基于风险的火灾探测覆盖率评估方法与流程

本发明涉及一种基于风险的火灾探测覆盖率评估方法。

背景技术：

火气系统fgs(firealarmandgasdetectorsystem)是石油天然气、石油化工、煤化工等行业的重要安全保障设施之一，对降低由于易燃易爆、有毒物质和气体的各类泄漏或暴露所造成的潜在火灾、爆炸灾害，具有重要意义。

若火气系统中火灾探测器数量不充分、布置不合理、发生误警报等，会导致工作人员不能及时发现工艺异常现象，最终引起大的火灾爆炸事故。探测覆盖率作为火气系统的特征参数，直接影响系统的功能有效性。有研究表明，在探测覆盖率95％的条件下，硬件配置达到sil3(pfdavg＝9.9×10-4)的系统，实际的风险削减能力仅为5.09×10-2，相当于sil1的水平。由此可见，对于火气系统而言，抛开探测覆盖率而单纯追求硬件的高可靠性是没有意义的。如果现场探测设备覆盖率不足，配备再高的火气系统也未必能有效削减现场小的火灾事故导致的严重火灾爆炸风险。

文献“基于fgs风险模型定量分析探测效果【石油化工自动化automationinpetro-chemicalindustry2011年05期issn：1007-7324】”中，对探测器覆盖率对火气系统的影响，但没有对探测覆盖率的评估方法进行介绍。

cn103226733a一种浮式生产储油船火灾气体探测器的优化布置方法中提到一种探测器覆盖率v的计算方法：

vi＝si/s(i＝1,2,3)

式中vi是v1为探测器两个覆盖面及以上的覆盖率，v2为探测器一个覆盖面的覆盖率，v3为探测器盲区(零个覆盖面，即探测器探测不到的区域)的覆盖率；si是s1，s2和s3分别为探测器两个覆盖面及以上、一个覆盖面和盲区的区域面积；s是危险区域的总面积。

文献fpso火灾气体探测器的优化布置研究【石油与天然气化工chemicalengineeringofoil&gas2013年03期issn：1007-3426】中提出一种探测器覆盖率v的计算公式，与专利cn103226733a的方法一致。

上述专利中采用的计算方法是：假设一个危险区s，在危险区内布置若干数量的探测器，并假定探测器的保护半径，计算探测器的覆盖率。此种计算方法存在以下三个问题：

(1)对于探测器的保护半径，在开阔空间，不存在阻碍物的时候，探测器可以有效的探测保护半径内的火灾泄漏事故，但对于工艺装置区等复杂环境下，设备纵横交错布置，对于阻碍物后方发生的泄漏事故，即使此泄漏发生在探测器保护半径内，也可能由于设备的阻碍导致探测失败，使得探测器保护半径内出现探测盲区。

(2)该计算方法中探测器的保护半径是其所在高度的二维平面，只有当火灾泄漏事故发生在探测器所在的高度时，该探测覆盖率是准确的，若火灾泄漏事故发生在探测器上方或者下方，也可能探测不到泄漏事故的发生。

(3)装置操作压力和温度、腐蚀检测、工艺稳定性、设备维护保养的不同，会使得装置发生失效事故的频率不同，该计算方法没有考虑装置运行状态对探测覆盖率的影响。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是现有火灾探测覆盖率计算方法不能适应石油石化工艺区多装置等复杂环境、不能考虑装置运行状态的问题，提供一种新的基于风险的火灾探测覆盖率评估方法，具有能适应石油石化工艺区多装置等复杂环境、考虑装置运行状态的优点。

为解决上述问题，本发明采用的技术方案如下：一种基于风险的火灾探测覆盖率评估方法，包括如下步骤：

(1)建立需要评估的工艺装置区的三维物理模型；

(2)划分泄漏段位；

(3)识别各泄漏段位存在的易发生火灾事故的薄弱点；

(4)对识别出的每个薄弱点，计算不同泄漏孔径下的泄漏频率；

(5)考虑不同火焰喷射方向，构成可信的泄漏事故场景；

(6)在三维物理模型和可信的事故场景基础上，采用三维火灾计算方法，分别计算不同泄漏孔径下各个火灾场景下烟雾的扩散和热辐射对周边设备的影响情况；

(7)在各个火灾探测器所在位置设置监测点，监测各探测器处烟雾浓度和热辐射变化情况，当探测器感应到烟雾和热辐射的参数变化时，则判定该事故场景能够被探测器所探测到，统计能够探测到不同泄漏孔径下泄漏事故的场景数；

(8)计算此火气系统火灾探测覆盖率。

上述技术方案中，优选地，根据工艺流程图、危险物料类型、工艺装置运行条件划分泄漏段位。

上述技术方案中，优选地，不同种类的泄漏孔径包括微孔、小孔、中孔、大孔，不同种类的泄漏孔径的种类数为p，根据薄弱点的设备种类、操作压力和温度、腐蚀检测、工艺稳定性、设备维护保养，计算微孔、小孔、中孔、大孔泄漏孔径下的泄漏频率，分别为a，b，c，d。

