CN202306775U - 危险化学品重大危险源网络监测预警系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了危险化学品重大危险源网络监测预警系统，包括视频摄像头、数据集中器、位于监测中心的Web服务器、数据库服务器和用于检测危险化学品重大危险源安全状态参数的传感器/变送器；数据集中器通过计算机网络与所述数据库服务器和Web服务器连接，Web服务器还与监测中心数据库服务器相连，传感器/变送器、视频摄像头通过电缆或总线分别与数据集中器相连。系统运行采用服务器/浏览器模式，通过因特网对危险化学品重大危险源的各类安全状态参数数据和现场视频进行实时监测，并基于实时风险进行预警分析，系统运行灵活方便，监管人员只需利用浏览器就可通过因特网实现对危险化学品重大危险源的监测管理。

Description

危险化学品重大危险源网络监测预警系统

技术领域

本实用新型涉及安全生产监督管理系统的技术领域，具体是指基于Web(万维网)的危险化学品重大危险源监测管理系统。

背景技术

科学技术的快速发展，给工业生产和人们的生活带来了巨大的变化，同时也给人类带来了更多的危险。20世纪70年代以来，工业生产中火灾、爆炸、毒物泄漏等重大恶性事故不断发生，预防工业危险在国际和国内都引起广泛重视。根据国家标准GB18218-2009，所谓的危险化学品重大危险源是指长期地或临时地生产、加工、使用或储存危险化学品，且危险化学品的数量等于或超过临界量的单元(一个/套生产装置、设施或场所，或同属一个生产经营单位的且边缘距离小于500米的几个/套生产装置、设施或场所)。

我国重大危险源控制的研究工作开始于20世纪90年代，并列入国家“八五”发展计划，1997年在北京、上海、天津、青岛、成都和深圳六大城市进行了重大危险源的普查试点，2000年颁布了GB18218-2000《重大危险源辨识》的国家标准，2009年更新该辩识标准为《危险化学品重大危险源辨识》(GB18218-2009)。2004年国家安全生产监督管理局《关于开展重大危险源监督管理工作的指导意见》，对开展重大危险源监督管理工作提出指导意见。

现代安全生产监管要求各级政府部门分级监督管理重大危险源，坚持以预防为主的原则，在事故发生之前加强对重大危险源的监控预警。国外重大事故预防的实践经验表明：若要预防重大危险源事故的发生，降低事故损失，就必须建立起重大危险源监控预警系统。

对危险化学品重大危险源的监控需要远程进行监控。危险化学品重大危险源加工、生产、处理、搬运、使用或贮存大量的危险化学品，危险性很高，并且发生事故后的影响范围通常很大，无论是有毒有害气体泄漏扩散，还是发生火灾、爆炸事故，都会对较大地域范围内的人、财、物造成影响，因而远程监控对重大危险源的安全管理是非常重要的；

对危险化学品重大危险源的监控需要事故预警分析能力。目前的监控系统主要是通过预设的阈值来进行报警，而有无预测方法或模型是预警和报警的根本区别，通过预测分析对可能发生的事故提前发出警告，这对避免事故的发生具有重要作用。

我国目前还不具备满足以上功能的危险化学品重大危险源监测系统，不能满足安全生产监督管理的要求。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术存在的不足，提供危险化学品重大危险源网络监测预警系统。

本实用新型的危险化学品重大危险源网络监测预警系统，包括视频摄像头、数据集中器、位于监测中心的Web服务器、数据库服务器和用于检测危险化学品重大危险源安全状态参数的传感器/变送器；数据集中器通过计算机网络与所述数据库服务器和Web服务器连接，Web服务器还与监测中心数据库服务器相连，传感器/变送器、视频摄像头通过电缆或总线分别与数据集中器相连。

上述的危险化学品重大危险源网络监测预警系统中，数据集中器包括音视频压缩模块、用于对音频、视频信号以及传感器的数据采集进行控制数字信号处理器、用于连接传感器/变送器的模拟量和数字量输入接口，用于连接摄像头的视频输入接口、用于储存监控图像的硬盘和用于与所述数据库服务器和Web服务器连接的网络接口。安全状态参数数据的采集，利用温度、浓度、压力等传感器获得危险化学品重大危险源现场的安全状态数据；视频数据采集，利用监控摄像头获得危险化学品重大危险源现场视频。安全状态参数数据通过计算机网络传给监测中心数据库服务器保存，视频监测数据保存在数据集中器的硬盘中。

