本發(fā)明屬于氣體擴(kuò)散安全工程，特別涉及一種h2s泄漏擴(kuò)散范圍預(yù)測(cè)方法和系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、h2s氣體泄漏是石油石化工業(yè)生產(chǎn)開發(fā)的重要災(zāi)害之一，且具有隱蔽性強(qiáng)、事發(fā)突然和危害性大的特征，一旦泄漏硫化氫大面積擴(kuò)散可能造成急性的重大人員傷亡事故，嚴(yán)重威脅現(xiàn)場(chǎng)工作人員，甚至可能造成公眾傷害。h2s氣體泄漏往往是突發(fā)性的，導(dǎo)致泄漏時(shí)間、泄漏地點(diǎn)和泄漏環(huán)境均具有不確定性。

2、因此，在突發(fā)情況下，以最短的時(shí)間確定未知泄漏源，以進(jìn)一步確定應(yīng)急疏散區(qū)域和安全距離，為應(yīng)急決策提供依據(jù)是非常必要的。傳統(tǒng)的h2s氣體泄漏的預(yù)測(cè)預(yù)警大多是基于點(diǎn)式傳感器，點(diǎn)式傳感器監(jiān)測(cè)范圍小、容易漏報(bào)；h2s氣體泄漏的預(yù)測(cè)預(yù)警較少考慮線性傳感器，但是線性傳感器測(cè)量范圍大，能夠更為快捷的獲得h2s氣體泄漏信息，因此開展基于線性傳感器的h2s泄漏擴(kuò)散范圍預(yù)測(cè)是非常必要和有意義的。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對(duì)上述問(wèn)題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：一種h2s泄漏擴(kuò)散范圍預(yù)測(cè)方法，所述方法包括以下步驟：在預(yù)測(cè)發(fā)生泄漏區(qū)域設(shè)置多個(gè)不同傳感器；根據(jù)預(yù)測(cè)發(fā)生泄漏區(qū)域氣象信息和h2s質(zhì)量分?jǐn)?shù)，計(jì)算不同傳感器的預(yù)測(cè)濃度值；根據(jù)不同傳感器的預(yù)測(cè)濃度值設(shè)置目標(biāo)函數(shù)，獲取泄漏點(diǎn)位置和氣體質(zhì)量釋放速度；根據(jù)非穩(wěn)態(tài)瞬時(shí)點(diǎn)源煙團(tuán)迭加模型，對(duì)泄漏點(diǎn)位置和氣體質(zhì)量釋放速度擴(kuò)散模擬，得到h2s泄漏擴(kuò)散范圍。

2、進(jìn)一步地，所述在預(yù)測(cè)發(fā)生泄漏區(qū)域設(shè)置多個(gè)不同傳感器包括：在預(yù)測(cè)發(fā)生泄漏區(qū)域布置多個(gè)點(diǎn)式和線式h2s傳感器，并對(duì)多個(gè)點(diǎn)式和線式h2s傳感器進(jìn)行編號(hào)，點(diǎn)式傳感器的編號(hào)為di，坐標(biāo)為(xdi，ydi，zdi)；線式傳感器的編號(hào)為si，坐標(biāo)為(x1si，y1si，z1si)和(x2si，y2si，z2si)，i表示不同傳感器的數(shù)量，i＝1,2……n；獲取每個(gè)點(diǎn)式傳感器的測(cè)量濃度值cdi和線式傳感器的測(cè)量濃度值csi。

3、進(jìn)一步地，所述發(fā)生泄漏區(qū)域氣象信息包括大氣穩(wěn)定度、風(fēng)速、風(fēng)向。

4、進(jìn)一步地，根據(jù)預(yù)測(cè)發(fā)生泄漏區(qū)域氣象信息和h2s質(zhì)量分?jǐn)?shù)，計(jì)算不同傳感器的預(yù)測(cè)濃度值包括：將預(yù)測(cè)發(fā)生泄漏區(qū)域大氣穩(wěn)定度、風(fēng)速、風(fēng)向和h2s質(zhì)量分?jǐn)?shù)輸入至計(jì)算模型中，計(jì)算點(diǎn)式傳感器的預(yù)測(cè)濃度值為：

5、

6、其中，yh2s為h2s占泄漏氣體的質(zhì)量分?jǐn)?shù)；qm為氣體質(zhì)量釋放速度；hr為泄漏源的高度；u為環(huán)境風(fēng)速；σx*、σy*、σz*分別為風(fēng)場(chǎng)的下風(fēng)方向、側(cè)風(fēng)方向和垂直方向的擴(kuò)散系數(shù)，和大氣穩(wěn)定度相關(guān)；x*、y*、z*為考慮風(fēng)向和泄漏源不在原點(diǎn)(x0，y0，z0)后，旋轉(zhuǎn)和平移后新的相對(duì)坐標(biāo)；

