罐区应急处置全要素仿真系统及其建模方法

摘要

本发明涉及安全工程技术与信息技术领域，提供了一种罐区应急处置全要素仿真系统及其建模方法。所述系统包括：风险储罐模型，其包括用于仿真储罐的工艺过程、事故现象及灾害场感知的理想储罐模型以及用于仿真所述理想储罐模型引发的事故现象的事故模型，其中所述理想储罐模型基于所述储罐的工艺数据、事故数据和灾害场数据被构建；以及应急处置模型，其基于所述储罐的应急处置数据被构建，用于仿真针对所述储罐的事故现象进行应急处置的过程。本发明实施例构建的罐区应急处置全要素仿真系统能够仿真工艺过程、事故现象、灾害场感知以及应急处置过程，使安全仿真可包括工艺、连锁事故、灾害、救援、决策等多个要素，促进了罐区的全要素仿真的实现。

说明书

技术领域

本发明涉及安全工程技术与信息技术领域，具体地涉及一种罐区应急处置全要素仿真系统及其建模方法。

背景技术

罐区是炼油、化工、储存等诸多工业流程的重要组成部分，随着化工企业生产规模不断扩大，罐区的规模也随之扩大，存储的物料种类也不断增多，且存储相对比较集中，火灾危险性高。一旦罐区发生火灾事故，波及的范围广，经常是“一罐失火，四邻遭灾”，殃及周围储罐或建筑。并且，火灾持续时间长，扑救困难，人员和财产损失巨大。近年来，由罐区引发的火灾、爆炸事故频有发生，造成的损失通常也比较大。即使不是由罐区引发的事故，当事故扩散到罐区范围后，也可能继续引发罐区事故，使得事故规模进一步扩大。因此，研究石化企业罐区火灾的危险性，有效地掌握事故发展过程，保证事故状态下采取有效的应急处置措施，是保证石化企业的安全生产和储运的重要保障。

但是，当前对罐区应急处置进行仿真的系统通常都是VR仿真培训系统，这种仿真培训系统都是脚本式三维培训系统，系统预设了灾情演变情况，也预设了培训内容及操作步骤，学员只能按照指定步骤进行操作，可变化性很少，培训内容比较单一。另外，对不同的罐区，储罐的容量、位置分布、周边环境、储存的物质和数量都不同，因此在事故发生时，其灾害情况及灾害的演变情况都会不同，同时不同的应急处置措施对灾害的演变情况都会产生反向影响，也对应急处置措施的变化提出了新的要求。

发明内容

本发明实施例的目的是提供一种罐区应急处置全要素仿真系统及其建模方法，用于解决现有罐区仿真培训系统无法满足应急处置要求的问题。

为了实现上述目的，本发明实施例提供一种罐区应急处置全要素仿真系统，包括：风险储罐模型，其包括用于仿真储罐的工艺过程、事故现象及灾害场感知的理想储罐模型以及用于仿真所述理想储罐模型引发的事故现象的事故模型，其中所述理想储罐模型基于所述储罐的工艺数据、事故数据和灾害场数据被构建；以及应急处置模型，其基于所述储罐的应急处置数据被构建，用于仿真针对所述储罐的事故现象进行应急处置的过程。

可选地，所述工艺数据包括关于储罐的以下数据中的任意一者或多者：温度、压力、流量、液位、物料、材质、建设工艺、工艺缺陷和结构参数；所述事故数据包括储罐在以下任意一种或多种事故状态下对应的工艺数据：火灾、爆炸、泄漏、堵塞、避雷失效、强度失效以及结构失效；所述灾害场数据包括灾害场类型、灾害相关地理信息以及灾害场变化情况，其中所述灾害场类型包括对应于火灾事故的温度场、对应于爆炸事故的能量场以及对应于毒气事故的毒气场；所述应急处置数据包括所述储罐的救援基础数据和应急决策数据。

可选地，所述理想储罐模型包括：工艺模型，其基于所述工艺数据被构建，用于仿真储罐的工艺过程；以及灾害模型，其基于所述事故数据和所述灾害场数据被构建，用于仿真储罐的灾害场感知情况及灾害现象。

可选地，所述工艺模型包括：罐体模型，其基于所述储罐的结构参数被构建，且用于仿真储罐实体结构及与储罐相关的工艺过程；以及附属设备模型，包括氮封系统模型和安全阀模型，分别用于仿真附属于所述储罐的氮封系统和安全阀。

可选地，所述氮封系统模型包括氮气数据源模型和呼吸阀模型。

可选地，所述灾害模型包括：灾害场模型，用于仿真所述储罐周围的温度场、能量场和/或毒气场；和/或灾害现象模型，用于仿真所述储罐周围的灾害现象。

可选地，所述灾害现象模型包括：燃烧模型，用于仿真所述储罐因爆炸事故而发生燃烧现象的过程；和/或传热模型，用于仿真所述储罐因爆炸事故或燃烧事故而发生传热现象的过程。

