爆炸超压评估方法、装置及存储介质

摘要

本发明实施方式提供一种爆炸超压评估方法，所述方法包括：建立不同爆炸源强度下，爆炸气云体积和爆炸源距离对应的多个爆炸超压曲线关系图；根据爆炸源强度，匹配所述爆炸源强度对应的爆炸超压曲线关系图；根据所述爆炸气云体积和点位距所述爆炸源的距离，通过查图法在所述爆炸超压曲线关系图中得出所述点位的爆炸超压。同时还提供了一种爆炸超压评估装置。本发明上述技术方案能够避免爆炸超压的复杂计算过程，提升分析速度，并避免经验判断法所带来的较大误差。

说明书

技术领域

本发明涉及安全技术领域，具体地涉及一种爆炸超压评估方法、一种爆炸超压评估装置以及对应的存储介质。

背景技术

石油化工企业存在大量的工艺装置，在进行工艺布局、风险评估、安全防护等工作时都需要计算其爆炸超压。爆炸超压的计算是一项复杂的工作，需要大量的数据，经过复杂的模拟计算。一般工程技术人员难以掌握，因此并不适用于石油化工企业内分布的大量装置的初步安全性分析。

MEM(Multi-Energy Method，多能法)属典型的比例缩放爆炸预测模型，是基于大量的实验和数值研究建立的蒸气云爆炸效应预测模型，是用于确定阻碍空间蒸气云爆炸特征的方法。

发明内容

本发明实施方式的目的是提供一种爆炸超压评估方法及其装置，以至少解决目前爆炸超压评估中的计算复杂和耗时较长的问题。

为了实现上述目的，在本发明第一方面，提供一种爆炸超压评估方法，所述方法包括：

建立不同爆炸源强度下，爆炸气云体积和爆炸源距离对应的多个爆炸超压曲线关系图；根据爆炸源强度，匹配所述爆炸源强度对应的爆炸超压曲线关系图；根据所述爆炸气云体积和点位距所述爆炸源的距离，通过查图法在所述爆炸超压曲线关系图中得出所述点位的爆炸超压。

可选的，所述爆炸源强度依照多能法进行划分。

可选的，所述爆炸气云体积根据可燃气云体积V

可选的，所述爆炸气云体积为所述可燃气云体积V

可选的，所述可燃气云体积V

若获取到所述可燃气云的质量，则通过质量与密度的关系得出所述可燃气云体积V

否则根据所述可燃气云的介质种类和装置操作压力，通过查图法得出所述可燃气云体积V

可选的，所述通过查图法得出所述可燃气云体积V

根据所述可燃气云的介质种类匹配对应的压力-体积曲线关系图；

所述压力-体积曲线关系图包含所述装置操作压力与所述可燃气云体积的对应关系；

根据所述装置操作压力，通过查图法得出所述可燃气云体积V

可选的，所述阻塞区体积V

确定装置区的总体积；

根据所述总体积和阻塞率确定阻塞区体积V

可选的，所述确定装置区的总体积，包括：

得出所述装置区的长度和宽度；

对所述装置区中的装置高度进行分类，并计算各分类的占比；

根据每个分类的高度及其占比，得出平均高度；

根据所述长度、宽度和平均高度，得出所述装置区的总体积。

可选的，所述阻塞率为离散取值。

可选的，所述阻塞率与所述爆炸源强度存在对应关系。

在本发明的第二方面，还提供了一种爆炸超压评估装置，所述装置包括：存储器和处理器；

所述存储器，用于存储程序指令；

所述处理器，用于调用所述存储器中存储的所述程序指令以实现前述的爆炸超压评估方法。

可选的，所述存储器还被配置为存储所述爆炸超压曲线关系图，所述爆炸超压曲线关系图用于根据爆炸源强度、所述爆炸气云体积和点位距所述爆炸源的距离，通过查图法在所述爆炸超压曲线关系图中得出所述点位的爆炸超压。

可选的，所述存储器还被配置为存储所述压力-体积曲线关系图，所述压力-体积曲线关系图包含所述装置操作压力与所述可燃气云体积的对应关系，用于根据所述装置操作压力，通过查图法得出所述可燃气云体积V

