[发明专利]一种储罐泄漏下风侧探测快速报警响应判断优化安装计算模型的构建方法

摘要

本发明公开了储罐泄漏下风侧探测快速报警响应判断优化安装计算模型的构建方法，其包括：一、确定探测器安装位置模型及报警响应值；二、二分法确定可燃气体探测器安装点，建立计算探测点浓度三维空间坐标系；三、二分法确定液池半径，计算液体蒸发量；四、计算探测点处的可燃气体浓度；五、判断探测器是否响应报警；六、计算储罐泄漏后探测器何时响应报警及响应报警时的液体泄漏量；七、验证确定探测器报警响应最佳安装位置。本发明的计算模型在风速干扰条件下，对常压立式储罐本体任意薄弱环节泄漏后，可燃气体探测器报警响应判断计算分析均适用，可确定可燃气体探测器报警响应时间及最佳安装位置，从而为预防和制定事故预防措施提供了科学有效的依据。

主权项

1.储罐泄漏下风侧探测快速报警响应判断优化安装计算模型，其特征在于：可燃气体探测点位于释放源最小频率风向的下风侧时，构建储罐泄漏下风侧探测快速报警响应判断优化安装计算模型，因可燃气体检测器与可燃气体探测器所述意义一样，因此本发明对可燃气体检(探)测器均适用，包括以下步骤：(一)确定探测器安装位置模型及报警响应值第一步，确定可燃气体探测器安装范围：⑴安装距离范围确定当探测点位于释放源的最小频率风向的下风侧时，可燃气体探测点与释放源的距离0m＜x1≤5m；⑵安装高度范围确定当检测比重大于空气的可燃气体时，可燃气体探测器的安装高度应距地坪：z1＝0.3m～0.6m；当检测比重小于空气的可燃气体时，可燃气体探测器的安装高度应高出释放源：z2＝0.5m～2m；第二步，建立可燃气体探测器安装位置模型：⑴安装距离x1的确定可燃气体探测点位于释放源最小频率风向的下风侧，可燃气体探测点与释放源的水平距离为x1(0m＜x1≤5m)；⑵安装高度Z1/Z2的确定当检测比重大于空气的可燃气体时，可燃气体探测器的安装高度距地坪Z1为：0.3m≤Z1≤0.6m；当检测比重小于空气的可燃气体时，可燃气体探测器安装高度高出释放源Z2为：0.5m≤Z2≤2m；(3)侧风向距离y1的确定根据Pasquill‑Gifford模型，为使可燃气体探测器快速响应报警，则有侧风向距离y1＝0米；第三步，确定可燃气体探测器一级报警及二级报警响应值：设定报警值，可燃气体探测器一级报警设定值：a＝25％LEL；可燃气体探测器二级报警设定值：b＝50％LEL；(二)二分法确定可燃气体探测器安装点，建立计算探测点浓度三维空间坐标系第四步，根据可燃气体探测器安装位置模型利用二分法确定可燃气体探测器安装点(x1,y1,z1)；第五步，建立计算可燃气体探测点浓度三维空间坐标系：常压立式储罐泄漏后，液体在自身重力、环境风速、地面摩擦阻力及液体本身粘滞性作用下进一步发生扩散，将泄漏液体在地面扩散的形状由椭圆形理想化为圆形，建立计算可燃气体探测点浓度三维空间坐标系；①坐标系轴的确定x轴：选择一条与环境风向相平行的液池半径r，建立空间三维坐标系中的x轴，同时泄漏点在x轴上，x轴方向与环境风向一致；y轴：做x轴水平面上的一组垂线，选择与泄漏液池半径r相切的某一垂线建立y轴，y轴方向代表侧风向；探测器位置位于下风侧时，侧风向计算结果没有影响，因此y轴方向可任意选择；z轴：以同时与x轴、y轴垂直的垂线建立空间三维坐标线中的z轴，且z轴经过x轴、y轴的交点，z轴方向竖直向上；(三)二分法确定液池半径，计算液体蒸发量第六步，利用二分法确定常压立式储罐泄漏时的液池半径；设泄漏点到防火堤的水平距离为x0，则液池半径r1的取值范围为：0＜r1≤x1，在r1可能的取值区间内采用二分法，确定常压立式储罐泄漏时的液池半径r1；第七步，确定常压立式储罐泄漏后的液池半径后，计算此时泄漏液体蒸发量；利用《化工企业定量风险评价导则》(AQ/T 