燃氣管道泄漏風(fēng)險控制系統(tǒng)

摘 要

摘要：探討了燃氣管道泄漏風(fēng)險控制系統(tǒng)的建立和技術(shù)方法。對燃氣管網(wǎng)進行風(fēng)險評估，確定重點監(jiān)控管道，結(jié)合壓力管理與在線檢測技術(shù)對燃氣泄漏風(fēng)險進行有效控制。關(guān)鍵詞：燃氣管道風(fēng)
摘要：探討了燃氣管道泄漏風(fēng)險控制系統(tǒng)的建立和技術(shù)方法。對燃氣管網(wǎng)進行風(fēng)險評估，確定重點監(jiān)控管道，結(jié)合壓力管理與在線檢測技術(shù)對燃氣泄漏風(fēng)險進行有效控制。
關(guān)鍵詞：燃氣管道風(fēng)險評估；壓力管理；在線檢測；泄漏；風(fēng)險控制
Risk Control System of Gas Pipeline Leakage
CAO Zhongkai，DONG Fei，SONG Wei
Abstract：The establishment and technical methods of risk control system of gas pipeline leakage are discussed.The risk assessment of gas network is performed，and the major monitoring pipeline is determined.The gas leakage risk is effectively controlled by pressure management and on-line detection technologies.
Key words：gas pipeline risk assessment；pressure management；on-line detection；leakage；risk control
1 燃氣管道泄漏風(fēng)險控制的意義
    隨著我國燃氣行業(yè)的快速發(fā)展，從2000到2020年，天然氣的需求量將由250×108m3/a增長至2000×108m3/a，天然氣在一次能源中的比例由2.5%增至12%。用氣需求的增大和管道的大量敷設(shè)，帶來的是龐大的安全維護工作，然而我國的燃氣行業(yè)安全管理領(lǐng)域處于起步階段，存在較大不足，尤其是燃氣運營安全管理。
    國外的燃氣運營安全管理已形成了完善的體系。以英國為例，從1812年開始正式使用人工煤氣，1967年開始進行天然氣轉(zhuǎn)換，用了10年時間完成了全部的天然氣轉(zhuǎn)換工作。作為一個有200年燃氣應(yīng)用歷史的國家，英國燃氣行業(yè)有著先進的安全管理技術(shù)和完善的安全管理體系。在健全法律法規(guī)和強化企業(yè)員工安全意識的同時，通過不斷的風(fēng)險評估與檢測，采取即時匯總信息措施將安全風(fēng)險降至最低。
    在我國，燃氣泄漏的主要檢測手段還停留在日常巡檢上，其弊端是耗費大量人力物力且無法及時判斷準(zhǔn)確的泄漏點，存在安全隱患，對于日常數(shù)據(jù)的收集、分析過程也顯得過于冗長和繁瑣。伴隨燃氣行業(yè)迅速發(fā)展所帶來的大量數(shù)據(jù)和信息，是目前安全管理體系無法應(yīng)對的，因此亟待建立由粗放型管理向集約型管理轉(zhuǎn)變的相應(yīng)機制和管理手段及應(yīng)用技術(shù)。
    燃氣管道泄漏風(fēng)險控制系統(tǒng)借鑒了英國燃氣行業(yè)的風(fēng)險評估方法[1～2]，并將其與壓力管理和在線檢測技術(shù)相結(jié)合，實現(xiàn)了與SCADA系統(tǒng)[3～6]的有效連接。