上述的危险化学品重大危险源网络监测预警系统中，所述传感器/变送器通过模/数转换器与数据集中器连接。所述传感器包括温度、气体浓度和压力传感器。

所述的Web服务器进行危险化学品重大危险源监测预警，向外提供Web服务，以便监测人员通过浏览器能够访问并执行危险化学品重大危险源监测预警功能；Web服务器从数据库服务器读取实时监测数据，从数据集中器获取监测视频数据。包括以下主要功能模块：危险化学品重大危险源在线辩识与分级、传感器数据显示、视频图像显示、实时风险分析与预警、基于地理信息系统(GIS)的危险源定位与后果模拟。

所述的实时风险分析与预警方法，基于传感器实时采集的安全状态参数数据，实时进行风险分析，包括事故发生可能性和事故后果严重程度两方面的分析，并进行综合得到事故总的风险，最后结合不同事故类型的风险得出重大危险源的总风险程度，并依此进行预警。事故发生可能性和事故后果严重程度的分析基于模糊数学理论，采用模糊评价技术进行评价，再根据美国石油协会(API)提出的标准API580中风险矩阵方法确定事故的实时风险程度。重大危险源的总风险采用各事故风险的最大值，即以各事故风险的最高程度作为总风险程度。

与现有技术相比，本实用新型具有如下优点和效果：本实用新型是一种具有高度集成化、协调化的基于计算机网络的危险化学品重大危险源监测预警系统，该系统不仅能够对各种安全状态参数进行监测，还可以通过网络对现场进行视频监测。

附图说明

图1是实施方式中的系统结构示意图。

图2是基于风险的预警过程。

图3是重大危险源事故实时风险预警方法示意图。

图4是实时风险评估采用的风险矩阵。

具体实施方式

下面结合实施例及附图，对本实用新型作进一步地详细说明，但本系统的实施方式不限于此。

如图1所示，危险化学品重大危险源网络监测预警系统由传感器/变送器、视频摄像头、数据集中器、Web服务器、监测中心数据库服务器构成。数据集中器与监测中心数据库服务器通过计算机网络连接，数据集中器与Web服务器通过计算机网络连接，Web服务器与监测中心数据库服务器相连，传感器/变送器、视频摄像头与数据集中器通过电缆或总线相连。

系统通过一个以上的数据集中器采集监测数据，针对每个监测的危险化学品重大危险源可以配一个数据集中器，每个数据集中器可以连接多个传感器和摄像头，以采集监测所需的数据；

数据集中器与监测中心的数据库服务器相连，将采集的传感器数据存入数据库中；视频监测数据存于数据集中器本地硬盘中。

数据库服务器存放监测数据以及监测预警系统正常运行所需的各种数据。

所述的Web服务器，实现以下主要功能：危险化学品重大危险源在线辩识与分级、传感器数据显示、视频图像显示、风险分析与预警、基于地理信息系统(GIS)的危险源定位与后果模拟。所述的风险分析与预警，采用基于实时风险的模糊评估预警方法。事故风险是由事故发生可能性和事故后果严重度两个因素构成，根据实时监测获得的数据，利用模糊综合评价技术确定事故发生可能性程度，并利用模糊综合评判技术确定事故后果严重程度，最后，根据美国石油协会(API)提出的标准API580中风险矩阵方法确定事故的实时风险程度。最终根据实时风险程度确定是否发出报警信号。

Web服务器进行危险化学品重大危险源监测预警，在一个实施例中，采用Resin服务器软件提供Web服务，使浏览器可以通过因特网访问该系统。该监测预警系统从数据库服务器获取传感器的实时监测数据，从数据集中器获取视频监测数据，通过Web页面实现传感器实时数据和视频图像数据的显示，如图2所示，基于实时采集的监测数据，进行风险分析，根据风险情况确定是否发出警报。