可选地，所述罐区应急处置全要素仿真系统还包括：伤害感知模型，其集成在所述风险储罐模型中，并基于所述风险储罐模型响应于当前的灾害场数据进行灾害仿真的仿真结果被构建，且用于仿真当前灾害场对所述储罐的伤害情况，其中所述伤害情况包括伤害类型、伤害区域及伤害程度。其中，所述事故模型还用于仿真由所述伤害感知模型所感知的灾害场所引发的事故现象。

可选地，所述事故模型包括以下中的任意一者或多者：液池模型，用于仿真发生罐底泄漏而形成液池，并计算液池相关数据；常规池火模型，用于仿真所述液池因物料燃烧而产生池火，并计算相应的火焰相关数据；火矩模型，用于仿真发生罐顶泄漏而形成燃烧，并计算相应的火焰相关数据；超压爆炸模型，用于仿真储罐受周围温度场影响而形成罐内爆炸，并计算爆炸相关数据；受损爆炸模型，用于仿真所述罐内爆炸的能量场引发的伤害，并计算储罐受损相关信息；残液池火模型，用于仿真储罐因爆炸而形成液池并引发池火，并计算相应的火焰相关数据。

可选地，所述应急处置模型包括：救援模型，其基于所述救援基础数据被构建，用于仿真针对储罐的事故现象的救援操作，并与所述风险储罐模型相关联以更新所述灾害场数据；以及决策指挥模型，其基于所述应急决策数据被构建，用于仿真针对储罐的应急决策，并与所述风险储罐模型相关联以更新所述灾害场数据。

可选地，所述救援模型包括：储罐喷淋模型，用于仿真对随储罐安装的喷淋系统的操作；和/或消防设备仿真模型，用于仿真对罐区的消防设备的操作。

可选地，所述决策指挥模型包括：消防处置模型，其用于仿真经过验证的消防预案的实施。

另一方面，本发明提供一种罐区应急处置全要素仿真系统的建模方法，包括：基于所述储罐的工艺数据、事故数据和灾害场数据构建用于仿真设备的工艺过程、事故现象及灾害场感知的理想储罐模型；构建用于仿真所述理想储罐模型引发的事故现象的事故模型；将所述理想储罐模型和所述事故模型相组合，以形成风险储罐模型；基于所述储罐的应急处置数据，构建用于仿真针对所述储罐的事故现象进行应急处置的过程的应急处置模型；以及将所述风险储罐模型和所述应急处置模型组合，以形成所述罐区应急处置全要素仿真系统。

可选地，所述建模方法还包括：基于所述风险储罐模型响应于当前的灾害场数据进行灾害仿真的仿真结果，构建用于仿真当前灾害场对所述储罐的伤害情况伤害感知模型，其中所述伤害情况包括伤害类型、伤害区域及伤害程度；以及将所述伤害感知模型集成在所述风险储罐模型。其中，所述事故模型还被配置为仿真由所述伤害感知模型所感知的灾害场所引发的事故现象。

另一方面，本发明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，该指令用于使得机器执行上述的建模方法。

通过上述技术方案，本发明实施例构建的罐区应急处置全要素仿真系统能够仿真工艺过程、事故现象、灾害场感知以及应急处置过程，使安全仿真可包括工艺、连锁事故、灾害、救援、决策等多个要素，促进了罐区的全要素仿真的实现，而全要素仿真方案更为接近现场，从而有助于分析事故原因、制定应急预案及进行人员培训等，提高了储罐运行的安全性和稳定性。

本发明实施例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例的进一步理解，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例，但并不构成对本发明实施例的限制。在附图中：

图1是本发明实施例一的罐区应急处置全要素仿真系统的结构示意图；

图2是本发明实施例二的理想储罐模型的结构示意图；

图3是本发明实施例三的应急处置模型的结构示意图；

图4是本发明实施例四的罐区应急处置全要素仿真系统的结构示意图；

图5是本发明实施例五的示例风险储罐模型的示意图；

图6是本发明实施例六的示例罐区应急处置全要素仿真系统的应用示意图；以及

图7是本发明实施例七的一种罐区应急处置全要素仿真系统的建模方法的流程示意图。

附图标记说明

100 风险储罐模型 200 应急处置模型

300 伤害感知模型 110 理想储罐模型

120 事故模型 111 工艺模型

112 灾害模型 1111 罐体模型

1112 附属设备模型 1121 灾害场模型

1122 灾害现象模型 210 救援模型

220 决策指挥模型 211 储罐喷淋模型

212 消防设备仿真模型 221 消防处置模型

521 液池模型 522 常规池火模型

523 火炬模型 524 超压爆炸模型

525 受损爆炸模型 526 残液池火模型

具体实施方式

以下结合附图对本发明实施例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实施例，并不用于限制本发明实施例。

