CN116127349A - 有毒可燃气体的监测预警与应急决策一体化系统 - Google Patents

有毒可燃气体的监测预警与应急决策一体化系统 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种有毒可燃气体的监测预警与应急决策一体化系统，针对工业用有毒可燃气体泄露或爆炸后的浓度超标监测预警以及在后续的应急处理中给与决策支撑的一体化系统，主要包括三个部分：气体数据采集处理模块、预警模块以及决策支撑模块。气体数据采集处理模块通过气体探测器和报警控制器来实现气体的浓度指标值的获取以及做是否预警的判断，气体数据采集处理模块和预警模块分别将关联数据传输给决策支撑模块，决策支撑模块存储接收的所有数据，将应急处置策略展现在系统上。本发明中设计并实现了气体扩散预测模型，输入储罐气体储存量、气体量程、预警临界、风速风向等信息，系统便会以图形化的方式直观的展示出气体的影响半径及扩散路线。

Description

有毒可燃气体的监测预警与应急决策一体化系统
技术领域
本发明涉及工业用有毒可燃气体的监测预警以及发生报警后的应急决策，属于化工生产环保智能化和信息化技术领域。
背景技术
工业用有毒可燃气体的储存量越来越大，使用率越来越高，如何在日常的工业生产中科学合理地应对可能出现的泄露或爆炸等突发事件带来的影响，已经成为城市安全不可或缺的一部分，但是，现有的用于采集化工企业有毒可燃气体浓度的终端设备及生产运营的信息化系统尚存在以下不足点：
1、气体探测器和报警控制器功能融合导致监测指标参数配置不足，在发生泄露或爆炸时难以准确采集到气体的浓度、温度、光波强度、电磁辐射等指标；
2、气体探测器和报警控制器的接线方式为两条或多条的铜芯导线，特别是在发生事故后的高温状况下，导线的耐高温性差，难以保证通信畅通和报警的可靠；
3、智能化系统的软件开发架构老旧，技术先进性不够，气体扩散的模型和算法不够成熟，在指导决策的过程中缺乏验证性的数据支撑。
发明内容
针对现有气体监测预警系统中存在的传感器参数配置及智能化不足的缺点，本发明主要在数据采集、网络传输、监测预警、事故应急辅助决策等方面实现联动管理，提供一种有毒可燃气体的动态监测预警，以及在气体泄露或爆炸后的应急决策指导的一体化系统，把危险控制在始发阶段，为企业的安全生产提供保障。
本发明采用的具体技术方案如下：
有毒可燃气体的监测预警与应急决策一体化系统，所述系统包括：
气体数据采集处理模块，预警模块，决策支撑模块，其中，
所述气体数据采集处理模块包含气体探测器，气体探测器接入无线局域内网，持续监测生产环境下的有毒可燃气体的浓度数值；
所述预警模块根据监测气体的种类，分别设置该监测气体的预警规则和预警阈值，再以任务的形势与所述气体数据采集处理模块的监测气体关联，形成预警任务；
所述决策支撑模块包含两个模块，气体扩散预测模型和应急决策预案，所述决策支撑模块根据预警任务调用匹配的气体扩散预测模型，生成应急决策预案。
进一步的，所述气体数据采集处理模块监测的气体包含：
刺激性气体，包含氯气、光气、二氧化硫、氮氧化物、甲醛、氨气；
窒息性气体，包含一氧化碳、硫化氢、氢氰酸；
有毒气体，包含正己烷、二氯甲烷；
可燃气体，包含氢气、甲烷、乙炔、乙烯；
易挥发可燃液体，包含甲醇、甲醚、苯、甲苯；
工业用有毒可燃气体以液体形式储存，气体的液化过程采用高压和低温条件实现。
进一步的，所述气体数据采集处理模块为气体探测器设置各待监测气体的预警浓度指标值以及预警级别，同时设置数据传输的接口。
进一步的，所述气体数据采集处理模块中的数据传输接口包含：一类是传输给预警模块，数据内容包括是否预警的判断、预警级别、气体种类、气体浓度指标值；另一类是传输给决策支撑模块，数据内容包括气体种类、浓度、气体储存量、气体探测器编号及名称、地理位置信息。
进一步的，所述气体数据采集处理模块，将采集到的气体数据以实时数据的方式传输给决策支持模块并存储在实时数据库，经数据处理，形成气体业务数据库和气体历史数据库；
同时，采集的气体数据以接口服务的模式提供给外部查询；
当监测到的气体浓度达到预警指标后，气体数据采集处理模块将预警数据传送至预警模块。
进一步的，所述预警模块中设有的报警控制器，所述报警控制器接收气体探测器的报警输出信号并对其进行报警；
