一种油气管道事故仿真系统及方法
[0023]所述实景渲染仿真模块30，用于根据场景参数建立事故场景的三维模型，并将数值仿真结果通过三维渲染的方式动态演示出来;根据所述位置参数和数值仿真结果，在地图上显示事故的危害区域。
[0024]由此，通过本发明提供的油气管道事故仿真系统，只需输入基础参数即可实现对油气管道事故发生过程以及事故可能造成的后果的模拟。通过所述仿真系统，可以还原真实事故发生的过程，便于分析引起事故的原因；可以针对各种可能的事故，制定相应的应急预案、进行培训人员等，提高了油气管道系统运行的安全性和稳定性。
[0025]进一步的，本发明提供的油气管道事故仿真系统中，所述机理仿真模块20包括泄漏源模型210、扩散模型220、火灾和爆炸模型230、事故后果模型240和事故干预模型250。
[0026]所述泄漏源模型210，用于根据输入的运行参数，模拟油气管道输送介质的溢出的过程，并实时输出数值仿真结果。泄漏源模型210给出了泄漏速率、泄漏量或泄漏时间、泄漏介质相态(液态、气态)的表达。根据研究总结，泄漏状态分为小孔持续释放和破裂瞬间释放两种方式。对于小孔持续释放，油品泄漏可以选择液体经孔洞流出模型(其为现有技术)，天然气泄漏可以选择射流模型(其为现有技术)。对于破裂瞬间释放，油品泄漏可以选择液池蒸发模型(其为现有技术)和闪蒸液体模型(其为现有技术)，天然气泄漏选择临界流气体泄漏模型(其为现有技术)和次临界流气体泄漏模型(其为现有技术)。
[0027]所述扩散模型220，用于模拟泄漏的油品蒸发后形成的蒸汽或泄漏的天然气随风向传输和消散达到某一浓度的过程，并实时输出数值仿真结果。换而言之，扩散模型220是描述泄漏的油品蒸发后形成的蒸汽或泄漏的天然气随风向传输和消散达到某一浓度的过程。当释放发生后，空气中混合的油品蒸汽或天然气被风以烟羽或云团的方式带走。泄漏后的气体最大浓度发生在泄漏发生处。气体的扩散受到很多因素的影响，比如风向、风速、大气稳定度、地面遮挡物(树、山、建筑物等)、释放距离、距离地面高度、初始动量和空气浮力等。根据以上分析，可以选择烟羽模型(其为现有技术)和烟团模型(其为现有技术)描述中性浮力扩散，对于重气扩散采用Britter & McQuaid模型(其为现有技术)来描述连续或瞬间的地面扩散。
[0028]所述火灾和爆炸模型230，用于模拟地表形成的液池遇到明火发生火灾、对人体造成热辐射伤害的过程；以及油品蒸发或泄露的天然气形成蒸气云遇明火发生爆炸，火球造成热辐射伤害、冲击波伤害和抛射物伤害的过程，并实时输出数值仿真结果。输油管道泄漏的火灾或爆炸模型主要是地表形成的液池遇到明火发生火灾，对人体造成热辐射伤害，和油品蒸发形成蒸气云遇明火发生爆炸火球造成热辐射伤害、冲击波伤害和抛射物伤害。根据以上特点，可以选择池火灾模型(其为现有技术)、蒸气云爆炸火球热辐射模型(其为现有技术)。
[0029]天然气管道泄漏的火灾或爆炸模型主要是喷射火焰热辐射伤害，和扩散后形成的气团发生爆炸造成的伤害，可以选择固体火灾热辐射模型(其为现有技术)和蒸气云爆炸火球热辐射模型(其为现有技术)。
[0030]所述事故后果模型240，用于根据泄漏源模型210、扩散模型220、火灾和爆炸模型230模拟的结果，模拟对事故场景中的人体和环境的影响，并实时输出数值仿真结果。事故后果模型240主要分为:热辐射伤害模型、冲击波伤害模型、有毒气体侵害模型、土壤或水体污染模型等。所述热辐射伤害模型、冲击波伤害模型、有毒气体侵害模型、土壤或水体污染模型均为现有技术，在此不再赘述。
[0031 ]所述事故干预模型250，用于根据用户输入的应急行动，相应改变事故后果模型240实时输出的数值仿真结果。换而言之，所述事故干预模型250是指为降低事故危害、控制事故的发展和处理事故造成的后果所采取的应急行动对事故本身和事故后果的影响。事故干预模型主要包括应急响应模型、人员救护和紧急疏散模型、消防措施模型、应急堵漏模型、泄漏介质处理模型等。通过事故干预模型250，可以对事故发生后的紧急措施的效果进行模拟，提高了应急预案的质量和救援效果。
[0032]进一步的，所述实景清染仿真模块30，包括建模单元310、仿真单元320和GIS处理单元330。