需说明的是，本发明各实施例所涉及的模型是基于设备建模技术构建的，所述设备建模技术是常用的仿真技术，故而在下文中不再进行赘述，相关领域技术人员可基于对应的设备数据，结合严谨的化学工程相关理论和可靠的数值分析等实现对设备的建模及模型简化。

实施例一

图1是本发明实施例一的罐区应急处置全要素仿真系统的结构示意图，其中所述罐区除了指专业的存储罐区，还可以是大型石化装置中针对中间物料和最终产品的存储罐区，本发明实施例对此并不限制。另外，在本发明实施例中，罐区和储罐可等同进行理解。

如图1所示，本发明实施例一的罐区应急处置全要素仿真系统可以包括：风险储罐模型100，其包括用于仿真储罐的工艺过程、事故现象及灾害场感知的理想储罐模型110以及用于仿真所述理想储罐模型引发的事故现象的事故模型120；以及应急处置模型200，其基于所述储罐的应急处置数据被构建，用于仿真针对所述储罐的事故现象进行应急处置的过程。

其中，所述理想储罐模型110是指描述储罐自身的运行状态的模型，其描述的工艺过程、事故现象及灾害场感知都用于反映储罐自身运行状态。因此，可知理想储罐模型110可以描述事故数据，实现对事故本身的仿真，但该事故仿真与储罐自身的仿真结合在同一模型中，而实际中的储罐自身与其引发的事故现象是独立的，从而使得事故仿真与实际的物理现象不符，且不能脱离设备储罐进行独立复用。因此，本发明实施例中基于事故数据，在设备发生相关事故后，对引发的事故现象进行独立建模以形成事故模型120，使得“事故”作为一个独立的仿真模块存在，这样一方面符合实际的物理现象，另一方面也实现了“事故模型”的复用。

相对于理想储罐模型110，所述风险储罐模型100是指既能够描述储罐自身的运行状态，又能够描述储罐引发的事故的模型，故而其组合了理想储罐模型110和事故模型120。其中，对理想储罐模型和事故模型的组合例如包括：将所述理想储罐模型110和所述事故模型120进行组态连接，使得所述理想储罐模型与所述事故模型之间能进行物流、信息流的传递。

即，风险储罐模型100是“理想储罐模型110+事故模型120”的组合，组合后的理想储罐模型和事故模型都保持独立的运行，但它们之间进行动态数据交互，和实体储罐运行的情况相一致。

需说明的是，理想储罐模型中“理想”主要用于与风险储罐模型中的“风险”区别开，两者实质上都表示一种储罐模型。

进一步地，对于所述工艺数据、事故数据、灾害场数据和应急处理数据，分别介绍如下：

1)工艺数据

所述工艺数据用于描述动态的工艺过程中涉及的物料在所述储罐中的运行情况，举例而言，工艺数据可用于反映动态的化工过程中涉及的物料在储罐中的流入、流出以及累积。优选地，所述工艺数据包括关于储罐的以下数据中的任意一者或多者：温度、压力、流量、液位、物料、材质、建设工艺、工艺缺陷和结构参数等等。

2)事故数据

事故是由于设备(本文主要指储罐)自身的风险或外界条件的变化而引发的设备运行状态的改变，据此所述事故数据用于描述所述设备发生事故后的第一工艺数据变化情况。

优选地，所述事故数据包括设备在以下任意一种或多种事故状态下对应的工艺数据：火灾、爆炸、泄漏、堵塞、避雷失效、强度失效以及结构失效。基于这些事故状态，所述事故数据也可理解为用于反映设备可能导致的事故现象。

3)灾害场数据

所述灾害场数据用于描述所述设备处于灾害场中的第二工艺数据变化情况。在此的“第二”旨在与由事故引起的“第一工艺数据变化情况”区别开。

优选地，所述灾害场数据包括灾害场类型、灾害相关地理信息以及灾害场变化情况，其也可理解为是对事故现象的后果的描述。

更为优选地，获取所述灾害场数据的方法可以包括：

1)根据事故类型确定灾害场类型，举例而言，所述灾害场类型包括对应于火灾事故的温度场、对应于爆炸事故的能量场以及对应于毒气事故的毒气场等。

2)通过GIS(Geographic Information System，地理信息系统)获取灾害相关地理信息，其中所述灾害相关地理信息包括设备位置信息、设备几何尺寸和事故发生地的地形地貌信息等。

3)采用CFD(Computational Fluid Dynamics，计算流体动力学)仿真技术进行灾害场景的模拟计算，得到灾害场变化情况。

举例而言，采用CFD仿真技术进行灾害场景的模拟计算可以包括：对灾害场景进行网格划分，并基于根据每一网格采用CFD仿真技术对所述灾害场景进行计算，再基于预设的运算效率要求来对计算结果进行简化处理，以获得最终示出灾害场实时变化情况的计算结果。其中，网格越小，计算结果越准确，但计算工作量大，耗时更长，故而可预设运算效率要求以满足计算的实时要求或超实时要求。

