一种确定气体扩散范围的方法及系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本申请涉及市政技术领域，尤其涉及一种确定气体扩散范围的方法及系统。
【背景技术】
[0002] 对于天然气管道泄漏，了解和掌握各种相关理化参数数据与天然气扩散范围之间 的关系，对于加强管线维护管理，预防泄漏事故的发生和事故发生后的泄漏范围的精确预 测等具有重要的意义。
[0003] 但是从现有的文献中很难查到相关的参数和天然气泄漏范围预测模型，从而导致 实际发生天然气管道泄漏后相关参数数据严重缺少，无法较为准确预测可燃气体泄漏后的 具体扩散范围。
[0004] 天然气管道泄漏是一种宏观大范围大地域事件，历史上的管线泄漏无法查到泄漏 过程中的有效参数和数据，而实验测定除了需要昂贵的实验设备和巨大的工作量外，由于 实验人员采用的方式方法不同还存在很大误差，并且考虑到安全问题小规模实验无法模拟 一级扩散事件。所以必须借助理论方法对天然气管线泄漏后相关预测模型所需理化参数数 据和扩散范围的关系进行快速估算或预测，弥补单纯实验研究方法的缺陷与不足。
[0005] 目前现有的天然气管线泄漏范围预测技术，国内外计算模式有高斯模型、BM模型、 Sutton模型、FEM3模型、板块模型、重气模型等，但是总体来说结合以上模型进行。
【发明内容】
[0006] 本发明实施例提供了一种确定气体扩散范围的方法及系统，用以解决现有预测的 方法研究还不够全面，模型预测阶段不全面，分析的参数过少。现有理论预测方法在实际工 程应用中均受到较大限制的问题。
[0007] 其具体的技术方案如下：
[0008] -种确定气体扩散范围的方法，所述方法包括：
[0009] 获取设定时间内的气体总泄露量；
[0010] 将所述总泄漏量带入指定的高斯烟团多阶段动态扩散模型，得到气体泄露预测范 围；
[0011] 在所述预测范围中删除误差超过预设阈值的预测范围，得到确定的预测范围。
[0012] 可选的，获取设定过时间内的其他的总泄露量，包括：
[0013] 根据地下管线参数以及声速泄露公式，得到泄露开始至阀门关闭的时间段内的第 一泄露量；
[0014] 根据阀门关闭后的泄露时间以及次声速泄露公式，获取所述时间段内的第二泄露 量；
[0015] 将所述第一泄露量与所述第二泄露量之和作为所述总泄露量。
[0016] 可选的，所述声速泄露公式如下：
[0018] 其中，表征第一泄露量，A。!·表征管道横截面积，P2表征管道内压力，M表征管道 长度，RT2表征泄露口面积。
[0019] 可选的，所述次声速泄露公式如下：
[0021]可选的，将所述第一泄露量与所述第二泄露量之和作为所述总泄露量，包括：
[0022]调取计算得出泄露系数；
[0023] 将所述泄露系数与所述第一泄露量以及所述第二泄露量之和的乘积作为所述总 泄露量。
[0024] 可选的，将所述总泄露量带入指定的高斯烟团多阶段动态扩散模型，得到气体泄 露预测范围，包括：
[0025] 将所述总泄露量带入如下的高斯烟团多阶段动态扩散模型 [00261
[0027] 得到气体泄露预测范围X，y，z，t_t'表征时间段，Q表征总泄露量。
[0028] -种确定气体扩散范围的系统，包括：
[0029] 泄露量检测模块，用于获取设定时间内的气体总泄露量；
[0030] 范围预测模块，用于将所述总泄漏量带入指定的高斯烟团多阶段动态扩散模型， 得到气体泄露预测范围；
[0031] 处理模块，用于在所述预测范围中删除误差超过预设阈值的预测范围，得到确定 的预测范围。
[0032] 可选的，所述泄露量检测模块，具体用于根据地下管线参数以及声速泄露公式，得 到泄露开始至阀门关闭的时间段内的第一泄露量;根据阀门关闭后的泄露时间以及次声速 泄露公式，获取所述时间段内的第二泄露量;将所述第一泄露量与所述第二泄露量之和作 为所述总泄露量。
[0033] 可选的，所述范围预测模块，具体用于调取计算得出泄露系数;将所述泄露系数与 所述第一泄露量以及所述第二泄露量之和的乘积作为所述总泄露量。
[0034] 本发明实施例提供的技术方案，采用气体流出量和高斯烟团多阶段动态扩散积分 算法并通过现有手册、数据库或实验得到的天然气管道泄漏相关的常规理化多参数的综合 性数据分析来确定天然气烟团扩散范围，解决了在数据不全状态下对天然气泄露扩散范围 进行较准确预测的难题，提高国家应对突发事故的应急控制能力，对有效避免重大经济损 失和人员伤亡具有重要意义。