所述预警模块根据气体数据采集处理模块监测的气体数据信息将报警数据以声光的方式发送出来，所述报警数据包含气体报警器的编号和名称、预警时间、关联的气体探测器的数据信息，报警数据通过接口的形势传送给决策支撑模块存储，作为气体扩散预测模型的导入数据。
进一步的，所述气体数据采集处理模块和所述预警模块，通过无线局域网络连接，它们之间的通信以约定的网络协议和数据格式进行。
进一步的，所述决策支撑模块用于提供应急决策预案，应急决策预案中包含地理信息，所述地理信息为设置关键场所的基础信息数据。
进一步的，在决策支撑模块，气体扩散预测模型将导入所述气体数据采集处理模块的气体采集数据以及所述预警模块的报警数据，同时导入气象服务的实时气象数据，预测并推演气体的扩散半径和影响范围。
进一步的，所述决策支撑模块包含气体扩散模型和应急决策预案，并将其展示出来，从而指导和实施应急决策预案。
基于上述发明的技术方案，本发明与现有技术方案相比具有如下技术优点：
1、本发明中的气体探测器、报警控制器、决策支撑模块的服务器，均采用无线网络协议进行连接，实现系统数据的远程调用和传输设备间的网络化监控管理；
2、本发明中气体探测器负责数据采集，报警控制器负责安全报警，独立配置参数，分别工作，采集数据和报警数据汇聚到决策支持支撑系统做统一存储；
3、本发明中主动采集环境温度、湿度、气体浓度等数据，综合考虑气象、地理信息等因素导入精准成熟的软件模型，模拟气体扩散趋势及影响范围，为突发事件时的应急处置、资源调度等提供决策支持；
4、本发明中提供的气体扩散预测模型，在参照了气体基础理论、爆炸能量理论等的基础上，具有一定的科学性和先进性，可以在化工行业做推广；
5、本发明的一体化系统在预警方面表现出色，在一定程度上减少了化工企业的安全生产事故，决策支撑模块中的气体扩散预测模型为安全预案的实施提供了数据支撑和决策依据。
附图说明
图1为有毒可燃气体的监测预警与应急决策一体化系统的实现的总体架构图；
图2为有毒可燃气体的监测预警与应急决策一体化系统的实现的工作流程图；
图3为有毒可燃气体的监测预警与应急决策一体化系统的实现的气体扩散预测模型图；
图4为有毒可燃气体的监测预警与应急决策一体化系统的实现的功能结构图。
具体实施方式
下面结合图1的有毒可燃气体的监测预警与应急决策一体化系统的实现的总体架构图、图2的有毒可燃气体的监测预警与应急决策一体化系统的实现的工作流程图、图3的有毒可燃气体的监测预警与应急决策一体化系统的实现的气体扩散预测模型图以及图4的有毒可燃气体的监测预警与应急决策一体化系统的实现的功能结构图，对本发明的实施方式和实施步骤做进一步的详细说明。
实施例1
本发明提供有毒可燃气体的监测预警与应急决策一体化系统，所述一体化系统主要包括三个组成部分：
①气体数据采集处理模块；
②预警模块；
③决策支撑模块。
所述气体数据采集处理模块与预警模块采用无线局域网连接，所述气体数据采集处理模块与决策支撑模块采用无线局域网连接，所述预警模块与决策支撑模块采用无线局域网连接，所述决策支撑模块与气象服务接口采用互联网连接。
具体的，所述气体数据采集处理模块，由若干气体探测器组成，气体探测器之间局域网连接，分别采集不同类型的气体，主要有：刺激性气体，具体为氯气、光气、二氧化硫、氮氧化物、甲醛、氨气等、窒息性气体，具体为一氧化碳、硫化氢、氢氰酸等、有毒气体，具体为正己烷、二氯甲烷等、可燃气体，具体为氢气、甲烷、乙炔、乙烯等、易挥发可燃液体，具体为甲醇、甲醚、苯、甲苯等。
进一步的，所述气体数据采集处理模块，设置气体探测器监测的气体种类、预警浓度指标值、预警级别、气体探测器的位置信息和高度信息等。
更进一步的，所述气体数据采集处理模块具有两类数据传输接口，一类是报警数据，数据内容包括气体种类、气体浓度值、气体探测器位置信息和高度信息、是否预警的判断、预警级别等，报警数据通过无线局域网接口传输给预警模块。
更进一步的，所述气体数据采集处理模块的另一类接口数据是决策支撑数据，数据内容包括气体种类、气体浓度值、气体储存量、气体探测器编号及名称、地理位置信息包含经纬度、高度等，决策支撑数据通过无线局域网接口传输给决策支撑模块。
进一步的，所述预警模块，主要由报警控制器组成，接收气体探测器的报警数据并对其进行报警，预警模块会根据报警数据信息，包含气体种类、气体浓度值、危险预警的级别、是否预警的判断等，将报警信号以声光的方式发送出来。
