一种山洞油库油气危险源分级预警方法
【专利摘要】本发明公开了一种山洞油库油气危险源分级预警方法，确定分级预警的阈值，表明不同的温度、湿度、油蒸汽浓度、氧气浓度范围内着火的概率、着火强度不同，结合实验数据及规律性结论划分不同的极限区间，以此确定分级预警；实现了针对山洞油库油气危险源分级的预警。本发明的方法简单，操作方便，弥补了国内缺少针对山洞油库油气危险源分级预警方法的空白，为山洞油库油料的储存提供了参考的依据。
【专利说明】一种山洞油库油气危险源分级预警方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于油气预警【技术领域】，尤其涉及一种山洞油库油气危险源分级预警方 法。
【背景技术】
[0002] 石油产品是典型的易燃易爆物质，稍有不慎就会发生油气混合物爆炸，造成重大 人员伤亡和巨额财产损失，同时对环境造成严重污染。国内外每年因油气爆炸而引发的各 种安全事故数不胜数，这些事故的频繁发生，引起了研究人员对油气爆炸的广泛关注。爆炸 极限是评定油气爆炸危险的主要指标，也是确定油库潜在危险性环境和规范人的安全行为 的必要依据，科学地掌握和应用爆炸极限对油气安全具有重要的实际意义。自1875年英国 发生城市煤气管道爆炸以来，关于可燃气体爆炸极限的研究，尤其是下限值，它是危化品储 存场所进行安全监控和预警的基础。最早提出测定气体与可燃蒸气的爆炸极限的是美国矿 山局的Coward及Jon,在1956年发表的《气体和蒸气燃烧范围》，目前关于气体爆炸极限的 研究结果仅在相关文献资料上给出单一阀值，研究成果主要汇编在《石油化工防火防爆手 册》中，比如该手册提供的油气（汽油）的爆炸极限下限值1. 3%，实际十几年的油气爆炸 研究发现，油料着火爆炸上下限很多情况下已经低于此值，且受环境条件的影响极大，单一 的阈值显然不合理，分级预警的阈值依赖于此项研究。
[0003] 山洞油库危险源的特殊性在于复杂环境条件，高湿、绝热、洞库结构复杂容易形成 爆炸受限空间，洞库内储油罐聚集，稍有通风不善容易油气聚集，达到爆炸条件。而油气爆 炸属于气体爆炸，但是其爆炸的复杂性（涉及多学科交叉领域，影响因素多，机理、关键科 学问题复杂），在危险源爆炸极限研究领域除本研究团队及少数科研院所外几乎无资料可 查，更不用说在分级预警技术的研究，可供参考只能是工业易燃易爆气体。
【发明内容】
[0004] 本发明实施例的目的在于提供一种山洞油库油气危险源分级预警方法，旨在解决 现有国内缺少针对山洞油库油气危险源分级预警方法的问题。
[0005] 本发明实施例是这样实现的，一种山洞油库油气危险源分级预警方法，该山洞油 库油气危险源分级预警方法包括以下步骤：
[0006] 步骤一，确定分级预警的阈值，针对山洞油库的特殊环境确定爆炸极限，确定分级 预警的阈值；确定分级预警的阈值包括：不同环境温度条件下的油气爆炸极限确定、氧气 浓度极限确定；
[0007] 步骤二，根据表明不同的温度、湿度、油蒸汽浓度、氧气浓度范围内着火的概率、着 火强度不同，为此结合数据及规律性结论划分不同的极限区间，以此确定分级预警。
[0008] 进一步，在步骤一中不同环境温度条件下的油气爆炸极限确定方法为：
[0009] 首先对同一温度条件下，一定油气浓度条件下进行实验与数值模拟计算，判断是 否发生爆炸，如果发生，则降低油气浓度进行实验与计算，直到发生不能发生爆炸为止，那 么油气浓度就是该环境温度条件下的着火极限，然后改变环境温度，每隔5度改变一次，重 复实验模拟计算，得到着火极限，发现环境温度影响爆炸极限较大，随着环境温度的升高， 爆炸极限是下降的，在环境温度在248K?343K条件下，油气爆炸极限的范围为1. 6%? 0· 85%。
[0010] 进一步，在步骤一中氧气浓度极限确定方法为：
