一種山洞油庫油氣危險(xiǎn)源分級預(yù)警方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種山洞油庫油氣危險(xiǎn)源分級預(yù)警方法，確定分級預(yù)警的閾值，表明不同的溫度、濕度、油蒸汽濃度、氧氣濃度范圍內(nèi)著火的概率、著火強(qiáng)度不同，結(jié)合實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及規(guī)律性結(jié)論劃分不同的極限區(qū)間，以此確定分級預(yù)警；實(shí)現(xiàn)了針對山洞油庫油氣危險(xiǎn)源分級的預(yù)警。本發(fā)明的方法簡單，操作方便，彌補(bǔ)了國內(nèi)缺少針對山洞油庫油氣危險(xiǎn)源分級預(yù)警方法的空白，為山洞油庫油料的儲存提供了參考的依據(jù)。
【專利說明】一種山洞油庫油氣危險(xiǎn)源分級預(yù)警方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于油氣預(yù)警【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種山洞油庫油氣危險(xiǎn)源分級預(yù)警方 法。

【背景技術(shù)】
[0002] 石油產(chǎn)品是典型的易燃易爆物質(zhì)，稍有不慎就會發(fā)生油氣混合物爆炸，造成重大 人員傷亡和巨額財(cái)產(chǎn)損失，同時(shí)對環(huán)境造成嚴(yán)重污染。國內(nèi)外每年因油氣爆炸而引發(fā)的各 種安全事故數(shù)不勝數(shù)，這些事故的頻繁發(fā)生，引起了研究人員對油氣爆炸的廣泛關(guān)注。爆炸 極限是評定油氣爆炸危險(xiǎn)的主要指標(biāo)，也是確定油庫潛在危險(xiǎn)性環(huán)境和規(guī)范人的安全行為 的必要依據(jù)，科學(xué)地掌握和應(yīng)用爆炸極限對油氣安全具有重要的實(shí)際意義。自1875年英國 發(fā)生城市煤氣管道爆炸以來，關(guān)于可燃?xì)怏w爆炸極限的研究，尤其是下限值，它是?；穬?存場所進(jìn)行安全監(jiān)控和預(yù)警的基礎(chǔ)。最早提出測定氣體與可燃蒸氣的爆炸極限的是美國礦 山局的Coward及Jon,在1956年發(fā)表的《氣體和蒸氣燃燒范圍》，目前關(guān)于氣體爆炸極限的 研究結(jié)果僅在相關(guān)文獻(xiàn)資料上給出單一閥值，研究成果主要匯編在《石油化工防火防爆手 冊》中，比如該手冊提供的油氣（汽油）的爆炸極限下限值1. 3%，實(shí)際十幾年的油氣爆炸 研究發(fā)現(xiàn)，油料著火爆炸上下限很多情況下已經(jīng)低于此值，且受環(huán)境條件的影響極大，單一 的閾值顯然不合理，分級預(yù)警的閾值依賴于此項(xiàng)研究。
[0003] 山洞油庫危險(xiǎn)源的特殊性在于復(fù)雜環(huán)境條件，高濕、絕熱、洞庫結(jié)構(gòu)復(fù)雜容易形成 爆炸受限空間，洞庫內(nèi)儲油罐聚集，稍有通風(fēng)不善容易油氣聚集，達(dá)到爆炸條件。而油氣爆 炸屬于氣體爆炸，但是其爆炸的復(fù)雜性（涉及多學(xué)科交叉領(lǐng)域，影響因素多，機(jī)理、關(guān)鍵科 學(xué)問題復(fù)雜），在危險(xiǎn)源爆炸極限研究領(lǐng)域除本研究團(tuán)隊(duì)及少數(shù)科研院所外幾乎無資料可 查，更不用說在分級預(yù)警技術(shù)的研究，可供參考只能是工業(yè)易燃易爆氣體。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明實(shí)施例的目的在于提供一種山洞油庫油氣危險(xiǎn)源分級預(yù)警方法，旨在解決 現(xiàn)有國內(nèi)缺少針對山洞油庫油氣危險(xiǎn)源分級預(yù)警方法的問題。
[0005] 本發(fā)明實(shí)施例是這樣實(shí)現(xiàn)的，一種山洞油庫油氣危險(xiǎn)源分級預(yù)警方法，該山洞油 庫油氣危險(xiǎn)源分級預(yù)警方法包括以下步驟：
[0006] 步驟一，確定分級預(yù)警的閾值，針對山洞油庫的特殊環(huán)境確定爆炸極限，確定分級 預(yù)警的閾值；確定分級預(yù)警的閾值包括：不同環(huán)境溫度條件下的油氣爆炸極限確定、氧氣 濃度極限確定；
[0007] 步驟二，根據(jù)表明不同的溫度、濕度、油蒸汽濃度、氧氣濃度范圍內(nèi)著火的概率、著 火強(qiáng)度不同，為此結(jié)合數(shù)據(jù)及規(guī)律性結(jié)論劃分不同的極限區(qū)間，以此確定分級預(yù)警。
[0008] 進(jìn)一步，在步驟一中不同環(huán)境溫度條件下的油氣爆炸極限確定方法為：