【附图说明】
[0035] 图1为本发明实施例中一种确定气体扩散范围的方法的流程图；
[0036] 图2为本发明实施例中天然气泄露流量随时间变换曲线示意图；
[0037] 图3为本发明实施例中天然气泄露扩散极限距离随时间变化仿真结果示意图；
[0038] 图4为本发明实施例中一种确定气体扩散范围的系统结构示意图。
【具体实施方式】
[0039] 本发明实施例中提供了一种确定气体扩散范围的方法及系统，用以解决现有预测 的方法研究还不够全面，模型预测阶段不全面，分析的参数过少。现有理论预测方法在实际 工程应用中均受到较大限制的问题，该方法包括:获取设定时间内的气体总泄露量;将所述 总泄漏量带入指定的高斯烟团多阶段动态扩散模型，得到气体泄露预测范围；在所述预测 范围中删除误差超过预设阈值的预测范围，得到确定的预测范围。
[0040] 本发明实施例提供的技术方案，采用气体流出量和高斯烟团多阶段动态扩散积分 算法并通过现有手册、数据库或实验得到的天然气管道泄漏相关的常规理化多参数的综合 性数据分析来确定天然气烟团扩散范围，解决了在数据不全状态下对天然气泄露扩散范围 进行较准确预测的难题，提高国家应对突发事故的应急控制能力，对有效避免重大经济损 失和人员伤亡具有重要意义。
[0041] 下面通过附图以及具体实施例对本发明技术方案做详细的说明，应当理解，本发 明实施例以及实施例中的具体技术特征只是对本发明技术方案的说明，而不是限定，在不 冲突的情况下，本发明实施例以及实施例中的具体技术特征可以相互组合。
[0042] 如图1所示为本发明实施例中一种确定气体扩散范围的方法流程图，该方法包括： [0043] SI 01，获取设定时间内的气体泄露量；
[0044] S102,将所述总泄漏量带入指定的高斯烟团多阶段动态扩散模型，得到气体泄露 预测范围；
[0045] S103,在所述预测范围中删除误差超过预设阈值的预测范围，得到确定的预测范 围。
[0046] 具体来讲，本发明实施例所提供的技术方案可以应用到天然气管道泄露预测，天 然气管道泄露扩散过程分为4个阶段，分别为阀门关闭前管道声速稳态泄露阶段，阀门关闭 后管道次声速非稳态泄露阶段，管道泄露气体溢出地表后烟团随大气风环境高斯非稳态扩 散阶段，烟团随风速风向稳定扩散阶段。、
[0047] 1.声速和次声速稳态泄露阶段：
[0048] 阀门关闭前后天然气管道内声速和次声速泄露量可由下式计算得出，其中主要输 入参数为管内压力，管道横截面积，泄露口面积，泄露段阀门封闭区间内管线长度。
[0049] 具体来讲，根据地下管线参数以及声速泄露公式，得到泄露开始至阀门关闭的时 间段内的第一泄露量，计算公式如下：
[0051] 其中，§%表征第一泄露量，A。!·表征管道横截面积，P2表征管道内压力，M表征管道 长度，RT2表征泄露口面积。
[0052] 然后，根据阀门关闭后的泄露时间以及次声速泄露公式，获取所述时间段内的第 二泄露量，具体公式如下：
[0054]其中，表征第二泄露量，Aor表征管道横截面积，P2表征管道内压力，M表征管道 长度，RT2表征泄露口面积。
[0056]对上式声速泄露公式可根据泄露开始至阀门关闭时间计算出一定时间段内泄露 量，对上式次声速泄露公式可根据阀门关闭后泄露时间或管内气压衰减曲线运用积分运算 法计算出一定时间内泄露量，两者之和即为阀门关闭后的总泄露量。天然气泄露流量随时 间变换曲线如图2所示。
[0057]在具有管线内压力自动监控的系统中，一般在中等泄露孔管道泄露2分钟后，压力 传感器可检查到管线内气压明显下降并自动关闭阀门或人工关闭。由上式稳态泄漏2分钟 内流量输入计算得出为1050kg/(m 2 · s )，关闭阀门后，根据质量流量随时间变化拟合出简 化快速计算公式G = 1050 XeH12t13
[0058]由于实际天然气管线泄露质量与理论值有一定偏差，可用泄露系数进一步精确结 果。在快速简化计算时泄漏系数Q取0.69左右。
[0059] 2.高斯非稳态扩散阶段和风速稳态扩散阶段：
[0060] 考虑溢出时间受土地扩散阻碍，仿真计算近似认为同时从地表向大气扩散。
[0061] 由天然气泄露总量可通过高斯烟团浓度扩散式计算出非稳态大气扩散阶段扩散 范围随时间的变化。如下式所