[0011] 对不同油气浓度条件下的氧气浓度进行实验与数值模拟计算，判断是否发生爆 炸，如果发生，则降低氧气浓度进行数值计算，直到发生不能发生爆炸为止，那么该氧气浓 度就是该环境温度条件下的氧气爆炸极限，然后改变油气浓度，重复实验与计算，得到爆炸 极限，油气浓度的变化范围根据得到的1.6 %?0.85 %，环境温度为278K?330K，结果发 现随着环境温度的升高，油气浓度爆炸极限的下降，氧气浓度下限是下移的，在环境温度为 248K?343K条件下，油气爆炸极限为范围为1. 6%?0. 85%条件下，氧浓度下限为15%? 10. 95%。
[0012] 进一步，该山洞油库油气危险源分级预警方法具体步骤为：
[0013] 第一步，分级预警的阈值的确定：
[0014] 构建不同环境条件下开展油气爆炸极限的模拟实验系统，由爆炸装置、高速数 据采集系统、配气、点火、压力传感器组成，针对油库危险源火灾爆炸安全防护的关键因 素--油气浓度及其扩散、环境温度和湿度、氧浓度分别进行关联组合，首先完成单个油气 浓度、氧浓度、温度、湿度对油气扩散下爆炸的影响；其次在台架上完成综合因素对爆炸的 影响，通过典型油库环境下火灾爆炸动力学分析及数值仿真，得出油库火灾爆炸关键因素 的影响规律；
[0015] 不同环境温度条件下的油气爆炸极限确定：
[0016] 首先对同一温度条件下，一定油气浓度条件下进行实验与数值模拟计算，判断是 否发生爆炸，如果发生，则降低油气浓度进行实验与计算，直到发生不能发生爆炸为止，那 么油气浓度就是环境温度条件下的着火极限，然后改变环境温度，每隔5度改变一次，重 复实验模拟计算，得到着火极限，发现环境温度影响爆炸极限较大，随着环境温度的升高， 爆炸极限是下降的，在环境温度在248K?343K条件下，油气爆炸极限的范围为1. 6%? 0. 85% ；
[0017] 氧气浓度极限确定：
[0018] 其次对不同油气浓度条件下的氧气浓度进行实验与数值模拟计算，判断是否发生 爆炸，如果发生，则降低氧气浓度进行数值计算，直到发生不能发生爆炸为止，那么氧气浓 度就是该环境温度条件下的氧气爆炸极限，然后改变油气浓度，重复实验与计算，得到爆炸 极限，油气浓度的变化范围根据得到的1. 6%?0. 85%，环境温度为278K?330K，结果发 现随着环境温度的升高，油气浓度爆炸极限的下降，氧气浓度下限是下移的，在环境温度为 248K?343K条件下，油气爆炸极限为范围为1.6%?0.85%条件下，氧浓度下限为15 %? 10. 95% ；
[0019] 湿度小于30%?33% RH，油气着火的概率和着火强度明显增大，是油气着火概率 大于50%的湿度分水岭；
[0020] 第二步，油气分级预警的确定：
[0021] 表明不同的温度、湿度、油蒸汽浓度、氧气浓度范围内着火的概率、着火强度不同， 为此结合数据及规律性结论划分不同的极限区间，以此确定分级预警，即：
[0022] 油气爆炸极限与环境温度符合指数分布规律y = 442096X-2. 2679,在温度248? 348K范围内，最小爆炸下限为0. 87%，最大爆炸下限为1. 28%，环境温度高于293K，油气浓 度极限在1. 13%以下，曲线变化缓慢，大于1. 13%，则变化陡峭，火灾爆炸发生概率明显， 由此确定油气爆炸极限区间为：(0,0.87% )，（0.87%，1. 13% )，（1. 13%，1.28% );
[0023] 根据油气浓度极限与氧浓度极限关系，发现氧浓度极限随油气浓度极限的升高 有升高，大致符合多项式分布y = 142. 64x3-445. 33x2+467. 58X-152. 87,最小氧浓度爆 炸下限为10. 96 %，最大氧浓度爆炸下限为15 %，环境温度高于293K，对应的氧浓度极限 为13%，火灾爆炸发生概率明显，由此确定氧浓度爆炸极限阈值区间为：(0,10.96% )， (10. 96%, 13% ), (13%, 15% )；
[0024] 油气浓度极限区间分界点对应的温度分界点为0.87%对应248K，1. 13%对应 2931(，1.28%对应 3481(，因此以此确定区间：（248,293°〇，（2931：，348);
[0025] 表明湿度为30%?33% RH为爆炸转折点，因此划分的区间范围为：（0, 33% RH)， (33%，100% RH)。