[0009] 首先對同一溫度條件下，一定油氣濃度條件下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)與數(shù)值模擬計(jì)算，判斷是 否發(fā)生爆炸，如果發(fā)生，則降低油氣濃度進(jìn)行實(shí)驗(yàn)與計(jì)算，直到發(fā)生不能發(fā)生爆炸為止，那 么油氣濃度就是該環(huán)境溫度條件下的著火極限，然后改變環(huán)境溫度，每隔5度改變一次，重 復(fù)實(shí)驗(yàn)?zāi)M計(jì)算，得到著火極限，發(fā)現(xiàn)環(huán)境溫度影響爆炸極限較大，隨著環(huán)境溫度的升高， 爆炸極限是下降的，在環(huán)境溫度在248K?343K條件下，油氣爆炸極限的范圍為1. 6%? 0· 85%。
[0010] 進(jìn)一步，在步驟一中氧氣濃度極限確定方法為：
[0011] 對不同油氣濃度條件下的氧氣濃度進(jìn)行實(shí)驗(yàn)與數(shù)值模擬計(jì)算，判斷是否發(fā)生爆 炸，如果發(fā)生，則降低氧氣濃度進(jìn)行數(shù)值計(jì)算，直到發(fā)生不能發(fā)生爆炸為止，那么該氧氣濃 度就是該環(huán)境溫度條件下的氧氣爆炸極限，然后改變油氣濃度，重復(fù)實(shí)驗(yàn)與計(jì)算，得到爆炸 極限，油氣濃度的變化范圍根據(jù)得到的1.6 %?0.85 %，環(huán)境溫度為278K?330K，結(jié)果發(fā) 現(xiàn)隨著環(huán)境溫度的升高，油氣濃度爆炸極限的下降，氧氣濃度下限是下移的，在環(huán)境溫度為 248K?343K條件下，油氣爆炸極限為范圍為1. 6%?0. 85%條件下，氧濃度下限為15%? 10. 95%。
[0012] 進(jìn)一步，該山洞油庫油氣危險(xiǎn)源分級預(yù)警方法具體步驟為：
[0013] 第一步，分級預(yù)警的閾值的確定：
[0014] 構(gòu)建不同環(huán)境條件下開展油氣爆炸極限的模擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，由爆炸裝置、高速數(shù) 據(jù)采集系統(tǒng)、配氣、點(diǎn)火、壓力傳感器組成，針對油庫危險(xiǎn)源火災(zāi)爆炸安全防護(hù)的關(guān)鍵因 素--油氣濃度及其擴(kuò)散、環(huán)境溫度和濕度、氧濃度分別進(jìn)行關(guān)聯(lián)組合，首先完成單個(gè)油氣 濃度、氧濃度、溫度、濕度對油氣擴(kuò)散下爆炸的影響；其次在臺架上完成綜合因素對爆炸的 影響，通過典型油庫環(huán)境下火災(zāi)爆炸動(dòng)力學(xué)分析及數(shù)值仿真，得出油庫火災(zāi)爆炸關(guān)鍵因素 的影響規(guī)律；
[0015] 不同環(huán)境溫度條件下的油氣爆炸極限確定：
[0016] 首先對同一溫度條件下，一定油氣濃度條件下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)與數(shù)值模擬計(jì)算，判斷是 否發(fā)生爆炸，如果發(fā)生，則降低油氣濃度進(jìn)行實(shí)驗(yàn)與計(jì)算，直到發(fā)生不能發(fā)生爆炸為止，那 么油氣濃度就是環(huán)境溫度條件下的著火極限，然后改變環(huán)境溫度，每隔5度改變一次，重 復(fù)實(shí)驗(yàn)?zāi)M計(jì)算，得到著火極限，發(fā)現(xiàn)環(huán)境溫度影響爆炸極限較大，隨著環(huán)境溫度的升高， 爆炸極限是下降的，在環(huán)境溫度在248K?343K條件下，油氣爆炸極限的范圍為1. 6%? 0. 85% ；
[0017] 氧氣濃度極限確定：
[0018] 其次對不同油氣濃度條件下的氧氣濃度進(jìn)行實(shí)驗(yàn)與數(shù)值模擬計(jì)算，判斷是否發(fā)生 爆炸，如果發(fā)生，則降低氧氣濃度進(jìn)行數(shù)值計(jì)算，直到發(fā)生不能發(fā)生爆炸為止，那么氧氣濃 度就是該環(huán)境溫度條件下的氧氣爆炸極限，然后改變油氣濃度，重復(fù)實(shí)驗(yàn)與計(jì)算，得到爆炸 極限，油氣濃度的變化范圍根據(jù)得到的1. 6%?0. 85%，環(huán)境溫度為278K?330K，結(jié)果發(fā) 現(xiàn)隨著環(huán)境溫度的升高，油氣濃度爆炸極限的下降，氧氣濃度下限是下移的，在環(huán)境溫度為 248K?343K條件下，油氣爆炸極限為范圍為1.6%?0.85%條件下，氧濃度下限為15 %? 10. 95% ；
[0019] 濕度小于30%?33% RH，油氣著火的概率和著火強(qiáng)度明顯增大，是油氣著火概率 大于50%的濕度分水嶺；
[0020] 第二步，油氣分級預(yù)警的確定：
[0021] 表明不同的溫度、濕度、油蒸汽濃度、氧氣濃度范圍內(nèi)著火的概率、著火強(qiáng)度不同， 為此結(jié)合數(shù)據(jù)及規(guī)律性結(jié)論劃分不同的極限區(qū)間，以此確定分級預(yù)警，即：