上述技术方案中，优选地，识别各泄漏段位存在的易发生火灾事故的薄弱点，数量为n。

上述技术方案中，优选地，考虑包括东、西、南、北、上、下的q种火焰喷射方向，构成可信的泄漏事故场景。

上述技术方案中，优选地，在三维物理模型和可信的事故场景基础上，采用基于cfd技术的三维火灾计算方法，分别计算不同泄漏孔径下各个火灾场景下烟雾的扩散和热辐射对周边设备的影响情况，该计算方法考虑阻碍物对烟雾运动扩散和热辐射传播的影响。

上述技术方案中，优选地，在各个火灾探测器所在位置设置监测点，监测各探测器处烟雾浓度和热辐射变化情况，当探测器感应到烟雾和热辐射的参数变化时，则判定该事故场景能够被探测器所探测到，统计能够探测到微孔、小孔、中孔、大孔的泄漏事故的场景数分别为m1，m2，m3，m4。

上述技术方案中，优选地，火气系统火灾探测覆盖率v的计算公式为：v＝(m1*a+m2*b+m3*c+m4*d)/[(a+b+c+d)*n*p*q]。

本发明的目的是针对现有火灾探测覆盖率计算方法不能适应石油石化工艺区多装置等复杂环境、不能考虑装置运行状态的特点，提出一种基于风险的火灾探测覆盖率评估方法，该评估方法可以考虑装置区内阻碍物对火灾探测覆盖率的影响，同时考虑设备运行状态对探测覆盖率的影响。本发明可以考虑装置区内阻碍物和装置设备运行状态对火灾探测覆盖率的影响，在石油石化等现场装置多且布置错综复杂的环境下，有效的对火灾探测覆盖率进行评估，计算准确率高，取得了较好的技术效果。

附图说明

图1为本发明所述方法的流程示意图。

下面通过实施例对本发明作进一步的阐述，但不仅限于本实施例。

具体实施方式

【实施例1】

一种基于风险的火灾探测覆盖率评估方法，如图1所示，包括如下步骤：

1、利用三维工具，建立需要评估的工艺装置区的三维物理模型；

2、根据装置的工艺流程图(pi&d图)、危险物料类型、工艺装置运行条件(温度、压力、液位)等划分泄漏段位；

3、识别各泄漏段位存在的易发生火灾事故的薄弱点(数量为n)；

4、对识别出的每个薄弱点，考虑包括但不限于微孔、小孔、中孔、大孔等p种泄漏孔径。根据薄弱点的设备种类、操作压力和温度、腐蚀检测、工艺稳定性、设备维护保养等，计算微孔、小孔、中孔、大孔等泄漏孔径下的泄漏频率，分别为a，b，c，d。

5、考虑包括但不限于东、西、南、北、上、下等q种火焰喷射方向，构成可信的泄漏事故场景。

6、在三维物理模型和可信的事故场景基础上，采用基于cfd(计算流体力学)技术的三维火灾计算方法，分别计算微孔、小孔、中孔、大孔等p种孔径下各个火灾场景下烟雾的扩散和热辐射对周边设备的影响情况，该计算方法考虑阻碍物对烟雾运动扩散和热辐射传播的影响。

7、在各个火灾探测器所在位置设置监测点，监测各探测器处烟雾浓度和热辐射变化情况，当探测器感应到烟雾和热辐射的参数变化时，则判定该事故场景能够被探测器所探测到，统计能够探测到微孔、小孔、中孔、大孔等泄漏事故的场景数分别为m1，m2，m3，m4。

8、计算此火气系统火灾探测覆盖率v，其计算公式为：

v＝(m1*a+m2*b+m3*c+m4*d)/[(a+b+c+d)*n*p*q]

【实施例2】

一种基于风险的火灾探测覆盖率评估方法，如图1所示，包括如下步骤：

1、利用三维工具，建立需要评估的工艺装置区的三维物理模型；

2、根据硫磺回收装置的工艺流程图(pi&d图)、危险物料类型、工艺装置运行条件(温度、压力、液位)等划分泄漏段位，如表1；

表1泄漏段位划分

3、识别各泄漏段位存在的易发生火灾事故的薄弱点(数量为8)；

4、对识别出的每个薄弱点，考虑包括但不限于微孔、小孔、中孔、大孔等4种泄漏孔径。根据薄弱点的设备种类、操作压力和温度、腐蚀检测、工艺稳定性、设备维护保养等，计算微孔、小孔、中孔、大孔等泄漏孔径下的泄漏频率，分别为3×10^-3，1×10^-4，5×10^-4，2×10^-5。

