基于現(xiàn)場實驗的化工園區(qū)氣體傳感器扇形優(yōu)化部署方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ]本發(fā)明涉及安全應(yīng)急監(jiān)控方法，更具體地說，涉及一種基于現(xiàn)場實驗的化工園區(qū) 氣體傳感器扇形優(yōu)化部署方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著化工行業(yè)的發(fā)展，涉及到易燃易爆、有毒有害危險品的?；穲@區(qū)，由于人 為、設(shè)備、生產(chǎn)管理或者環(huán)境因素等不可避免地會出現(xiàn)危險氣體的泄漏的情況，會引起火 災(zāi)、爆炸等一系列嚴(yán)重事故，事故一旦發(fā)生，危害范圍往往會很大，往往超出工業(yè)園區(qū)或建 設(shè)項目的邊界，給周邊人群、環(huán)境造成惡劣影響，導(dǎo)致大量人員傷亡和財產(chǎn)損失，若事故發(fā) 生在城市區(qū)域或者人口密集區(qū)域，由于人員集中，疏散困難，造成的后果會更加嚴(yán)重。
[0003] 這些事故的預(yù)防措施有：
[0004] (1)對所有油氣生產(chǎn)設(shè)施建立正式的工程設(shè)計評價程序；
[0005] (2)積極使用標(biāo)準(zhǔn)對工程實踐進(jìn)行調(diào)節(jié)。例如煉油廠等處理類似危險物質(zhì)的工廠 是通過0SHA標(biāo)準(zhǔn)來調(diào)節(jié)的，該標(biāo)準(zhǔn)是1992年頒布的；
[0006] (3)制定相關(guān)的操作規(guī)程并加強對操作人員的專業(yè)培訓(xùn)；
[0007] (4)完善對運行設(shè)備的維護(hù)工作。
[0008] 這些措施雖然在一定程度上可以降低危害的發(fā)生頻率，但是起不到真正的預(yù)防效 果，事故一旦發(fā)生，如何快速有效地感知并且采取相關(guān)措施來降低危害后果才是關(guān)鍵，園區(qū) 中合理的部署氣體傳感器才可以有效地監(jiān)測到氣體的泄漏，才可以及時采取應(yīng)急措施，防 止更嚴(yán)重的后果發(fā)生。為了監(jiān)測?；穲@區(qū)中可燃?xì)怏w的泄漏，在這些園區(qū)中通常會部署 氣體傳感器，但是危化品園區(qū)按照常規(guī)安裝的氣體傳感器由于實際風(fēng)向和風(fēng)力等環(huán)境因 素，以及地理高程等的影響在氣體泄漏時可能存在監(jiān)測盲區(qū)，無法真正監(jiān)測到泄漏的氣體， 遇到火花或者其他可燃條件會引起爆炸和火災(zāi)，所以設(shè)計一套能夠快速準(zhǔn)確地監(jiān)測氣體泄 漏的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是解決這一問題的重要方法。
[0009] 《GB50493-2009石油化工可燃?xì)怏w和有毒氣體檢測報警設(shè)計規(guī)范》規(guī)定了（1)當(dāng)可 燃性氣體泄漏時，濃度達(dá)到了25%的爆炸下限(LEL)，應(yīng)設(shè)置可燃?xì)怏w監(jiān)測器；（2)可燃?xì)怏w 監(jiān)測系統(tǒng)應(yīng)該采取兩級報警，二級報警濃度為0.5LEL，一級報警濃度為0.25LEL，爆炸濃度 下限為LEL。
[0010] 如何對工業(yè)園區(qū)中的無線傳感網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行合理布局，預(yù)防和控制潛在的重特大事 故，降低其造成的損失和影響，確保工業(yè)園區(qū)、在建項目的安全運營和周邊環(huán)境安全，已成 為各級政府、建設(shè)者與管理者以及社會各界日益關(guān)心，關(guān)注和需要解決的核心問題，所以為 避免發(fā)生重大傷亡事故，結(jié)合園區(qū)?；窋U散態(tài)勢以及園區(qū)實際情況設(shè)計一套無線傳感網(wǎng) 部署系統(tǒng)是迫在眉睫的事情，也是造福人類的一項工程。