可选的，所述装置还包括：

输入装置，用于输入查图的条件；以及输出装置，用于输出查图的结果。

在本发明的第三方面，还提供了一种机器可读存储介质，该机器可读存储介质上存储有指令，当其在计算机上运行时，使得计算机执行前述的爆炸超压评估方法。

本发明上述技术方案提出了一种一般工程技术人员都可以很快掌握的、适合石油化工装置的爆炸超压快速定量评估方法及装置，能够避免爆炸超压的复杂计算过程，提升分析速度，并避免经验判断法所带来的较大误差。

本发明实施方式的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

附图是用来提供对本发明实施方式的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明实施方式，但并不构成对本发明实施方式的限制。在附图中：

图1是本发明一种实施方式提供的爆炸超压评估方法的流程图；

图2是本发明一种可选实施方式提供的爆炸源强度S＝5的爆炸超压曲线关系图；

图3是本发明一种可选实施方式提供的爆炸源强度S＝9的爆炸超压曲线关系图；

图4是本发明一种可选实施方式提供的甲烷和乙烷在天气为5D下，泄漏10分钟的压力-体积曲线关系图；

图5是本发明一种可选实施方式提供的丙烷和丁烷在天气为1.5F下，泄漏10分钟的压力-体积曲线关系图；

图6是本发明一种可选实施方式提供的氢气和乙烯在不同天气下，泄漏10分钟的压力-体积曲线关系图；

图7是本发明一种可选实施方式提供的爆炸超压评估装置的结构示意图；以及

图8是本发明一种可选实施方式提供的爆炸超压评估方法的实施流程图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

在本发明实施方式中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“上、下、顶、底”通常是针对附图所示的方向而言的或者是针对竖直、垂直或重力方向上而言的各部件相互位置关系描述用词。

图1是本发明一种实施方式提供的爆炸超压评估方法的流程图。如图1所示，本发明实施方式提供一种爆炸超压评估方法，所述方法包括：

建立不同爆炸源强度下，爆炸气云体积和爆炸源距离对应的多个爆炸超压曲线关系图；

根据爆炸源强度，匹配所述爆炸源强度对应的爆炸超压曲线关系图；

根据所述爆炸气云体积和点位距所述爆炸源的距离，通过查图法在所述爆炸超压曲线关系图中得出所述点位的爆炸超压。

如此，能够避免爆炸超压的复杂计算过程，提升分析速度，并避免经验判断法所带来的较大误差。

具体的，某处位置的爆炸超压与以下因素相关：爆炸源强度、爆炸气云体积和该位置与爆炸源的距离，但是因素之间的关联较为复杂，因此一般工程技术人员难以掌握。本实施例中的方法首先确定爆炸源强度，得到一个该爆炸源强度下的爆炸超压曲线关系图。该曲线关系图中包含了爆炸气云体积、与爆炸源的距离所对应的爆炸超压。通过查图法，能够在该曲线关系图中直观准确地确定点位上的爆炸超压，既避免了复杂计算，也提升了分析速度。

进一步的，所述爆炸源强度依照多能法进行划分。

爆炸源强度越大，产生的爆炸超压越大。爆炸源强度根据物料成分、装置区阻塞程度、受约束程度等确定装置区爆炸源强度等级S，爆炸源强度等级S根据多能法，由低至高分为S1～S10共10个等级。而爆炸超压曲线关系图根据此爆炸源强度进行划分，不仅符合业内的通用规范，还提升了匹配的准确性。

图2是本发明一种可选实施方式提供的爆炸源强度S＝5的爆炸超压曲线关系图；图3是本发明一种可选实施方式提供的爆炸源强度S＝9的爆炸超压曲线关系图(以上仅示出了爆炸源强度S＝5和S＝9的爆炸超压曲线关系图。实际中应包括爆炸源强度S为1至10的多张图，以供现场根据爆炸源强度进行匹配)。如图2或图3所示，以爆炸气云体积为横坐标，以距所述爆炸源的距离为纵坐标，能够快速确定一个爆炸超压坐标点。但是该坐标点对应的爆炸超压值需要通过参考线进行进一步确定。此处的参考线即图中的标号为1-4的斜线。以图2即爆炸强度S＝5为例，当确定出的爆炸超压坐标点刚好在参考线1上时，即对应为5kPa；若在参考线2上时，即对应为10kPa，以此类推。当爆炸超压坐标点不在参考线上时，需要根据上下的参考线进行估计。通过此方法，能够快速得到某一距离处爆炸超压值。

