考慮條件風(fēng)險(xiǎn)值的煉油裝置氣體檢測(cè)報(bào)警儀選址優(yōu)化方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種考慮條件風(fēng)險(xiǎn)值的煉油裝置氣體檢測(cè)報(bào)警儀選址優(yōu)化方法，基于風(fēng)險(xiǎn)三元組理論和泄漏場(chǎng)景集實(shí)現(xiàn)煉油裝置實(shí)時(shí)風(fēng)險(xiǎn)定量表征，并以此為布置決策風(fēng)險(xiǎn)量化指標(biāo)。然后以布置決策風(fēng)險(xiǎn)最小化為優(yōu)化目標(biāo)，以最優(yōu)條件風(fēng)險(xiǎn)值以及檢測(cè)報(bào)警儀數(shù)量為約束條件，以報(bào)警儀布置備選點(diǎn)的選擇與否作為二元決策變量，定義優(yōu)化模型目標(biāo)函數(shù)以及約束函數(shù)，建立了考慮可靠性、表決邏輯及條件風(fēng)險(xiǎn)值的決策風(fēng)險(xiǎn)最小化的P?中值模型。本發(fā)明有益效果如下：在進(jìn)行方案優(yōu)化時(shí)，充分考慮到檢測(cè)報(bào)警儀的不可用以及失效情況，將檢測(cè)報(bào)警儀成功檢測(cè)概率納入考慮范圍之內(nèi)，使得優(yōu)化結(jié)果更加準(zhǔn)確。
【專利說(shuō)明】
考慮條件風(fēng)險(xiǎn)值的煉油裝置氣體檢測(cè)報(bào)警儀選址優(yōu)化方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及一種考慮條件風(fēng)險(xiǎn)值的煉油裝置氣體檢測(cè)報(bào)警儀選址優(yōu)化方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 目前在石油煉化領(lǐng)域，相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)（如SH3063-1999《石油化工企業(yè)可燃?xì)怏w和 有毒氣體檢測(cè)報(bào)警設(shè)計(jì)規(guī)范》、GB50493-2009《石油化工可燃?xì)怏w和有毒氣體檢測(cè)報(bào)警設(shè)計(jì) 規(guī)范》、SY6503-2000《可燃?xì)怏w檢測(cè)報(bào)警使用規(guī)范》及SY-6503-2008《石油天然氣工程可燃 氣體檢測(cè)報(bào)警系統(tǒng)安全技術(shù)規(guī)范》等)作為傳統(tǒng)氣體檢測(cè)報(bào)警儀布置的主要依據(jù)，僅從可燃 氣體和有毒氣體檢測(cè)器設(shè)定原則、檢測(cè)器設(shè)置位置、檢測(cè)器與釋放源距離、檢測(cè)器覆蓋范 圍、檢測(cè)器安裝高度、報(bào)警器報(bào)警值設(shè)定、檢測(cè)報(bào)警響應(yīng)時(shí)間等方面做了規(guī)定。
[0003] 然而，現(xiàn)有傳統(tǒng)的危險(xiǎn)氣體泄漏檢測(cè)報(bào)警儀布置方法檢測(cè)效果欠佳。據(jù)英國(guó)HSE (Health and Safety Executive)碳?xì)浠衔镄孤┦鹿实慕y(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明，氣體檢測(cè)報(bào)警儀 準(zhǔn)確檢測(cè)泄漏工況的成功率并不理想，如1992~2014年發(fā)生的氣體泄漏事故中由氣體探測(cè) 器成功檢測(cè)出的僅占46%，若考慮未知泄漏事件，氣體探測(cè)報(bào)警系統(tǒng)的探測(cè)效率甚至更低。
[0004] 究其原因，第一，煉油裝置可能發(fā)生的危險(xiǎn)氣體泄漏具有泄漏源、泄漏概率、泄漏 流速、氣象環(huán)境等諸多不確定因素。目前氣體檢測(cè)報(bào)警儀布置的相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)未能有效的 解決危險(xiǎn)氣體泄漏的不確定性因素。因此，為提高氣體檢測(cè)報(bào)警儀探測(cè)效率，應(yīng)在在上述不 確定條件下實(shí)現(xiàn)氣體檢測(cè)報(bào)警儀選址方案優(yōu)選。
[0005] 第二，在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中氣體泄漏檢測(cè)報(bào)警儀并不是理想的，存在誤報(bào)警和不報(bào) 警的狀況。據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，由于維護(hù)和維修不利，氣體檢測(cè)報(bào)警儀容易出現(xiàn)一系列失效模 式，如輸出不穩(wěn)定或輸出失敗、功能失效、信號(hào)雜亂、假報(bào)警等。氣體檢測(cè)報(bào)警儀處于上述失 效狀況，就會(huì)產(chǎn)生安全失效或危險(xiǎn)失效。因此，在危險(xiǎn)氣體檢測(cè)報(bào)警儀布置定量?jī)?yōu)化過(guò)程 中，須嚴(yán)格考慮氣體泄漏檢測(cè)報(bào)警儀的不可用性，并設(shè)置報(bào)警安全冗余及邏輯表決。