5、考虑包括但不限于东、西、南、北、上、下等6种火焰喷射方向，构成可信的泄漏事故场景。

6、在三维物理模型和可信的事故场景基础上，采用基于cfd技术的三维火灾计算方法，分别计算微孔、小孔、中孔、大孔等p种孔径下各个火灾场景下烟雾的扩散和热辐射对周边设备的影响情况，该计算方法考虑阻碍物对烟雾运动扩散和热辐射传播的影响。

7、在各个火灾探测器所在位置设置监测点，监测各探测器处烟雾浓度和热辐射变化情况，当探测器感应到烟雾和热辐射的参数变化时，则判定该事故场景能够被探测器所探测到，统计能够探测到微孔、小孔、中孔、大孔等泄漏事故的场景数分别为5，20，38，6。

8、计算此火气系统火灾探测覆盖率v，其计算公式为：

v＝(m1*a+m2*b+m3*c+m4*d)/[(a+b+c+d)*n*p*q]

将相应的数据带入公式，可以计算得到v＝5.31％。

【实施例3】

一种基于风险的火灾探测覆盖率评估方法，如图1所示，包括如下步骤：

1、利用三维工具，建立需要评估的工艺装置区的三维物理模型；

2、根据丙烯气体分离装置装置的工艺流程图(pi&d图)、危险物料类型、工艺装置运行条件(温度、压力、液位)等划分泄漏段位，如表2.

表2泄漏段位划分

3、识别各泄漏段位存在的易发生火灾事故的薄弱点(数量为4)；

4、对识别出的每个薄弱点，考虑包括但不限于微孔、小孔、中孔、大孔、断裂等5种泄漏孔径。根据薄弱点的设备种类、操作压力和温度、腐蚀检测、工艺稳定性、设备维护保养等，计算微孔、小孔、中孔、大孔、断裂等泄漏孔径下的泄漏频率，分别为2×10^-3，3×10^-4，1×10^-5，5×10^-5，1×10^-6。

5、考虑包括但不限于东、西、南、北、上、下等8种火焰喷射方向，构成可信的泄漏事故场景。

6、在三维物理模型和可信的事故场景基础上，采用基于cfd技术的三维火灾计算方法，分别计算微孔、小孔、中孔、大孔、断裂等p种孔径下各个火灾场景下烟雾的扩散和热辐射对周边设备的影响情况，该计算方法考虑阻碍物对烟雾运动扩散和热辐射传播的影响。

7、在各个火灾探测器所在位置设置监测点，监测各探测器处烟雾浓度和热辐射变化情况，当探测器感应到烟雾和热辐射的参数变化时，则判定该事故场景能够被探测器所探测到，统计能够探测到微孔、小孔、中孔、大孔、断裂等泄漏事故的场景数分别为3，10，16，28，31。

8、计算此火气系统火灾探测覆盖率v，其计算公式为：

v＝(m1*a+m2*b+m3*c+m4*d+m5*e)/[(a+b+c+d+e)*n*p*q]

将相应的数据带入公式，可以计算得到v＝2.80％。

【比较例】

文献fpso火灾气体探测器的优化布置研究【石油与天然气化工chemicalengineeringofoil&gas2013年03期issn：1007-3426】中，以fpso的压缩机、仪器室为例，对其进行f&g探测器的布置，压缩机、仪器室长为18m，宽为10m；危险设备压缩机长为10m，宽为6m，它位于仪器室的正中位置。由于压缩机危险程度较高，需要探测器的覆盖面达到两个及以上。

为确保危险设备的覆盖面尽可能达到两个及以上，可定义探测器覆盖率v的计算公式如式:

vi＝si/s(i＝1，2,3)

v1＝60/180＝33.3％

v2＝120/180＝67.7％

式中：v1为探测器两个覆盖面及以上的覆盖率，v2为探测器一个覆盖面的覆盖率，v3为探测器盲区的覆盖率；si—s1、s2和s3分别为绿色、黄色和红色区域面积；s为压缩机、仪器室的总面积。

该文献同时考察了传统经验法、菱形设计和矩形设计三种情况下的探测覆盖率情况，共对四种布置方法下的探测覆盖率进行了计算，计算结果如下：

(1)对于探测器的保护半径，在开阔空间，不存在阻碍物的时候，探测器可以有效的探测保护半径内的火灾泄漏事故，但对于工艺装置区等复杂环境下，设备纵横交错布置，对于阻碍物后方发生的泄漏事故，即使此泄漏发生在探测器保护半径内，也可能由于设备的阻碍导致探测失败，使得探测器保护半径内出现探测盲区。

(2)该计算方法中探测器的保护半径是其所在高度的二维平面，只有当火灾泄漏事故发生在探测器所在的高度时，该探测覆盖率是准确的，若火灾泄漏事故发生在探测器上方或者下方，也可能探测不到泄漏事故的发生。

显然，本发明考虑了装置区内阻碍物和装置设备运行状态对火灾探测覆盖率的影响，在石油石化等现场装置多且布置错综复杂的环境下，有效的对火灾探测覆盖率进行评估，计算准确率高，取得了较好的技术效果。