一种油气爆炸临界参数分析方法

文档序号:5960584
专利名称:一种油气爆炸临界参数分析方法
技术领域
本发明涉及爆炸测试技术领域,具体涉及一种油气爆炸临界参数分析方法。
背景技术
油罐是油料的重要储存装置,由于油料的易燃易爆性及油罐的受限空间特点,近年来,由于油气爆炸所导致的油罐事故不断发生,研究油气爆炸发生的临界参数对油罐安全防护具有重要意义。油气爆炸的基本条件是必须存在油气和氧气,油气是指从油料挥发或逸出而生成的气体,主要是气态的C1-C6等烃类碳氢化合物,具体组分与油料品种、环境温度有关。当油罐内油气与空气(或氧气)在一定浓度范围内均匀混合时遇到火源发生爆炸的浓度范围称为爆炸浓度极限(简称为爆炸极限,包括爆炸下限和爆炸上限),爆炸极限受临界氧气含 量(即在爆炸范围边缘发生爆炸的混合气体所需要氧浓度的临界值)影响。虽然通过爆炸测试装置能够测试出油气爆炸发生某一时点的爆炸极限和临界氧气含量实验数据,但是这些实验数据是非连续的,而且数量有限。因此,还需要通过对实验数据进行数据分析和挖掘,最终得到事故预测的模型,用来预测油气与氧气等混合气体爆炸的范围,以指导对危险油气环境进行控制和改变,达到主动防护的目的。在数据分析中,与油气安全直接相关的就是爆炸点与非爆炸点的区分,预测中有两类错误。第一类错误属于爆炸点,但是并被模型判定未爆炸区域;第二类错误属于非爆炸点,但是却被模型判定在爆炸区域。建模的目的是尽力的减小这两类误差,但是第一类错误在本项目中是属于强回避性错误,严重涉及储备安全,因此需要尽最大可能避免。常用的建模方法有I、边界分析-逻辑回归(Logistic Regression)方法,模型有明确的概率表达式,但是准确率较差,适合无数据累积型的决策系统。2、边界分析-错误加权-支持向量机(Support Vector Machines-SVM)方法,准确率要高,但无显示表达,适合数据不断更新的学习型决策系统。3、样条拟合(Spline)方法,只适合进行简单数据处理。

发明内容
本发明的发明目的在于针对现有技术的不足,提供了一种通过分析和挖掘有限的实验数据得到油气爆炸事故预测模型的方法,该方法能够根据安全需求和防护成本需求控制第一类错误发生概率,同时尽量减小第二类错误发生概率。本发明技术的技术方案是这样实现的一种油气爆炸临界参数分析方法,其特征在于包括以下分析步骤(一)以油气浓度(HC)为横坐标、氧气浓度(02)为纵坐标建立直角坐标系,将所有实验数据按爆炸和未爆炸分类建立坐标点集;
(二)考察爆炸点集,从而进行安全线外边界的样条拟合,根据曲线可以确定曲线边界;(三)采用边界分析-错误加权-支持向量机方法对不同氧气浓度下的数据进行处理,得到局部氧气浓度下相应的停止值、安全值和预警值;(四)采用样条拟合和支持向量机方法将局部氧气浓度下相应的停止值、安全值和预警值处理成三条曲线连续形式。本发明所述的油气爆炸临界参数分析方法,其所述三条曲线连续形式为在不同油气浓度下的爆炸与非爆炸区域整体边界的三条控制曲线a)、预警曲线,当实测的油气浓度和氧气浓度的坐标点位于预警曲线上方时,系统处于极度危险状态;b)、安全曲线,系统启动两相快速惰化使实测的油气浓度和氧气浓度的坐标点位·于该曲线时,系统处于危险状态;C)、停止曲线,当实测的油气浓度和氧气浓度的坐标点位于该曲线时,系统处于安全状态。本发明所述的油气爆炸临界参数分析方法,其采用分类分析模型,从各个局部区域给出各预警、安全、停止区间,然后综合给出整体的分类区间,即采用支持向量机方法,在不同的氧气浓度下,通过设定不同的分类误差标准,得到相应情况下所对应的停止值、安全值和预警值。本发明所述的油气爆炸临界参数分析方法,其在分类分析中,对氧浓度进行划分,具体分为 10% 11%,11% 12%,12% 13%,13% 14%,14% 15%,15% 16%,16% 17%,17% 18%,18% 19%,19% 20%,20%_21%。本发明利用油气爆炸临界状态下测试出的油气浓度和氧气浓度的数据,分别建立了预警曲线、安全曲线以及停止曲线,通过三条控制曲线的分布,由当前实测的油气浓度和氧气浓度值与三条控制曲线的位置关系,能够准确的知道当前系统处于的状态,而且通过对三条控制曲线的分析,可以在一定程度上,兼顾安全性与实际工业操作的经济效益,在保证安全的前提下,节约安全控制成本。