[0006] 第三，以檢測(cè)時(shí)間代表場(chǎng)景后果，未建立場(chǎng)景實(shí)時(shí)后果表征模型。泄漏場(chǎng)景的風(fēng)險(xiǎn) 受泄漏源位置、泄漏流速、風(fēng)向、風(fēng)速、發(fā)生概率及檢測(cè)時(shí)間等多種條件的影響，因此，一方 面不同泄漏場(chǎng)景的中毒或爆炸風(fēng)險(xiǎn)不同，另外，同一泄漏場(chǎng)景在不同檢測(cè)時(shí)間下風(fēng)險(xiǎn)也不 相同。相同的檢測(cè)時(shí)間，對(duì)于不同風(fēng)險(xiǎn)的泄漏場(chǎng)景影響不同。從這個(gè)角度出發(fā)，氣體泄漏檢 測(cè)報(bào)警儀布置的最優(yōu)方案應(yīng)該是最大限度地降低裝置的泄漏風(fēng)險(xiǎn)?？紤]泄漏場(chǎng)景風(fēng)險(xiǎn)大 小，重點(diǎn)檢測(cè)泄漏風(fēng)險(xiǎn)大的泄漏場(chǎng)景，兼顧泄漏風(fēng)險(xiǎn)較小的泄漏場(chǎng)景，實(shí)現(xiàn)總體風(fēng)險(xiǎn)削減最 大化。
[0007] 第四，以決策風(fēng)險(xiǎn)最小化為優(yōu)化目標(biāo)，可以實(shí)現(xiàn)最優(yōu)布置方案在眾多場(chǎng)景下綜合 表現(xiàn)最優(yōu)的方案。但是會(huì)出現(xiàn)場(chǎng)景后果的長(zhǎng)尾分布，即某些場(chǎng)景由于發(fā)生概率較小，在優(yōu)化 時(shí)對(duì)其風(fēng)險(xiǎn)削減不足，但場(chǎng)景一旦發(fā)生其后果極其嚴(yán)重，其風(fēng)險(xiǎn)同樣不容忽視。因而，需在 煉油裝置氣體檢測(cè)報(bào)警儀選址優(yōu)化中引入條件風(fēng)險(xiǎn)值(Conditional Value At Risk，縮寫(xiě) CVaR)模型。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 本發(fā)明為了解決上述問(wèn)題，提出了一種考慮條件風(fēng)險(xiǎn)值的煉油裝置氣體檢測(cè)報(bào)警 儀選址優(yōu)化方法，實(shí)現(xiàn)在考慮不確定性因素、報(bào)警儀可靠性和表決邏輯的情況下，從眾多備 選點(diǎn)中評(píng)判出最優(yōu)的檢測(cè)報(bào)警儀布置方案。
[0009] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用下述技術(shù)方案：
[0010] -種考慮條件風(fēng)險(xiǎn)值的煉油裝置氣體檢測(cè)報(bào)警儀選址優(yōu)化方法，包括以下步驟：
[0011] (1)以泄漏源工況、風(fēng)場(chǎng)條件為隨機(jī)性因素，定量構(gòu)建煉油裝置危險(xiǎn)氣體泄漏可能 發(fā)生的場(chǎng)景，采用歷史氣象數(shù)據(jù)獲得風(fēng)場(chǎng)的風(fēng)速風(fēng)向聯(lián)合分布概率，獲取設(shè)備泄漏發(fā)生概 率，從而獲得泄漏場(chǎng)景發(fā)生的近似概率；
[0012] (2)采用Pasquill-Gifford模型估算各泄漏場(chǎng)景下穩(wěn)態(tài)時(shí)不同位置上的危險(xiǎn)氣體 濃度，根據(jù)危險(xiǎn)氣體濃度確定每一個(gè)泄漏場(chǎng)景的后果嚴(yán)重程度;基于場(chǎng)景后果嚴(yán)重程度及 發(fā)生概率定義無(wú)量綱的場(chǎng)景風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)，將場(chǎng)景按照?qǐng)鼍帮L(fēng)險(xiǎn)指數(shù)降序排列，取前I個(gè)場(chǎng)景組 成泄漏場(chǎng)景集，使得該I個(gè)場(chǎng)景的風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)之和達(dá)到設(shè)定值；
[0013] (3)建立該煉油裝置的最優(yōu)精細(xì)三維CH)模型，依據(jù)相關(guān)氣體檢測(cè)報(bào)警儀高度和間 距設(shè)置規(guī)定，在預(yù)設(shè)高度平鋪設(shè)置監(jiān)測(cè)點(diǎn)，作為泄漏檢測(cè)報(bào)警儀的布置的備選點(diǎn)；
[0014] (4)利用所述三維CFD模型，對(duì)泄漏場(chǎng)景集各場(chǎng)景進(jìn)行數(shù)值模擬，記錄監(jiān)測(cè)點(diǎn)氣體 擴(kuò)散濃度，根據(jù)危險(xiǎn)氣體報(bào)警濃度閾值，計(jì)算各監(jiān)測(cè)點(diǎn)在各場(chǎng)景下的檢測(cè)報(bào)警時(shí)間；
[0015] (5)根據(jù)不同泄漏場(chǎng)景的泄漏氣體化學(xué)性質(zhì)的不同，分別確定泄漏氣體在泄漏場(chǎng) 景i下的實(shí)時(shí)后果嚴(yán)重程度；
[0016] (6)針對(duì)每個(gè)泄漏場(chǎng)景，根據(jù)報(bào)警儀達(dá)到報(bào)警閾值的時(shí)間先后順序，最多在R個(gè)梯 級(jí)上各分派一個(gè)報(bào)警儀檢測(cè)泄漏氣體;確定在k 〇〇(R+l)表決邏輯下的報(bào)警儀在r級(jí)成功檢 測(cè)的概率;其中，r為報(bào)警儀所處的級(jí)，r e [ 0，R];