[0022] 油氣爆炸極限與環(huán)境溫度符合指數(shù)分布規(guī)律y = 442096X-2. 2679,在溫度248? 348K范圍內(nèi)，最小爆炸下限為0. 87%，最大爆炸下限為1. 28%，環(huán)境溫度高于293K，油氣濃 度極限在1. 13%以下，曲線變化緩慢，大于1. 13%，則變化陡峭，火災(zāi)爆炸發(fā)生概率明顯， 由此確定油氣爆炸極限區(qū)間為：(0,0.87% )，（0.87%，1. 13% )，（1. 13%，1.28% );
[0023] 根據(jù)油氣濃度極限與氧濃度極限關(guān)系，發(fā)現(xiàn)氧濃度極限隨油氣濃度極限的升高 有升高，大致符合多項(xiàng)式分布y = 142. 64x3-445. 33x2+467. 58X-152. 87,最小氧濃度爆 炸下限為10. 96 %，最大氧濃度爆炸下限為15 %，環(huán)境溫度高于293K，對應(yīng)的氧濃度極限 為13%，火災(zāi)爆炸發(fā)生概率明顯，由此確定氧濃度爆炸極限閾值區(qū)間為：(0,10.96% )， (10. 96%, 13% ), (13%, 15% )；
[0024] 油氣濃度極限區(qū)間分界點(diǎn)對應(yīng)的溫度分界點(diǎn)為0.87%對應(yīng)248K，1. 13%對應(yīng) 2931(，1.28%對應(yīng) 3481(，因此以此確定區(qū)間：（248,293°〇，（2931：，348);
[0025] 表明濕度為30%?33% RH為爆炸轉(zhuǎn)折點(diǎn)，因此劃分的區(qū)間范圍為：（0, 33% RH)， (33%，100% RH)。
[0026] 進(jìn)一步，在第二步中，分析確定分級預(yù)警標(biāo)準(zhǔn)為：
[0027] 油氣濃度Vch達(dá)到0. 2%，說明有油氣泄露，為一級預(yù)警；
[0028] 油氣濃度Vch達(dá)到0. 8%，V02>10. 96%，說明在環(huán)境溫度248?348K，氧氣充分， 出現(xiàn)點(diǎn)火能為3J的火源，有可能導(dǎo)致火災(zāi)爆炸，因此為二級預(yù)警；
[0029] 油氣濃度Vch達(dá)到1. 13%，但是溫度小于293K，濕度大于33% RH，火災(zāi)爆炸的概 率增大，為三級預(yù)警；
[0030] 油氣濃度Vch達(dá)到1. 13%，溫度大于293K，濕度小于33% RH，溫度、濕度均超過臨 界值，火災(zāi)爆炸的概率增大，為4級預(yù)警；
[0031] 油氣濃度Vch達(dá)到1. 28% .即使溫度低至248K，也可能發(fā)生火災(zāi)爆炸，為5級報(bào) 警。
[0032] 本發(fā)明提供的山洞油庫油氣危險(xiǎn)源分級預(yù)警方法，確定分級預(yù)警的閾值，表明不 同的溫度、濕度、油蒸汽濃度、氧氣濃度范圍內(nèi)著火的概率、著火強(qiáng)度不同，結(jié)合實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及 規(guī)律性結(jié)論劃分不同的極限區(qū)間，以此確定分級預(yù)警；實(shí)現(xiàn)了針對山洞油庫油氣危險(xiǎn)源分 級的預(yù)警。本發(fā)明的方法簡單，操作方便，彌補(bǔ)了國內(nèi)缺少針對山洞油庫油氣危險(xiǎn)源分級預(yù) 警方法的空白，為山洞油庫油氣的儲存提供了參考的依據(jù)。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0033] 圖1是本發(fā)明實(shí)施例提供的山洞油庫油氣危險(xiǎn)源分級預(yù)警方法流程圖；
[0034] 圖2是本發(fā)明實(shí)施例提供的不同溫度條件下的爆炸極限圖；
[0035] 圖3是本發(fā)明實(shí)施例提供的不同溫度下的氧氣濃度極限圖；
[0036] 圖4是本發(fā)明實(shí)施例提供的不同油氣濃度極限下的氧氣濃度極限圖。

【具體實(shí)施方式】
[0037] 為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合實(shí)施例，對本發(fā)明 進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于 限定本發(fā)明。
[0038] 下面結(jié)合附圖及具體實(shí)施例對本發(fā)明的應(yīng)用原理作進(jìn)一步描述。
[0039] 如圖1所示，本發(fā)明實(shí)施例的山洞油庫油氣危險(xiǎn)源分級預(yù)警方法包括以下步驟：
[0040] S101 :確定分級預(yù)警的閾值，針對山洞油庫的特殊環(huán)境確定爆炸極限，確定分級預(yù) 警的閾值；確定分級預(yù)警的閾值包括：不同環(huán)境溫度條件下的油氣爆炸極限確定、氧氣濃 度極限確定；
