一种基于天然气热辐射的安全距离确定方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于天然气热辐射的安全距离确定方法及系统，所述安全距离确定方法包括：获取可燃气体参数；根据可燃气体参数确定质量流量；根据质量流量确定等效火源直径以及燃烧产热；根据等效火源直径确定喷射火焰高度；根据喷射火焰高度确定喷射火焰表面积；根据燃烧产热确定表面辐射功率；获取观测点距离泄漏点的距离以及当地大气中的水分压；根据喷射火焰高度以及观测点距离泄漏点的距离确定最大视角因子；根据当地大气中的水分压确定大气透射率；根据大气透射率以及最大视角因子确定任一位置处的热辐射；根据热辐射确定安全距离。采用本发明专利技术所提供的安全距离确定方法及系统能够快速确定重大关键仪器设备与管道间的热辐射安全设计距离。

A safety distance determination method and system based on natural gas thermal radiation

【技术实现步骤摘要】
一种基于天然气热辐射的安全距离确定方法及系统
本专利技术涉及天然气热辐射评估领域，特别是涉及一种基于天然气热辐射的安全距离确定方法及系统。
技术介绍
油气储运管线设施，易因腐蚀等原因破裂，造成可燃气体泄漏，形成喷射火燃爆事故，带来的高温与强热辐射则易造成其余设施二次爆炸、火灾或其他后果严重的灾害，因此，需要在设计中预先对事故可能造成的热辐射损伤进行估算，提供关键仪器布设安全距离；如果发生事故，现场抢险救援人员需要可活动的热辐射安全距离划定。现有的热辐射估算方法包括使用点源模型基础的喷射火模型，以及各种复杂的计算流体力学模型等，但其需要数日的漫长计算以及高度专业的流体力学专业人员来操作，不适应于工程现场的即时、简便、易操作等要求。
技术实现思路
针对现有技术中的技术问题，本专利技术提供了一种基于天然气热辐射的安全距离确定方法及系统，以解决现有的热辐射估算方法确定热辐射安全距离耗时长，效率低的问题。为解决上述技术问题，本专利技术通过以下技术方案予以解决：一种基于天然气热辐射的安全距离确定方法，包括：获取可燃气体参数；所述可燃气体参数包括可燃气体分子质量、气体定压比热、气体定容比热、气体初始温度、初始气体压力、泄漏面积以及孔流系数；根据所述可燃气体参数确定质量流量；根据所述质量流量确定等效火源直径以及燃烧产热；根据所述等效火源直径确定喷射火焰高度；根据所述喷射火焰高度确定喷射火焰表面积；根据所述燃烧产热以及所述喷射火焰表面积确定表面辐射功率；获取观测点距离泄漏点的距离以及当地大气中的水分压；根据所述喷射火焰高度以及所述观测点距离泄漏点的距离确定最大视角因子；根据所述当地大气中的水分压确定大气透射率；根据所述表面辐射功率、所述大气透射率以及所述最大视角因子确定任一位置处的热辐射；根据所述热辐射确定安全距离。进一步地，所述根据所述可燃气体参数确定质量流量，具体包括：根据公式确定质量流量；其中，C0为孔流系数，圆孔取1；A1为泄漏面积；m′为质量流量；Pinit为初始气体压力；γ为比热比；Ts为气体初始温；Wg为可燃气体分子质量；Rc为普适气体常数。进一步地，所述根据所述质量流量确定等效火源直径以及燃烧产热，具体包括：根据公式确定等效火源直径；其中，Ds为等效火源直径，Pair为大气压力；uj为喷射气流速度；根据公式Q′＝m′×ΔHc确定燃烧产热；其中，Q′为燃烧产热；ΔHc为可燃气体燃烧热；π为圆周率。进一步地，所述根据所述等效火源直径确定喷射火焰高度，具体包括：根据公式确定喷射火焰高度；其中，Lb为喷射火焰高度；Lb0为静止空气中火焰长度，Lb0＝Y×Ds，Y为第一辅助变量；θ为泄漏喷口与水平面倾斜角；uw为风速。进一步地，所述根据所述喷射火焰高度确定喷射火焰表面积，具体包括：根据公式确定喷射火焰表面积；其中，A2为喷射火焰表面积；W1为火焰底部宽度；W2为火焰顶部宽度；Rl为燃烧中的火焰长度。进一步地，所述根据所述燃烧产热以及所述喷射火焰表面积确定表面辐射功率，具体包括：根据公式SEP＝Fs×Q′/A2确定表面辐射功率；其中，SEP为表面辐射功率；Fs为热能向表面辐射的转化比例。进一步地，所述根据所述喷射火焰高度以及所述观测点距离泄漏点的距离确定最大视角因子，具体包括：根据公式确定最大视角因子；其中，Fmax为最大视角因子；Fv为垂直视角因子；Fh为水平视角因子。进一步地，所述根据所述当地大气中的水分压确定大气透射率，具体包括：根据公式τa＝2.02×(pw×x)-0.08确定大气透射率；其中，τa为大气透射率；pw为当地大气中的水分压；x为第二辅助变量。进一步地，所述根据所述表面辐射功率、所述大气透射率以及所述最大视角因子确定任一位置处的热辐射，具体包括：根据公式q″＝SEP×Fmax×τa确定任一位置处的热辐射；其中，q″为任一位置处的热辐射。