[0017] (7)對(duì)于某場(chǎng)景下始終未達(dá)到報(bào)警閾值或者各級(jí)報(bào)警儀均發(fā)生失效的情況，賦予 一個(gè)懲罰值；
[0018] 確定考慮報(bào)警儀表決邏輯以及懲罰值的單個(gè)泄漏場(chǎng)景實(shí)時(shí)后果嚴(yán)重程度；
[0019] (8)建立煉油裝置氣體泄漏報(bào)警儀布置定量?jī)?yōu)化的CVaR模型，以報(bào)警儀布置數(shù)量 為約束條件，以報(bào)警儀布置備選點(diǎn)的選擇與否作為二元決策變量，在置信水平α下，求解最 優(yōu)的CVaR a值；
[0020] (9)以布置決策風(fēng)險(xiǎn)最小為優(yōu)化目標(biāo)，以最優(yōu)的CVaRa值以及報(bào)警儀布置數(shù)量為約 束條件，以報(bào)警儀布置備選點(diǎn)的選擇與否作為二元決策變量，建立考慮條件風(fēng)險(xiǎn)值的煉油 裝置氣體檢測(cè)報(bào)警儀選址優(yōu)化模型；
[0021] 對(duì)優(yōu)化模型進(jìn)行求解，在備選檢測(cè)點(diǎn)中選出最優(yōu)布置方案。
[0022] 進(jìn)一步地，所述步驟（1)中，每個(gè)泄漏場(chǎng)景包括泄漏源位置、泄漏源孔徑、泄漏流 速、風(fēng)速、風(fēng)向和該場(chǎng)景的發(fā)生頻率。
[0023] 進(jìn)一步地，所述步驟(5)中，
[0024]針對(duì)可燃?xì)怏w泄漏，依據(jù)可燃濃度范圍劃定可燃?xì)庠品秶?，以可燃?xì)庠企w積表征 可燃?xì)怏w泄漏場(chǎng)景i的實(shí)時(shí)后果嚴(yán)重程度；
[0025]針對(duì)有毒氣體泄漏，結(jié)合毒物劑量-反應(yīng)模型關(guān)系式定義有毒氣體泄漏場(chǎng)景i的實(shí) 時(shí)后果嚴(yán)重程度。
[0026] 進(jìn)一步地，所述有毒氣體泄漏場(chǎng)景i的實(shí)時(shí)后果嚴(yán)重程度具體為：
[0027]
[0028] 其中，D1U)為第i個(gè)場(chǎng)景在泄漏t時(shí)刻的后果嚴(yán)重程度;J為備選點(diǎn)總數(shù)；AS為網(wǎng) 格點(diǎn)代表單位面積；為備選點(diǎn)j在泄漏t時(shí)刻的死亡概率。
[0029] 進(jìn)一步地，所述步驟(6)中，設(shè)定在R個(gè)報(bào)警儀梯級(jí)中只有k個(gè)報(bào)警儀均報(bào)警才能對(duì) 一個(gè)泄漏場(chǎng)景進(jìn)行確認(rèn)。
[0030] 進(jìn)一步地，假設(shè)報(bào)警儀不可用的概率均為q，且各報(bào)警儀相對(duì)獨(dú)立，則在k〇〇(R+l) 表決邏輯下，報(bào)警儀在r級(jí)成功檢測(cè)的概率為：
[0031]
[0032]其中，Prk表示在k〇〇(R+l)表決邏輯下，報(bào)警儀在r級(jí)成功檢測(cè)的概率;q表示報(bào)警儀 不可用的概率;c,: h表示r中選r-k+Ι的組合數(shù)。
[0033] 進(jìn)一步地，所述步驟(7)中，確定考慮報(bào)警儀表決邏輯以及懲罰值的單個(gè)泄漏場(chǎng)景 實(shí)時(shí)后果嚴(yán)重程度具體為：
[0034]
[0035] 其中，t1>r為在場(chǎng)景i下第r級(jí)備選點(diǎn)達(dá)到報(bào)警閾值的時(shí)間;D1U1JSty時(shí)刻場(chǎng)景 i的后果;Prk表示在k〇〇(R+l)表決邏輯下，報(bào)警儀在r級(jí)成功檢測(cè)的概率;Dmax,i為懲罰值。
[0036] 講一擊他，律立的氣體拾涮報(bào)》份詵址布詈優(yōu)化樽型縣體為：
[0037]
[0038] 其中，i為泄漏場(chǎng)景編號(hào)；I為泄漏場(chǎng)景總數(shù);P1為第i個(gè)場(chǎng)景的發(fā)生概率；j為報(bào)警 儀布置備選點(diǎn)編號(hào);L 1S在場(chǎng)景i下達(dá)到報(bào)警閾值的布置備選點(diǎn)集合;為在場(chǎng)景i下第j 個(gè)備選點(diǎn)達(dá)到報(bào)警閾值的時(shí)間J1Uu)為時(shí)刻場(chǎng)景i的各級(jí)后果。
[0039] 進(jìn)一步地，建立的氣體檢測(cè)報(bào)警儀選址布置優(yōu)化模型約束條件具體為：
[0040]
[0041]
[0042]
[0043]
[0044]
[0045]
[0046] 其中，Yu,r表示備選點(diǎn)j在r級(jí)檢測(cè)場(chǎng)景i時(shí)為1，否則為0;p為報(bào)警儀布置數(shù)量約 束;Xj為布置方案的二元決策向量，取1表示該備選點(diǎn)布置報(bào)警儀，取0則表示該備選點(diǎn)不布 置報(bào)警儀；i為泄漏場(chǎng)景編號(hào)；I為泄漏場(chǎng)景總數(shù)；j為報(bào)警儀布置備選點(diǎn)編號(hào)；L 1S在場(chǎng)景i 下達(dá)到報(bào)警閾值的布置備選點(diǎn)集合。
[0047] 進(jìn)一步地，煉油裝置氣體泄漏報(bào)警儀布置定量?jī)?yōu)化的CVaR模型具體為：
[0048]
[0049]
[0050]
[0051]
[0052]