更进一步的，所述预警模块具备数据传输接口传输报警信息数据，报警信息数据主要包含气体报警控制器的编号和名称、预警时间、关联的气体探测器的数据信息等，报警信息数据通过接口的形势传送给决策支撑模块存储，作为气体扩散预测模型的导入数据。
更进一步的，所述预警模块根据监测气体的种类，分别设置该监测气体的预警规则和预警阈值，再以任务的形势与所述气体数据采集处理模块的监测气体关联起来，形成预警任务。
进一步的，所述决策支撑模块，主要包含两个模块，气体扩散预测模型和应急决策预案。
更进一步的，所述决策支撑模块主要通过三类接口接收数据，一类是从所述的气体数据采集处理模块采集的气体数据，会以实时数据的方式传输给所述的决策支撑模块并存储在实时数据库，并经数据处理模块累积形成气体业务数据库和气体历史数据库；第二类是从所述的预警模块接收的报警数据，做为气体扩散预测模型和应急决策预案的导入数据，同时会被分析处理后形成气体报警的业务数据库和历史数据库，供大数据挖掘分析决策使用；第三类是从气象服务接口获取的实时气象数据，做为气体扩散预测模型和应急决策预案的导入数据。
更进一步的，应急决策预案中，设置关键场所的基础信息数据(主要包括经纬度的位置信息、容纳人数信息、相关应急物资等配套设施信息、应急预案调度流程信息、场所负责人及联络信息等)，比如：医院、消防、人防、学校、剧场、商业模块、地铁公交人员密集区等，方便在应急调度的过程中以一张图的形势展示出来，为指挥决策提供更形象的可视化支撑。
更进一步的，气体扩散预测模型将导入所述气体数据采集处理模块的气体采集数据以及所述预警模块的报警数据，同时导入气象服务的实时气象数据，预测并推演气体的扩散半径和影响范围。
所述的气体扩散预测模型，推演过程如下：
假设，工业用的氨气以液态氨的形态存储在储罐中，因为泄露发生爆炸。
已知前提条件：
①氨气(NH3)的分子量M＝17.031
②液氨的比热容C＝4.609(Kj/Kg·K)
③液氨的沸点t0＝-33.5℃
④液氨的沸点下汽化热q＝1336.97(Kj/Kg)
⑤介质温度常温取t＝20℃
⑥气体标况摩尔体积常数Vm，22.4，是指单位物质的量的气体所占的体积，单位是L/mol，在标准状况下，1摩尔任何理想气体所占的体积都约为22.4升
⑦开尔文温度用K表示，摄氏度用t表示，他们的换算关系为：K＝273.15+t(℃)
储罐中储存的液氨质量为m＝1000Kg，发生爆炸后全部液氨所放出的热量为：
Q＝m·C·Δt
＝m·C·(t-t0)
＝1000*4.609*[20-(-33.5)]
＝246581.5Kj
如果全部液氨所放出的热量全部蒸发，则热量转化成的蒸发量为：
W’＝Q/q＝246581.5/1336.97＝184.43Kg
液氨在沸点下蒸发蒸汽的体积为：
Vg＝Vm·W’/MK·(K+t0)
＝22.4*184.43*(273.15+(-33.5))/(273.15*17.031)
＝212.82m3
国家卫生标准规定，
A.吸入5～10分钟致死的浓度为C1＝0.5％(空气占比)
B.吸入0.5～1小时至中毒的浓度C2＝0.073％(空气占比)
则，储罐爆炸后，氨气的扩散半径为：
A.5～10分钟氨气致死的浓度扩散半径为：
Ra＝
3Vg/C1/2.0944
＝
3Vg/C1/2.0944
＝
330322.77
＝27.29m
B.吸入0.5～1小时氨气致中毒的浓度扩散半径为：
Rb＝
3Vg/C2/(1/2*4π/3)
＝
3Vg/C2/2.0944
＝
3139197.02
＝51.83m
导入气象服务的实时气象数据，“{“weatherinfo”:{“city”:“南京”,“cityid”:“3201”,“temp”:“20”,“WD”:“270”,“WS”:“1”,“SD”:“58％”,“WSE”:“1”,“time”:“06:28”}}”，通过服务解析可得，WD，270°，西风，WS，风力1级，WSE，离地10米处每秒风速0.3-1.5米，风速按照1.5米来算，不考虑氨气浓度稀释，计算可得，扩散半径如下：
Figure BDA0003967536420000061
Figure BDA0003967536420000071
假设储罐内的液氨全部爆炸泄露后，在风力1级风速1.5米/秒的状态下氨气的扩散半径是951.83m，该范围内的人员吸入氨气5～10分钟会中毒致死，氨气的扩散半径在951.83m～5451.83m范围内的人员吸入0.5～1小时会中毒致重病。