[0011]現(xiàn)在大多數(shù)的傳感器的部署方法是根據(jù)計算機將泄漏情景模擬出來，一般利用 CFD的相關(guān)理論和仿真軟件進(jìn)行擴散模型的分析，根據(jù)擴散模型進(jìn)行濃度分析，然后部署氣 體傳感器節(jié)點，還有一些是純粹基于通信特性方面進(jìn)行的研究，沒有結(jié)合實際泄漏場景和 地理高程以及其氣象條件，只是停留在理論意義上，并不具有實用性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0012]針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的計算機模擬泄漏情景僅僅停留在理論研究，不具有實用性 的問題，本發(fā)明的目的是提供一種基于現(xiàn)場實驗的化工園區(qū)氣體傳感器扇形優(yōu)化部署方 法。
[0013]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：
[0014] -種基于現(xiàn)場實驗的化工園區(qū)氣體傳感器扇形優(yōu)化部署方法，包括以下步驟:步 驟1，在泄漏源前方的扇形區(qū)域布置多個氣體傳感器，氣體傳感器布置于扇形的兩條邊以及 兩條邊的連線上;步驟2，記錄傳感器的高度及其位置坐標(biāo);步驟3，啟動風(fēng)扇并記錄風(fēng)速;步 驟4，使泄漏源發(fā)生泄漏，并控制泄漏速度恒定;步驟5，對泄漏氣體濃度進(jìn)行采樣，連續(xù)監(jiān)測 一段時間并記錄實驗結(jié)果;步驟6，調(diào)節(jié)風(fēng)扇風(fēng)速，重復(fù)步驟3~5，依次記錄實驗結(jié)果;步驟 7，調(diào)節(jié)扇形夾角，重復(fù)步驟3~6，依次記錄實驗結(jié)果;步驟8，設(shè)定報警濃度門限為可燃?xì)怏w 爆炸下限，記錄同一風(fēng)速的所有實驗中第一次達(dá)到設(shè)定閾值的傳感器的響應(yīng)時間；步驟9， 找到達(dá)到報警濃度的傳感器數(shù)量最多的實驗對應(yīng)的實驗結(jié)果，作為最優(yōu)部署方案，然后確 定該實驗中最優(yōu)的監(jiān)測節(jié)點位置。
[0015] 根據(jù)本發(fā)明的一實施例，步驟9包括以下步驟:比較最優(yōu)部署方案中所有達(dá)到報警 濃度的傳感器的時間，按照時間長短升序排列;根據(jù)具體給定的傳感器的數(shù)量，選擇時間序 列中前幾位相應(yīng)數(shù)量的傳感器的位置作為最優(yōu)方案中氣體傳感器的最優(yōu)部署位置。
[0016] 根據(jù)本發(fā)明的一實施例，步驟9中，報警濃度門限為可燃?xì)怏w爆炸下限為LEL，則設(shè) 定閾值為0.25LEL。
[0017] 根據(jù)本發(fā)明的一實施例，步驟7中，調(diào)節(jié)扇形的夾角，使得扇形邊與泄漏源的夾角 變化范圍依次為0°，5°，10°，15°，20°，25°，30°。
[0018] 根據(jù)本發(fā)明的一實施例，步驟5中，采樣間隔為1秒，監(jiān)測時間為5分鐘。
[0019] 在上述技術(shù)方案中，本發(fā)明的基于現(xiàn)場實驗的化工園區(qū)氣體傳感器扇形優(yōu)化部署 方法的現(xiàn)場實驗方案準(zhǔn)確度高，充分結(jié)合了氣象條件以及地理高程，更具有實際意義，同時 也能夠為布設(shè)方案提供啟發(fā)依據(jù)和指導(dǎo)規(guī)則。
【附圖說明】
[0020] 圖1是本發(fā)明基于現(xiàn)場實驗的化工園區(qū)氣體傳感器扇形優(yōu)化部署方法的傳感器布 置圖；
[0021] 圖2是本發(fā)明基于現(xiàn)場實驗的化工園區(qū)氣體傳感器扇形優(yōu)化部署方法的流程圖；
[0022] 圖3和圖4是不同高程的傳感器達(dá)到報警濃度所用時間示意圖。
【具體實施方式】