[0053]
[0054]
[0055] 其中，i為泄漏場(chǎng)景編號(hào)；I為泄漏場(chǎng)景總數(shù);P1為第i個(gè)場(chǎng)景的發(fā)生概率;α為置信 水平^1Xx)為考慮報(bào)警儀表決邏輯以及懲罰值的單個(gè)泄漏場(chǎng)景實(shí)時(shí)后果嚴(yán)重程度;d為在 置信水平α下，Di '（ X)的分為點(diǎn)。
[0050]進(jìn)一步地，在置信水平α下，d的計(jì)算方法：
[0057]
[0058]
[0059]
[0060]式中，)為_(kāi)(幻的累積分布函數(shù)；C)表示在布置方案：下，泄漏后果Di ' (X)小于d的場(chǎng)景集合。
[0061] 本發(fā)明的有益效果是：
[0062] (1)通過(guò)本方法，可實(shí)現(xiàn)在煉油裝置泄漏檢測(cè)報(bào)警儀的布置設(shè)計(jì)時(shí)，科學(xué)準(zhǔn)確地從 眾多備選點(diǎn)中給出哪些點(diǎn)放置檢測(cè)報(bào)警儀，哪些點(diǎn)不放置檢測(cè)報(bào)警儀，解決了布置方案選 擇時(shí)的盲目性，極大地提高檢測(cè)報(bào)警儀檢測(cè)效率；
[0063] (2)綜合考慮煉油裝置可能發(fā)生的危險(xiǎn)氣體泄漏的諸多不確定因素，科學(xué)預(yù)測(cè)并 模擬未來(lái)可能發(fā)生的所有重要泄漏場(chǎng)景，使得氣體檢測(cè)報(bào)警儀的布置方案更貼近煉油裝置 的實(shí)際情況；
[0064] (3)本發(fā)明在進(jìn)行方案優(yōu)化時(shí)，充分考慮到檢測(cè)報(bào)警儀的不可用以及失效情況，將 檢測(cè)報(bào)警儀成功檢測(cè)概率納入考慮范圍之內(nèi)，使得優(yōu)化結(jié)果更加準(zhǔn)確。
[0065] (4)相比簡(jiǎn)單地采用檢測(cè)時(shí)間代表場(chǎng)景后果進(jìn)行氣體檢測(cè)報(bào)警儀選址布置，本發(fā) 明基于風(fēng)險(xiǎn)三元組理論和泄漏場(chǎng)景集實(shí)現(xiàn)煉油裝置實(shí)時(shí)風(fēng)險(xiǎn)定量表征，以布置決策風(fēng)險(xiǎn)最 小為優(yōu)化目標(biāo)進(jìn)行氣體檢測(cè)報(bào)警儀選址布置，可綜合考慮泄漏場(chǎng)景風(fēng)險(xiǎn)大小，重點(diǎn)檢測(cè)泄 漏風(fēng)險(xiǎn)大的泄漏場(chǎng)景，兼顧泄漏風(fēng)險(xiǎn)較小的泄漏場(chǎng)景，實(shí)現(xiàn)總體風(fēng)險(xiǎn)削減最大化。
[0066] (5)引入投資風(fēng)險(xiǎn)管理中的CVaR模型，建立煉油裝置氣體泄漏報(bào)警儀布置定量?jī)?yōu) 化的CVaR模型。避免以煉油裝置氣體檢測(cè)報(bào)警儀選址布置決策風(fēng)險(xiǎn)最小化為優(yōu)化目標(biāo)時(shí)， 可能會(huì)出現(xiàn)場(chǎng)景后果的長(zhǎng)尾分布問(wèn)題。
【具體實(shí)施方式】
[0067] 下面結(jié)合實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。
[0068] 具體步驟如下：
[0069] (1)以泄漏源工況、風(fēng)場(chǎng)條件為隨機(jī)性因素，定量構(gòu)建煉油裝置危險(xiǎn)氣體泄漏場(chǎng)景 集，場(chǎng)景集每個(gè)場(chǎng)景用i表示，i e [ 1，I ]。采用歷史氣象數(shù)據(jù)獲得風(fēng)場(chǎng)的風(fēng)速風(fēng)向聯(lián)合分布 概率，獲取設(shè)備泄漏發(fā)生概率，從而獲得泄漏場(chǎng)景發(fā)生的近似概率；
[0070] (2)本專利采用CFD三維數(shù)值模擬的方法來(lái)獲取符合現(xiàn)場(chǎng)裝置布局的氣體擴(kuò)散實(shí) 時(shí)濃度數(shù)據(jù)。然而精細(xì)模擬全部泄漏場(chǎng)景將耗費(fèi)大量計(jì)算成本。以研究裝置為例，采用高性 能計(jì)算機(jī)(CPU:Core i7-4790@3.6GHz，八核;RAM:32GB)進(jìn)行單泄漏場(chǎng)景300秒的FLUENT模 擬所需CPU Time約合23小時(shí)。在精細(xì)模擬前，有必要通過(guò)場(chǎng)景優(yōu)選降低計(jì)算成本。
[0071] 場(chǎng)景優(yōu)選方法:采用Pasquill-Gifford模型估算各泄漏場(chǎng)景下穩(wěn)態(tài)時(shí)不同位置上 的危險(xiǎn)氣彳水濃度。
[0072]
[0073]式中，C x，y，z為坐標(biāo)x，y，z上的氣體濃度，mg/m3;Q為連續(xù)穩(wěn)態(tài)源質(zhì)量流速，mg/s; ~、δζ分別為橫向和垂直擴(kuò)散系數(shù)。H為泄漏源相對(duì)于地面的高度，m;u為風(fēng)速，m/s。
[0074]針對(duì)有毒氣體，利用毒物劑量-反應(yīng)模型劃定暴露30min內(nèi)死亡概率Pe (〇，1 ]的急 性中毒危險(xiǎn)區(qū)域。可燃?xì)怏w則依據(jù)可燃濃度范圍劃定可燃?xì)庠品秶?br>[0075]毒物劑量-反應(yīng)模型公式如下：