2 燃氣管道泄漏風(fēng)險控制系統(tǒng)
2.1 系統(tǒng)建立
    以燃氣管道的風(fēng)險評估為基礎(chǔ)，建立完整的燃氣管道風(fēng)險檔案，確定重點監(jiān)控管道，例如高壓力、舊管道等。通過壓力、流量的實時監(jiān)控及可燃氣體傳感器，對重點監(jiān)控管道實施壓力管理和在線檢測。對于泄漏管段，進行精確定位，從而建立起燃氣管道泄漏風(fēng)險控制系統(tǒng)。
2.2 技術(shù)方法
   ① 燃氣管道風(fēng)險評估
   借鑒燃氣管道風(fēng)險評估方法[7～8]，采用管道指數(shù)評分方法確定燃氣管道的風(fēng)險等級，將燃氣管道的失效因素歸結(jié)為4類一級因素，每一類一級因素又分為若干二級甚至三級或四級因素。其中包括了防腐層評估、巡檢次數(shù)、設(shè)計因素、人為因素等，再對每類因素根據(jù)燃氣管道的實際情況給予相應(yīng)評分，求和后再根據(jù)管道中氣體的擴散性對該分值進行修正，從而得到燃氣管道的風(fēng)險評估分值及等級。以此作為依據(jù)，確定燃氣管道是否需要重點監(jiān)控。
    需要實施重點監(jiān)控的管道可以采取增加巡檢次數(shù)、壓力管理以及氣體泄漏在線檢測來預(yù)防泄漏事故的發(fā)生，并合理進行安全管理的資源配置，有效地應(yīng)對突發(fā)事件，將事故的發(fā)生率降至最低。
   ② 壓力管理[9]
   在各管段設(shè)置壓力、流量傳感器得到各節(jié)點的壓力、流量數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)發(fā)送至SCADA系統(tǒng)的控制中心，從而判斷管段的壓力運行狀況[9]。
    確定主要監(jiān)控區(qū)域后，通過實時監(jiān)控獲得各節(jié)點在正常承壓狀態(tài)下的壓力、流量數(shù)據(jù)，從而明確整個管網(wǎng)的壓力分布。若發(fā)生泄漏則可通過各節(jié)點的壓力、流量變化確定發(fā)生泄漏的管段，結(jié)合在線檢測可排除氣源壓力變化對判斷泄漏點造成的干擾。這樣，對泄漏的確認與預(yù)定位形成了雙重保險。
   ③ 在線檢測
   根據(jù)氣體的擴散性在管段沿線以一定間距(一般為50m)進行打孔，并在孔內(nèi)設(shè)置防水、防爆的可燃氣體傳感器，可通過無線傳輸?shù)姆绞綄z測數(shù)據(jù)傳送至手持接收機或掌上計算機(PDA)，巡檢人員無需停留只需經(jīng)過檢測點便可接收到數(shù)據(jù)，顯著提高了日常巡檢的效率。也可通過中繼器收集各可燃氣體傳感器的檢測數(shù)據(jù)并上傳至SCADA系統(tǒng)的控制中心，實現(xiàn)對燃氣泄漏的在線檢測。配合壓力管理可排除其他可燃氣體(如沼氣)對判斷泄漏點造成的干擾。
    ④ 氣體泄漏的巡檢和定位
    日常的巡檢可采用車載或便攜檢測設(shè)備確定工作區(qū)域，如發(fā)現(xiàn)泄漏還需對泄漏氣體進行種類辨識，排除其他氣體(如沼氣)的干擾。對已經(jīng)確定泄漏的管段可先實施對泄漏點的預(yù)定位，由在線檢測或日常巡檢確定泄漏的大致區(qū)域，再進行精確定位，如遇硬質(zhì)路面或在大片區(qū)域內(nèi)均檢測到高濃度可燃氣體，需結(jié)合路面鉆孔機和吸真空系統(tǒng)打孔定位?？扇細怏w泄漏巡檢、定位流程見圖1。
 

    確定工作區(qū)域：在確定工作區(qū)域前，應(yīng)準(zhǔn)備待測區(qū)域的管網(wǎng)圖(比例為1：500或1：1000)，若該工作區(qū)域內(nèi)管道位置不明確還需要使用管線儀(針對金屬管道)和探地雷達(針對非金屬管道)探明管道的具體位置。