重大危险源实时风险预警方法如图3所示，图中x₁，x₂…，x_n是影响事故发生可能性的参数，其中n为影响事故发生可能性的参数个数；y₁，y₂…，y_m是影响事故后果的参数，其中m为影响事故后果的参数个数。以液化石油气(LPG)储罐发生蒸气云爆炸(VCE)事故为例，VCE事故的发生通常是由以下几个因素决定的：①LPG泄漏后气体浓度达到爆炸浓度(爆炸极限约为1.7-10％)；②泄漏的LPG达到一定的量(或泄漏持续一定的时间)；③存在高温火源；④火源与达到爆炸浓度的气体相遇。因此，可以通过监测气体浓度、泄漏量、周围环境的温度等参数来判断发生VCE事故的可能性，同时这几个参数对发生VCE事故的作用是不一样的，比如LPG的着火温度大约在480-500℃，因此肉眼能看到的火花都可以点燃LPG，除了燃烧的火焰以外，由加热产生的升温、电气火花、雷击、静电等都可能是火源，这其中很多火花是很难检测的，并且其发生也有很大不确定性。泄漏后气体浓度达到爆炸浓度，以及泄漏的LPG达到一定的量是发生VCE的内在因素，满足了这两个条件，外在的高温火源才能发生作用。可以认为泄漏后气体浓度达到爆炸浓度，以及泄漏的LPG达到一定的量比高温火源对VCE事故的作用大，它们对VCE事故的作用程度通过权重反映出来。

事故发生可能性评判

事故的发生可能性受到众多因素的影响，一部分因素是可以通过数据采集系统获取，一部分参数需要通过计算获得。由于模糊综合评判技术具有结果清晰、系统性强，能够对受到多种因素制约的对象做出总体评价，因此应用其评价事故发生可能性的程度。

事故发生可能性的模糊综合评价过程如下。

(1)确定事故发生可能性影响因素集。X＝{x₁，x₂，…，x_i，…，x_n}，其中，x_i表示影响事故发生可能性的第i个影响因素，n为影响因素个数。

(2)确定事故发生可能性程度的评价集。根据API580中风险矩阵中对事故发生可能性等级设定，确定事故发生可能性的评价集为A＝{一般，中度，高度，极高}。

(3)确定因素集X中每个因素对各个评价等级的隶属关系或隶属函数。

利用三角隶属函数来确定因素集中因素x_i对四个评价等级的隶属度。分析事故发生的临界状态中因素x_i的数值，确定为预警区间的上限；根据因素x_i的不同特性选择适当的数值并确定为预警区间的下限；实时风险预警适用范围为因素x_i上下限之间。设L为该因素取值的下限，H为上限。

因素x_i对程度为“一般”、“中度”、“高度”、“极高”的隶属度分别由式(1)至式(4)来计算。

$v_1\left(x_i\right)=\left\{\begin{array}{c}1,x_i\&le;L\\ -\frac{3}{2(H-L)}x+\frac{2H+L}{2(H-L)},L<x_i\&le;L+2(H-L)/2\end{array}\right.---\left(1\right)$

$v_2\left(x_i\right)=\left\{\begin{array}{cc}\frac{3}{2(H-L)}{x}_i+\frac{H-4L}{2(H-L)},& L-(H-L)/3{\&le;x}_i\&le;L+(H-L)/3\\ -\frac{3}{2(H-L)}{x}_i+\frac{3H}{2(H-L)},& L+(H-L)/3<x_i\&le;H\end{array}\right.---\left(2\right)$

$v_3\left(x_i\right)=\left\{\begin{array}{cc}\frac{3}{2(H-L)}{x}_i-\frac{3L}{2(H-L)},& L\&le;x_i\&le;L+2(H-L)/3\\ -\frac{3}{2(H-L)}{x}_i+\frac{4H-L}{2(H-L)},& L+2(H-L)/3<x_i\&le;H+(H-L)/3\end{array}\right.---\left(3\right)$

$v_4\left(x_i\right)=\left\{\begin{array}{c}\frac{3}{2(H-L)}{x}_i-\frac{H+2L}{2(H-L)},L+(H-L)/3\&le;x_i\&le;H\\ 1,x>H\end{array}\right.---\left(4\right)$

事故后果严重度评判

当重大危险源发生某种事故时，很有可能造成一定范围内的人员伤亡和财产损失。由于影响事故后果严重程度的因素具有模糊性，因此仍然利用能够处理模糊问题的模糊综合评判技术评判事故后果严重程度。