[0076]
[0077]
[0078]式中，Y為概率變量;A，B為毒物的性質(zhì)常數(shù);η為濃度指數(shù);t為暴露時(shí)間，min; Pd為 概率或百分?jǐn)?shù);w是一個(gè)積分變量。
[0079] 針對(duì)有毒氣體，以急性中毒危險(xiǎn)區(qū)域面積表征該場(chǎng)景的后果嚴(yán)重程度。針對(duì)可燃 氣體，以可燃?xì)庠企w積表征該場(chǎng)景的后果嚴(yán)重程度?；趫?chǎng)景后果嚴(yán)重程度及發(fā)生概率定 義無(wú)量綱的場(chǎng)景風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)，作為泄漏場(chǎng)景風(fēng)險(xiǎn)相對(duì)大小的判斷依據(jù)。
[0080]
[0081 ]式中，Ri為場(chǎng)景i的風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)，RiG (〇, I) ;Pi為第i個(gè)場(chǎng)景的發(fā)生概率;Ci為場(chǎng)景i的 后果嚴(yán)重程度;N為泄漏場(chǎng)景總數(shù)。
[0082]將場(chǎng)景按照?qǐng)鼍帮L(fēng)險(xiǎn)指數(shù)降序排列，取前I個(gè)場(chǎng)景組成泄漏場(chǎng)景集，使得該I個(gè)場(chǎng) 景的風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)之和
達(dá)到0.95。
[0083] (3)建立該煉油裝置的最優(yōu)精細(xì)三維CH)模型，依據(jù)相關(guān)氣體檢測(cè)報(bào)警儀高度和間 距設(shè)置規(guī)定，在預(yù)設(shè)高度平鋪設(shè)置監(jiān)測(cè)點(diǎn)，作為泄漏檢測(cè)報(bào)警儀的布置的備選點(diǎn)；
[0084] (4)采用該三維CFD模型，對(duì)泄漏場(chǎng)景集各場(chǎng)景進(jìn)行數(shù)值模擬，記錄監(jiān)測(cè)點(diǎn)氣體擴(kuò) 散濃度。然后根據(jù)危險(xiǎn)氣體報(bào)警濃度閾值，計(jì)算各監(jiān)測(cè)點(diǎn)在給場(chǎng)景下的檢測(cè)報(bào)警時(shí)間； [0085] (5)針對(duì)可燃?xì)怏w，依據(jù)可燃濃度范圍劃定可燃?xì)庠品秶?，以可燃?xì)庠企w積表征可 燃?xì)怏w泄漏場(chǎng)景i的實(shí)時(shí)后果嚴(yán)重程度D1U)。針對(duì)有毒氣體泄漏，結(jié)合毒物劑量-反應(yīng)模型 采用式定義有毒氣體泄漏場(chǎng)景i的實(shí)時(shí)后果嚴(yán)重程度D 1U)。由于CH)三維模擬獲得各泄漏 場(chǎng)景的實(shí)時(shí)濃度場(chǎng)在空間與時(shí)間上均為離散化的。因此需將毒物劑量-反應(yīng)模型公式近似 表示為·
[0086]
[0087] 式中，F(xiàn)/為備選點(diǎn)j在泄漏t時(shí)刻的概率變量;t為暴露時(shí)間，min; △ T為時(shí)間間隔， min; A，B為毒物的性質(zhì)常數(shù);η為濃度指數(shù);C為備選點(diǎn)j在泄漏τ時(shí)刻的濃度。
[0088]
[0089] 式中，為備選點(diǎn)j在泄漏t時(shí)刻的死亡概率;w是一個(gè)積分變量。
[0090]
[0091] 式中，D1U)為第i個(gè)場(chǎng)景在泄漏t時(shí)刻的后果嚴(yán)重程度;J為備選點(diǎn)總數(shù)；AS為網(wǎng) 格點(diǎn)代表單位面積。
[0092] (6)針對(duì)每個(gè)泄漏場(chǎng)景，根據(jù)報(bào)警儀達(dá)到報(bào)警閾值的時(shí)間先后順序，最多在R個(gè)梯 級(jí)上各分派一個(gè)報(bào)警儀檢測(cè)泄漏氣體。分派報(bào)警儀所處的級(jí)用re [0，R]表示，r = 〇表示第 一個(gè)達(dá)到報(bào)警閾值的位置，r=l表示第二個(gè)達(dá)到報(bào)警閾值的位置，以此類推。只有在最先達(dá) 到報(bào)警閾值的r個(gè)報(bào)警儀均發(fā)生危險(xiǎn)失效的情況下，才取第r級(jí)報(bào)警儀達(dá)到報(bào)警閾值的時(shí)間 為場(chǎng)景泄漏時(shí)間t。為降低報(bào)警儀的安全失效概率，設(shè)定在R個(gè)報(bào)警儀梯級(jí)中只有k個(gè)報(bào)警儀 均報(bào)警才能對(duì)一個(gè)泄漏場(chǎng)景進(jìn)行確認(rèn)。假設(shè)報(bào)警儀不可用的概率均為q，且各報(bào)警儀相對(duì)獨(dú) 立，則在k 〇〇(R+l)表決邏輯下，報(bào)警儀在r級(jí)成功檢測(cè)的概率為：
[0093]
[0094] 其中，Prk表示在k〇〇(R+l)表決邏輯下，報(bào)警儀在r級(jí)成功檢測(cè)的概率;q表示報(bào)警儀 不可用的概率；(',： 1 n表示r中選r-k+Ι的組合數(shù)。
[0095] 說(shuō)明：