需说明的是，目前的大多设备仿真模型都只是基于工艺数据和事故数据建立，从而这类设备仿真模型往往只针对各个设备描述该设备自身的参数变化情况及自身可能引发的事故，并不考虑不同设备之间以及不同设备引发的事故之间的关联。在此，事故之间的关联表现为事故多米诺现象。在实际的设备运行场景中，事故多米诺现象往往存在，即可能会有在时间发生的顺序上依次排列的一连串事故，例如一个事故的发生是前一个事故发生的结果，而这一个事故的发生又将导致下一个事故的发生，事故一个依赖一个，构成一个系列，犹如一系列前后靠近竖立的骨牌，第一块骨牌倒下将导致整个系列骨牌的连续倒下。举例而言，发生事故的最终结果包括燃烧、爆炸和有毒气(液)体泄漏等，故而可以对应将事故的后果描述“温度场”、“能量场”和“毒气团”，而这些事故的后果又会对相关设备及现场人员产生新的伤害，从而形成事故多米诺现象。

据此，本发明实施例考虑到事故多米诺现象，特意引入灾害场数据以建立理想储罐模型，旨在描述事故多米诺现象中某一事故的后果对储罐产生的新伤害。

4)应急处置数据

所述应急处置数据是指针对事故现象进行应急处置的过程中涉及的设备操作数据和决策数据，其优选为包括所述储罐的救援基础数据和应急决策数据。其中，所述救援基础数据例如救援场景中涉及的人、车、灭火、喷淋、稀释等信息，应急决策数据例如针对消防、交通、市政、疏散等的策略信息。

除上述第1)至第4)的四种数据外，在优选的实施例中，构建所述理想储罐模型还可以利用储罐的环境数据，例如基于环境数据进一步完善理想储罐模型。其中，所述环境数据例如储罐周边的天气、温度、湿度等数据。

进一步地，将所述风险储罐模型100和所述应急处置模型200组合以形成罐区应急处置全要素仿真系统，例如将两者组态连接或有机组合，以使两者之间能够进行信息交互。

综上，本发明实施例构建的罐区应急处置全要素仿真系统具有以下几个方面的优点：

1)能够仿真储罐的工艺过程、事故现象、灾害场感知以及应急处置过程，使安全仿真可包括工艺、连锁事故、灾害、救援、决策等多个要素，促进了罐区的全要素仿真的实现，而全要素仿真方案更为接近现场，从而有助于分析事故原因、制定应急预案及进行人员培训等，提高了储罐运行的安全性和稳定性。

2)本发明实施例的罐区应急处置全要素仿真系统的基础是关于多个要素的仿真模型等，任何事故发生后，其后续演变情况都可以利用相应模型来根据罐区中各储罐当前实际存储的物料的物性、数量等进行超实时数值计算，适应于不同的事故后续演变情况。因此，利用本发明实施例的罐区应急处置全要素仿真系统给受训员工进行培训时，可以根据事故发生时罐区状态的不同及相关应急处置预案，确定最为恰当的处理措施。

3)本发明实施例创造性地提出对应急处置措施进行建模，并将该模型与储罐模型等一并解算，从而能够得到应急处置措施对罐区运行参数的影响，以此来评估应急处置措施的有效性。

实施例二

图2是本发明实施例二的理想储罐模型的结构示意图，该实施例二在实施例一的基础上，对理想储罐模型110进行了设计。

如图2所示，所述理想储罐模型110包括：工艺模型111，其基于所述工艺数据被构建，用于仿真储罐的工艺过程；以及灾害模型112，其基于所述事故数据和所述灾害场数据被构建，用于仿真储罐的灾害场感知情况及灾害现象。

下面具体介绍工艺模型111和灾害模型112。

一、工艺模型111

在设备建模技术中，根据设备的结构参数设计对应于实体结构的设备模型是数字仿真的基础。因此，本发明实施例的工艺模型111至少应包括根据储罐的结构参数设计的罐体模型，例如考虑储罐的液位、温度、压力、流量等基本参数以及储罐建设工艺、材质、工艺缺陷等安全相关参数，以构建罐体模型。但是，针对事故，例如储罐爆炸，除罐体外，相应的爆料过程还会受到附属设备影响，例如受到氮封系统和安全阀的影响。据此，为了保证仿真爆炸过程的严密性，应考虑依据实际氮封系统和安全阀的参数设计相应的氮封系统模型和安全阀模型。

即，参考图2，在本发明实施例中，所述工艺模型111可以包括罐体模型1111和附属设备模型1112，而所述附属设备模型1112又可以包括氮封系统模型和安全阀模型。下面通过示例具体介绍这几种模型。

1)罐体模型1111

在示例中，罐体模型1111以通用闪蒸模型为基础进行建模，包括：将进料、储罐内物料作为一股液相流，再按闪蒸罐模型进行计算，该计算忽略实际过程中不存在的瞬时气液相平衡问题；在假设平衡压力下进行气液相平衡计算，再用计算结果进行校正。最后得到的罐体模型1111的仿真结果与真实情况保持一致。