事故后果严重度的模糊综合评价过程如下：

(1)确定事故后果严重度影响因素集。在事故后果严重度的表达中，通常用人员伤亡和财产损失等衡量事故的严重程度，本文重点考虑人员伤亡、财产损失和事故的影响范围作为事故后果影响因素，因素集为Y＝{人员伤亡，财产损失，事故影响范围}。

(2)确定事故后果严重度的评价集。根据API580中的风险矩阵，确定事故后果严重度为四个等级，评价集为B＝{一般，中度，高度，极高}。

(3)确定因素集Y中各个影响因素对评价集四个等级的隶属函数。根据事故后果影响因素的等级划分表1可以看出，事故后果的影响因素具有模糊性，很难确定每个影响因素所对应的事故后果严重度等级。因此利用三角隶属函数来实现这一对应关系，影响因素的等级为I级时，隶属于严重度“一般”的程度为1；等级为II级时，隶属于严重度“中度”的程度为1；等级为III级时，隶属于严重度“高度”的程度为1；等级为IV级时，隶属于严重度“极高”的程度为1，隶属于其他相邻评价等级的程度以等差为1/3的程度递减，如图3-16所示。如，当财产损失的等级为I级时，那么它隶属于严重度“一般”的程度为1，隶属于严重度“中度”、“高度”、“极高”的程度分别为2/3、1/3和0。

表1事故后果各因素等级划分表

(4)确定影响因素的权重集。M＝{m₁，m₂，m₃}，其中m₁、m₂、m₃分别代表人员伤亡、财产损失、事故伤害范围三个因素的权重，并且权重之和为1，每个权重均为非负数。这里权重的确定由层析分析法确定。

(5)建立评判矩阵。根据因素等级与评价等级之间的隶属度关系建立评判矩阵。

$S=\left[\begin{array}{cccc}{s}_{11}& s_{12}& s_{13}& s_{14}\\ s_{21}& s_{22}& s_{23}& s_{24}\\ s_{31}& s_{32}& s_{33}& s_{34}\end{array}\right]---\left(5\right)$

式中，{s₁₁ s₁₂ s₁₃ s₁₄}为人员伤亡的单因素评判，{s₂₁ s₂₂ s₂₃ s₂₄}为财产损失的单因素评判，{s₃₁ s₃₂ s₃₃ s₃₄}为事故影响范围的单因素评判。

(6)评判事故后果严重度。

C＝M○S    (6)

式中，“○”表示矩阵M和S之间的模糊合成运算，C为1×4的行向量，根据最大隶属度原则评判出事故后果严重度。

$N_1=\mathrm{\&pi;}{R}_1^2{\mathrm{\&rho;}}_1---\left(7\right)$

$N_2=\mathrm{\&pi;}(R_2^2-R_1^2){\mathrm{\&rho;}}_1---\left(8\right)$

$N_3=\mathrm{\&pi;}(R_3^2-R_2^2){\mathrm{\&rho;}}_1---\left(9\right)$

$N_4=\mathrm{\&pi;}{R}_4^2{\mathrm{\&rho;}}_2---\left(10\right)$

式中，N₁、N₂、N₃分别为死亡人数、重伤人数、轻伤人数；N₄为财产损失，万元；ρ₁为人口密度，人/m²；ρ₂为财产密度，万元/m²；影响范围取R₁、R₂、R₃、R₄中最大值。

事故实时风险的评判

事故实时风险是由事故发生可能性和事故后果严重度共同确定的，根据美国石油协会(API)标准API580提出的基于风险的检验(RBI)所采用风险矩阵来确定事故风险，风险矩阵如图4所示，其中“1”代表风险程度“一般”，“2”代表风险程度“中度”，“3”代表风险程度“高度”，“4”代表风险程度“极高”。

事故发生可能性的模糊综合评价过程如下。

(4)确定事故发生可能性影响因素集。X＝{x₁，x₂，x₃}，其中，x₁：环境温度；x₂：气体浓度；x₃：泄漏量(或泄漏时间)。

(5)确定事故发生可能性程度的评价集。根据API580中风险矩阵中对事故发生可能性等级设定，确定事故发生可能性的评价集为V＝{v₁，v₂，v₃，v₄}，定为4个等级，