[0096] ①報(bào)警儀所處的級(jí)r的說(shuō)明：第一個(gè)達(dá)到報(bào)警閾值的報(bào)警儀所處的級(jí)r = 0,第二個(gè) 達(dá)到報(bào)警閾值的報(bào)警儀所處的級(jí)r= 1。以此類推，第R+1個(gè)達(dá)到報(bào)警閾值的報(bào)警儀所處的級(jí) r = R。因此，R個(gè)報(bào)警儀梯級(jí)需要R+1個(gè)報(bào)警儀才能實(shí)現(xiàn)。
[0097] ②表決邏輯k〇〇(R+l)(設(shè)定在R個(gè)報(bào)警儀梯級(jí)中只有k個(gè)報(bào)警儀均報(bào)警才能對(duì)一個(gè) 泄漏場(chǎng)景進(jìn)行確認(rèn)。）實(shí)際上是在R+1個(gè)報(bào)警儀中有k個(gè)報(bào)警儀報(bào)警。
[0098] ③Prk表示在k〇〇(R+l)表決邏輯下，報(bào)警儀在r級(jí)成功檢測(cè)的概率。其計(jì)算說(shuō)明為：
[0099] 在表決邏輯下，報(bào)警儀在r級(jí)成功檢測(cè)，即在r+Ι個(gè)報(bào)警儀中有k個(gè)報(bào)警儀報(bào)警。這 就意味著，在r+Ι個(gè)報(bào)警儀中有r+1-k個(gè)報(bào)警儀不可用。并且必須的，第r+Ι個(gè)報(bào)警儀是成功 報(bào)警的。因此，實(shí)際上，在r個(gè)報(bào)警儀中有r+1-k個(gè)報(bào)警儀不可用。C：· 表示r中選r-k+Ι的組 合數(shù)，即在r個(gè)報(bào)警儀中有r+1-k個(gè)報(bào)警儀不可用的組合數(shù)。
[0100] ④cTk+1表示r+1-k個(gè)報(bào)警儀不可用的概率；（l_q)k表示k個(gè)報(bào)警儀可用的概率。
[0101] (7)此外，實(shí)際存在某些備選點(diǎn)在某場(chǎng)景下始終未達(dá)到報(bào)警閾值或者各級(jí)報(bào)警儀 均發(fā)生失效的情況，從而導(dǎo)致優(yōu)化方案出現(xiàn)場(chǎng)景檢測(cè)失敗的情況。為此，對(duì)該情況下的泄漏 后果賦予一個(gè)較大的懲罰值Dmax, i。
[0102] (8)綜上所述，考慮可靠性和表決邏輯的單個(gè)泄漏場(chǎng)景實(shí)時(shí)后果可表示為：
[0103]
[0104] 式中，t1>r為在場(chǎng)景i下第r級(jí)備選點(diǎn)達(dá)到報(bào)警閾值的時(shí)間;D1U1JSty時(shí)刻場(chǎng)景 i的后果。
[0105] (9)以煉油裝置氣體檢測(cè)報(bào)警儀選址布置決策風(fēng)險(xiǎn)最小化為優(yōu)化目標(biāo)，可以實(shí)現(xiàn) 最優(yōu)布置方案在眾多場(chǎng)景下綜合表現(xiàn)最優(yōu)的方案。但是會(huì)出現(xiàn)場(chǎng)景后果的長(zhǎng)尾分布，即某 些場(chǎng)景由于發(fā)生概率較小，在優(yōu)化時(shí)對(duì)其風(fēng)險(xiǎn)削減不足，但場(chǎng)景一旦發(fā)生其后果極其嚴(yán)重， 其風(fēng)險(xiǎn)同樣不容忽視。引入投資風(fēng)險(xiǎn)管理中的CVaR模型，建立煉油裝置氣體泄漏報(bào)警儀布 置定量?jī)?yōu)化的CVaR模型。
[0106] 在任意確定的檢測(cè)報(bào)警儀布置方案;;下，表征泄漏場(chǎng)景后果嚴(yán)重程度的 的函數(shù)。在離散場(chǎng)景描述下，
[0107]
[0108]
[0109]
[0110] 式中，0Di '（X)的累積分布函數(shù)；C J,表示在布置方案：下，泄漏后果Di ' (X)小于d的場(chǎng)景集合。
[0111] 在置信水平α下，CvaR模型目標(biāo)函數(shù)可表示為：
[0112]
[0113]
[0114]
[0115]
[0116]
[0117]
[0118]
[0119]
[0120]
[0121] 式中，i為泄漏場(chǎng)景編號(hào)；I為泄漏場(chǎng)景總數(shù);P1為第i個(gè)場(chǎng)景的發(fā)生概率；j為報(bào)警 儀布置備選點(diǎn)編號(hào);L 1S在場(chǎng)景i下達(dá)到報(bào)警閾值的布置備選點(diǎn)集合;為在場(chǎng)景i下第j 個(gè)備選點(diǎn)達(dá)到報(bào)警閾值的時(shí)間為時(shí)刻場(chǎng)景i的各級(jí)后果;X偽布置方案的二元 決策向量，取1表示該備選點(diǎn)布置報(bào)警儀，取〇則表示該備選點(diǎn)不布置報(bào)警儀;Yi, j,r表示備選 點(diǎn)j在r級(jí)檢測(cè)場(chǎng)景i時(shí)為1，否則為0;p為報(bào)警儀布置數(shù)量約束。
[0122] (10)通過(guò)求解CVaR模型，獲得最優(yōu)的CVaRa值；以布置決策風(fēng)險(xiǎn)最小為優(yōu)化目標(biāo)， 以最優(yōu)的CVaR a值以及報(bào)警儀布置數(shù)量為約束條件，以報(bào)警儀布置備選點(diǎn)的選擇與否作為 二元決策變量，建立考慮條件風(fēng)險(xiǎn)值的煉油裝置氣體檢測(cè)報(bào)警儀選址優(yōu)化模型。
[0123] 優(yōu)化模型：
[0124]
[0125]
[0126]
[0127]
[0128]
[0129]
[0130]
[0131]
[0132]