2)氮封系统模型

氮封系统用于维持储罐的平衡压力，在示例中，氮封系统模型包括氮气数据源模型和呼吸阀模型。其中，氮气数据源模型给储罐提供稳定压力的氮气；呼吸阀模型中吸阀进料接口与氮气数据源模型连接，出料口与储罐气相进料口连接，当储罐压力低于设定值时，吸阀打开，对储罐进行补氮；呼吸阀模型中的呼阀进料口与储罐气相出料口连接，当储罐压力超过设定值时，呼阀打开，释放储罐气相。据此，呼吸阀模型及氮气数据源模型配合完成氮封系统模型的作用。

3)安全阀模型

安全阀主要用于储罐压力的安全保障，在示例中，对于安全阀模型，其在储罐压力超过整定压力时，直接打开释放储罐内气相压力。

二、灾害模型112

本发明实施例中，关于灾害的仿真涉及灾害场仿真和灾害现象仿真两部分，其中灾害场如上所述的能量场、温度场、毒气场等，灾害现象仿真例如燃烧仿真和传热仿真。据此，所述灾害模型112可以包括：灾害场模型1121，用于仿真所述储罐周围的温度场、能量场和/或毒气场；和/或灾害现象模型1122，用于仿真所述储罐周围的灾害现象。

优选地，所述灾害现象模型1122可以包括：燃烧模型，用于仿真所述储罐因爆炸事故而发生燃烧现象的过程；和/或传热模型，用于仿真所述储罐因爆炸事故或燃烧事故而发生传热现象的过程。

其中，关于灾害场可参考上文，在此主要通过示例对燃烧模型和传热模型进行介绍。

1、燃烧模型

在示例中，罐区的液罐爆炸后，会有物料溅出液罐，在罐区周围的围堰内或者无围堰的地面上继续流淌燃烧，而且罐体爆炸之后的残余设备内可能还具有一定的液位，残余的物料会继续燃烧。

罐区爆炸直接关联的现象之一就是物料的燃烧，关于泄漏的物料燃烧形成了池火，池火燃烧的参数有几项：液池面积/当量直径(半径)、燃烧速度、火焰高度、火焰温度等。下面具体介绍其中的三种燃烧参数。

(1)液池面积

如果泄漏的液体已达到人工边界，则液池面积即为人工边界围成的面积。如果泄漏的液体未达到人工边界，则从假设液体的泄漏点为中心呈扁圆柱形在光滑平面上扩散。如果液池近似为长方形，假设池火灾采用与液池面积相当的圆柱形火焰。

(2)燃烧速度

燃烧是复杂的物理化学过程，且燃烧速度的快慢取决于：1)可燃物与氧的化学反应速度；2)氧和可燃物的接触混合速度。前者称化学反应速度，也称化学条件；后者称物理混合速度，也称物理条件。

(3)火焰温度

在火焰中，一方面由于燃烧反应要产生热量，另一方面由于火焰中化合物的解离，以及为了将火焰中存在的平衡混合物提高到火焰温度需要消耗热量，火焰温度就是由火焰中这二者之间的热量平衡来决定的。当火焰处于热平衡状态时，温度就可用来表征火焰的真实能量。

2、传热模型

传热模型主要考虑对导热和辐射的仿真。

(1)导热

如果罐区的某一个或者几个液体罐发生泄漏爆炸燃烧等一系类现象，流动并且燃烧的可燃物物料产生的火焰会直接影响火焰蔓延之处的任何设备，甚至是尚未爆炸的多个储罐。火焰的蔓延会直接对火焰上方的储罐进行加热，此处涉及的传热方式以导热为主。

(2)辐射

罐区的液罐发生爆炸燃烧，可燃物物料产生的火焰不仅会影响火焰蔓延之处的任何设备，而且火焰作为高温热源，对其他未与火焰直接接触的设备也会传递热量，此处涉及的传热方式以辐射为主。

综上，本发明实施例二在实施例一的理想储罐模型的基础上，结合罐区现场对模型进行了细化，分别针对罐体、附属设备、灾害场及灾害现象等建立了相关模型，更加符合全要素仿真的要求。

实施例三

图3是本发明实施例三的应急处置模型的结构示意图，该实施例三在实施例一的基础上，对所述应急处置模型200进行了设计。

如图3所示，所述应急处置模型200可以包括：救援模型210，其基于所述救援基础数据被构建，用于仿真针对储罐的事故现象的救援操作，并与所述风险储罐模型相关联以更新所述灾害场数据；以及决策指挥模型220，其基于所述应急决策数据被构建，用于仿真针对储罐的应急决策，并与所述风险储罐模型相关联以更新所述灾害场数据。

