原油储罐区可燃气体探测器布置优化方案研究

为有效预警原油储备区储罐气体泄漏,制定气体探测器布置优化方案,以某大型原油站库为例,基于CFD法和FLACS软件模拟原油泄漏及可燃蒸汽云溢散分布,通过分析蒸汽云扩散规律,实现全方位气体探测器优化布置。结果表明:原油储罐区探测器分别布置在区块21-2、6-1、31-1、40-2,且每个罐组总计布置16处;优化设置方案可满足所有泄漏场景下可燃气体探测需求,有效减少探测器配置冗余。可为泄漏事故早期预警提供技术支持。     

高硫炼油装置硫化氢泄漏场景集定量分析

随机规划方法已成为解决不确定条件下高硫炼油装置气体检测报警仪布置优化问题的重要途径,而构建接近真实情况的泄漏场景集则是实现随机规划的基础。目前,有毒气体泄漏场景集构建方面的研究鲜有报道,且传统以典型泄漏场景为代表的做法未能体现真实风险。为此给出一种融合泄漏概率和风场联合分布概率的定量构建硫化氢泄漏场景集的方法,使场景集包括重要泄漏场景并运用DNV的LEAK软件和历史气象数据定量预测场景的实现概率,为实现后续的气体泄漏检测报警仪布置随机规划提供技术支持。并以某柴油加氢装置为例,定量构建其硫化氢泄漏场景集,为后续的气体检测报警仪布置优化及其它基于定量风险分析的控制决策提供支持。     

采用遗传算法优化气体探测器布局策略研究

石油石化装置具有结构复杂且危险性高的特点,所加工物料多为易燃易爆有毒物质,且工艺单元之间集成度高,一旦发生泄漏若无法及时探测到则易形成气液积聚和火灾爆炸后果强化,装置拥塞度高使人员逃生困难。火气系统FGS作为安全关键系统,其中的气体探测网络如何快速可靠的实现对气体泄漏事件的探测显得尤为重要。已知探测时间,通过引入遗传算法利用其全局搜索的特点克服传统分支定界法的缺点,实现立体空间不同高度下设置探测网络达到场景全覆盖和缩短探测时间,同时求出探测时间附近的多组最优解,为探测器放置提供多种布置方案。通过与传统等间距探测器布置方案比较,从多种布置方案中选择更符合实际的最佳方案。通过海上浮式生产储油船的生产夹板气体探测案例,验证了所提方法的有效性。     

火灾自动报警系统可靠性研究

火灾自动报警系统主要包括火灾探测器、火灾报警控制器、减灾装置和灭火装置4部分,从这4部分分析了其工作原理。在此基础上,着重分析了误报、漏报概率较高的火灾探测系统(包括火灾探测器和火灾报警控制器)在使用过程中可能出现的失效状态。其失效的根本原因是在探测器的设计、选型与安装中出现的问题以及各类控制器和控制软件出现的问题。火灾自动报警系统在设计、安装和使用过程中出现的一些问题可能导致整个系统失效,主要包括硬件故障、系统失误和管理缺陷3类。因此,从火灾自动报警系统设计、软硬件产品质量、选型与安装及维护保养等方面给出了提高火灾自动报警系统可靠性的措施。最后应用系统安全及可靠性理论建立了包括电源系统、触发装置、报警控制装置和警报装置4个指标的火灾自动报警系统可靠度计算模型。     

Optimization of gas detector placement considering scenario probability and detector reliability in oil refinery installation

Gas detection system is a critical layer of protection in process safety. Leak scenario probability and detector reliability are two key factors in the optimization of gas detector placement. However, they are easily neglected in previous studies, which may lead to an inaccurate evaluation of the optimization solutions. In this study, a stochastic programming (SP) optimization method is proposed considering these two factors. In order to quantitatively represent the probability of leak scenarios, a complete accident scenario set (CASS) is built combining leak sources and wind fields. Then, the computational fluid dynamics (CFD) method is adopted for consequence modeling of gas dispersion. The Markov model is developed to predict the detector reliability. With the objective of minimal cumulative detection time (MCDT), the SP formulation considering scenario probability and detector reliability (MCDT-SPR) is proposed. By introducing the particle swarm optimization (PSO) algorithm, the optimization formulations can be solved. A case study is investigated on a diesel hydrogenation refining unit. Results validate this approach is promising to improve the detection efficiency. This method is more practical and matching with the actual industrial environment, where the leak scenarios and the detector reliability can change dynamically in real process setting.     