[0026] 进一步，在第二步中，分析确定分级预警标准为：
[0027] 油气浓度Vch达到0. 2%，说明有油气泄露，为一级预警；
[0028] 油气浓度Vch达到0. 8%，V02>10. 96%，说明在环境温度248?348K，氧气充分， 出现点火能为3J的火源，有可能导致火灾爆炸，因此为二级预警；
[0029] 油气浓度Vch达到1. 13%，但是温度小于293K，湿度大于33% RH，火灾爆炸的概 率增大，为三级预警；
[0030] 油气浓度Vch达到1. 13%，温度大于293K，湿度小于33% RH，温度、湿度均超过临 界值，火灾爆炸的概率增大，为4级预警；
[0031] 油气浓度Vch达到1. 28% .即使温度低至248K，也可能发生火灾爆炸，为5级报 警。
[0032] 本发明提供的山洞油库油气危险源分级预警方法，确定分级预警的阈值，表明不 同的温度、湿度、油蒸汽浓度、氧气浓度范围内着火的概率、着火强度不同，结合实验数据及 规律性结论划分不同的极限区间，以此确定分级预警；实现了针对山洞油库油气危险源分 级的预警。本发明的方法简单，操作方便，弥补了国内缺少针对山洞油库油气危险源分级预 警方法的空白，为山洞油库油气的储存提供了参考的依据。
【专利附图】
【附图说明】
[0033] 图1是本发明实施例提供的山洞油库油气危险源分级预警方法流程图；
[0034] 图2是本发明实施例提供的不同温度条件下的爆炸极限图；
[0035] 图3是本发明实施例提供的不同温度下的氧气浓度极限图；
[0036] 图4是本发明实施例提供的不同油气浓度极限下的氧气浓度极限图。
【具体实施方式】
[0037] 为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明 进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于 限定本发明。
[0038] 下面结合附图及具体实施例对本发明的应用原理作进一步描述。
[0039] 如图1所示，本发明实施例的山洞油库油气危险源分级预警方法包括以下步骤：
[0040] S101 :确定分级预警的阈值，针对山洞油库的特殊环境确定爆炸极限，确定分级预 警的阈值；确定分级预警的阈值包括：不同环境温度条件下的油气爆炸极限确定、氧气浓 度极限确定；
[0041] S102:根据表明不同的温度、湿度、油蒸汽浓度、氧气浓度范围内着火的概率、着火 强度不同，为此结合数据及规律性结论划分不同的极限区间，以此确定分级预警。
[0042] 在步骤S101中不同环境温度条件下的油气爆炸极限确定：
[0043] 首先对同一温度条件下，一定油气浓度条件下进行实验与数值模拟计算，判断是 否发生爆炸，如果发生，则降低油气浓度进行实验与计算，直到发生不能发生爆炸为止，那 么该油气浓度就是该环境温度条件下的着火极限，然后改变环境温度，每隔5度改变一次， 重复实验模拟计算，得到着火极限，发现环境温度影响爆炸极限较大，随着环境温度的升 高，爆炸极限是下降的，在环境温度在248K?343K条件下，油气爆炸极限的范围为1.6%? 0. 85% ；
[0044] 在步骤S101中氧气浓度极限确定：
[0045] 其次对不同油气浓度条件下的氧气浓度进行实验与数值模拟计算，判断是否发生 爆炸，如果发生，则降低氧气浓度进行数值计算，直到发生不能发生爆炸为止，那么该氧气 浓度就是该环境温度条件下的氧气爆炸极限，然后改变油气浓度，重复实验与计算，得到爆 炸极限，油气浓度的变化范围根据前述得到的1. 6 %?0. 85 %，环境温度为278K?330K，研 究结果发现随着环境温度的升高，油气浓度爆炸极限的下降，氧气浓度下限是下移的，在环 境温度为248K?343K条件下，油气爆炸极限为范围为1. 6%?0. 85%条件下，氧浓度下限 为 15%?10. 95%。
[0046] 本发明的具体步骤如下：
[0047](一）分级预警的阈值的确定：