其中，更新所述灾害场数据包括：触发所述救援模型210和/或决策指挥模型220以得到对应的数据，并基于该数据更新所述灾害场数据。举例而言，操作人员在发现灾害之后，例如火灾，可能会操作救援模型210仿真以进行一些救援措施，例如进行灭火器灭火的仿真，如此可知救援人员进行救援所产生的救援数据会对灾害场产生影响，例如通过灭火降低了火焰温度。因此，本发明实施例三能够基于救援数据等来实时更新并观察灾害场数据，以准确反映灾害场数据的变化。

需说明的是，除救援模型210和决策指挥模型220之外，所述应急处置模型200还可以包括应急处置过程涉及的其他模型或模块，例如管网计算、公用工程、水电气等公用模块，本发明实施例对此并不限制。

在优选的实施例的中，所述救援模型210包括：储罐喷淋模型211，用于仿真对随储罐安装的喷淋系统的操作；和/或消防设备仿真模型222，用于仿真对罐区的消防设备的操作。并且，所述决策指挥模型220包括：消防处置模型221，其用于仿真经过验证的消防预案的实施。

下面通过示例具体介绍这几种模型。

1、储罐喷淋模型211

举例而言，其仿真随罐体安装的自动喷淋系统，在发生火灾后，可以启动喷水或消防泡沫的操作，降低罐体温度，隔离火灾。

2、消防设备仿真模型222

其中，所述消防设备可以包括消防泡沫/水炮、消防系统管网、消防车等，建立的模型则与之相对，包括：

1)罐区消防泡沫/水炮模型

在示例中，该模型可以实现远距离有线控制和手动操纵，与无线遥控器配套使用时可远离消防设备无线遥控完成消防炮的水平回转、俯仰转动等动作，并可实现定位，以利于消防人员安全撤离火场等特点。

2)消防系统管网模型

该模型可以仿真消防管线提供灭火所需的水或消防泡沫。

3)消防车模型

在示例中，作为移动灭火设备，提供消防车模型，并结合GIS系统规划消防车运动路线，实现消防力量的最佳配置。

3、消防处置模型221

在示例中，罐区事故发生后，应急处置分为两部分，一部分是就地的应急处置措施，包括喷淋、水炮等，另一部分则是消防处置。消防处置部分由专业消防队伍完成，需要对处置预案进行验证后再实施，其成功率更高。举例而言，利用消防处置模型221，在事故发生后，用事故发生前的现场数据整定仿真模型，然后用超实时仿真计算事故演变趋势，系统自动选定最匹配的数字化应急处置预案，并根据仿真结果对应急处置预案进行修正，为后续的应急处置提供决策支持。

综上，本发明实施例三在实施例一的基础上，对应急处置的多处细节进行了建模，使得应急演练更接近于现场，且更加符合全要素仿真的要求，并且能够得到应急处置措施对罐区运行参数的影响，以此来评估应急处置措施的有效性。

实施例四

图4是本发明实施例四的罐区应急处置全要素仿真系统的结构示意图，该实施例四在前述任一实施例的基础上，使得罐区应急处置全要素仿真系统还包括：伤害感知模型300，其例如集成在所述风险储罐模型200中，并基于所述风险储罐模型200响应于当前的灾害场数据进行灾害仿真的仿真结果被构建，且用于仿真当前灾害场对所述储罐的伤害情况。其中，所述灾害场数据包括理想储罐模型110和事故模型120仿真所对应的所有事故的灾害场数据，所述伤害情况包括伤害类型、伤害区域及伤害程度。

其中，所述事故模型120还用于仿真由所述伤害感知模型300所感知的灾害场所引发的事故现象。

结合上文可知，事故多米诺现象的存在可能会使一些设备受到本身引发的事故或其他设备引发的事故所产生的新的伤害，而构建的伤害感知模型300正好感知这一伤害。

举例而言，根据伤害感知模型300的仿真结果中示出的灾害场类型可确定受到的伤害类型，例如受到温度场的伤害；根据仿真结果中示出的灾害相关地理信息可确定伤害区域，例如设备被伤害的位置；根据仿真结果中示出的CFD计算的灾害场变化情况，可得到储罐的伤害程度。

因此，本发明实施例四对风险储罐模型进行了优化，使得储罐可以感知到受到自身或其他设备的所有事故的灾害场的伤害情况，相当于在风险储罐模型中增加了伤害感知机制，从而完善了风险储罐模型的仿真元素，以进一步实现储罐的全要素仿真。

另外，利用伤害感知的结果和独立运行的事故模型可仿真“事故多米诺”的发生和发展过程。举例而言，对于事故产生，先是基于初始事件的。该初始事件也称为导火索事件，是最开始发生的事件(或事故)，即所谓的触发事件。若事故模型仿真引发的事故是“事故多米诺”的初始事件，则该事件发生后，可能产生一个事故现象，如泄漏、着火或爆炸等，也可能引起了设备运行参数的变化。初始事件发生后，产生了一定的事故现象，进而触发了其周边设备的设备模型中“伤害感知机制”的计算，导致了周边某个设备进入了事故状态，产生了新的事故现象，本发明实施例即是针对这一新的事故现象建立新的事故模型。这一过程中，由初始事件通过某种能量扩散或质量扩散作用方式引发的现场和临近设备及周围人员发生的事件(或事故)可称为二次事件。依次类推，事件一个依赖一个，构成一个系列的事故模型，从而完整仿真了“事故多米诺”的发生和发展过程。