[0041] S102:根據(jù)表明不同的溫度、濕度、油蒸汽濃度、氧氣濃度范圍內(nèi)著火的概率、著火 強(qiáng)度不同，為此結(jié)合數(shù)據(jù)及規(guī)律性結(jié)論劃分不同的極限區(qū)間，以此確定分級預(yù)警。
[0042] 在步驟S101中不同環(huán)境溫度條件下的油氣爆炸極限確定：
[0043] 首先對同一溫度條件下，一定油氣濃度條件下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)與數(shù)值模擬計(jì)算，判斷是 否發(fā)生爆炸，如果發(fā)生，則降低油氣濃度進(jìn)行實(shí)驗(yàn)與計(jì)算，直到發(fā)生不能發(fā)生爆炸為止，那 么該油氣濃度就是該環(huán)境溫度條件下的著火極限，然后改變環(huán)境溫度，每隔5度改變一次， 重復(fù)實(shí)驗(yàn)?zāi)M計(jì)算，得到著火極限，發(fā)現(xiàn)環(huán)境溫度影響爆炸極限較大，隨著環(huán)境溫度的升 高，爆炸極限是下降的，在環(huán)境溫度在248K?343K條件下，油氣爆炸極限的范圍為1.6%? 0. 85% ；
[0044] 在步驟S101中氧氣濃度極限確定：
[0045] 其次對不同油氣濃度條件下的氧氣濃度進(jìn)行實(shí)驗(yàn)與數(shù)值模擬計(jì)算，判斷是否發(fā)生 爆炸，如果發(fā)生，則降低氧氣濃度進(jìn)行數(shù)值計(jì)算，直到發(fā)生不能發(fā)生爆炸為止，那么該氧氣 濃度就是該環(huán)境溫度條件下的氧氣爆炸極限，然后改變油氣濃度，重復(fù)實(shí)驗(yàn)與計(jì)算，得到爆 炸極限，油氣濃度的變化范圍根據(jù)前述得到的1. 6 %?0. 85 %，環(huán)境溫度為278K?330K，研 究結(jié)果發(fā)現(xiàn)隨著環(huán)境溫度的升高，油氣濃度爆炸極限的下降，氧氣濃度下限是下移的，在環(huán) 境溫度為248K?343K條件下，油氣爆炸極限為范圍為1. 6%?0. 85%條件下，氧濃度下限 為 15%?10. 95%。
[0046] 本發(fā)明的具體步驟如下：
[0047](一）分級預(yù)警的閾值的確定：
[0048]目前油氣（汽油）的爆炸極限僅在相關(guān)文獻(xiàn)資料上給出單一閥值，如《石油化工 防火防爆手冊》提供的下限值1. 3%，沒有考慮不同環(huán)境條件對油氣爆炸極限的各種影響因 素，前期的研究發(fā)現(xiàn)油氣爆炸極限受到油氣濃度、氧濃度、環(huán)境溫度、濕度的影響，因此單一 閾值作為著火判據(jù)顯然是不合理的，為滿足實(shí)際工程的需要，基于實(shí)驗(yàn)和數(shù)值仿真研究，針 對山洞油庫的特殊環(huán)境確定爆炸極限，確定分級預(yù)警的閾值；
[0049] 首先構(gòu)建實(shí)驗(yàn)臺架進(jìn)行爆炸極限的研究，使其符合目前IEC31H委員會有關(guān)實(shí)驗(yàn) 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，因油料是典型多組分混合物，現(xiàn)有的工業(yè)氣體爆炸極限測試手段不能完全滿足 其爆炸極限測試分析的需要，為此構(gòu)建了能在不同環(huán)境條件下開展油氣爆炸極限的模擬實(shí) 驗(yàn)系統(tǒng)，主要由爆炸裝置、高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、配氣、點(diǎn)火、壓力傳感器等組成，該模擬實(shí)驗(yàn) 系統(tǒng)也可供其他相似工業(yè)可燃?xì)怏w或粉塵爆炸測試使用，針對油庫危險(xiǎn)源火災(zāi)爆炸安全防 護(hù)的關(guān)鍵因素--油氣濃度及其擴(kuò)散、環(huán)境溫度和濕度、氧濃度等分別進(jìn)行關(guān)聯(lián)組合實(shí)驗(yàn)， 爆炸實(shí)驗(yàn)在多尺度爆炸臺架上進(jìn)行，實(shí)驗(yàn)首先完成單個(gè)因素（油氣濃度、氧濃度、溫度、濕 度）對油氣擴(kuò)散下爆炸的影響；其次在臺架上完成綜合因素對爆炸的影響，在此基礎(chǔ)上通 過典型油庫環(huán)境下火災(zāi)爆炸動(dòng)力學(xué)分析及數(shù)值仿真，得出油庫火災(zāi)爆炸關(guān)鍵因素的影響規(guī) 律；
[0050] 1不同環(huán)境溫度條件下的油氣爆炸極限確定：
[0051] 首先對同一溫度條件下，一定油氣濃度條件下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)與數(shù)值模擬計(jì)算，判斷 是否發(fā)生爆炸，如果發(fā)生，則降低油氣濃度進(jìn)行實(shí)驗(yàn)與計(jì)算，直到發(fā)生不能發(fā)生爆炸為 止，那么該油氣濃度就是該環(huán)境溫度條件下的著火極限，然后改變環(huán)境溫度，每隔5度 改變一次，重復(fù)實(shí)驗(yàn)?zāi)M計(jì)算，得到著火極限，研究發(fā)現(xiàn)環(huán)境溫度影響爆炸極限較大，隨 著環(huán)境溫度的升高，爆炸極限是下降的，在環(huán)境溫度在248K?343K條件下，油氣爆炸極 限的范圍為1. 6%?0. 85%，圖2為不同溫度條件下的爆炸極限圖，符合指數(shù)分布，y = 442096x-2. 2679 ；