[0048]目前油气（汽油）的爆炸极限仅在相关文献资料上给出单一阀值，如《石油化工 防火防爆手册》提供的下限值1. 3%，没有考虑不同环境条件对油气爆炸极限的各种影响因 素，前期的研究发现油气爆炸极限受到油气浓度、氧浓度、环境温度、湿度的影响，因此单一 阈值作为着火判据显然是不合理的，为满足实际工程的需要，基于实验和数值仿真研究，针 对山洞油库的特殊环境确定爆炸极限，确定分级预警的阈值；
[0049] 首先构建实验台架进行爆炸极限的研究，使其符合目前IEC31H委员会有关实验 标准规定，因油料是典型多组分混合物，现有的工业气体爆炸极限测试手段不能完全满足 其爆炸极限测试分析的需要，为此构建了能在不同环境条件下开展油气爆炸极限的模拟实 验系统，主要由爆炸装置、高速数据采集系统、配气、点火、压力传感器等组成，该模拟实验 系统也可供其他相似工业可燃气体或粉尘爆炸测试使用，针对油库危险源火灾爆炸安全防 护的关键因素--油气浓度及其扩散、环境温度和湿度、氧浓度等分别进行关联组合实验， 爆炸实验在多尺度爆炸台架上进行，实验首先完成单个因素（油气浓度、氧浓度、温度、湿 度）对油气扩散下爆炸的影响；其次在台架上完成综合因素对爆炸的影响，在此基础上通 过典型油库环境下火灾爆炸动力学分析及数值仿真，得出油库火灾爆炸关键因素的影响规 律；
[0050] 1不同环境温度条件下的油气爆炸极限确定：
[0051] 首先对同一温度条件下，一定油气浓度条件下进行实验与数值模拟计算，判断 是否发生爆炸，如果发生，则降低油气浓度进行实验与计算，直到发生不能发生爆炸为 止，那么该油气浓度就是该环境温度条件下的着火极限，然后改变环境温度，每隔5度 改变一次，重复实验模拟计算，得到着火极限，研究发现环境温度影响爆炸极限较大，随 着环境温度的升高，爆炸极限是下降的，在环境温度在248K?343K条件下，油气爆炸极 限的范围为1. 6%?0. 85%，图2为不同温度条件下的爆炸极限图，符合指数分布，y = 442096x-2. 2679 ；
[0052] 2氧气浓度极限确定：
[0053] 其次对不同油气浓度条件下的氧气浓度进行实验与数值模拟计算，判断是否发生 爆炸，如果发生，则降低氧气浓度进行数值计算，直到发生不能发生爆炸为止，那么该氧气 浓度就是该环境温度条件下的氧气爆炸极限，然后改变油气浓度，重复实验与计算，得到爆 炸极限，油气浓度的变化范围根据前述得到的1. 6 %?0. 85 %，环境温度为278K?330K，研 究结果发现随着环境温度的升高，油气浓度爆炸极限的下降，氧气浓度下限是下移的，在环 境温度为248K?343K条件下，油气爆炸极限为范围为1. 6%?0. 85%条件下，氧浓度下限 为 15%?10. 95% ;
[0054] 图3为不同温度下的氧气浓度极限图，氧浓度极限随环境温度的升高有下降趋 势，符合多项式分布 y = -3Ε-05χ3+0· 0257x2-8. 426χ+933· 35 ;
[0055] 图4为不同油气浓度极限下的氧气浓度极限图，氧浓度极限随油气浓度极限的升 高有升高趋势，符合多项式分布 y = 142. 64x3-445. 33x2+467. 58χ-152. 87, R2 = 0. 9691 ;
[0056] 从上面的图可以看出，随着环境温度的升高，爆炸所需的氧气和油气都会减少，也 就是所，在较高温度下，即使浓度的氧和油气较低也有可能导致爆炸，
[0057] 3湿度对油气爆炸极限影响分析；
[0058] 油气混合物中参有水蒸气时，反应机理有很大改变，研究发现无水蒸气时温度、压 力比含饱和水的突变上升速度快，发生爆炸的时间早，说明无水时更容易起爆，根据对比无 水和含饱和水时发生爆炸时的温度、压力、反应速度对比，发现湿度的增加明显增加了起爆 难度、阻碍了爆炸的发展，尤其是湿度小于30%?33% RH，油气着火的概率和着火强度明 显增大，是油气着火概率大于50%的湿度分水岭；
[0059] 二油气分级预警技术方案确定：
[0060] 前述研究表明不同的温度、湿度、油蒸汽浓度、氧气浓度范围内着火的概率、着火 强度不同，为此结合实验数据及规律性结论划分不同的极限区间，以此确定分级预警，即：