综上，本发明实施例四融合了其他实施例的系统的优点，通过工艺建模、事故建模、灾害建模、伤害感知建模、应急处置建模等多种建模方法，能对罐区的工艺运行指标进行仿真，在发生事故后，能对事故状态下的工艺运行参数进行计算，且能计算灾害场数据，并确定灾害场对设备运行状态的影响。

实施例五

图5是本发明实施例五的示例风险储罐模型的示意图。如图5所示，该示例风险储罐模型包括理想储罐模型以及与其相独立的多个事故模型，这些事故模型包括以下中的任意一者或多者：液池模型521，用于仿真发生罐底泄漏而形成液池，并计算液池相关数据；常规池火模型522，用于仿真所述液池因物料燃烧而产生池火，并计算相应的火焰相关数据；火矩模型523，用于仿真发生罐顶泄漏而形成燃烧，并计算相应的火焰相关数据；超压爆炸模型524，用于仿真储罐受周围温度场影响而形成罐内爆炸，并计算爆炸相关数据；受损爆炸模型525，用于仿真所述罐内爆炸的能量场引发的伤害，并计算储罐受损相关信息；残液池火模型526，用于仿真储罐因爆炸而形成液池并引发池火，并计算相应的火焰相关数据。

结合图5示出的多个事故模型及事故多米诺理论，该示例中可能涉及以下两类事故：

(1)风险事故

其中，风险事故为设备本身引发的事故，又可以包括以下两类事故：

(a)罐底泄漏

当发生罐底泄漏，泄漏量注入液池模型521，该液池模型521根据物料的组分和状态计算液池表面积逐步扩大的情况。

当液池内的物料发生燃烧后，液池会将燃料气化量传送给常规池火模型522，常规池火模型522计算火焰的相关数据。

(b)罐顶泄漏

当发生罐顶泄漏时，如果泄漏的为可燃气体，则将泄漏量注入火炬模型523，由火炬模型523计算相关数据。

其中，该风险事故可理解为上述提及的初始事件。

(2)灾害场事故

即，储罐基于已引发的初始事件(或事故)，激发了新的二次事件(或事故)，产生了可以影响储罐自身或其他设备的灾害场。

(a)罐内爆炸

当储罐附近发生火灾后，储罐处于一个温度场中，辐射热会导致罐内的液相蒸发量增大，液相向气相传质，气相摩尔浓度增加，温度上升，进而导致气相压力上升。当气相压力超过一定范围后，形成爆炸。这个爆炸模型采用的是罐内的超压爆炸模型524，其输入量为罐内气体部分的参数。

(b)罐体爆炸

罐内爆炸发生后，该爆炸的能量场的相关数据只能由该储罐感知，储罐模型的“伤害感知”计算部分获取的爆炸当量，引发受损爆炸模型525运行，并将该爆炸当量作为输入，由受损爆炸模型525计算该爆炸的当量及罐体碎片的信息。

(c)罐体残留

当储罐发生爆炸后，该储罐残留部分变成了一个液池，设置该液池可以引发池火，所以将液池的相关数据和另外一个池火模型(图中的残液池火模型526)的相关数据连接。

其中，以液池引发池火为例，储罐的伤害感知可描述为以下的过程：

1)储罐的法兰发生泄漏，泄漏液体形成一个无围堰液池。

2)随着泄漏量增加，液池面积逐步扩大。其中，可根据池内物料的物性确定液池厚度，进而获得液池面积。

3)如果液池中的物料可燃且温度在燃点之上，则形成池火，根据池火的物性确定池火面积、池火火焰高度及火焰温度。

4)根据池火面积、池火火焰高度及火焰温度，确定池火周边温度场分布。

5)确定不同设备距离池火的距离。具体地，可根据传热计算相关公式，获取距离池火火焰一定距离处的设备的辐射强度计算公式为：

式中，A

利用上述式(1)可以计算出吸收辐射的设备在其一定的表面积吸收的辐射能Q

Q

式中，A

从上述式(2)可以看出，对同一个温度场，每个设备可以根据自身受到的辐射面积及角系数的不同而计算出不同的吸收热量，吸收的热量不同又必然使得各个设备所受的伤害不同，从而准确地反映了灾害场对设备的不同伤害情况。

上述五种不同的事故状态，引发机制不同，可以看到该储罐的“罐底泄漏”和“罐顶泄漏”事故是操作人员操作事故模型引发，而另外三种事故是通过每一储罐对灾害场的伤害感知引发的。