7、x*＝(x-x0)cosθ+(y-y0)sinθ；

8、y*＝(y-y0)cosθ-(x-x0)sinθ；

9、z*＝z0。

10、進(jìn)一步地，根據(jù)預(yù)測(cè)發(fā)生泄漏區(qū)域氣象信息和h2s質(zhì)量分?jǐn)?shù)，計(jì)算不同傳感器的預(yù)測(cè)濃度值包括：將預(yù)測(cè)發(fā)生泄漏區(qū)域大氣穩(wěn)定度、風(fēng)速、風(fēng)向和h2s質(zhì)量分?jǐn)?shù)輸入至計(jì)算模型中，計(jì)算線式傳感器的預(yù)測(cè)濃度值為：cl1、cl2、……cln表示第1、2、n個(gè)線式傳感器的預(yù)測(cè)濃度值；

11、第j個(gè)線式傳感器的預(yù)測(cè)濃度值clj(xj,yj,zj)為：

12、

13、將線性傳感器切割為n段，第j段的中心位置點(diǎn)坐標(biāo)(xj*，yj*，zj*)為：

14、

15、

16、

17、其中，為h2s占泄漏氣體的質(zhì)量分?jǐn)?shù)；qm為氣體質(zhì)量釋放速度；hr為泄漏源的高度；u為環(huán)境風(fēng)速；σxj*、σyj*、σzj*分別為風(fēng)場(chǎng)的下風(fēng)方向、側(cè)風(fēng)方向和垂直方向的擴(kuò)散系數(shù)；(x0，y0，z0)為假設(shè)泄漏源位于原點(diǎn)，泄漏點(diǎn)在坐標(biāo)系中的坐標(biāo)。

18、進(jìn)一步地，根據(jù)不同傳感器的預(yù)測(cè)濃度值設(shè)置目標(biāo)函數(shù)，獲取泄漏點(diǎn)位置和氣體質(zhì)量釋放速度包括：當(dāng)泄漏點(diǎn)位置和氣體質(zhì)量釋放速度qm確定時(shí)，采用窮舉法設(shè)置目標(biāo)函數(shù)w為：其中，cdi和csi分別為點(diǎn)式傳感器、線式傳感器的測(cè)量濃度值，和分別為點(diǎn)式傳感器、線式傳感器的預(yù)測(cè)濃度值，n為點(diǎn)式傳感器的數(shù)量，m為線式傳感器的數(shù)量；當(dāng)目標(biāo)函數(shù)w最小時(shí)，對(duì)應(yīng)的泄漏點(diǎn)位置和氣體質(zhì)量釋放速度qm作為采用窮舉法獲取泄漏點(diǎn)位置和氣體質(zhì)量釋放速度結(jié)果。

19、進(jìn)一步地，根據(jù)不同傳感器的預(yù)測(cè)濃度值設(shè)置目標(biāo)函數(shù)，獲取泄漏點(diǎn)位置和氣體質(zhì)量釋放速度包括：當(dāng)泄漏點(diǎn)位置和氣體質(zhì)量釋放速度qm不確定時(shí)，采用粒子群法設(shè)置目標(biāo)函數(shù)，包括：初始化每個(gè)粒子的泄漏點(diǎn)位置和氣體質(zhì)量釋放速度qm；根據(jù)泄漏點(diǎn)位置和氣體質(zhì)量釋放速度qm，計(jì)算每個(gè)粒子的目標(biāo)函數(shù)w；計(jì)算每個(gè)粒子的個(gè)體最優(yōu)解；計(jì)算粒子組成群落的全局最優(yōu)解；根據(jù)個(gè)體最優(yōu)解和全局最優(yōu)解對(duì)目標(biāo)函數(shù)中泄漏點(diǎn)位置和氣體質(zhì)量釋放速度qm進(jìn)行更新；判斷更新后的泄漏點(diǎn)位置和氣體質(zhì)量釋放速度qm是否滿足設(shè)定條件，若滿足設(shè)定條件，則輸出更新后的泄漏點(diǎn)位置和氣體質(zhì)量釋放速度qm；若不滿足設(shè)定條件，則返回重新根據(jù)泄漏點(diǎn)位置和氣體質(zhì)量釋放速度qm，計(jì)算每個(gè)粒子的目標(biāo)函數(shù)w。

20、進(jìn)一步地，假設(shè)在一個(gè)4維的目標(biāo)搜索空間中，由n個(gè)粒子組成一個(gè)群落；則初始化第i個(gè)粒子的泄漏點(diǎn)位置為則初始化后的氣體質(zhì)量釋放速度qm表示為：i＝1,2,3……n；

21、第i個(gè)粒子的飛行速度vi：vi＝(vi1,vi2,vi3,vi4)；

22、第i個(gè)粒子迄今為止搜索到的最優(yōu)位置為個(gè)體最優(yōu)解pbest：

23、pbest＝(pi1,pi2,pi3,pi4)；

24、整個(gè)粒子群迄今為止搜索到的最優(yōu)位置為全局最優(yōu)解gbest：

25、gbest＝(pg1,pg2,pg3,pg4)；

26、每個(gè)粒子追隨當(dāng)前的最優(yōu)粒子在解空間中運(yùn)動(dòng)，并根據(jù)速度變換公式和位置變換公式更新自己的速度和位置，其中，速度變換公式為：