[0133] (11)采用啟發(fā)式算法中的粒子群算法對(duì)上述優(yōu)化模型進(jìn)行求解，在備選檢測(cè)點(diǎn)中 選出最優(yōu)布置方案。
[0134] 上述雖然對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】進(jìn)行了描述，但并非對(duì)本發(fā)明保護(hù)范圍的限 制，所屬領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該明白，在本發(fā)明的技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本領(lǐng)域技術(shù)人員不需要付 出創(chuàng)造性勞動(dòng)即可做出的各種修改或變形仍在本發(fā)明的保護(hù)范圍以內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種考慮條件風(fēng)險(xiǎn)值的煉油裝置氣體檢測(cè)報(bào)警儀選址優(yōu)化方法，其特征是，包括以 下步驟： (1) 以泄漏源工況、風(fēng)場(chǎng)條件為隨機(jī)性因素，定量構(gòu)建煉油裝置危險(xiǎn)氣體泄漏可能發(fā)生 的場(chǎng)景，采用歷史氣象數(shù)據(jù)獲得風(fēng)場(chǎng)的風(fēng)速風(fēng)向聯(lián)合分布概率，獲取設(shè)備泄漏發(fā)生概率，從 而獲得泄漏場(chǎng)景發(fā)生的近似概率； (2) 采用Pasquill-Gifford模型估算各泄漏場(chǎng)景下穩(wěn)態(tài)時(shí)不同位置上的危險(xiǎn)氣體濃 度，根據(jù)危險(xiǎn)氣體濃度確定每一個(gè)泄漏場(chǎng)景的后果嚴(yán)重程度;基于場(chǎng)景后果嚴(yán)重程度及發(fā) 生概率定義無(wú)量綱的場(chǎng)景風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)； 將場(chǎng)景按照?qǐng)鼍帮L(fēng)險(xiǎn)指數(shù)降序排列，取前I個(gè)場(chǎng)景組成泄漏場(chǎng)景集，使得該I個(gè)場(chǎng)景的 風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)之和達(dá)到設(shè)定值； (3) 建立該煉油裝置的最優(yōu)精細(xì)三維CH)模型，依據(jù)相關(guān)氣體檢測(cè)報(bào)警儀高度和間距設(shè) 置規(guī)定，在預(yù)設(shè)高度平鋪設(shè)置監(jiān)測(cè)點(diǎn)，作為泄漏檢測(cè)報(bào)警儀的布置的備選點(diǎn)； (4) 利用所述三維CH)模型，對(duì)泄漏場(chǎng)景集各場(chǎng)景進(jìn)行數(shù)值模擬，記錄監(jiān)測(cè)點(diǎn)氣體擴(kuò)散 濃度，根據(jù)危險(xiǎn)氣體報(bào)警濃度閾值，計(jì)算各監(jiān)測(cè)點(diǎn)在各場(chǎng)景下的檢測(cè)報(bào)警時(shí)間； (5) 根據(jù)不同泄漏場(chǎng)景的泄漏氣體化學(xué)性質(zhì)的不同，分別確定泄漏氣體在泄漏場(chǎng)景i下 的實(shí)時(shí)后果嚴(yán)重程度； (6) 針對(duì)每個(gè)泄漏場(chǎng)景，根據(jù)報(bào)警儀達(dá)到報(bào)警閾值的時(shí)間先后順序，最多在R個(gè)梯級(jí)上 各分派一個(gè)報(bào)警儀檢測(cè)泄漏氣體;確定在k〇〇(R+l)表決邏輯下的報(bào)警儀在r級(jí)成功檢測(cè)的 概率;其中，r為報(bào)警儀所處的級(jí)，r G [ 〇，R]; (7) 對(duì)于某場(chǎng)景下始終未達(dá)到報(bào)警閾值或者各級(jí)報(bào)警儀均發(fā)生失效的情況，賦予一個(gè) 懲ill值； 確定考慮報(bào)警儀表決邏輯以及懲罰值的單個(gè)泄漏場(chǎng)景實(shí)時(shí)后果嚴(yán)重程度； (8) 建立煉油裝置氣體泄漏報(bào)警儀布置定量?jī)?yōu)化的CVaR模型，以報(bào)警儀布置數(shù)量為約 束條件，以報(bào)警儀布置備選點(diǎn)的選擇與否作為二元決策變量，在置信水平a下，求解最優(yōu)的 CVaRa 值； (9) 以布置決策風(fēng)險(xiǎn)最小為優(yōu)化目標(biāo)，以最優(yōu)的CVaRa值以及報(bào)警儀布置數(shù)量為約束條 件，以報(bào)警儀布置備選點(diǎn)的選擇與否作為二元決策變量，建立考慮條件風(fēng)險(xiǎn)值的煉油裝置 氣體檢測(cè)報(bào)警儀選址優(yōu)化模型； 對(duì)優(yōu)化模型進(jìn)行求解，在備選檢測(cè)點(diǎn)中選出最優(yōu)布置方案。2. 如權(quán)利要求1所述的一種考慮條件風(fēng)險(xiǎn)值的煉油裝置氣體檢測(cè)報(bào)警儀選址優(yōu)化方 法，其特征是，所述步驟（1)中，每個(gè)泄漏場(chǎng)景包括泄漏源位置、泄漏源孔徑、泄漏流速、風(fēng) 速、風(fēng)向和該場(chǎng)景的發(fā)生頻率。3. 