[0033]所述建模单元310，用于对事故场景中的所有对象进行三维建模，以构建事故场景三维模型的基础元素。所述对象包括事故对象、环境对象、气象对象、外力作用物、环境场模型和人模型。所述事故对象包括带有穿孔、裂纹或破裂的长输管道等。所述环境对象包括土壤、山、河流、公路、铁路、隧道、树木等。所述气象对象包括太阳、月亮、云、雷电、雨雪等。所述外力作用物包括挖掘机、巨石、泥石流、钻孔工具等。所述环境场模型由拓扑结构图和高度图构成，主要用于描述外部环境。当然，所述对象还包括堵漏设备模型、介质处理设备模型等等。通过对这些对象的建模，构建出虚拟场景中的基础元素，这些模型构成了事故仿真模型的内核。
[0034]所述建模单元320还用于根据用户的指令和位置参数，调取GIS数据库中预先存储的事故发生地的场景参数，建立事故发生地的三维模型。所述GIS数据库中存储有各个城市或特定城市或特定区域的地图以及对应的管道系统图，所述地图包括卫星云图、等高图、立体地图等等，当然，所述GIS数据库还具有联网功能，可实时获取地图所示区域内的天气情况。用户只需输入事故发生的地点，建模单元320即可获取该地点附近的场景参数，建立三维模型，这样建立的三维模型与真实地点的地理地貌特征相同，连天气系统都是实时的，提高了事故模拟的准确性。
[0035]所述仿真单元320，用于根据所述数值仿真结果，将油气管道的泄露、扩散、火灾、爆炸以及事故后果通过三维渲染的方式动态演示出来。本发明中，油气管道的泄露、扩散、火灾、爆炸等场景均运用三维引擎中的粒子系统来渲染;换而言之，所述仿真单元320采用粒子系统算法(粒子群算法)对油气管道的泄露、扩散、火灾、爆炸以及事故后果进行三维渲染。
[0036]所述粒子系统算法的基本思想是用大量的、具有一定生命的粒子图来描述自然界不规则的模糊景物。每个粒子在任意时刻都具有随机的形状、大小、颜色、透明度、运动方向和运动速度等属性，并随时间推移发生位置与形态的变化。粒子的属性及动力学性质均由预先定义的随机过程来说明。粒子在系统内具有一定的生命周期，并要经过“产生”、“活动”和“死亡”这三个具有随机性的阶段，在某一时刻所有存活粒子的集合就构成了粒子系统的模型。
[0037]所述GIS(地理信息系统)处理单元330，用于根据所述位置参数和数值仿真结果，调用GIS(地理信息系统)数据库，在地图上显示事故的危害区域;具体的，在地图上标记出灾害场的范围和形状，对不同等级的伤害区域用不同的颜色来区别。
[0038]本发明提供的油气管道事故仿真系统，采用计算机模拟仿真技术，通过在长输管道事故仿真模拟过程中，首先设置管道事故发生前的内部和外部条件，然后设置事故的触发条件。当事故发生的所有条件设置完成以后，进行机理仿真和实景渲染仿真。机理仿真是通过典型的灾难模型计算得出的数值仿真结果;实景渲染仿真是通过虚拟现实技术将数值结果通过三维渲染的方式表达出来。例如实景渲染火灾、爆炸过程，首先通过机理仿真的结果，得到火灾或爆炸的致死区、重伤区、轻伤区，对不同区域利用不同的渲染效果表现出来，再对各个区域的生命模型(即人体模型)的伤亡状态进行渲染。对于事故中同时出现几种灾害类型时，应该对不同的灾难模型所输出的灾难场叠加。由此，实现了对油气管道事故的模拟仿真。通过所述仿真系统，可以还原真实事故发生的过程，便于分析引起事故的原因；可以针对各种可能的事故，制定相应的应急预案、进行培训人员等，提高了油气管道系统运行的安全性和稳定性。
[0039]基于上述油气管道事故的仿真系统，本发明还提供一种油气管道事故仿真方法，请参阅图2，所述方法包括步骤:
S10、数据输入模块接收用户输入的基础参数，所述基础参数包括用于运行机理仿真模块的运行参数、用于表示油气管道事故发生地的位置参数和用于建立仿真场景的场景参数。
[0040]S20、机理仿真模块根据所述运行参数，对油气管道可能发生的泄露、扩散、火灾、
文档序号 :
【 9922170 】
技术研发人员：黄辉,陈钒,何仁洋,陈秋雄,陈运文,安成名
技术所有人：中国特种设备检测研究院
备 注：该技术已申请专利，仅供学习研究，如用于商业用途，请联系技术所有人。
声 明 ：此信息收集于网络，如果你是此专利的发明人不想本网站收录此信息请联系我们，我们会在第一时间删除
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