综合管廊内火灾自动报警探测器实验研究

为了能够有效提升综合管廊内火灾自动报警系统的准确性和可靠性,本文采用火灾实体试验的方法,通过对各类型火灾自动报警探测器响应时间的情况进行分析和比较,研究综合管廊电力舱内常用探测器的性能。研究结果表明:接触式缆式线型感温火灾探测器可以较早的探测到电缆温度异常变化的现象,可用于早期预警。点型感烟探测器对烟粒子浓度较为敏感,可用于综合管廊电力舱室的空间探测。分布式光纤型感温火灾探测器对明火温度的变化较为敏感,作为空间型的火灾探测器比较可靠。     

基于MTBF的光电感烟探测器可靠性研究

针对火灾探测报警系统重要组成模块—光电感烟探测器-报警控制器,根据其在实际使用过程中的不完全故障数据,改良了前人对该问题的传统研究方法,并提出了分段定时截尾可靠性参数模型。该模型主要考虑火灾探测报警系统控制器工作时序性和故障处理时间的影响,采用自主提出的原始故障数据筛选统计方法,分别求得光电感烟模块的首次使用寿命与平均故障间隔时间的参数估计。该方法能够减少火灾探测报警系统初始使用寿命过长而产生的平均故障间隔时间的估计偏差,对于火灾探测报警系统整体使用寿命的估计和维修管理有着重要意义。同时基于序贯思想的动态截尾也克服了定时截尾模型无法准确判断试验停止时间的不足,在保证参数较为精确的前提下最大限度地节省时间和资源。     

岩鹰山隧道内天然气管道泄漏规律及通风方案研究

采用经典流体力学理论,以及计算流体力学（CFD）等方法相结合,对中缅油气 管线上具有代表性的岩鹰山隧道进行研究。用Fluent软件对岩鹰山隧道天然气管道泄漏 进行仿真模拟,利用Fluent模拟结果与泄漏源计算结果相结合,经过理论分析与数据拟 合,提出泄漏天然气充满隧道的时间计算模型,通过不同边界条件下隧道内天然气泄漏 扩散规律的模拟结果对时间模型进行验算并修正。利用计算流体力学（CFD）方法,研 究岩鹰山隧道在发生天然气泄漏事故后,单风机通风方案的效率,得出隧道通风优化方 案,方案内容包括最佳送风方式、布设水平位置、布设高度、布设间距。根据通风方案 计算结果对风机型号选取、以及隧道洞门设计提出了建议。     

基于贝叶斯估计的多探测器火警判定方法研究*

为应对感烟探测器的大量误报对消防应急响应带来的挑战,考虑目前以感烟探测器为主的火警设施误报率高且短期内难以全部更换的特点,提出基于贝叶斯估计的多探测器火警判定方法,通过多个探测器的报警时间间隔计算火源位置的后验概率分布,并提出火警真实度概念,为火警判定提供依据。结果表明:使用多探测器耦合模型时每增加1个探测器可将误报率降低约4个数量级,该方法在探测器正常、部分失效、误报的情景下均能有效判别火警。     

地下综合管廊天然气管道泄漏扩散模拟研究

为了研究管道异常泄漏时天然气的扩散情况,采用Fluent软件模拟研究不同压力条件下气体在管舱内的浓度分布特性,核算保护半径为7.5 m时的报警探测器在灾变时的响应时间,以达到指导报警探测器设计的目的。结果表明:当泄漏压力为103.3 kPa,200.0 kPa时,对应的报警响应时间分别为2.15 s,0.45 s,报警响应时间随着泄漏压力的增大而减小,在常规中压输出压力下,响应时间最大值为2.15 s;同一泄漏压力下,管舱内气体扩散距离与泄漏持续时间成正相关;报警探测器的响应浓度以爆炸下限的20%为推荐值。     

Worst-case identification of gas dispersion for gas detector mapping using dispersion modeling

To quickly and accurately quantify the material release in process units, gas detectors may be placed according to the results of gas dispersion modeling. DNV's PHAST software is one of the most useful and reliable tools for material dispersion modeling. In this software, fluid dispersion is modeled based on the process conditions, the weather conditions and the specifications of the material release point. However, varying weather conditions throughout the year and the exact determination of the release point on the plot plan and the release elevation are problematic; these issues cause the results to be non-exact and non-integrated. Choosing the most appropriate conditions is challenging. In this paper, a scheme was provided to select the most appropriate conditions for gas dispersion modeling. This scheme approaches modeling based on the worst-case scenario (the situation in which the dispersed gas reaches the detector later in comparison to the other cases). Therefore, different weather conditions, release elevations and release points on the plot plan were modeled for an absorber tower of the Gonbadli Dehydration Unit of the Khangiran Refinery. The worst case of each release condition was then chosen. Finally, gas detectors were placed using the gas dispersion modeling results based on the worst-case scenario.     