[0052] 2氧氣濃度極限確定：
[0053] 其次對不同油氣濃度條件下的氧氣濃度進(jìn)行實(shí)驗(yàn)與數(shù)值模擬計(jì)算，判斷是否發(fā)生 爆炸，如果發(fā)生，則降低氧氣濃度進(jìn)行數(shù)值計(jì)算，直到發(fā)生不能發(fā)生爆炸為止，那么該氧氣 濃度就是該環(huán)境溫度條件下的氧氣爆炸極限，然后改變油氣濃度，重復(fù)實(shí)驗(yàn)與計(jì)算，得到爆 炸極限，油氣濃度的變化范圍根據(jù)前述得到的1. 6 %?0. 85 %，環(huán)境溫度為278K?330K，研 究結(jié)果發(fā)現(xiàn)隨著環(huán)境溫度的升高，油氣濃度爆炸極限的下降，氧氣濃度下限是下移的，在環(huán) 境溫度為248K?343K條件下，油氣爆炸極限為范圍為1. 6%?0. 85%條件下，氧濃度下限 為 15%?10. 95% ;
[0054] 圖3為不同溫度下的氧氣濃度極限圖，氧濃度極限隨環(huán)境溫度的升高有下降趨 勢，符合多項(xiàng)式分布 y = -3Ε-05χ3+0· 0257x2-8. 426χ+933· 35 ;
[0055] 圖4為不同油氣濃度極限下的氧氣濃度極限圖，氧濃度極限隨油氣濃度極限的升 高有升高趨勢，符合多項(xiàng)式分布 y = 142. 64x3-445. 33x2+467. 58χ-152. 87, R2 = 0. 9691 ;
[0056] 從上面的圖可以看出，隨著環(huán)境溫度的升高，爆炸所需的氧氣和油氣都會減少，也 就是所，在較高溫度下，即使?jié)舛鹊难鹾陀蜌廨^低也有可能導(dǎo)致爆炸，
[0057] 3濕度對油氣爆炸極限影響分析；
[0058] 油氣混合物中參有水蒸氣時(shí)，反應(yīng)機(jī)理有很大改變，研究發(fā)現(xiàn)無水蒸氣時(shí)溫度、壓 力比含飽和水的突變上升速度快，發(fā)生爆炸的時(shí)間早，說明無水時(shí)更容易起爆，根據(jù)對比無 水和含飽和水時(shí)發(fā)生爆炸時(shí)的溫度、壓力、反應(yīng)速度對比，發(fā)現(xiàn)濕度的增加明顯增加了起爆 難度、阻礙了爆炸的發(fā)展，尤其是濕度小于30%?33% RH，油氣著火的概率和著火強(qiáng)度明 顯增大，是油氣著火概率大于50%的濕度分水嶺；
[0059] 二油氣分級預(yù)警技術(shù)方案確定：
[0060] 前述研究表明不同的溫度、濕度、油蒸汽濃度、氧氣濃度范圍內(nèi)著火的概率、著火 強(qiáng)度不同，為此結(jié)合實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及規(guī)律性結(jié)論劃分不同的極限區(qū)間，以此確定分級預(yù)警，即：
[0061] 1根據(jù)爆炸極限與溫度的關(guān)系如圖2,可以發(fā)現(xiàn)，油氣爆炸極限與環(huán)境溫度符合指 數(shù)分布規(guī)律y = 442096X-2. 2679,在溫度248?348K范圍內(nèi)，最小爆炸下限為0. 87%， 最大爆炸下限為1. 28%，環(huán)境溫度高于293K，油氣濃度極限在1. 13%以下，曲線變化緩 慢，大于1. 13%，則變化陡峭，火災(zāi)爆炸發(fā)生概率明顯，由此確定油氣爆炸極限區(qū)間為：(0， 0. 87% ), (0. 87%, 1. 13% ), (1. 13%, 1. 28% )；
[0062] 2根據(jù)油氣濃度極限與氧濃度極限關(guān)系如圖3,發(fā)現(xiàn)氧濃度極限隨油氣濃度極限 的升高有升高，大致符合多項(xiàng)式分布y = 142. 64x3-445. 33x2+467. 58X-152. 87,，最小氧 濃度爆炸下限為10.96%，最大氧濃度爆炸下限為15%，環(huán)境溫度高于293K，其對應(yīng)的 氧濃度極限為13%，火災(zāi)爆炸發(fā)生概率明顯，，由此確定氧濃度爆炸極限閾值區(qū)間為：(0， 10. 96% )，（10. 96%，13% )，（13%，15% );
[0063] 3油氣濃度極限區(qū)間分界點(diǎn)對應(yīng)的溫度分界點(diǎn)為0. 87%對應(yīng)248K，1. 13%對應(yīng) 2931(，1.28%對應(yīng) 3481(，因此以此確定區(qū)間：（248,293°〇，（2931：，348);
[0064] 4實(shí)驗(yàn)表明濕度為30 %?33 % RH為爆炸轉(zhuǎn)折點(diǎn)，因此劃分的區(qū)間范圍為： (0, 33% RH), (33% , 100% RH)；