在本发明的一种实施方式中，所述爆炸气云体积根据可燃气云体积V

如果泄漏出的物料形成的可燃气云没有充满整个阻塞区，即可燃气云体积小于阻塞区体积，则爆炸源内的可燃气云体积即为实际进入该区域的蒸气云体积；如果可燃云体积大于阻塞区体积，则爆炸源内的可燃气云体积为阻塞区体积。即，爆炸源内的可燃气云体积应选择实际进入该区域的蒸气云体积和阻塞区体积中的较小者。在估算阻塞区体积时，应用装置区总体积减去该区域内设备所占体积。因此，爆炸气云体积Vex为可燃气云体积V

进一步的，所述可燃气云体积V

若获取到所述可燃气云的质量，则通过质量与密度的关系得出所述可燃气云体积V

如果获取到所述可燃气云的质量，则可燃气云的体积V

通过计算，得到了六种代表性介质，在通常条件下的可燃气云体积。可参照以下场景参数估算可燃气云体积：

典型介质：甲烷、乙烷、丙烷、丁烷；氢气；乙烯

典型风速及大气稳定度：1.5m/s，F；5m/s，D

典型泄漏孔径：50mm

典型泄漏时间：10min

典型运行温度：30℃

典型运行压力：0.5MPa～10MPa

在以上场景参数下，通过模拟和计算，得到了甲烷、乙烷、丙烷、丁烷在不同运行压力下的可燃气云体积估算曲线。

图4是本发明一种可选实施方式提供的甲烷和乙烷在天气为5D(即风速为5m/s，大气稳定度为D)下，泄漏10分钟的压力-体积曲线关系图；图5是本发明一种可选实施方式提供的丙烷和丁烷在天气为1.5F(即风速为1.5m/s，大气稳定度为F)下，泄漏10分钟的压力-体积曲线关系图；图6是本发明一种可选实施方式提供的氢气和乙烯在不同天气下，泄漏10分钟的压力-体积曲线关系图；以上包括了六种常用的可燃气体的泄漏曲线，在实际的使用场景中，需要根据现场的实际条件，对查图法所得的值进行适当的修正。

所述通过查图法，在以上可燃气云体积估算曲线中得出所述可燃气云体积V

根据所述可燃气云的介质种类匹配对应的压力-体积曲线关系图；由于每种介质的特性不同，因此需要在以上附图(附图4-6，实际场景中可能包括有更多的附图)中选择介质种类所对应的曲线图，以获得准确得结果。

所述压力-体积曲线关系图包含所述装置操作压力与所述可燃气云体积的对应关系；根据装置操作压力，通过查图法得出所述可燃气云体积V

在本发明的一种实施方式中，所述阻塞区体积V

确定装置区的总体积；根据所述总体积和阻塞率确定阻塞区体积V阻。

即：该估算方法分为两步：第一步，确定装置区域总的长度、宽度、高度以及相应的体积。第二步，确定装置区阻塞率，进而确定阻塞区体积。

进一步的，所述确定装置区的总体积，包括：

得出所述装置区的长度和宽度；对所述装置区中的装置高度进行分类，并计算各分类的占比；根据每个分类的高度及其占比，得出平均高度；根据所述长度、宽度和平均高度，得出所述装置区的总体积。