[0061] 1根据爆炸极限与温度的关系如图2,可以发现，油气爆炸极限与环境温度符合指 数分布规律y = 442096X-2. 2679,在温度248?348K范围内，最小爆炸下限为0. 87%， 最大爆炸下限为1. 28%，环境温度高于293K，油气浓度极限在1. 13%以下，曲线变化缓 慢，大于1. 13%，则变化陡峭，火灾爆炸发生概率明显，由此确定油气爆炸极限区间为：(0， 0. 87% ), (0. 87%, 1. 13% ), (1. 13%, 1. 28% )；
[0062] 2根据油气浓度极限与氧浓度极限关系如图3,发现氧浓度极限随油气浓度极限 的升高有升高，大致符合多项式分布y = 142. 64x3-445. 33x2+467. 58X-152. 87,，最小氧 浓度爆炸下限为10.96%，最大氧浓度爆炸下限为15%，环境温度高于293K，其对应的 氧浓度极限为13%，火灾爆炸发生概率明显，，由此确定氧浓度爆炸极限阈值区间为：(0， 10. 96% )，（10. 96%，13% )，（13%，15% );
[0063] 3油气浓度极限区间分界点对应的温度分界点为0. 87%对应248K，1. 13%对应 2931(，1.28%对应 3481(，因此以此确定区间：（248,293°〇，（2931：，348);
[0064] 4实验表明湿度为30 %?33 % RH为爆炸转折点，因此划分的区间范围为： (0, 33% RH), (33% , 100% RH)；
[0065] 前述表明在氧充足的情况下，油气是否爆炸主要取决于油气浓度，只有当氧含量 不充足时，油气爆炸下限才受到氧浓度的影响，因此确定主要以油气浓度为主要分级参数， 基于以上分析确定分级预警标准为：
[0066] a)油气浓度Vch达到0. 2%，说明有油气泄露，为一级预警；
[0067] b)油气浓度Vch达到0. 8%，V02>10. 96%，说明在环境温度248?348K，氧气充 分，出现点火能为3J的火源，有可能导致火灾爆炸，因此为二级预警；
[0068] c)油气浓度Vch达到1. 13%，但是温度小于293K，湿度大于33% RH，火灾爆炸的 概率增大，为三级预警；
[0069] d)油气浓度Vch达到1. 13%，温度大于293K，湿度小于33% RH，温度、湿度均超过 临界值，火灾爆炸的概率增大，为4级预警；
[0070] 油气浓度Vch达到1. 28% .即使温度低至248K，也可能发生火灾爆炸，为5级报 警。
[0071] 以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精 神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【权利要求】
1. 一种山洞油库油气危险源分级预警方法，其特征在于，该方法基于实验与数值模拟 结果所得的爆炸极限随环境温度变化规律，以及获得的不同的环境温度、油气浓度、氧浓 度、湿度区间内油气发生火灾爆炸的概率、强度不同的特点，确立了以油气浓度的大小为主 线，受氧浓度、环境温度、湿度影响的山洞油库油气危险源的分级预警标准，以此标准判断 洞库发生火灾爆炸的概率大小，根据的概率的大小制定预警的级别， 该山洞油库油气危险源的分级预警方法的确立过程为首先确定了油气爆炸极限，氧气 浓度极限不是单一的阈值，而是受多种特征参数影响的变值，然后根据爆炸极限变化的拐 点确定了油气危险源分级预警的区间，第三根据划分的环境温度区间、油气浓度区间、氧浓 度区间，湿度区间内油气发生火灾爆炸的概率、强度不同，确定了以油气浓度为主线，氧浓 度、环境温度、湿度影响为辅线的预警火灾爆炸的预警标准，最后以此标准判断洞库发生火 灾爆炸的概率大小，根据的概率的大小制定预警的级别，包括以下步骤： 步骤一，确定分级预警的阈值，针对山洞油库的特殊环境确定爆炸极限，确定分级预警 的阈值；确定分级预警的阈值包括：不同环境温度条件下的油气爆炸极限确定、氧气浓度 极限确定； 步骤二，根据表明不同的温度、湿度、油蒸汽浓度、氧气浓度范围内着火的概率、着火强 度不同，为此结合数据及规律性结论划分不同的极限区间，以此确定分级预警。