[0065] 前述表明在氧充足的情況下，油氣是否爆炸主要取決于油氣濃度，只有當(dāng)氧含量 不充足時(shí)，油氣爆炸下限才受到氧濃度的影響，因此確定主要以油氣濃度為主要分級參數(shù)， 基于以上分析確定分級預(yù)警標(biāo)準(zhǔn)為：
[0066] a)油氣濃度Vch達(dá)到0. 2%，說明有油氣泄露，為一級預(yù)警；
[0067] b)油氣濃度Vch達(dá)到0. 8%，V02>10. 96%，說明在環(huán)境溫度248?348K，氧氣充 分，出現(xiàn)點(diǎn)火能為3J的火源，有可能導(dǎo)致火災(zāi)爆炸，因此為二級預(yù)警；
[0068] c)油氣濃度Vch達(dá)到1. 13%，但是溫度小于293K，濕度大于33% RH，火災(zāi)爆炸的 概率增大，為三級預(yù)警；
[0069] d)油氣濃度Vch達(dá)到1. 13%，溫度大于293K，濕度小于33% RH，溫度、濕度均超過 臨界值，火災(zāi)爆炸的概率增大，為4級預(yù)警；
[0070] 油氣濃度Vch達(dá)到1. 28% .即使溫度低至248K，也可能發(fā)生火災(zāi)爆炸，為5級報(bào) 警。
[0071] 以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精 神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1. 一種山洞油庫油氣危險(xiǎn)源分級預(yù)警方法，其特征在于，該方法基于實(shí)驗(yàn)與數(shù)值模擬 結(jié)果所得的爆炸極限隨環(huán)境溫度變化規(guī)律，以及獲得的不同的環(huán)境溫度、油氣濃度、氧濃 度、濕度區(qū)間內(nèi)油氣發(fā)生火災(zāi)爆炸的概率、強(qiáng)度不同的特點(diǎn)，確立了以油氣濃度的大小為主 線，受氧濃度、環(huán)境溫度、濕度影響的山洞油庫油氣危險(xiǎn)源的分級預(yù)警標(biāo)準(zhǔn)，以此標(biāo)準(zhǔn)判斷 洞庫發(fā)生火災(zāi)爆炸的概率大小，根據(jù)的概率的大小制定預(yù)警的級別， 該山洞油庫油氣危險(xiǎn)源的分級預(yù)警方法的確立過程為首先確定了油氣爆炸極限，氧氣 濃度極限不是單一的閾值，而是受多種特征參數(shù)影響的變值，然后根據(jù)爆炸極限變化的拐 點(diǎn)確定了油氣危險(xiǎn)源分級預(yù)警的區(qū)間，第三根據(jù)劃分的環(huán)境溫度區(qū)間、油氣濃度區(qū)間、氧濃 度區(qū)間，濕度區(qū)間內(nèi)油氣發(fā)生火災(zāi)爆炸的概率、強(qiáng)度不同，確定了以油氣濃度為主線，氧濃 度、環(huán)境溫度、濕度影響為輔線的預(yù)警火災(zāi)爆炸的預(yù)警標(biāo)準(zhǔn)，最后以此標(biāo)準(zhǔn)判斷洞庫發(fā)生火 災(zāi)爆炸的概率大小，根據(jù)的概率的大小制定預(yù)警的級別，包括以下步驟： 步驟一，確定分級預(yù)警的閾值，針對山洞油庫的特殊環(huán)境確定爆炸極限，確定分級預(yù)警 的閾值；確定分級預(yù)警的閾值包括：不同環(huán)境溫度條件下的油氣爆炸極限確定、氧氣濃度 極限確定； 步驟二，根據(jù)表明不同的溫度、濕度、油蒸汽濃度、氧氣濃度范圍內(nèi)著火的概率、著火強(qiáng) 度不同，為此結(jié)合數(shù)據(jù)及規(guī)律性結(jié)論劃分不同的極限區(qū)間，以此確定分級預(yù)警。
2. 如權(quán)利要求1所述的山洞油庫油氣危險(xiǎn)源分級預(yù)警方法，其特征在于，步驟一中確 定油氣爆炸極限，基于實(shí)驗(yàn)與數(shù)值模擬結(jié)果發(fā)現(xiàn)油氣爆炸極限不是單一閾值，而是隨環(huán)境 溫度變化而變化的變值；在洞庫特殊的環(huán)境溫度248K?343K范圍內(nèi)，油氣爆炸極限的范圍 為1.6%?0.85%，不同環(huán)境溫度條件下的油氣爆炸極限確定方法為 ： 首先對同一溫度條件下，一定油氣濃度條件下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)與數(shù)值模擬計(jì)算，判斷是否發(fā) 生爆炸，如果發(fā)生，則降低油氣濃度進(jìn)行實(shí)驗(yàn)與計(jì)算，直到發(fā)生不能發(fā)生爆炸為止，那么油 氣濃度就是該環(huán)境溫度條件下的著火極限，然后改變環(huán)境溫度，每隔2-5度改變一次，重 復(fù)實(shí)驗(yàn)?zāi)M計(jì)算，得到著火極限，發(fā)現(xiàn)環(huán)境溫度影響爆炸極限較大，隨著環(huán)境溫度的升高， 爆炸極限是下降的，在環(huán)境溫度在248K?343K條件下，油氣爆炸極限的范圍為1. 6%? 0· 85%。