本实施方式中的计算步骤如下：

(1)阻塞区域长度L和宽度W

按照装置边界实测长度L和宽度W，不同装置间隔距离小于20m的可作为一个阻塞区，超过20m的分开计算。

(2)阻塞区域高度H

通常可根据装置区总体平均高度确定H。如果装置区有多类不同高度的装置，可以参照加权平均高度计算H：

a.对于细、高的塔，确定高度时可忽略，但反应塔等占地面积较大的塔应按一定占地比例进行考虑；

b.根据装置高度分布情况，首先分为n个高度区域，然后分别估算各个高度区域所占面积的比例，进而确定加权平均高度，如：

阻塞区主要由3个高度区域组成：40m高的区域占地面积约20％，20m高的区域约占60％，10m高的区域约占20％，则该装置区的加权平均高度H应该为：

H＝40×20％+20×60％+10×20％＝22m。

因此，装置区总体积V

在本发明的一种实施方式中，所述阻塞率为离散取值。所述阻塞率与所述爆炸源强度存在对应关系。

将装置阻塞区的阻塞程度分为4个级别：严重阻塞、高阻塞、中等阻塞和低阻塞。

(1)严重阻塞：严重堵塞的区域中间光线很暗，需要永久照明，才能工作。平均堵塞率＝0.45，爆炸强度S为9～10。

(2)高阻塞：光照水平较低，需要永久性照明。平均堵塞率＝0.35，爆炸强度S为7～8。

(3)中等阻塞：光线穿透性较好，不需要持续性永久照明。平均堵塞率＝0.25，爆炸强度S为6～7。

(4)低阻塞：在主要通道区域的地面上经常可以看到阳光，设备之间有很大的空间。平均堵塞率＝0.15，爆炸强度S为4～5。

(5)有顶板的阻塞区域：指超过80％的拥挤区域在垂直方向被顶板堵塞。应评估每一层的阻塞情况，并在分析中使用阻塞率最高的情况，同时应考虑所有工艺层的泄漏情况。

根据阻塞率br，计算阻塞区体积：V

本发明的一种实施方式还提供了一种爆炸超压评估装置，所述装置包括：存储器和处理器；

所述存储器，用于存储程序指令；

所述处理器，用于调用所述存储器中存储的所述程序指令以实现前述的爆炸超压评估方法。其中，处理器可以包括但不限于通用处理器、专用处理器、常规处理器、多个微处理器、控制器、微控制器、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)电路、其他任何类型的集成电路(IC)以及状态机等等。

本发明的一种实施方式还提供的爆炸超压评估装置，其中的存储器还被配置为存储所述爆炸超压曲线关系图，所述爆炸超压曲线关系图用于根据爆炸源强度、所述爆炸气云体积和点位距所述爆炸源的距离，通过查图法在所述爆炸超压曲线关系图中得出所述点位的爆炸超压。

本发明的一种实施方式还提供的爆炸超压评估装置，其中的所述存储器还被配置为存储所述压力-体积曲线关系图，所述压力-体积曲线关系图包含所述装置操作压力与所述可燃气云体积的对应关系，用于根据所述装置操作压力，通过查图法得出所述可燃气云体积V

以上存储的爆炸超压曲线关系图和压力-体积曲线关系图的作用和使用方法如前文所述，此处不再重复。

图7是本发明一种可选实施方式提供的爆炸超压评估装置的结构示意图，如图7所示：该装置除了包括前述的爆炸超压评估装置外，还包括：输入装置，用于输入查图的条件；以及输出装置，用于输出查图的结果。

此处的输入装置可以是键盘、鼠标、触摸屏等输入装置，输出装置可以是显示器、打印机、移动屏等能够显示结果的装置。考虑现场的便携性，此处的输入装置和输出装置可以集成在一个智能终端上，该智能终端具有处理器和存储器，能够运行前述的爆炸超压评估方法。

图8是本发明一种可选实施方式提供的爆炸超压评估方法的实施流程图，如图8所示，当确定了可燃气云体积，以及建筑物与爆炸源的距离，即可直接根据图8的流程确定石油化工装置对某建筑物产生的爆炸超压值，具体步骤如下：

(1)根据爆炸物质和气象条件计算气云体积；

(2)根据装置区体积和装置区阻塞率计算阻塞区体积；

(3)选气云体积和阻塞区体积中的小者，确定为爆炸气云体积；

(4)判断爆炸源强度和与爆炸源距离；

(5)根据爆炸云体积、爆炸源强度和与爆炸源距离，确定爆炸超压。

在本发明的一种实施方式中，还提供一种机器可读存储介质，该机器可读存储介质上存储有指令，当其在计算机上运行时，使得计算机执行前述的爆炸超压评估方法。

通过本发明上述技术方案，现场人员可以根据现场的条件，快速地计算处某各点位上的爆炸超压，能够避免爆炸超压的复杂计算过程，提升分析速度，并避免经验判断法所带来的较大误差。

以上结合附图详细描述了本发明的可选实施方式，但是，本发明实施方式并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明实施方式的技术构思范围内，可以对本发明实施方式的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明实施方式的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明实施方式对各种可能的组合方式不再另行说明。

本领域技术人员可以理解实现上述实施方式的方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得单片机、芯片或处理器(processor)执行本发明各个实施方式所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明实施方式的思想，其同样应当视为本发明实施方式所公开的内容。