    燃氣泄漏預(yù)定位：a.在采用路面巡檢法時，主要使用巡檢儀器(手持式、背挎式檢測儀)對工作區(qū)域的閥門井和管道正上方的路面進行檢測。使用背挎式檢測儀時需注意將檢測范圍控制在管道正上方2m范圍內(nèi)，行進速度控制在1～2m/s。b.在采用大面積普查法時，利用車載檢測設(shè)備對工作區(qū)進行大范圍檢測。
    泄漏氣體種類辨識與分析：當(dāng)發(fā)現(xiàn)泄漏時還需要對泄漏氣體進行定性分析，由于目前的檢測設(shè)備均以甲烷為標(biāo)定氣體，但天然氣和沼氣的主要成分均為甲烷，因此只用普通巡檢儀器難以區(qū)分，應(yīng)使用便攜式氣相色譜儀進行辨識。
    泄漏點精確定位：若發(fā)現(xiàn)可燃氣體泄漏，還需對泄漏位置進行精確定位，一般使用路面鉆孔機進行打孔定位，孔位一般位于管道正上方，孔深為0.5～0.9m，孔間距為0.5～1.0m，鉆孔之后再使用巡檢儀器對孔內(nèi)氣體濃度進行測量，濃度最高的鉆孔距泄漏點位置最近。
    開挖、搶修：確定泄漏點后就可進行開挖搶修，在搶修時配備防爆風(fēng)機、破路錘、呼吸器等相關(guān)設(shè)備。
    ⑤ 激光光譜檢測技術(shù)
    激光光譜檢測儀是利用甲烷氣體分子對光線特定譜線的吸收特性，將光譜固定到針對甲烷分子的某一特定波長的譜線時，通過比較發(fā)射光線和被甲烷氣體吸收能量后反射回來的光線能量來確認甲烷氣體的存在。
    通過內(nèi)置的激光脈沖二極管發(fā)射譜線，穿過甲烷氣團后譜線的能量減弱再通過照射到的反射面反射回來，反射面可以是地面、墻面、草叢等，但反射面不能為水面和純黑色物體。反射后的譜線被儀器內(nèi)部的弧面鏡捕捉后集中到光電轉(zhuǎn)換器上，把光信號轉(zhuǎn)換成電信號，再由放大器放大后經(jīng)過數(shù)據(jù)處理，與激光脈沖二極管所發(fā)射的初始激光譜線的能量進行比對，得出能量損失從而計算出甲烷的濃度。
    這種技術(shù)是一種能夠?qū)扇細怏w泄漏進行遠距檢測的技術(shù)，檢測人員無需進入可能存在氣體泄漏的區(qū)域就可以對該區(qū)域進行檢測。由于玻璃的通透性不會對激光的主光軸造成折射，因此該技術(shù)還能直接對戶內(nèi)進行檢測，保證了檢測人員的安全。
3 巡檢管理
    日常巡檢是一項艱苦而枯燥的工作，其責(zé)任重大。巡檢人員的責(zé)任心固然重要，但合理的管理監(jiān)督也是安全工作不可缺少的環(huán)節(jié)。在巡檢儀器上加裝GPS裝置，直接將巡檢軌跡標(biāo)注在電子地圖上.更好地對日常巡檢工作進行監(jiān)督和數(shù)據(jù)統(tǒng)計。將檢測數(shù)據(jù)與巡檢軌跡相結(jié)合，既能夠確定巡檢時間，還便于對巡檢隊伍的管理與人員結(jié)構(gòu)的合理優(yōu)化，并為建立可燃氣體泄漏點數(shù)據(jù)庫做好前期工作。
4 結(jié)語
    燃氣管道泄漏風(fēng)險控制系統(tǒng)建設(shè)的總體目標(biāo)為確保安全供應(yīng)，保證和提高運營安全，實現(xiàn)智能化輔助決策支持，有效控制運行成本，通過工作效率的提升和泄漏風(fēng)險的有效控制，創(chuàng)造燃氣企業(yè)的最大經(jīng)濟效益和社會效益。
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(本文作者：曹中愷1 董飛2 宋威3 1.北京埃德爾公司 北京 100086；2.武漢華潤燃氣有限公司 湖北武漢 430000：3.天津市中平燃器設(shè)備有限公司 天津 300100)