一种基于场景分析的可燃气体探测器优化布置方法技术

本发明专利技术公开了一种基于场景分析的可燃气体探测器优化布置方法，包括：S1建立罐区模型，当地气象模型，进行CFD流体动力学计算，获得区域的条件风场模型，再根据事故发生类型，建立不同气象条件下的泄漏场景，并计算各场景空间上的可燃气体浓度；S2根据不同场景下的可燃气体浓度，建立基于有效场景的空间分布密度网格，在网格节点布置探测器；S3基于贪心算法，在已部署的探测器中选择有效的探测器，使场景覆盖率满足1ooN和2ooN。本发明专利技术使用了grasshopper的参数化分析方法，能够快速部署探测器，并根据场景覆盖数的计算结果，动态调整探测器的覆盖密度，以满足计算场景覆盖率的要求。要求。要求。

【技术实现步骤摘要】
一种基于场景分析的可燃气体探测器优化布置方法


[0001]本专利技术涉及可燃气体探测器的布置
，具体为一种基于场景分析的可燃气体探测器优化布置方法。

技术介绍

[0002]石油化工企业罐区布置有大量的储罐，储罐内储存的液化气体具有易燃易爆性，一旦发生了泄漏，极易引发火灾爆炸事故，造成严重后果。因此，需要在罐区设置合适的可燃气体探测器，以及时发现泄漏，提前预警，降低风险。对此，GB/T39173
‑
2020《智能工厂安全监测有效性评估方法》提出了具体的探测器布置要求，提出“可燃气体探测器宜采用场景分析法进行有效性评估”，并要求可燃气体探测器覆盖率目标值在1ooN>80％，2ooN>60％，其中1ooN为从N中取1(1out of N)，2ooN为从N中取2(2out of N)，N表示区域内探测器数量。
[0003]然而，目前可燃气体的探测器的布置一般按照工作经验来完成，往往不满足标准的要求。相关的一些研究方法，如专利CN108536980提到了一种考虑可靠性因素的气体探测器离散选址优化方法，通过预测气体探测器在监测点发生不同故障的概率，来优化布置位置。专利CN110763809，则利用随机规划方法得到探测器数量不同的优化布置方案，并通过实验进行验证。相关研究方法，均未提及满足GB/T39173
‑
2020有效场景覆盖率要求，因此现有技术需要一种基于场景分析的可燃气体探测器优化布置方法，以确保GB/T39173
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2020提出的可燃气体探测器覆盖率1ooN>80％，2ooN>60％有效性要求。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种基于场景分析的可燃气体探测器优化布置方法，可以有效解决可燃气体探测器布置的有效覆盖率问题。
[0005]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0006]一种基于场景分析的可燃气体探测器优化布置方法，包括以下步骤：
[0007]S1：建立罐区模型，当地气象模型，进行CFD流体动力学计算，获得区域的条件风场模型，再根据事故发生类型，建立不同气象条件下的泄漏场景，并计算各场景空间上的可燃气体浓度；
[0008]S2：根据不同场景下的可燃气体浓度，建立基于有效场景的空间分布密度网格，在网格节点布置探测器；
[0009]S3：基于贪心算法，在已部署的探测器中选择有效的探测器，使场景覆盖率满足1ooN和2ooN，当场景覆盖率不能满足时，调整探测器的布置密度，并重新选择探测器，直到满足1ooN和2ooN的要求；其中，1ooN为从N中取1，2ooN为从N中取2，N表示区域内探测器数量。
[0010]更进一步的，S1中具体包括以下步骤：
[0011]S101：建立罐区的储罐主体设施的三维几何模型，并在模型中提取区域模型信息，
包括法兰、阀门及附属部件信息；
[0012]S102：建立该罐区所在地的气候信息，获得风向WD、风速WN，对风向和风速建立矩阵，并配对建立气象场景W，δ为风向数，∈为风速；其中：