一种基于天然气热辐射的安全距离确定系统，包括：可燃气体参数获取模块，用于获取可燃气体参数；所述可燃气体参数包括可燃气体分子质量、气体定压比热、气体定容比热、气体初始温度、初始气体压力、泄漏面积以及孔流系数；质量流量确定模块，用于根据所述可燃气体参数确定质量流量；等效火源直径以及燃烧产热确定模块，用于根据所述质量流量确定等效火源直径以及燃烧产热；喷射火焰高度确定模块，用于根据所述等效火源直径确定喷射火焰高度；喷射火焰表面积确定模块，用于根据所述喷射火焰高度确定喷射火焰表面积；表面辐射功率确定模块，用于根据所述燃烧产热以及所述喷射火焰表面积确定表面辐射功率；获取模块，用于获取观测点距离泄漏点的距离以及当地大气中的水分压；最大视角因子确定模块，用于根据所述喷射火焰高度以及所述观测点距离泄漏点的距离确定最大视角因子；大气透射率确定模块，用于根据所述当地大气中的水分压确定大气透射率；热辐射确定模块，用于根据所述表面辐射功率、所述大气透射率以及所述最大视角因子确定任一位置处的热辐射；安全距离确定模块，用于根据所述热辐射确定安全距离。与现有技术相比，本专利技术至少具有以下有益效果：在天然气管道敷设路径设计时，考虑到管道发生喷射火事故后对周围人员仪器的可能损伤，以及事故后人员处理施救时的安全距离划定，需要在短时间内，对管道喷射火热辐射对周围不同距离处的毁伤等级进行快速估算；本专利技术提高了一种基于天然气热辐射的安全距离确定方法及系统，可以在单台笔记本电脑级别的很小的计算资源下，使用远小于复杂计算流体力学模型的计算资源、计算时间与专业性要求，得到符合工程准确度要求的喷射火焰热辐射与毁伤分布范围，适合于安全设计工程人员对仪器设备布设安全距离进行计算，快速确定重大关键仪器设备与管道间的热辐射安全设计距离，以及事故后抢险人员活动的热辐射安全距离。为使本专利技术的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。附图说明为了更清楚地说明本专利技术具体实施方式中的技术方案，下面将对具体实施方式描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施方式，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为本专利技术所提供的基于天然气热辐射的安全距离确定方法流程图；图2为本专利技术所提供的基于天然气热辐射的安全距离确定系统结构图。具体实施方式为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本专利技术的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，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本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于天然气热辐射的安全距离确定方法，其特征在于，包括：/n获取可燃气体参数；所述可燃气体参数包括可燃气体分子质量、气体定压比热、气体定容比热、气体初始温度、初始气体压力、泄漏面积以及孔流系数；/n根据所述可燃气体参数确定质量流量；/n根据所述质量流量确定等效火源直径以及燃烧产热；/n根据所述等效火源直径确定喷射火焰高度；/n根据所述喷射火焰高度确定喷射火焰表面积；/n根据所述燃烧产热以及所述喷射火焰表面积确定表面辐射功率；/n获取观测点距离泄漏点的距离以及当地大气中的水分压；/n根据所述喷射火焰高度以及所述观测点距离泄漏点的距离确定最大视角因子；/n根据所述当地大气中的水分压确定大气透射率；/n根据所述表面辐射功率、所述大气透射率以及所述最大视角因子确定任一位置处的热辐射；/n根据所述热辐射确定安全距离。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于天然气热辐射的安全距离确定方法，其特征在于，包括：
获取可燃气体参数；所述可燃气体参数包括可燃气体分子质量、气体定压比热、气体定容比热、气体初始温度、初始气体压力、泄漏面积以及孔流系数；
根据所述可燃气体参数确定质量流量；
根据所述质量流量确定等效火源直径以及燃烧产热；
根据所述等效火源直径确定喷射火焰高度；
根据所述喷射火焰高度确定喷射火焰表面积；
根据所述燃烧产热以及所述喷射火焰表面积确定表面辐射功率；
获取观测点距离泄漏点的距离以及当地大气中的水分压；
根据所述喷射火焰高度以及所述观测点距离泄漏点的距离确定最大视角因子；
根据所述当地大气中的水分压确定大气透射率；
根据所述表面辐射功率、所述大气透射率以及所述最大视角因子确定任一位置处的热辐射；
根据所述热辐射确定安全距离。