3046‑2013)中的闪蒸蒸发、热量蒸发、质量蒸发、液体蒸发总量，计算泄漏液体蒸发量Q；当泄漏液体的沸点大于其储存温度时，只考虑热量蒸发和质量蒸发；当泄漏液体沸点大于其储存温度且同时大于环境温度时，只考虑质量蒸发，即：式中：Wp——液池蒸发总量，单位为kg；Q3——质量蒸发速率，单位为kg/s；t3——从液体泄漏到液体全部处理完毕的时间，单位为s；a，n——大气稳定度系数，见表2；P——液体表面蒸气压，单位为Pa；R——气体常数，单位为J/(mol·K)；T0——环境温度，单位为K；u——风速，单位为m/s；r1——液池半径，单位为m；(四)计算探测点处的可燃气体浓度第八步，Pasquill‑Gifford模型中x、y、z的确定为计算可燃气体探测器最快报警响应时间，则有y＝y1＝0；检测比重大于空气的可燃气体的探测器：x＝(x1‑r1)；y＝0；z＝z1；检测比重小于空气的可燃气体的探测器：x＝(x1‑r1)；y＝0；z＝z2；第九步，计算侧风向和垂直风向的扩散系数σy、σz；确定大气稳定度等级，烟羽扩散Pasquill‑Gifford模型扩散系数方程，并计算侧风向和垂直风向的扩散系数σy、σz；第十步，计算泄漏源强Q位于地面Hr高处的连续稳态源的烟羽，Pasquill‑Gifford模型为：式中：〈C〉(x,y,z)——连续排放时，形成稳定的流场后，给定地点(x,y,z)的污染物的浓度，单位为kg/m3；Q——泄漏源强，即连续排放的物料质量流量，单位为kg/s；u——风速，单位为m/s；σy，σz——侧风向和垂直风向的扩散系数，单位为m；x——下风向距离，单位为m；y——侧风向距离，单位为m；z——垂直风向距离，单位为m；则：连续面源的源强Q有如下表达式：(液池面积<1m²)(1‑4)第十一步，由Pasquill‑Gifford模型计算探测点处的可燃气体质量浓度第十二步，建立常压立式储罐本体泄漏后泄漏的可燃液体在风速、环境温度、大气稳定度及液体表面蒸气压作用下蒸发的气体体积浓度扩散模型；式中：Cv——可燃气体体积浓度，mL/m3；P0——环境大气压，Pa；由上述式(1‑5)计算探测点处可燃气体体积浓度；第十三步，比较可燃气体体积浓度与可燃气体探测器一级报警设定值和二级报警设定值的大小；可燃气体探测器一级报警设定值：a＝25％LEL；可燃气体探测器二级报警设定值：b＝50％LEL；(五)判断探测器是否响应报警第十四步，判断探测器是否响应报警若Cv＝a，则可燃气体探测器响应一级报警；若Cv＝b，则可燃气体探测器响应二级报警；否则可燃气体探测器未响应报警，返回执行步骤(三)，采用二分法逐步缩小液池半径区间，使可燃气体探测器感应位置浓度逐步逼近、达到感应报警浓度，从而求出可燃气体探测器报警响应时扩散的液池半径；第十五步，若可燃气体探测器响应报警则执行步骤(六)(六)计算储罐泄漏后探测器何时响应报警及响应报警时的液体泄漏量；第十六步，确定常压立式储罐泄漏后可燃气体探测器何时响应报警由步骤(一)至步骤(五)可得可燃气体探测器响应报警时的液池半径r1，再根据经验公式，对于稳定的连续泄漏，液池半径随时间的变化可用如下经验公式表达，则由如下经验公式确定泄漏时间t；式中：t——时间，s；r(t)——液池半径，m；ρ——液体密度，kg/m3；Q′——质量泄漏速率，kg/s；由《化工企业定量风险评价导则》(AQ/T 3046)E.1.2液体经储罐上的孔流出其瞬时质量流率为：Qm＝Q′……(1‑8)式中：Qm——质量流率，单位为kg/s；P——储罐内液体压力，单位为Pa；P0——环境压力，单位为Pa；C0——液体泄漏系数；g——重力加速度，9.8m/s2；A——泄漏孔面积，单位为m2；ρ——液体密度，单位为kg/m3；hL——泄漏孔上方液体高度，单位为m；第十七步，确定可燃气体探测器报警响应时的液体泄漏量依据一种基于常压立式储罐本体连续实时泄漏量的计算模型，由泄漏时间计算可燃气体探测器报警响应时的液体泄漏量，该模型如下：式中：m——液体泄漏量，kg；ρ——液体密度，单位为kg/m3；t——泄漏时间，单位为s；A——泄漏孔面积，单位为m2；A1——储罐的底面积，单位为m2；C0——液体泄漏系数；g——重力加速度，9.8m/s2；h——储罐未发生泄漏前，储罐内原有的液体高度，单位为m；h1——泄漏孔距离储罐底部高度，单位为m；(七)验证确定探测器报警响应最佳安装位置第十八步，重复返回执行步骤(二)，然后继续执行后续步骤，筛选出最短的报警响应时间根据可燃气体探测器安装位置模型对安装距离区间(0m，5m]利用二分法；重新确定探测器安装点，继续执行后续步骤；将重新确定安装点的可燃气体探测器报警响应时间与前一安装点的可燃气体探测器报警响应时间比较，直至报警响应时间最短；第十九步，确定探测器报警响应最佳安装位置当可燃气体探测器报警响应时间最短时，其对应的可燃气体探测器的安装位置即为报警响应最佳安装位置，从而确定可燃气体探测器报警响应最佳安装位置。