[0013]WD＝[WD1,ED2,WD3……
WD
δ
]；
[0014]WN＝[WN1,WN2,WN3……
WN
∈
]；
[0015][0016]S103：在S101和S102的基础上，基于CFD进行场景的风场模型计算，独立气象场景的几何空间内风速及其场分布情况；
[0017]S104：根据罐区具体情况，由泄漏点位置DP，泄漏点孔径DHD，泄漏速率DV，压力P，泄漏介质M，α为可能发生的泄漏场景的泄漏位置数，β为泄漏点的不同孔径大小数量，γ为可能出现的不同泄漏速率情况，确定容器内的可燃气体泄漏发生场景和频率，建立泄漏模型；其中：
[0018]DP＝[DP1,DP2…
DP
α
]；
[0019]DHD＝[DHD1,DHD2…
DHD
β
]；
[0020]DV＝[DV1,DV2…
DV
γ
]；
[0021][0022]S105：在S103和S104的基础上，匹配气象场景，建立不同气象条件下的泄漏场景E，泄漏场景总数为i；其中：
[0023][0024]使用CFD软件计算各场景空间上的可燃气体浓度。
[0025]更进一步的，S101中的主体设施包括储罐、管道、泵房、设备间；三维几何模型为设备或建筑的三维模型，模型可以仅为体量，但模型的轮廓需明确；区域模型信息为泄漏场景中的泄漏点；
[0026]S102是基于Rhino、Grasshopper及其插件Ladybug来实现的，S102中的风向采用东、西、南、北四个方向来简化，以降低场景数；其气象场景为不同风向和不同风速的配对场景，其形式为矩阵，矩阵的每个元素对应的场景信息是风向与风速，数值为该风向和该风速
的发生频率乘积；
[0027]S103中的风场模型是几何空间的风速场模型，是分析泄漏后扩散浓度的基础；独立气象场景为S102中气象场景矩阵中的每一个元素；几何空间为主体设施三维几何模型和设施所在环境空间的总和；风速及其场分布需将几何空间网格化，并将计算得到的风速赋给网格中心点；
[0028]S104中的泄漏发生场景包括压力容器泄漏、常压容器泄漏、泵阀泄漏、压缩机泄漏、管道泄漏的场景；泄漏模型基于S101的三维几何模型的区域模型信息，包括泄漏位置、泄漏孔径、泄漏速度、压力、介质的独立的泄漏参数，每一个参数建立矩阵，泄漏模型组成一个矩阵，矩阵的行是一个独立的泄漏模型，含有不同的泄漏参数，矩阵的列为每一个独立的泄漏参数；泄漏场景为气象场景和泄漏模型的配对，即一个气象场景匹配一个泄漏模型；各场景空间为每一个泄漏场景的几何空间，为主体设施三维几何模型和设施所在环境空间的总和；
[0029]S105中的可燃气体浓度用％LEL来衡量，即可燃气体爆炸下限体积百分比浓度，在相应场景的几何空间，将数值传递给网格，并绘图，每个网格节点，记录各场景的可燃气体浓度，得到一个矩阵EP；
[0030]其中N为节点网格数，i为场景数：
[0031][0032]更进一步的，S2是基于Rhino、Grasshopper或CFD软件来实现的，其具体包括以下步骤：
[0033]S201：在S101的几何模型与S2的网格基础上，根据罐区实际情况，建立均匀的网格；
[0034]S202：确定可燃气体一级报警值，对S201得到的各节点的可燃气体浓度和报警值进行布尔运算，比较EP值与报警值大小，数值为场景有效值ED，场景有效值在场景维度求和，得到节点的场景覆盖数矩阵EE，使用判断矩阵EE软件绘制热力图；其中：