2.根据权利要求1所述的基于天然气热辐射的安全距离确定方法，其特征在于，所述根据所述可燃气体参数确定质量流量，具体包括：
根据公式确定质量流量；
其中，C0为孔流系数，圆孔取1；A1为泄漏面积；m′为质量流量；Pinit为初始气体压力；γ为比热比；Ts为气体初始温；Wg为可燃气体分子质量；Rc为普适气体常数。


3.根据权利要求2所述的基于天然气热辐射的安全距离确定方法，其特征在于，所述根据所述质量流量确定等效火源直径以及燃烧产热，具体包括：
根据公式确定等效火源直径；
其中，Ds为等效火源直径，Pair为大气压力；uj为喷射气流速度；
根据公式Q′＝m′×ΔHc确定燃烧产热；
其中，Q′为燃烧产热；ΔHc为可燃气体燃烧热；π为圆周率。


4.根据权利要求3所述的基于天然气热辐射的安全距离确定方法，其特征在于，所述根据所述等效火源直径确定喷射火焰高度，具体包括：
根据公式确定喷射火焰高度；
其中，Lb为喷射火焰高度；Lb0为静止空气中火焰长度，Lb0＝Y×Ds，Y为第一辅助变量；θ为泄漏喷口与水平面倾斜角；yw为风速。


5.根据权利要求4所述的基于天然气热辐射的安全距离确定方法，其特征在于，所述根据所述喷射火焰高度确定喷射火焰表面积，具体包括：
根据公式确定喷射火焰表面积；
其中，A2为喷射火焰表面积；W1为火焰底部宽度；W2为火焰顶部宽度；Rl为燃烧中的火焰长度。


6.根据权利要求5所述的基于天然气热辐射的安全距...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡美娟，李鹤，封辉，杨明，邹斌，尚臣，谢萍，武奕，
申请(专利权)人：中国石油天然气集团有限公司，中国石油天然气集团公司管材研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11