3. 如權(quán)利要求1或2所述的山洞油庫油氣危險(xiǎn)源分級預(yù)警方法，其特征在于，步驟一中 氧氣濃度極限不是單一閾值；基于實(shí)驗(yàn)與數(shù)值模擬結(jié)果發(fā)現(xiàn)在環(huán)境溫度248K?343K對應(yīng) 的油氣爆炸極限范圍1.6%?0.85%內(nèi)，氧濃度下限隨油氣爆炸極限變化而變化，氧氣濃 度下限范圍為15%?10.95% ;氧氣濃度極限確定方法為： 對不同油氣濃度條件下的氧氣濃度進(jìn)行實(shí)驗(yàn)與數(shù)值模擬計(jì)算，判斷是否發(fā)生爆炸，如 果發(fā)生，則降低氧氣濃度進(jìn)行實(shí)驗(yàn)與數(shù)值計(jì)算，直到發(fā)生不能發(fā)生爆炸為止，那么該氧氣濃 度就是該環(huán)境溫度條件下的氧氣爆炸極限，然后改變油氣濃度，重復(fù)實(shí)驗(yàn)與計(jì)算，得到爆炸 極限，油氣濃度的變化范圍根據(jù)得到的1. 6 %?0. 85 %，環(huán)境溫度為278K?330K，結(jié)果發(fā) 現(xiàn)隨著環(huán)境溫度的升高，油氣濃度爆炸極限的下降，氧氣濃度下限同樣是下移的，在環(huán)境溫 度為248K?343K條件下，油氣爆炸極限為范圍為1. 6%?0. 85%條件下，氧濃度下限為 15%?10. 95%。
4. 如權(quán)利要求1或2所述的山洞油庫油氣危險(xiǎn)源分級預(yù)警方法，步驟二中確定濕度 對爆炸概率的影響在于：基于實(shí)驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)了山洞油庫特殊的環(huán)境溫濕度條件下，濕度為 30%?33% RH為爆炸轉(zhuǎn)折點(diǎn)；濕度的影響的確定方法為： 實(shí)驗(yàn)在環(huán)境溫度、油氣濃度相同的情況下，通過向?qū)嶒?yàn)空間內(nèi)噴水，再用專用裝置烘 烤空間，同時(shí)溫濕度測試儀連續(xù)測量記錄測出實(shí)驗(yàn)空間內(nèi)的濕度值，把濕度控制在設(shè)定范 圍內(nèi)；選擇8種濕度作為濕度變量；同樣的實(shí)驗(yàn)條件，重復(fù)實(shí)驗(yàn)5次，觀測油氣是否著火爆 炸，5次實(shí)驗(yàn)中，如果有一次著火發(fā)生，認(rèn)為該濕度條件下油氣能夠著火爆炸；從而得出著 火臨界濕度；實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：在山洞油庫特殊的環(huán)境溫濕度范圍內(nèi)，油蒸汽濃度在0.8%? 2. 0 %，濕度為30 %?33 % RH為爆炸轉(zhuǎn)折點(diǎn)，濕度低于該值，爆炸概率、爆炸強(qiáng)度明顯增加， 是油氣著火概率大于50%的濕度分水嶺。
5.如權(quán)利要求1所述的山洞油庫油氣危險(xiǎn)源分級預(yù)警方法，確定山洞油庫油氣危險(xiǎn) 源分級預(yù)警方法的特征在于：首先通過實(shí)驗(yàn)與數(shù)值模擬發(fā)現(xiàn)了油蒸汽濃度極限、氧氣濃度 極限變化的規(guī)律，然后根據(jù)爆炸極限變化規(guī)律曲線的拐點(diǎn)確定了油氣危險(xiǎn)源分級預(yù)警的區(qū) 間；該山洞油庫油氣危險(xiǎn)源分級預(yù)警方法具體步驟為： 第一步，分級預(yù)警的閾值的確定： 構(gòu)建不同環(huán)境條件下開展油氣爆炸極限的模擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，由爆炸裝置、高速數(shù)據(jù)采集 系統(tǒng)、配氣、點(diǎn)火、壓力傳感器組成，針對油庫危險(xiǎn)源火災(zāi)爆炸安全防護(hù)的關(guān)鍵因素-油氣 濃度及其擴(kuò)散、環(huán)境溫度和濕度、氧濃度分別進(jìn)行關(guān)聯(lián)組合，首先完成單個(gè)油氣濃度、氧濃 度、溫度、濕度對油氣擴(kuò)散下爆炸的影響；其次在臺架上完成綜合因素對爆炸的影響，通過 典型油庫環(huán)境下火災(zāi)爆炸動(dòng)力學(xué)分析及數(shù)值仿真，得出油庫火災(zāi)爆炸關(guān)鍵因素的影響規(guī) 律； 不同環(huán)境溫度條件下的油氣爆炸極限確定： 首先對同一溫度條件下，一定油氣濃度條件下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)與數(shù)值模擬計(jì)算，判斷是否發(fā) 生爆炸，如果發(fā)生，則降低油氣濃度進(jìn)行實(shí)驗(yàn)與計(jì)算，直到發(fā)生不能發(fā)生爆炸為止，那么油 氣濃度就是環(huán)境溫度條件下的著火極限，然后改變環(huán)境溫度，每隔2 - 5度改變一次，重 復(fù)實(shí)驗(yàn)?zāi)M計(jì)算，得到著火極限，發(fā)現(xiàn)環(huán)境溫度影響爆炸極限較大，隨著環(huán)境溫度的升高， 爆炸極限是下降的，在環(huán)境溫度在248K?343K條件下，油氣爆炸極限的范圍為1. 