[0035][0036][0037]S203：在S202基础上，手动近似选取场景覆盖数较高的区域中心点，做加密网格，加密网格和S20本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于场景分析的可燃气体探测器优化布置方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：建立罐区模型，当地气象模型，进行CFD流体动力学计算，获得区域的条件风场模型，再根据事故发生类型，建立不同气象条件下的泄漏场景，并计算各场景空间上的可燃气体浓度；S2：根据不同场景下的可燃气体浓度，建立基于有效场景的空间分布密度网格，在网格节点布置探测器；S3：基于贪心算法，在已部署的探测器中选择有效的探测器，使场景覆盖率满足1ooN和2ooN，当场景覆盖率不能满足时，调整探测器的布置密度，并重新选择探测器，直到满足1ooN和2ooN的要求；其中，1ooN为从N中取1，2ooN为从N中取2，N表示区域内探测器数量。2.如权利要求1所述的一种基于场景分析的可燃气体探测器优化布置方法，其特征在于：S1中具体包括以下步骤：S101：建立罐区的储罐主体设施的三维几何模型，并在模型中提取区域模型信息，包括法兰、阀门及附属部件信息；S102：建立该罐区所在地的气候信息，获得风向WD、风速WN，对风向和风速建立矩阵，并配对建立气象场景W，δ为风向数，∈为风速；其中：WD＝[WD1,WD2,WD3……
WD
δ
]；WN＝[WN1,WN2,WN3……
WN
∈
]；S103：在S101和S102的基础上，基于CFD进行场景的风场模型计算，独立气象场景的几何空间内风速及其场分布情况；S104：根据罐区具体情况，由泄漏点位置DP，泄漏点孔径DHD，泄漏速率DV，压力P，泄漏介质M，α为可能发生的泄漏场景的泄漏位置数，β为泄漏点的不同孔径大小数量，γ为可能出现的不同泄漏速率情况，确定容器内的可燃气体泄漏发生场景和频率，建立泄漏模型；其中：DP＝[DP1,DP2…
DP
α
]；DHD＝[DHD1,DHD2…
DHD
β
]；DV＝[DV1,DV2…
DV
γ
]；S105：在S103和S104的基础上，匹配气象场景，建立不同气象条件下的泄漏场景E，泄漏场景总数为i；其中：
使用CFD软件计算各场景空间上的可燃气体浓度。3.如权利要求2所述的一种基于场景分析的可燃气体探测器优化布置方法，其特征在于：S101中的主体设施包括储罐、管道、泵房、设备间；三维几何模型为设备或建筑的三维模型，模型可以仅为体量，但模型的轮廓需明确；区域模型信息为泄漏场景中的泄漏点；S102是基于Rhino、Grasshopper及其插件Ladybug来实现的，S102中的风向采用东、西、南、北四个方向来简化，以降低场景数；其气象场景为不同风向和不同风速的配对场景，其形式为矩阵，矩阵的每个元素对应的场景信息是风向与风速，数值为该风向和该风速的发生频率乘积；S103中的风场模型是几何空间的风速场模型，是分析泄漏后扩散浓度的基础；独立气象场景为S102中气象场景矩阵中的每一个元素；几何空间为主体设施三维几何模型和设施所在环境空间的总和；风速及其场分布需将几何空间网格化，并将计算得到的风速赋给网格中心点；S104中的泄漏发生场景包括压力容器泄漏、常压容器泄漏、泵阀泄漏、压缩机泄漏、管道泄漏的场景；泄漏模型基于S101的三维几何模型的区域模型信息，包括泄漏位置、泄漏孔径、泄漏速度、压力、介质的独立的泄漏参数，每一个参数建立矩阵，泄漏模型组成一个矩阵，矩阵的行是一个独立的泄漏模型，含有不同的泄漏参数，矩阵的列为每一个独立的泄漏参数；泄漏场景为气象场景和泄漏模型的配对，即一个气象场景匹配一个泄漏模型；各场景空间为每一个泄漏场景的几何空间，为主体设施三维几何模型和设施所在环境空间的总和；S105中的可燃气体浓度用％LEL来衡量，即可燃气体爆炸下限体积百分比浓度，在相应场景的几何空间，将数值传递给网格，并绘图，每个网格节点，记录各场景的可燃气体浓度，得到一个矩阵EP；其中N为节点网格数，i为场景数：4.如权利要求2所述的一种基于场景分析的可燃气体探测器优化布置方法，其特征在于：S2是基于R...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐进，魏建军，刘承先，程进，刘长春，樊亚娟，伍士国，陆敏，文艺，陈川，
申请(专利权)人：常州工程职业技术学院，
类型：发明
国别省市：