图I是实验数据中的爆炸下限点与非爆炸上限点分布图。图2是爆炸最低点与非爆炸最高点曲线拟合示意图。图3是绝对安全上限分段样条拟合示意图。图4是绝对爆炸下限拟合示意图。图5是爆炸与非爆炸混合区域密集曲线拟合示意图。图6是氧气浓度处于11%_12%时对应控制曲线的示意图。图7是氧气浓度处于14%_15%时对应控制曲线的示意图。图8是所有数据及三条控制曲线示意图。
具体实施例方式下面结合附图,对本发明作详细的说明。
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白,以下结合附图及实施例,对本发明技术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用以解释本发明,并不用于限定本发明。一种油气爆炸临界参数分析方法,包括以下分析步骤(一)以油气浓度(HC)为横坐标、氧气浓度(02)为纵坐标建立直角坐标系,将实验数据按爆炸和未爆炸分类建立坐标点集,如图I所示。(二)考察爆炸点集,从而进行安全线外边界的样条拟合,根据曲线可以确定曲线边界,如图2所示。根据曲线可以发现当油气HC ( O. 5%,无论氧气多少,混合气体处于无法点燃状态。当氧气彡10. 6%及以下时,无论HC多少,混合气体无法点燃。
HC的爆炸的上下限随氧气的升高而逐渐变宽。(三)采用边界分析-错误加权-支持向量机方法对不同氧气浓度下的数据进行处理,得到局部氧气浓度下相应的停止值、安全值和预警值。采用分类分析模型,从各个局部区域给出各预警、安全、停止区间,然后综合给出整体的分类区间,即采用支持向量机方法,在不同的氧气浓度下,通过设定不同的分类误差标准,得到相应情况下所对应的停止值、安全值和预警值。在分类分析中,对氧浓度进行划分,具体分为 10% 11%,11% 12%,12% 13%,13% 14%,14% 15%,15% 16%,16% 17%, 17% 18%, 18% 19%, 19% 20%, 20%_21%。以下给出两个区间分析11%_12%和14%_15%作为示例。如图3所示,为氧气浓度处于11%_12%时对应控制曲线的示意图,图中对应的三条控制曲线,内侧为预警曲线,中间为安全曲线,外侧为停止曲线,所有爆炸点均位于停止曲线内部。下表给出了不同氧气浓度下对应的停止值、安全值和预警值
权利要求
1.一种油气爆炸临界参数分析方法,其特征在于包括以下分析步骤 (一)以油气浓度(He)为横坐标、氧气浓度(02)为纵坐标建立直角坐标系,将所有实验数据按爆炸和未爆炸分类建立坐标点集; (二)考察爆炸点集,从而进行安全线外边界的样条拟合,根据曲线可以确定曲线边界; (三)采用边界分析-错误加权-支持向量机方法对不同氧气浓度下的数据进行处理,得到局部氧气浓度下相应的停止值、安全值和预警值; (四)采用样条拟合和支持向量机方法将局部氧气浓度下相应的停止值、安全值和预警值处理成三条曲线连续形式。
2.根据权利要求I所述的油气爆炸临界参数分析方法,其特征在于所述三条曲线连续形式为在不同油气浓度下的爆炸与非爆炸区域整体边界的三条控制曲线 a)、预警曲线,当实测的油气浓度和氧气浓度的坐标点位于预警曲线上方时,系统处于极度危险状态; b)、安全曲线,系统启动两相快速惰化使实测的油气浓度和氧气浓度的坐标点位于该曲线时,系统处于危险状态; C)、停止曲线,当实测的油气浓度和氧气浓度的坐标点位于该曲线时,系统处于安全状态。
3.根据权利要求I或2所述的油气爆炸临界参数分析方法,其特征在于采用分类分析模型,从各个局部区域给出各预警、安全、停止区间,然后综合给出整体的分类区间,即采用支持向量机方法,在不同的氧气浓度下,通过设定不同的分类误差标准,得到相应情况下所对应的停止值、安全值和预警值。
4.根据权利要求3所述的油气爆炸临界参数分析方法,其特征在于在分类分析中,对氧浓度进行划分,具体分为10% 11%, 11% 12%, 12% 13%, 13% 14%, 14% 15%, 15% 16%, 16% 17%,17% 18%,18% 19%,19% 20%,20%_21%。
全文摘要
本发明公开了一种油气爆炸临界参数分析方法,其目的是采用数据拟合的方法对实验数据进行建模,得到在不同油气浓度下的爆炸与非爆炸区域整体边界的三条控制曲线预警曲线、安全曲线以及停止曲线。本发明利用油气爆炸临界状态下测试出的相关数据,分别建立预警曲线、安全曲线以及停止曲线,通过三条控制曲线的分布,由当前实测的油气浓度和氧气浓度值与三条控制曲线的位置关系,能够准确的知道当前系统处于的状态,而且通过对三条控制曲线的分析,可以在一定程度上,兼顾安全性与实际工业操作的经济效益,在保证安全的前提下,节约安全控制成本。
文档编号G01N33/22GK102901804SQ20121041339
公开日2013年1月30日 申请日期2012年10月25日 优先权日2012年10月25日
发明者汪映标, 申立勇, 吴明军 申请人:四川威特龙消防设备有限公司
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