2. 如权利要求1所述的山洞油库油气危险源分级预警方法，其特征在于，步骤一中确 定油气爆炸极限，基于实验与数值模拟结果发现油气爆炸极限不是单一阈值，而是随环境 温度变化而变化的变值；在洞库特殊的环境温度248K?343K范围内，油气爆炸极限的范围 为1.6%?0.85%，不同环境温度条件下的油气爆炸极限确定方法为 ： 首先对同一温度条件下，一定油气浓度条件下进行实验与数值模拟计算，判断是否发 生爆炸，如果发生，则降低油气浓度进行实验与计算，直到发生不能发生爆炸为止，那么油 气浓度就是该环境温度条件下的着火极限，然后改变环境温度，每隔2-5度改变一次，重 复实验模拟计算，得到着火极限，发现环境温度影响爆炸极限较大，随着环境温度的升高， 爆炸极限是下降的，在环境温度在248K?343K条件下，油气爆炸极限的范围为1. 6%? 0· 85%。
3. 如权利要求1或2所述的山洞油库油气危险源分级预警方法，其特征在于，步骤一中 氧气浓度极限不是单一阈值；基于实验与数值模拟结果发现在环境温度248K?343K对应 的油气爆炸极限范围1.6%?0.85%内，氧浓度下限随油气爆炸极限变化而变化，氧气浓 度下限范围为15%?10.95% ;氧气浓度极限确定方法为： 对不同油气浓度条件下的氧气浓度进行实验与数值模拟计算，判断是否发生爆炸，如 果发生，则降低氧气浓度进行实验与数值计算，直到发生不能发生爆炸为止，那么该氧气浓 度就是该环境温度条件下的氧气爆炸极限，然后改变油气浓度，重复实验与计算，得到爆炸 极限，油气浓度的变化范围根据得到的1. 6 %?0. 85 %，环境温度为278K?330K，结果发 现随着环境温度的升高，油气浓度爆炸极限的下降，氧气浓度下限同样是下移的，在环境温 度为248K?343K条件下，油气爆炸极限为范围为1. 6%?0. 85%条件下，氧浓度下限为 15%?10. 95%。
4. 如权利要求1或2所述的山洞油库油气危险源分级预警方法，步骤二中确定湿度 对爆炸概率的影响在于：基于实验结果发现了山洞油库特殊的环境温湿度条件下，湿度为 30%?33% RH为爆炸转折点；湿度的影响的确定方法为： 实验在环境温度、油气浓度相同的情况下，通过向实验空间内喷水，再用专用装置烘 烤空间，同时温湿度测试仪连续测量记录测出实验空间内的湿度值，把湿度控制在设定范 围内；选择8种湿度作为湿度变量；同样的实验条件，重复实验5次，观测油气是否着火爆 炸，5次实验中，如果有一次着火发生，认为该湿度条件下油气能够着火爆炸；从而得出着 火临界湿度；实验结果表明：在山洞油库特殊的环境温湿度范围内，油蒸汽浓度在0.8%? 2. 0 %，湿度为30 %?33 % RH为爆炸转折点，湿度低于该值，爆炸概率、爆炸强度明显增加， 是油气着火概率大于50%的湿度分水岭。
5.如权利要求1所述的山洞油库油气危险源分级预警方法，确定山洞油库油气危险 源分级预警方法的特征在于：首先通过实验与数值模拟发现了油蒸汽浓度极限、氧气浓度 极限变化的规律，然后根据爆炸极限变化规律曲线的拐点确定了油气危险源分级预警的区 间；该山洞油库油气危险源分级预警方法具体步骤为： 第一步，分级预警的阈值的确定： 构建不同环境条件下开展油气爆炸极限的模拟实验系统，由爆炸装置、高速数据采集 系统、配气、点火、压力传感器组成，针对油库危险源火灾爆炸安全防护的关键因素-油气 浓度及其扩散、环境温度和湿度、氧浓度分别进行关联组合，首先完成单个油气浓度、氧浓 度、温度、湿度对油气扩散下爆炸的影响；其次在台架上完成综合因素对爆炸的影响，通过 典型油库环境下火灾爆炸动力学分析及数值仿真，得出油库火灾爆炸关键因素的影响规 律； 不同环境温度条件下的油气爆炸极限确定： 首先对同一温度条件下，一定油气浓度条件下进行实验与数值模拟计算，判断是否发 生爆炸，如果发生，则降低油气浓度进行实验与计算，直到发生不能发生爆炸为止，那么油 气浓度就是环境温度条件下的着火极限，然后改变环境温度，每隔2 - 5度改变一次，重 复实验模拟计算，得到着火极限，发现环境温度影响爆炸极限较大，随着环境温度的升高， 爆炸极限是下降的，在环境温度在248K?343K条件下，油气爆炸极限的范围为1. 