据此，本发明实施例五建立的风险储罐模型可以很好地演示出储罐的事故多米诺的发生和发展过程，相对于原有只能仿真设备及事故的方案，增加了对灾害场的仿真，完善了储罐的仿真要素。

实施例六

图6是本发明实施例六的示例罐区应急处置全要素仿真系统的应用示意图，其在实施例五的基础上增加了应急处置部分。参考图6，利用该示例罐区应急处置全要素仿真系统可实现整个事故应急过程中的全要素仿真，其主要包括以下部分：

1)工艺流程仿真，对应图6中的储罐、物料等要素，仿真的工艺流程为：储罐出口法兰发生泄漏事故，塔底渣油泄漏，油温高达350度左右，暴露在空气中发生燃烧。其中，涉及的参数包括着火面积等。

2)事故仿真，对应图6中的“泄漏”、“液池”、“池火”等要素，可知“泄漏”事故为初次事件，而“泄漏”和“池火”事故为受事故多米诺现象影响的二次事件。该应用例完整地仿真了从“泄漏”事故到“液池”事故再到“池火”事故的事故多米诺现象。

3)伤害仿真，对应图6中“池火”事故对储罐的伤害，将事故仿真和伤害仿真相结合，所仿真的事故现象为：对发生的火灾不进行施救，火灾会导致周围设备温度上升，其中储罐升高过快，造成储罐损坏。可知，这一仿真过程包括了对灾害(温度场)和伤害这两个要素的仿真。

4)应急处置仿真，包括对救援要素的仿真，所仿真的救援过程为：外操人员发现现场火情，持灭火器进行扑救，扑救及时，明火被扑灭，设备不受损失。其中，涉及的救援基础数据包括：泄漏量、油池面积、燃烧消耗量、灭火剂注入量、灭火剂消耗量、灭火剂覆盖面积等等。

通过该实施例六，可对应急处置过程中相关行为进行仿真建模，并可进一步仿真建立的模型的运行状态所产生的影响，实现了应急处置过程中包括工艺流程、事故、伤害、救援等的全要素描述，把应急处置过程变成了动态的过程，可实现应急处置培训、应急预案验证、事故分析和验证等功能。

实施例七

图7是本发明实施例七的一种罐区应急处置全要素仿真系统的建模方法的流程示意图，该罐区应急处置全要素仿真系统可以是上述任意实施例中涉及的罐区应急处置全要素仿真系统。如图7所示，该建模方法可以包括以下步骤：

步骤S710，基于所述储罐的工艺数据、事故数据和灾害场数据构建用于仿真设备的工艺过程、事故现象及灾害场感知的理想储罐模型。

步骤S720，构建用于仿真所述理想储罐模型引发的事故现象的事故模型。

步骤S730，将所述理想储罐模型和所述事故模型相组合，以形成风险储罐模型。

步骤S740，基于所述储罐的应急处置数据，构建用于仿真针对所述储罐的事故现象进行应急处置的过程的应急处置模型。

步骤S750，将所述风险储罐模型和所述应急处置模型组合，以形成所述罐区应急处置全要素仿真系统。

优选地，除上述步骤S710-步骤S750之外，所述建模方法还可以包括：基于所述风险储罐模型响应于当前的灾害场数据进行灾害仿真的仿真结果，构建用于仿真当前灾害场对所述储罐的伤害情况伤害感知模型，其中所述伤害情况包括伤害类型、伤害区域及伤害程度；以及将所述伤害感知模型集成在所述风险储罐模型。其中，所述事故模型还被配置为仿真由所述伤害感知模型所感知的灾害场所引发的事故现象。

该实施例七的更多实施细节及效果可参考其他实施例，在此则不再进行赘述。

本发明其他实施例还提供了一种存储介质，其上存储有程序，该程序被处理器执行时实现所述建模方法。

本发明实施例提供了一种处理器，所述处理器用于运行程序，其中，所述程序运行时执行所述建模方法。

本发明实施例提供了一种计算设备，计算设备包括处理器、存储器及存储在存储器上并可在处理器上运行的程序，处理器执行程序时实现上述建模方法的步骤。在一个典型的配置中，计算设备包括一个或多个处理器(CPU)、输入/输出接口、网络接口和内存。本文中的计算设备可以是服务器、PC、PAD、手机等。

本发明实施例还提供了一种计算机程序产品，当在数据处理设备上执行时，适于执行初始化有如下上述关于建模方法的方法步骤的程序。

另外，还需说明的是，本发明实施例的“模型”实质上示出了建模过程，故而其可与“建模模块”等同理解。

本领域内的技术人员应明白，本发明实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明实施例可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明实施例可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本发明实施例是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上仅为本发明实施例而已，并不用于限制本发明实施例。对于本领域技术人员来说，本发明实施例可以有各种更改和变化。凡在本发明实施例的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明实施例的权利要求范围之内。