[发明专利]一种气体探测器优化布置方案的实验验证方法

权利要求书

1.一种气体探测器优化布置方案的实验验证方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一：建立石油化工装置危险气体泄漏后果预测的三维CFD模型；结合拟建设的验证实验平台大小，对CFD模型按比例进行缩小，得到实验验证装置尺寸，根据实验探测器的高度在CFD模型中预设监测点；以泄漏工况和风场为随机性因素组建危险气体泄漏场景集，利用CFD软件对实验装置中的危险气体泄漏场景进行数值模拟，获得所有泄漏场景中各监测点气体泄漏扩散实时浓度数据；

步骤二：设定气体报警浓度阈值C'，以探测器数量为约束条件，构建考虑场景概率加权的累积检测时间最小化模型，利用MATLAB计算工具，编写启发式算法程序求解模型，通过求解分别得到包含n个探测器的布置方案集合n＝{1，2，3…N}，N为探测器备选点总数量，分别选取集合中累积检测时间最小的方案作为该数量下的探测器优选布置方案

步骤三：根据步骤一中得到的实验室模型装置尺寸，搭建与气体泄漏CFD模型大小一致的实验验证装置，且在实验装置中确定CFD模型所设置的N个监测点位置，并布置探测器；

步骤四：采集N个探测器在泄漏过程中检测到的气体浓度；实验结果中，以探测器数量不同，得到N个实验布置方案的集合，每个集合中分别有种包含n个探测器的布置方案；以C'为浓度阈值，考虑场景发生概率，由下式求出集合中每一个布置方案在所有场景下的累积检测时间

式中，I—危险气体泄漏场景集合，P_i—危险气体泄漏场景i的发生概率，I＝{1，2，…，i}，所有场景的发生概率总和为1；t_i—在泄漏场景i下探测器布置方案检测到危险气体浓度C'的时间；

步骤五：模拟优选布置方案在试验装置中得到累计实验检测时间为opt T_n，n＝{1，2，3…N}；依次比较opt T_n与同一集合内其他所有布置方案的时间，计算检测时间大于opt T_n的布置方案数量在集合中布置方案总数量的占比为A_n％；循环计算所有集合，得到数组A＝A_n％，n＝{1，2，3…N}；

步骤六：对数组A进行数理统计分析，取均值的置信度为(1-α)，求得置信区间(X_A，X_B)，即认为在当前实验条件与实验误差允许范围内，模拟优选布置方案优于同等探测器数量下其他布置方案的优越性在置信度为(1-α)下的置信区间是(X_A，X_B)，验证了气体探测器优化布置方案的有效性。

2.如权利要求1所述的一种气体探测器优化布置方案的实验验证方法，其特征在于，所述步骤一中，CFD模型中监测点的高度设定为实验装置中探测器有效检测面距离实验装置底面的高度；基于世界范围内石油化工装置泄漏事故数据库，计算出各个区域、工艺段和设备泄漏的可能情况，以泄漏工况和风场为随机性因素组合得到模拟气体泄漏场景集。

3.如权利要求1所述的一种气体探测器优化布置方案的实验验证方法，其特征在于，所述步骤二中，为尽可能优化探测器布置位置，得到合适的探测器布置数量，以探测器数量为约束条件，构建考虑场景概率加权的累积检测时间最小化模型如下；

式中，I—危险气体泄漏场景集合，P_i—危险气体泄漏场景i的发生概率，I＝{1，2，…，i}；J—探测器的备选点集合，J＝{1，2，…，j}；—在泄漏场景i下探测器j检测到危险气体泄漏工况的时间，此时探测器成功检测的浓度指标为C'；Y_i,j—决策变量，探测器成功检测到危险气体泄漏工况的标志，当在泄漏场景i下探测器j率先成功检测报警时取值为1，否则为0。

4.如权利要求1所述的一种气体探测器优化布置方案的实验验证方法，其特征在于，所述步骤三中，实验验证装置及内部设备模型的形状、大小与CFD模型大小一致；实验验证装置包括风场系统、气体泄漏系统和数据检测采集系统；风机制造与CFD模拟中风速大小相等、方向相同的风场环境；通气体泄漏系统进行气体泄漏时保证实验区域内气体的泄漏方向、泄漏位置和泄漏量与CFD模型一致；数据检测采集系统能够实时记录存储气体泄漏过程中探测器检测到的气体浓度。