更进一步的，气体扩散模型和应急决策预案，将展示在决策支持系统中，从而指导和实施应急决策预案。
以上所述，仅是针对本发明的基本工作原理、工作流程以及较佳实现方式的概要描述而已，并非对本发明作任何形式上的限制，任何熟悉本行业的技术人员以及业务人员，在不脱离本发明技术原理和实现方式的前提下，可能对本发明涉及的简单结构变换、各种变化和改进、以及本发明中实现优点的一个或者多个，均应视作本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.有毒可燃气体的监测预警与应急决策一体化系统，其特征在于，所述系统包括：
气体数据采集处理模块，预警模块，决策支撑模块，其中，
所述气体数据采集处理模块包含气体探测器，气体探测器接入无线局域内网，持续监测生产环境下的有毒可燃气体的浓度数值；
所述预警模块根据监测气体的种类，分别设置该监测气体的预警规则和预警阈值，再以任务的形势与所述气体数据采集处理模块的监测气体关联，形成预警任务；
所述决策支撑模块包含两个模块，气体扩散预测模型和应急决策预案，所述决策支撑模块根据预警任务调用匹配的气体扩散预测模型，生成应急决策预案。
2.根据权利要求1所述的有毒可燃气体的监测预警与应急决策一体化系统，其特征在于，所述气体数据采集处理模块监测的气体包含：
刺激性气体，包含氯气、光气、二氧化硫、氮氧化物、甲醛、氨气；
窒息性气体，包含一氧化碳、硫化氢、氢氰酸；
有毒气体，包含正己烷、二氯甲烷；
可燃气体，包含氢气、甲烷、乙炔、乙烯；
易挥发可燃液体，包含甲醇、甲醚、苯、甲苯；
工业用有毒可燃气体以液体形式储存，气体的液化过程采用高压和低温条件实现。
3.根据权利要求1所述的有毒可燃气体的监测预警与应急决策一体化系统，其特征在于，所述气体数据采集处理模块为气体探测器设置各待监测气体的预警浓度指标值以及预警级别，同时设置数据传输的接口。
4.根据权利要求3所述的有毒可燃气体的监测预警与应急决策一体化系统，其特征在于，所述气体数据采集处理模块中的数据传输接口包含：一类是传输给预警模块，数据内容包括是否预警的判断、预警级别、气体种类、气体浓度指标值；另一类是传输给决策支撑模块，数据内容包括气体种类、浓度、气体储存量、气体探测器编号及名称、地理位置信息。
5.根据权利要求3所述的有毒可燃气体的监测预警与应急决策一体化系统，其特征在于，所述气体数据采集处理模块，将采集到的气体数据以实时数据的方式传输给决策支持模块并存储在实时数据库，经数据处理，形成气体业务数据库和气体历史数据库；
同时，采集的气体数据以接口服务的模式提供给外部查询；
当监测到的气体浓度达到预警指标后，气体数据采集处理模块将预警数据传送至预警模块。
6.根据权利要求1所述的有毒可燃气体的监测预警与应急决策一体化系统，其特征在于，所述预警模块中设有的报警控制器，所述报警控制器接收气体探测器的报警输出信号并对其进行报警；
所述预警模块根据气体数据采集处理模块监测的气体数据信息将报警数据以声光的方式发送出来，所述报警数据包含气体报警器的编号和名称、预警时间、关联的气体探测器的数据信息，报警数据通过接口的形势传送给决策支撑模块存储，作为气体扩散预测模型的导入数据。
7.根据权利要求1所述的有毒可燃气体的监测预警与应急决策一体化系统，其特征在于，所述气体数据采集处理模块和所述预警模块，通过无线局域网络连接，它们之间的通信以约定的网络协议和数据格式进行。
8.根据权利要求7所述的有毒可燃气体的监测预警与应急决策一体化系统，其特征在于，所述决策支撑模块用于提供应急决策预案，应急决策预案中包含地理信息，所述地理信息为设置关键场所的基础信息数据。
9.根据权利要求8所述的有毒可燃气体的监测预警与应急决策一体化系统，其特征在于，在决策支撑模块，气体扩散预测模型将导入所述气体数据采集处理模块的气体采集数据以及所述预警模块的报警数据，同时导入气象服务的实时气象数据，预测并推演气体的扩散半径和影响范围。
10.根据权利要求7所述的有毒可燃气体的监测预警与应急决策一体化系统，其特征在于，所述决策支撑模块包含气体扩散模型和应急决策预案，并将其展示出来，从而指导和实施应急决策预案。
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