其中v₁：一般；v₂：中；v₃：高；v₄：极高。

(6)确定因素集X中每个因素对各个评价等级的隶属关系或隶属函数。

事故后果严重度的模糊综合评价过程如下：

(1)确定事故后果严重度影响因素集。在事故后果严重度的表达中，通常用人员伤亡和财产损失等衡量事故的严重程度，本文重点考虑人员伤亡、财产损失和事故的影响范围作为事故后果影响因素，因素集为Y＝{y₁，y₂，y₃}，其中，y₁：人员伤亡，y₂：财产损失，y₃：事故影响范围}。

(2)确定事故后果严重度的评价集。根据API580中的风险矩阵，确定事故后果严重度为四个等级，评价集为B＝{一般，中度，高度，极高}。

(3)确定因素集Y中各个影响因素对评价集四个等级的隶属函数。

采用下面模型计算VCE的后果，以及死亡半径R1，重伤半径R2，轻伤半径R3，财产损失半径R4。

$W_{\mathrm{TNT}}=\frac{\mathrm{\&alpha;}{W}_f{Q}_f}{Q_{\mathrm{TNT}}}$ $R_1=13.6{\left(\frac{W_{\mathrm{TNT}}}{1000}\right)}^{0.37}$ $R_2=3.784W_{\mathrm{TNT}}^{1/3}$

$R_3=5.964W_{\mathrm{TNT}}^{1/3}$ $R_4=7.687W_{\mathrm{TNT}}^{1/3}$

式中，W_TNT-蒸气云的TNT质量，kg；W_f-蒸气云中燃料的总质量，kg；

α-蒸气云爆炸的当量因子，表明参与爆炸的可燃气体的份数；

Q_f-蒸气的燃烧热，MJ/kg；Q_TNT-TNT的爆炸热，取4.12至4.69M.J/kg。

利用层次分析法，得到影响VCE事故发生可能性的各因素的权重集W＝{0.08，0.58，0.34}，即温度的权重为0.08，气体浓度的权重为0.58，泄漏量的权重为0.34。影响事故后果严重度的各因素的权重集为A＝{0.62，0.24，0.14}，即人员伤亡的权重为0.62，财产损失的权重为0.24，影响范围的权重为0.14。

确定VCE事故发生可能性的各因素在风险评估中考虑的范围，这里对温度的L值取为40℃，H值取为100℃；气体浓度的L值为1g/m³，H值为41g/m³；根据统计和研究，丙烷泄漏量0.1吨就有VCE事故发生，这里取泄漏量的L值为40Kg，H值为100Kg。

当实测温度为35℃，气体浓度为13g/m³，泄漏量为40Kg，利用实时风险分析方法可以确定VCE事故发生可能性为中，事故后果严重程度为中，根据图4所示的风险矩阵，确定VCE事故的风险程度为2，因此可通过声光等方式进行报警。

如上所述，便可较好地实现本系统。

Claims (4)

1.危险化学品重大危险源网络监测预警系统，其特征在于包括视频摄像头、数据集中器、位于监测中心的Web服务器、数据库服务器和用于检测危险化学品重大危险源安全状态参数的传感器/变送器；数据集中器通过计算机网络与所述数据库服务器和Web服务器连接，Web服务器还与监测中心数据库服务器相连，传感器/变送器、视频摄像头通过电缆或总线分别与数据集中器相连。

2.根据权利要求1所述的危险化学品重大危险源网络监测预警系统，其特征在于数据集中器包括音视频压缩模块、用于对音频、视频信号以及传感器的数据采集进行控制数字信号处理器、用于连接传感器/变送器的模拟量和数字量输入接口，用于连接摄像头的视频输入接口、用于储存监控图像的硬盘和用于与所述数据库服务器和Web服务器连接的网络接口。

3.根据权利要求1所述的危险化学品重大危险源网络监测预警系统，其特征在于所述传感器/变送器通过模/数转换器与数据集中器连接。

4.根据权利要求1~3任一项所述的危险化学品重大危险源网络监测预警系统，其特征在于所述传感器包括温度、气体浓度和压力传感器。

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