基于三维风险的大型煤气化装置空间安全布局方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种基于三维风险的大型煤气化装置空间安全布局方法，包括建立大型煤气化装置三维风险评估模型；建立大型煤气化装置多系列镜像布局的目标函数；建立大型煤气化装置多系列镜像布局的约束条件；采用GAMS软件中的DICOPT求解器对该模型进行求解。本发明专利技术以目标设备损伤度指数作为事故后果进行评估，通过采用模糊综合评价法对目标设备损伤度指数的影响因素进行量化，通过对大型煤气化装置的工艺流程特点进行分析，提出了一个新的混合整数非线性规划模型，并增加了一些额外的约束条件，有效提高了模型的求解效率。该方法同时为大型煤气化装置在生产运行阶段的风险减小选择有效的安全防护措施提供解决思路和方法理论支撑。论支撑。论支撑。

【技术实现步骤摘要】
基于三维风险的大型煤气化装置空间安全布局方法


[0001]本专利技术属于化工过程装置优化布局问题
，尤其涉及一种基于三维风险的大型煤气化装置空间安全布局方法。

技术介绍

[0002]大型煤气化装置内含有气化炉等关键危险设备，气化炉等关键危险设备内部布局结构紧凑，一旦某一设备失效出现事故，很容易对邻近装置造成影响、造成事故的连锁，且气化炉等关键危险设备内含有高温、高压、有毒、易燃易爆的腐蚀性混合气体，致使其发生多米诺事故的可能性大大增加，严重威胁人民群众的生命财产安全。
[0003]因此急需要建立一套完善的大型煤气化装置空间安全布局方法，以解决长期困扰我国煤化工安全的一些复杂性和综合性的技术难点，从而降低新建或已有煤化工行业的风险水平。