如權(quán)利要求1所述的一種考慮條件風(fēng)險(xiǎn)值的煉油裝置氣體檢測(cè)報(bào)警儀選址優(yōu)化方 法，其特征是，所述步驟(4)中， 針對(duì)可燃?xì)怏w泄漏，依據(jù)可燃濃度范圍劃定可燃?xì)庠品秶?，以可燃?xì)庠企w積表征可燃 氣體泄漏場(chǎng)景i的實(shí)時(shí)后果嚴(yán)重程度； 針對(duì)有毒氣體泄漏，結(jié)合毒物劑量-反應(yīng)模型關(guān)系式定義有毒氣體泄漏場(chǎng)景i的實(shí)時(shí)后 果嚴(yán)重程度。4. 如權(quán)利要求3所述的一種考慮條件風(fēng)險(xiǎn)值的煉油裝置氣體檢測(cè)報(bào)警儀選址優(yōu)化方 法，其特征是，所述有毒氣體泄漏場(chǎng)景i的實(shí)時(shí)后果嚴(yán)重程度具體為：其中，DKt)為第i個(gè)場(chǎng)景在泄漏t時(shí)刻的后果嚴(yán)重程度;J為備選點(diǎn)總數(shù)；AS為網(wǎng)格點(diǎn)代 表單位面積； 為備選點(diǎn)j在泄漏t時(shí)刻的死亡概率。5. 如權(quán)利要求1所述的一種考慮條件風(fēng)險(xiǎn)值的煉油裝置氣體檢測(cè)報(bào)警儀選址優(yōu)化方 法，其特征是，所述步驟(5)中，設(shè)定在R個(gè)報(bào)警儀梯級(jí)中只有k個(gè)報(bào)警儀均報(bào)警才能對(duì)一個(gè) 泄漏場(chǎng)景進(jìn)行確認(rèn)。6. 如權(quán)利要求1所述的一種考慮條件風(fēng)險(xiǎn)值的煉油裝置氣體檢測(cè)報(bào)警儀選址優(yōu)化方 法，其特征是，假設(shè)報(bào)警儀不可用的概率均為q，且各報(bào)警儀相對(duì)獨(dú)立，則在k 〇〇(R+l)表決邏 輯下，報(bào)警儀在r級(jí)成功檢測(cè)的概率為：其中，Prk表示在k〇〇(R+l)表決邏輯下，報(bào)警儀在r級(jí)成功檢測(cè)的概率;q表示報(bào)警儀不可 用的概率#:^1表示r中選r-k+1的組合數(shù)。7. 如權(quán)利要求1所述的一種考慮條件風(fēng)險(xiǎn)值的煉油裝置氣體檢測(cè)報(bào)警儀選址優(yōu)化方 法，其特征是，所述步驟(6)中，確定考慮報(bào)警儀表決邏輯以及懲罰值的單個(gè)泄漏場(chǎng)景實(shí)時(shí) 后果嚴(yán)重程度具體為：其中，t1>r為在場(chǎng)景i下第r級(jí)備選點(diǎn)達(dá)到報(bào)警閾值的時(shí)間;Ddty)為t1>r時(shí)刻場(chǎng)景i的后 果;Prk表示在k〇〇(R+l)表決邏輯下，報(bào)警儀在r級(jí)成功檢測(cè)的概率;D max>1為懲罰值。8. 如權(quán)利要求1所述的一種考慮條件風(fēng)險(xiǎn)值的煉油裝置氣體檢測(cè)報(bào)警儀選址優(yōu)化方 法，其特征是，建立的氣體檢測(cè)報(bào)警儀選址布置優(yōu)化模型具體為：其中，i為泄漏場(chǎng)景編號(hào)；I為泄漏場(chǎng)景總數(shù);Pi為第i個(gè)場(chǎng)景的發(fā)生概率;j為報(bào)警儀布置 備選點(diǎn)編號(hào);1^為在場(chǎng)景i下達(dá)到報(bào)警閾值的布置備選點(diǎn)集合;為在場(chǎng)景i下第j個(gè)備選 點(diǎn)達(dá)到報(bào)警閾值的時(shí)間;DKt^)為時(shí)刻場(chǎng)景i的各級(jí)后果。9. 如權(quán)利要求1所述的一種考慮條件風(fēng)險(xiǎn)值的煉油裝置氣體檢測(cè)報(bào)警儀選址優(yōu)化方 法，其特征是，建立的氣體檢測(cè)報(bào)警儀選址布置優(yōu)化模型約束條件具體為：其中，r表示備選點(diǎn)j在r級(jí)檢測(cè)場(chǎng)景i時(shí)為1，否則為0;p為報(bào)警儀布置數(shù)量約束;& 為布置方案的二元決策向量，取1表示該備選點(diǎn)布置報(bào)警儀，取〇則表示該備選點(diǎn)不布置報(bào) 警儀；i為泄漏場(chǎng)景編號(hào)；I為泄漏場(chǎng)景總數(shù)；j為報(bào)警儀布置備選點(diǎn)編號(hào);1^為在場(chǎng)景i下達(dá) 到報(bào)警閾值的布置備選點(diǎn)集合。10.如權(quán)利要求1所述的一種考慮條件風(fēng)險(xiǎn)值的煉油裝置氣體檢測(cè)報(bào)警儀選址優(yōu)化方 法，其特征是，煉油裝置氣體泄漏報(bào)警儀布置定量?jī)?yōu)化的CVaR模型具體為：其中，i為泄漏場(chǎng)景編號(hào)；I為泄漏場(chǎng)景總數(shù);Pi為第i個(gè)場(chǎng)景的發(fā)生概率;a為置信水平； D^U)為考慮報(bào)警儀表決邏輯以及懲罰值的單個(gè)泄漏場(chǎng)景實(shí)時(shí)后果嚴(yán)重程度;d為在置信 水平a下，D^x)的分為點(diǎn)；為D^x)的累積分布函數(shù);表示在布置方案;;下，泄 漏后果V Kx)小于d的場(chǎng)景集合。
【文檔編號(hào)】G06F17/50GK106055803SQ201610392279
【公開(kāi)日】2016年10月26日
【申請(qǐng)日】2016年6月2日
【發(fā)明人】章博, 王志剛, 賈艷, 趙日彬, 楊敬
【申請(qǐng)人】中國(guó)石油大學(xué)(華東)