6%? 0. 85% ； 氧氣濃度極限確定： 其次對不同油氣濃度條件下的氧氣濃度進(jìn)行實(shí)驗(yàn)與數(shù)值模擬計(jì)算，判斷是否發(fā)生爆 炸，如果發(fā)生，則降低氧氣濃度進(jìn)行實(shí)驗(yàn)與數(shù)值計(jì)算，直到發(fā)生不能發(fā)生爆炸為止，那么氧 氣濃度就是該環(huán)境溫度條件下的氧氣爆炸極限，然后改變油氣濃度，重復(fù)實(shí)驗(yàn)與計(jì)算，得到 爆炸極限，油氣濃度的變化范圍根據(jù)得到的1.6 %?0.85 %，環(huán)境溫度為278K?330K，結(jié) 果發(fā)現(xiàn)隨著環(huán)境溫度的升高，油氣濃度爆炸極限的下降，氧氣濃度下限是下移的，在環(huán)境溫 度為248K?343K條件下，油氣爆炸極限為范圍為1. 6%?0. 85%條件下，氧濃度下限為 15%?10. 95% ; 濕度對油氣爆炸的影響的確定： 濕度小于30%?33% RH，油氣著火的概率和著火強(qiáng)度明顯增大，是油氣著火概率大于 50 %的濕度分水嶺； 第二步，油氣分級預(yù)警的確定： 表明不同的溫度、濕度、油蒸汽濃度、氧氣濃度范圍內(nèi)著火的概率、著火強(qiáng)度不同，為此 結(jié)合數(shù)據(jù)及規(guī)律性結(jié)論劃分不同的極限區(qū)間，以此確定分級預(yù)警，即： 油氣爆炸極限與環(huán)境溫度符合指數(shù)分布規(guī)律y = 442096X-2. 2679,在溫度248?348K 范圍內(nèi)，最小爆炸下限為〇. 87%，最大爆炸下限為1. 28%，環(huán)境溫度高于293K，油氣濃度極 限在1. 13%以下，曲線變化緩慢，大于1. 13%，則變化陡峭，火災(zāi)爆炸發(fā)生概率明顯，由此 確定油氣爆炸極限區(qū)間為：(〇,〇· 87% )，（0· 87%，1. 13% )，（1. 13%，1. 28% ); 根據(jù)油氣濃度極限與氧濃度極限關(guān)系，發(fā)現(xiàn)氧濃度極限隨油氣濃度極限的升高有升 高，大致符合多項(xiàng)式分布y = 142. 64x3-445. 33x2+467. 58X-152. 87,最小氧濃度爆炸下限 為10. 96 %，最大氧濃度爆炸下限為15 %，環(huán)境溫度高于293K，對應(yīng)的氧濃度極限為13%， 火災(zāi)爆炸發(fā)生概率明顯，由此確定氧濃度爆炸極限閾值區(qū)間為：(〇, 10. 96% )，（10. 96%， 13% ), (13%,15% )； 油氣濃度極限區(qū)間分界點(diǎn)對應(yīng)的溫度分界點(diǎn)為〇. 87%對應(yīng)248K，1. 13%對應(yīng)293K， 1.28%對應(yīng) 3481(，因此以此確定區(qū)間：（248,293°〇，（2931：，348); 濕度為30 %?33% RH為爆炸轉(zhuǎn)折點(diǎn)，因此劃分的區(qū)間范圍為：(0,33% RH)， (33%，100% RH)。
6.如權(quán)利要求5所述的山洞油庫油氣危險(xiǎn)源分級預(yù)警方法，確定分級預(yù)警標(biāo)準(zhǔn)特征在 于：基于劃分的環(huán)境溫度區(qū)間、油氣濃度區(qū)間、氧濃度區(qū)間，濕度區(qū)間內(nèi)油氣發(fā)生火災(zāi)爆炸 的概率不同，確定了以油氣濃度主線，氧濃度、環(huán)境溫度、濕度影響為輔線的預(yù)警火災(zāi)爆炸 的標(biāo)準(zhǔn)；在第二步中，分析確定分級預(yù)警標(biāo)準(zhǔn)為 ： 油氣濃度Vch達(dá)到0. 2%，說明有油氣泄露，為一級預(yù)警； 油氣濃度Vch達(dá)到0. 8%，V02>10. 96%，說明在環(huán)境溫度248?348K，氧氣充分，出現(xiàn) 點(diǎn)火能為3J的火源，有可能導(dǎo)致火災(zāi)爆炸，因此為二級預(yù)警； 油氣濃度Vch達(dá)到1. 13 %，但是溫度小于293K，濕度大于33% RH，火災(zāi)爆炸的概率增 大，為三級預(yù)警； 油氣濃度Vch達(dá)到1. 13 %，溫度大于293K，濕度小于33 % RH，溫度、濕度均超過臨界 值，火災(zāi)爆炸的概率增大，為4級預(yù)警； 油氣濃度Vch達(dá)到1. 28% ;即使溫度低至248K，也可能發(fā)生火災(zāi)爆炸，為5級報(bào)警。
【文檔編號】G01N33/28GK104090089SQ201410315194
【公開日】2014年10月8日 申請日期:2014年7月3日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月3日
【發(fā)明者】蔣新生, 歐益宏, 周建忠, 王冬, 周琳莉, 錢海兵, 梁建軍, 杜揚(yáng), 薛松 申請人:中國人民解放軍后勤工程學(xué)院