技术实现思路

[0004]本专利技术针对现有技术中气化炉等关键危险设备内部布局结构紧凑、容易导致事故的技术问题，提供一种完善的大型煤气化装置空间安全布局方法，综合多种约束条件，用于大型煤气化装置，更符合实际工程需求的三维风险空间安全布局方法。
[0005]本专利技术通过以下技术手段实现解决上述技术问题：
[0006]一种基于三维风险的大型煤气化装置空间安全布局方法，包括步骤：
[0007](1)建立大型煤气化装置三维风险评估模型；
[0008](2)建立大型煤气化装置多系列镜像布局的目标函数；
[0009](3)建立大型煤气化装置多系列镜像布局的约束条件；
[0010](4)采用GAMS软件中的DICOPT求解器对该模型进行求解。
[0011]具体地，所述步骤(1)具体包括：
[0012]根据QRA方法可知，危险源在空间某点处发生不同事故类型对风险受体所形成的三维风险可由下式表示：
[0013][0014]式中，i表示危险源设备，j表示受影响的目标设备，p
i
表示危险源发生不同事故类型的失效概率，p
ij
表示由危险源导致目标设备发生多米诺失效概率，EDI
j
表示目标设备损伤度指数，h表示事故类型，n为评价区域内设备数量。
[0015]具体地，所述步骤(2)中目标函数为：
[0016][0017]式中，i表示危险源设备，j表示受影响的目标设备，p
i
表示危险源发生不同事故类型的失效概率，p
ij
表示由危险源导致目标设备发生多米诺失效概率，EDI
j
表示目标设备损伤度指数，h表示事故类型，n为评价区域内设备数量。
[0018]目标函数被表示为初始设备三维风险值的最小化，安全目标由特定位置的危险源设备对目标设备的三维风险之和表示。
[0019]具体地，步骤(2)中建立大型煤气化装置多系列镜像布局的目标函数具体做法包括：
[0020](21)计算初始事故发生的概率，即p
i
；
[0021](22)计算目标设备失效的概率，即p
ij
；采用Probit方法同时考虑设备类型和设备接收的升级向量类型，以计算概率值Y；
[0022]Y确定后，计算升级概率为:
[0023][0024]式中，u为积分变量。
[0025](23)计算目标设备损伤度指数，即EDI
j
。
[0026]具体地，步骤(23)计算目标设备损伤度指数的具体方法包括：
[0027](231)选取四个重要指标，U＝{u1,u2,u3,u4}＝{设备固有危险性，安全屏障有效性，设备关键性，应急响应时间}；
[0028](232)损伤程度评价的评价集为三个等级，V＝{严重，中等，轻微}；
[0029](233)使用层析分析法得出四个一级指标权重；
[0030](234)根据上述指标中的单一指标进行单因素模糊评价，确定评价模糊矩阵，得出各设备的损伤程度指数。
[0031]具体地，所述步骤(3)中的约束条件具体包括：
[0032](31)多系列镜像布局约束
[0033]随着现代煤化工的发展，煤气化装置不断向大型化发展，由于单台装置处理能力的限制，目前都采用多套煤气化装置并联运行的方式来满足市场需求；为了对多套煤气化装置并联运行的设备进行布置，提出了多系列布局约束条件，大型煤气化装置采用多系列镜像布置，将所有设备按功能或实际系统划分为相同大小的单元区,单元数由实际系统数来确定，确定单元的划分方向，各单元可以平行于x轴横向分布或者平行于y轴纵向分布；
[0034](32)楼层约束
[0035]对于多层设备的布置必定会起始于某一层并占用连续多个楼层；
[0036](33)非重叠约束
[0037]为了避免两个设备项目i和j在分配到同一楼层时占用相同的物理位置，即N
ij
＝1，模型中应包含适当的约束，以防止它们的设备占用空间投影在x或y方向上重叠；
[0038](34)工艺流程约束
[0039]根据工艺流程的特点，对设备与设备间有特殊位置关系进行预处理，某些设备与其他设备布置有关联关系，设备在空间中的相对位置有两种情况，设备需安装在另一设备的上层或者下层；
[0040](35)距离约束
[0041]用欧式距离计算两个设备的中心到中心的距离。
[0042]具体地，所述步骤(5)中采用GAMS软件中的DICOPT求解器对该模型进行求解，得到三维风险最小值和各设备中心点坐标及楼层分布情况。
[0043]本专利技术的有益效果在于：
[0044]基于三维风险最小化的安全布局方法可以实现大型煤气化装置在设计规划阶段估算出风险最小的设施安全布局，以目标设备损伤度指数作为事故后果进行评估，通过采用模糊综合评价法对影响目标设备损伤度的影响因素进行量化。对大型煤气化装置的工艺流程特点进行分析，提出了一个新的混合整数非线性规划(MINLP)模型，并增加了一些额外的约束条件，即多系列镜像布局约束和工艺流程约束，有效提高了模型的求解效率。
[0045]本专利技术以目标设备损伤度指数作为事故后果进行评估，通过采用模糊综合评价法对目标设备损伤度指数的影响因素进行量化，可以实现多事故场景下的风险叠加计算。通过对大型煤气化装置的工艺流程特点进行分析，提出了一个新的混合整数非线性规划(MINLP)模型，并增加了一些额外的约束条件，即多系列镜像布局约束和工艺流程约束，有效提高了模型的求解效率。该方法同时为大型煤气化装置在生产运行阶段的风险减小选择有效的安全防护措施提供解决思路和方法理论支撑。
附图说明
[0046]图1为本专利技术方法的流程示意图。
[0047]图2为系统单元和设备的示意模型。
[0048]图3为实施例的安全布局平面图。
[0049]图4为实施例的安全布局三维图。
具体实施方式
[0050]为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于三维风险的大型煤气化装置空间安全布局方法，其特征在于，包括步骤：(1)建立大型煤气化装置三维风险评估模型；(2)建立大型煤气化装置多系列镜像布局的目标函数；(3)建立大型煤气化装置多系列镜像布局的约束条件；(4)采用GAMS软件中的DICOPT求解器对该模型进行求解。2.根据权利要求1所述的基于三维风险的大型煤气化装置空间安全布局方法，其特征在于，所述步骤(1)具体包括：根据QRA方法可知，危险源在空间某点处发生不同事故类型对风险受体所形成的三维风险可由下式表示：式中，i表示危险源设备，j表示受影响的目标设备，p
i
表示危险源发生不同事故类型的失效概率，p
ij
表示由危险源导致目标设备发生多米诺失效概率，EDI
j
表示目标设备损伤度指数，h表示事故类型,n为评价区域内设备数量。3.根据权利要求2所述的基于三维风险的大型煤气化装置空间安全布局方法，其特征在于，所述步骤(2)中目标函数为：式中，i表示危险源设备，j表示受影响的目标设备，p
i
表示危险源发生不同事故类型的失效概率，p
ij
表示由危险源导致目标设备发生多米诺失效概率，EDI
j
表示目标设备损伤度指数，h表示事故类型，n为评价区域内设备数量。目标函数被表示为初始设备三维风险值的最小化，安全目标由特定位置的危险源设备对目标设备的三维风险之和表示。4.根据权利要求3所述的基于三维风险的大型煤气化装置空间安全布局方法，其特征在于，步骤(2)中建立大型煤气化装置多系列镜像布局的目标函数具体做法包括：(21)计算初始事故发生的概率，即p
i
；(22)计算目标设备失效的概率，即pr
ij
；采用Probit方法同时考虑设备类型和设备接收的升级向量类型，以计算概率值Y；Y确定后，计算升级概率为:(23)计算目标设备损伤度指数，即EDI
j

【专利技术属性】
技术研发人员：郭丽萍，王志荣，郭品坤，
申请(专利权)人：南京工业大学，
类型：发明
国别省市：