6%? 0. 85% ； 氧气浓度极限确定： 其次对不同油气浓度条件下的氧气浓度进行实验与数值模拟计算，判断是否发生爆 炸，如果发生，则降低氧气浓度进行实验与数值计算，直到发生不能发生爆炸为止，那么氧 气浓度就是该环境温度条件下的氧气爆炸极限，然后改变油气浓度，重复实验与计算，得到 爆炸极限，油气浓度的变化范围根据得到的1.6 %?0.85 %，环境温度为278K?330K，结 果发现随着环境温度的升高，油气浓度爆炸极限的下降，氧气浓度下限是下移的，在环境温 度为248K?343K条件下，油气爆炸极限为范围为1. 6%?0. 85%条件下，氧浓度下限为 15%?10. 95% ; 湿度对油气爆炸的影响的确定： 湿度小于30%?33% RH，油气着火的概率和着火强度明显增大，是油气着火概率大于 50 %的湿度分水岭； 第二步，油气分级预警的确定： 表明不同的温度、湿度、油蒸汽浓度、氧气浓度范围内着火的概率、着火强度不同，为此 结合数据及规律性结论划分不同的极限区间，以此确定分级预警，即： 油气爆炸极限与环境温度符合指数分布规律y = 442096X-2. 2679,在温度248?348K 范围内，最小爆炸下限为〇. 87%，最大爆炸下限为1. 28%，环境温度高于293K，油气浓度极 限在1. 13%以下，曲线变化缓慢，大于1. 13%，则变化陡峭，火灾爆炸发生概率明显，由此 确定油气爆炸极限区间为：(〇,〇· 87% )，（0· 87%，1. 13% )，（1. 13%，1. 28% ); 根据油气浓度极限与氧浓度极限关系，发现氧浓度极限随油气浓度极限的升高有升 高，大致符合多项式分布y = 142. 64x3-445. 33x2+467. 58X-152. 87,最小氧浓度爆炸下限 为10. 96 %，最大氧浓度爆炸下限为15 %，环境温度高于293K，对应的氧浓度极限为13%， 火灾爆炸发生概率明显，由此确定氧浓度爆炸极限阈值区间为：(〇, 10. 96% )，（10. 96%， 13% ), (13%,15% )； 油气浓度极限区间分界点对应的温度分界点为〇. 87%对应248K，1. 13%对应293K， 1.28%对应 3481(，因此以此确定区间：（248,293°〇，（2931：，348); 湿度为30 %?33% RH为爆炸转折点，因此划分的区间范围为：(0,33% RH)， (33%，100% RH)。
6.如权利要求5所述的山洞油库油气危险源分级预警方法，确定分级预警标准特征在 于：基于划分的环境温度区间、油气浓度区间、氧浓度区间，湿度区间内油气发生火灾爆炸 的概率不同，确定了以油气浓度主线，氧浓度、环境温度、湿度影响为辅线的预警火灾爆炸 的标准；在第二步中，分析确定分级预警标准为 ： 油气浓度Vch达到0. 2%，说明有油气泄露，为一级预警； 油气浓度Vch达到0. 8%，V02>10. 96%，说明在环境温度248?348K，氧气充分，出现 点火能为3J的火源，有可能导致火灾爆炸，因此为二级预警； 油气浓度Vch达到1. 13 %，但是温度小于293K，湿度大于33% RH，火灾爆炸的概率增 大，为三级预警； 油气浓度Vch达到1. 13 %，温度大于293K，湿度小于33 % RH，温度、湿度均超过临界 值，火灾爆炸的概率增大，为4级预警； 油气浓度Vch达到1. 28% ;即使温度低至248K，也可能发生火灾爆炸，为5级报警。
【文档编号】G01N33/28GK104090089SQ201410315194
【公开日】2014年10月8日 申请日期:2014年7月3日 优先权日:2014年7月3日
【发明者】蒋新生, 欧益宏, 周建忠, 王冬, 周琳莉, 钱海兵, 梁建军, 杜扬, 薛松 申请人:中国人民解放军后勤工程学院