27、vid(t+1)＝wvid(t)+c1r1(pid-aid(t))+c2r2(pgd-aid(t))；

28、位置變換公式為：

29、aid(t+1)＝aid(t)+vid(t+1)；

30、其中，w為慣性權(quán)值；c1和c2為學(xué)習(xí)因子，分別反映粒子的自我學(xué)習(xí)能力和向群體最優(yōu)粒子學(xué)習(xí)的能力；r1、r2為[0,1]的均勻隨機(jī)數(shù)；vi取值范圍為[-vmax,vmax]，vmax為設(shè)定常量，表示限制粒子的速度。

31、進(jìn)一步地，根據(jù)非穩(wěn)態(tài)瞬時(shí)點(diǎn)源煙團(tuán)迭加模型，對(duì)泄漏點(diǎn)位置和氣體質(zhì)量釋放速度擴(kuò)散模擬，得到h2s泄漏擴(kuò)散范圍包括：根據(jù)非穩(wěn)態(tài)瞬時(shí)點(diǎn)源煙團(tuán)迭加模型，對(duì)泄漏點(diǎn)位置和氣體質(zhì)量釋放速度擴(kuò)散模擬，非穩(wěn)態(tài)瞬時(shí)點(diǎn)源煙團(tuán)迭加模型將連續(xù)泄漏當(dāng)作連續(xù)的瞬時(shí)泄漏，某時(shí)刻空間某點(diǎn)處的h2s濃度等于該時(shí)刻所釋放出來(lái)的所有煙團(tuán)在該空間點(diǎn)的h2s濃度之和；即：

32、

33、其中，為h2s占泄漏氣體的質(zhì)量分?jǐn)?shù)；qm為氣體質(zhì)量釋放速度；hr為泄漏源的高度；u為環(huán)境風(fēng)速；σx*、σy*、σz*分別為風(fēng)場(chǎng)的下風(fēng)方向、側(cè)風(fēng)方向和垂直方向的擴(kuò)散系數(shù)；x*、y*、z*分別表示坐標(biāo)變換后的位置；t表示某時(shí)刻；c'd(x,y,z)表示某時(shí)刻空間位置坐標(biāo)點(diǎn)(x，y，z)處的h2s濃度。

34、此外，本發(fā)明還提供了一種h2s泄漏擴(kuò)散范圍預(yù)測(cè)系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括設(shè)置模塊、計(jì)算模塊、獲取模塊和擴(kuò)散模擬模塊；設(shè)置模塊用于在預(yù)測(cè)發(fā)生泄漏區(qū)域設(shè)置多個(gè)不同傳感器；計(jì)算模塊用于根據(jù)預(yù)測(cè)發(fā)生泄漏區(qū)域氣象信息和h2s質(zhì)量分?jǐn)?shù)，計(jì)算不同傳感器的預(yù)測(cè)濃度值；獲取模塊用于根據(jù)不同傳感器的預(yù)測(cè)濃度值設(shè)置目標(biāo)函數(shù)，獲取泄漏點(diǎn)位置和氣體質(zhì)量釋放速度；擴(kuò)散模擬模塊用于根據(jù)非穩(wěn)態(tài)瞬時(shí)點(diǎn)源煙團(tuán)迭加模型，對(duì)泄漏點(diǎn)位置和氣體質(zhì)量釋放速度擴(kuò)散模擬，得到h2s泄漏擴(kuò)散范圍。

35、本發(fā)明提出的一種h2s泄漏擴(kuò)散范圍預(yù)測(cè)方法和系統(tǒng)，能夠有效解決現(xiàn)有點(diǎn)式傳感器監(jiān)測(cè)范圍小、容易漏報(bào)、h2s預(yù)警能力不足等問(wèn)題；該方法基于線性傳感器設(shè)計(jì)，線性傳感器監(jiān)測(cè)范圍大，利用線性傳感器信息進(jìn)行反演泄漏源信息，能夠進(jìn)一步提升預(yù)測(cè)的精度。同時(shí)，該h2s泄漏擴(kuò)散范圍預(yù)測(cè)方法和系統(tǒng)，可以在安全工程中的氣體擴(kuò)散技術(shù)領(lǐng)域進(jìn)行應(yīng)用，能推動(dòng)h2s監(jiān)測(cè)預(yù)警技術(shù)的發(fā)展，有助于h2s泄漏風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警和應(yīng)急處置決策，降低h2s泄漏導(dǎo)致的人員傷亡。

36、本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點(diǎn)將在隨后的說(shuō)明書中闡述，并且，部分地從說(shuō)明書中變得顯而易見，或者通過(guò)實(shí)施本發(fā)明而了解。本發(fā)明的目的和其他優(yōu)點(diǎn)可通過(guò)在說(shuō)明書以及附圖來(lái)實(shí)現(xiàn)和獲得。