The TNO multi-energy method combined to mathematical programming and computational fluid dynamics for optimisation of gas detectors

Gas leakage is a matter of concern for several industries such as oil and gas, mining, food, and healthcare. When the industry considers gas detectors, the main questions are: How many gas detectors are required? Where is the best location to install them? To answer these questions Computational Fluid Dynamics (CFD) simulations and optimisation procedures are employed to calculate the plume location and plume volume to better position the gas detectors. We investigated how the optimisation cell size for the set covering problem can be calculated based on a given explosion overpressure threshold. Resorted by the multi-energy explosion model, we calculate the flammable cloud volume associated with a pre-defined overpressure value. The cloud volume is applied in the solution of the set covering problem and an optimal set for the gas detectors is obtained. The final gas detector network (number and location of the devices) is validated against CFD simulations for small releases. The results provide evidence that the optimal gas detector networks is able to detect gas leaks within a feasible time.     

一种关于点型探测器火灾探测能力的评估方法

以探测器火灾信息数据库为依据,通过对目前使用最为广泛的各种点型感烟、感温及CO气体探测器对八种典型试验火响应数据测量及数据挖掘,提出用梯度幅值评估方法,对上述探测器的火灾探测能力作出相应的评估结论,为城市建筑火灾自动探测报警系统的正确设计、选型和使用提供了参考理论依据。     

多传感器耦合区域火灾报警技术研究

早期预警与低误报率一直是建筑火灾探测面临的挑战与难题。已有研究多针对特殊场所特定燃烧产物或多种传感器耦合,普适性不强,探测设备成本高,无法大规模应用。通过将火灾烟气蔓延规律与探测器信号时空分布融合,在不增加探测器数量和分布的情况下,提出了一种基于建筑结构微元的多传感器耦合区域火灾报警模型。对典型火灾场景的烟气蔓延情况进行了模拟分析,狭长结构中探测器信号强度变化具有一定的规律性。应用区域火灾报警模型后,报警时间较传统模式提前了14.7%,基本杜绝了单个探测器误报引发建筑物火灾报警的问题。结果表明:多传感器耦合探测模式显著缩短了火灾报警时间,降低了火灾探测误报率,实现了火灾的早期准确识别与预警。     

基于贝叶斯网络的地震次生燃气管道泄漏事件链构建

地震次生燃气管道泄漏事件是导致地震灾害影响扩大的主要原因之一,为了解建 筑物内地震次生燃气管道泄漏事件的发展过程,参考国内外相关的文献和统计资料,确 定建筑物内地震次生燃气管道泄漏事件贝叶斯网络的节点变量和取值范围。根据节点变 量及其逻辑关联性构建贝叶斯网络结构图,通过对国内外研究数据的统计并结合专家经 验估算确定各节点变量的条件概率。利用贝叶斯网络工具计算建筑物属性和环境变量在 不同状态取值下建筑物遭受破坏、燃气泄漏、燃气扩散引发二次灾害等关键节点变量的 后验概率。通过实例分析得出,建筑结构和地震烈度是建筑物遭受破坏的主要影响因素 ,风速、大气稳定度对燃气扩散引发二次灾害有显著影响。     

Reliability evaluation of fire alarm systems using dynamic Bayesian networks and fuzzy fault tree analysis

In almost all industries, fire alarm systems play a vital role in the reducing the risks associated with fires and damages. Therefore, it is necessary to evaluate their reliability and performance in emergency situations. The present study aimed to use fault tree analysis (FTA) to determine the root causes involved in the failure of fire alarm systems, to use Fuzzy set theory and expert elicitation to determine relative probabilities, and finally, to evaluate the reliability of a fire alarm system using dynamic Bayesian networks (BNs) during a thirty-six months period. A total of 29 basic events were detected from the FT. The reliability of the fire alarm system was estimated at 0.954 according to the FT and 0.957 according to conventional BNs. The reliability of the fire alarm system after 36 months was estimated at 0.375 according to dynamic BNs. All the events involved in the failure of fire alarm systems were drawn in the fault tree diagram. The results indicate that remodeling of these systems and simultaneous construction activities are the most important factors in the failure of the fire alarm system. System reliability can also be increased to 0.965 by providing preventive and control measures to reduce the probability of critical events.     