[0023]下面結(jié)合附圖和實施例進(jìn)一步說明本發(fā)明的技術(shù)方案。
[0024]本發(fā)明根據(jù)結(jié)合環(huán)境特性和氣體特性設(shè)計了現(xiàn)場布設(shè)傳感網(wǎng)的方案，主要是根據(jù) 風(fēng)速和傳感器的地理高程設(shè)計不同現(xiàn)場實驗的部署方案，根據(jù)最先達(dá)到報警濃度傳感器所 屬的方案為最優(yōu)方案，然后在最優(yōu)方案中根據(jù)達(dá)到報警濃度的傳感器的數(shù)量，達(dá)到報警濃 度的傳感器的時間按照升序排列，結(jié)合所具體園區(qū)中給定的傳感器數(shù)量，時間序列中前幾 位和給定傳感器數(shù)量相同的傳感器的位置為最優(yōu)方案中的傳感器的最優(yōu)部署位置。
[0025] 因此，參照圖1，本發(fā)明公開一種基于現(xiàn)場實驗的化工園區(qū)氣體傳感器扇形優(yōu)化部 署方法，其硬件設(shè)備包括:液化氣罐1個、變速風(fēng)扇1個、傳感器15個、風(fēng)速計1個、秒表、卷尺、 標(biāo)尺若干、溫度標(biāo)定設(shè)備、無紙記錄儀一臺、傳感器支桿若干、中繼設(shè)備、PC機等。
[0026] 對于上述設(shè)備：
[0027] 液化氣罐為氣體泄漏源，調(diào)節(jié)液化氣罐的壓力閥使其以一定的速度進(jìn)行泄漏。
[0028] 變速風(fēng)扇通過調(diào)節(jié)風(fēng)速來模擬無風(fēng)、軟風(fēng)、輕風(fēng)、微風(fēng)以及和風(fēng)等情景，對應(yīng)的風(fēng) 速分別為Vl=〇~0.2，V2 = 0.3~1.5，V3 = 1.6~3.3，V4 = 3.4~5.4，V5 = 5.5~7.9(m/s)。
[0029] 傳感器為氣體傳感器，作為監(jiān)測節(jié)點，在部署中形成扇形，扇形夾角為?，傳感器高 度分別為距離地面Η1、Η2和Η3,改變夾角的大小，形成不同的情景。氣體傳感器用來監(jiān)測不 同情景下不同泄漏時間的氣體的濃度，各個傳感器節(jié)點的監(jiān)測數(shù)據(jù)通過中繼設(shè)備傳輸?shù)絇C 機上存儲，同時記錄不同節(jié)點的位置坐標(biāo)、響應(yīng)時間、風(fēng)速以及監(jiān)測濃度。
[0030] 風(fēng)速計用來測變速風(fēng)扇的風(fēng)速，秒表用來記錄監(jiān)測時間，卷尺和標(biāo)尺是用來確定 傳感器節(jié)點的位置坐標(biāo)，溫度標(biāo)定設(shè)備是溫度計，用來測量試驗場地的氣溫，無紙記錄儀是 用來記錄不同監(jiān)測節(jié)點的位置坐標(biāo)、響應(yīng)時間、風(fēng)速以及監(jiān)測濃度，氣體傳感器支桿用來將 傳感器固定在不同高程，中繼設(shè)備是網(wǎng)關(guān)節(jié)點，用來向PC機傳輸傳感器的濃度信號。
[0031 ]參照圖2，本發(fā)明的實現(xiàn)過程包括兩個階段:確定最優(yōu)部署方案階段和確定最優(yōu)部 署方案中最優(yōu)部署節(jié)點位置。
[0032]確定最優(yōu)部署方案階段，通過實驗不同風(fēng)速條件下傳感器傳感器形成扇形不同夾 角的方案中，監(jiān)測到報警濃度氣體傳感器數(shù)量最多的實驗方案即為最優(yōu)部署方案。
[0033]確定最優(yōu)部署方案中最優(yōu)部署節(jié)點位置的階段，依據(jù)監(jiān)測時間的長短，按照時間 的長短升序排列，再根據(jù)具體的監(jiān)測節(jié)點的數(shù)量，確定時間最短的前幾位的節(jié)點的位置就 是該方案中最優(yōu)節(jié)點的位置。
[0034] 進(jìn)一步地，參照圖1和圖2,上述優(yōu)化部署方法包括如下步驟：
[0035] S1:在泄漏源前方的扇形區(qū)域布置多個氣體傳感器，氣體傳感器布置于扇形的兩 條邊以及兩條邊的連線上。具體來說，在液化氣