确，当二级监测传感器处的泄露气体浓度大于浓度阈值时，根据扩散至火源点的时间的长短与不同等级时间阈值的大小关系进行不同等级的预警，当时间越短时，预警信号等级越高，即越紧急；工作人员根据不同等级的预警信号进行不同的处理方式，当等级较低时，采用自动防护方式；当等级较高时采用自动防护与人工处理相结合的方式。
该实施例中预警信号采用声音预警，当预警信号等级越高时，提高声音警报的频率。在其他实施例中也可以采用其他预警方式，在此不做限定。
该实施例中自动防护方式采用自动开启灭火装置的方式，在其他实施例中也可以采用其他自动防护方式，在此不做限定。
气象条件是影响石化园区的泄漏气体扩散的主要因素。为掌握泄漏气体的扩散规律，以便采取有效防治泄漏气体自动防护措施，必须了解气象条件对大气扩散的影响，以及局部气象因素与地形地貌状况之间的关系。气象学中，气象要素是指用于描述的物理状态与现象的物理量，包括气压、气温、气湿、云、分、能见度及太阳辐射等，这些要素都能从观测中直接获取，并随着时间经常变化，彼此之间相互制约。不同气象要素组合呈现不同的气象特征。因此，对气体在大气中输送扩散产生不同的影响。其中风和大气不规则的湍流运动是直接影响到石化园区的泄露大气的扩散的气象特征。而气温的垂直分布又制约着风场与湍流结构。
因此，重点监测石化园区的小气候的气象因子对泄露气体的安全预警具有重要的作用。
本发明实施例中首先在石化园区的每个部件布设一级监测传感器，主要包含风向传感器、风速传感器、温度传感器及气体传感器等，来构建立体空间网格化监测；其次在石化园区周围的火源点布设二级监测传感器，二级监测传感器是以火源为中心以一定的距离布设的；再其次，将这些监测数据快速传输到数据控制中心，数据控制中心根据气体扩散模型来计算气体扩散到火源点的时间；最终，将预警预报信息发布给企业管理者、技术者、周围居民；并开启火源点的自动防护功能，及时启动应急响应处理；并进行影响周围地理空间的快速评估，如图2所示。
通过本实施例方法，可以根据不同监测情况得到不同的等级的预警信号，进而采取不同的措施进行防护。当二级监测传感器处的泄露气体浓度大于浓度阈值，说明火源点附近已经不安全，因此需要发送高级预警信号以提醒工作人员对火源点处采取措施，如疏散居民、准备灭火等等。而根据扩散至火源点时间的不同发出不同等级的预警信号，以方便工作人员采取更加合适的措施进行处理。
尽管结合优选实施方案具体展示和介绍了本发明，但所属领域的技术人员应该明白，在不脱离所附权利要求书所限定的本发明的精神和范围内，在形式上和细节上可以对本发明做出各种变化，均为本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种泄露气体安全预警方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：在泄露气体监控区域内布设一级监测传感器，在监控区域外部靠近各火源点的位置布设二级监测传感器；一级监测传感器和二级监测传感器均包括气体监测传感器和气象监测传感器；
S2：控制中心接收各一级监测传感器和二级监测传感器采集的数据，并计算一级监测传感器和二级监测传感器处的泄露气体浓度，同时计算泄露气体从二级监测传感器扩散至火源点的时间；
S3：控制中心根据计算的一级监测传感器处的泄露气体浓度进行首次预警，根据计算的二级监测传感器处的泄露气体浓度和扩散至火源点的时间进行二次预警。
2.根据权利要求1所述的泄露气体安全预警方法，其特征在于：步骤S1中气象监测传感器包括风向传感器、风速传感器、温度传感器和降雨降水传感器。
3.根据权利要求1所述的泄露气体安全预警方法，其特征在于：步骤S1中一级监测传感器布设于容易产生气体泄漏的设备位置。
4.根据权利要求1所述的泄露气体安全预警方法，其特征在于：步骤S1中二级监测传感器布设在以火源点为中心、额定距离为半径的圆上。
5.根据权利要求1所述的泄露气体安全预警方法，其特征在于：步骤S2中根据接收的数据计算泄露气体从二级监测传感器扩散至火源点的时间中具体采用气体高斯扩散模型进行计算。
6.根据权利要求4所述的泄露气体安全预警方法，其特征在于：气体高斯扩散模型的计算公式为：
其中，x、y、z分别表示x轴、y轴和z轴的坐标，q(x,y,z)表示坐标为(x,y,z)处的泄露气体的浓度，Q表示泄露气体排放强度，
表示二级监测传感器处的平均风速，σy和σz分别表示y轴方向和z轴方向的扩散参数。
7.根据权利要求1所述的泄露气体安全预警方法，其特征在于：步骤S3中预警的具体过程包括：
当一级监测传感器处的泄露气体浓度大于浓度阈值，且二级监测传感器处的泄露气体浓度小于浓度阈值时，发送低级预警信号进行首次预警，以提醒工作人员对泄露气体监控区域内的设备采取措施；
当二级监测传感器处的泄露气体浓度大于浓度阈值时，发送高级预警信号进行二次预警，以提醒工作人员对火源点处采取措施。
8.根据权利要求7所述的泄露气体安全预警方法，其特征在于：当二级监测传感器处的泄露气体浓度大于浓度阈值时，根据扩散至火源点的时间的长短与不同等级时间阈值的大小关系进行不同等级的预警；工作人员根据不同等级的预警信号进行不同的处理方式，当等级较低时，采用自动防护方式；当等级较高时采用自动防护与人工处理相结合的方式。
9.根据权利要求8所述的泄露气体安全预警方法，其特征在于：自动防护方式包括自动开启灭火装置。
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