管廊内泄漏口朝向对天然气管道泄漏扩散影响的模拟分析*

为掌握综合管廊内天然气输气管道泄漏口朝向对气体扩散的影响,使用FLUENT软件对4种不同朝向的泄漏口泄漏过程进行3维数值模拟,对比分析不同工况下气体浓度分布。结果表明:泄漏形成的射流产生强烈气体掺混,降低泄漏口附近气体浓度梯度;随着距泄露孔距离的增加,气体受惯性力作用减弱,并在浮力作用下抬升。管廊纵截面气体浓度场可分为泄漏口附近的均匀区和距离泄漏口较远的分层区。在均匀区内,探测器高度上气体质量分数纵向分布呈阶梯状;距泄漏口较远距离(大于20 m),泄漏口朝向对探测器高度上气体浓度纵向分布影响较小。基于稳态气体分布控制方程,提出气体在分层区内纵向分布关系式。当泄漏口刚好位于2探测器中央（最不利工况）时,泄漏孔朝向为X+（管道距离壁面较远侧）的泄漏气体在喷出后与空气接触时间长,产生涡量更大,使气体在管廊纵向上蔓延速度降低,探测器响应时间相对较长。     

钢铁企业固定式煤气报警器规范安装的详细探讨

煤气安全作为钢铁企业防范重特大事故的重要工作,规范性设置固定式煤气检测报警器,是防范事故发生的主要措施。结合国家现行安全标准和行业现状,就固定式检测报警器的安装位置、安装高度、与释放源水平距离以及报警器检测覆盖范围进行详细探讨。     

特大断面公路隧道线型感温火灾探测系统适用性研究

随着我国公路交通量日益增多,大断面、特大断面公路隧道不断涌现,可靠、有效的隧道火灾探测越来越重要。选取了6种典型的隧道断面,综合考虑探测器类型、纵向风速、火源功率、火源位置等因素,运用火灾动力学模拟软件FDS分析了系列火灾场景下温度、烟气分布、探测器报警时间、报警位置偏移量等特性。研究结果表明: 隧道断面尺寸、纵向风速越大,感温探测器报警时间越长。通过对顶棚烟气温度的分析,发现特大断面隧道中线型感温探测系统采用差温报警较定温报警更有效。在使用差温报警时,纵向通风会使报警位置发生偏移,报警位置偏移量d与隧道纵向风速v、火源到隧道顶棚距离Hd满足线性关系式:d=6.404v+0.923Hd-6.762。随着隧道断面尺寸的增大,需要敷设更多的感温光纤以在规定时间(60 s)内探测到火灾。对于高度H≥12 m的隧道,即使增设多条感温光纤,也无法在60 s内有效报警,需补充设置基于火焰和烟气特征的非接触式火灾探测器。     

城市综合管廊燃气舱室输气管道泄漏扩散规律研究

为了掌握输气管道在城市综合管廊舱室泄漏扩散的基本规律,采用FLUENT软件,针对管廊正常通风—泄漏报警—事故通风—警报解除的全过程进行动态分析。首先在正常通风速度建立的稳态风场中,模拟天然气在不同管输压力下发生小孔泄漏后的报警时间,根据首个响应的报警器的位置判断泄漏源位置。结果表明,当泄漏孔径为20 mm,通风速度为1.92 m/s,且泄漏源处于2个报警器中间时,管输压力为200,400,800 kPa时对应的报警时间分别为10.4,6.7,4.5 s。事故通风速度下,对不同管输压力的天然气扩散进行分析,当天然气朝逆风侧扩散时,随动量逐渐减小而到达不同的边界坐标。同时,环境大气压的降低不仅会缩短报警器的首次报警时间,还能延长总扩散距离。预测所得的天然气爆炸上下限浓度区移动速度有助于动态了解处于爆炸上下限浓度之间气体的实时位置。解除报警时间与进风口风速呈近似线性关系,可为现场救援队伍选择经济通风量提供理论指导。