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城镇燃气管道泄漏智能化分级管理
田云祥,冯章柯,谢明碧
(陕西城市燃气产业发展有限公司, 陕西 西安 710016)
2022年中国城市天然气用气人口达45 678.51×104 人。城镇燃气安全关乎千家万户,且城镇燃气管道安全管控难度极大,近年泄漏爆炸事故时有发生,“6·13十堰燃气爆炸事故”人员伤亡惨重,引起党中央国务院高度重视[1-2]。
城镇燃气管道存在敷设环境复杂、泄漏监测难度大、应急响应不及时、处置措施有效性差等问题[3-5]。本文在分析近两年国内城市燃气管网泄漏事故原因基础上,针对燃气公司城镇燃气管道泄漏安全管控痛点,结合智能监测和物联网技术,提出城镇燃气管道泄漏智能化分级管理方法。
本文收集多家燃气公司燃气管道安全隐患信息10 066条,其中燃气泄漏事件107 件。对107件泄漏事件发生原因调查分析,总结燃气泄漏原因主要有:阀门泄漏、管体泄漏、焊接接头泄漏、第三方破坏、腐蚀破坏。
燃气泄漏事件树见图1,图1中椭圆为燃气泄漏发生爆炸事故的环节,矩形为发生泄漏后不会发生爆炸事故的环节。由图1可以看出,泄漏—密闭空间—明火—爆炸为燃气泄漏发生爆炸事故的路径。因此,要有效降低燃气爆炸事故发生概率,遏制重特大事故发生,必须采取措施切断路径上的相关因素,密闭空间是关键控制因素。
城镇燃气管道在线监测主要是通过对比分析应力、温度、振动等物理量智能感知技术,筛选适合聚乙烯城镇燃气管道泄漏的智能监测感知技术,确定管道泄漏监测方式及信号传输方式。即在城镇燃气管道的管道本体、阀井或重要调压箱安装泄漏监测设备,泄漏监测设备通过内置红外甲烷传感器监测可燃气体浓度,同时发送可燃气体浓度至数据处理中心。
在一些城镇的应用中存在一些问题,如报警阈值的设定无科学依据、报警阈值单一、未划分泄漏分级等,同时也无法反映泄漏速度等。因此,有必要制定科学的阈值,同时划分泄漏等级,实现科学、智能报警,提高精细化安全管理水平。
通过查阅相关标准发现,对于天然气体积分数低于爆炸下限的20%的燃气泄漏尚无规定。有关标准关于天然气报警阈值的规定见表1。
经了解多家燃气公司关于燃气报警阈值的规定,得出目前天然气体积分数在爆炸下限的20%以下的燃气泄漏管理较为困难,因此对天然气体积分数在爆炸下限的20%以下的燃气泄漏进行分级管理尤为重要。
针对上述情况,结合城镇燃气管道泄漏特点,通过模拟实际泄漏场景,得出在不同压力、不同泄漏量、不同扩散环境及地面干扰情况下,天然气实际扩散过程及在一定范围内体积分数,生成天然气扩散红外成像图谱,进而确定可接受的泄漏安全控制指标。
依据模拟所得可接受的泄漏安全控制指标,基于城镇燃气管道泄漏在线监测及信息处理技术,通过在线监测的燃气体积分数或结合数据处理中心预测的泄漏速度判定泄漏等级。在线监测的燃气来源分为城镇燃气管道管道本体、燃气阀井、调压箱和管道本体5 m范围内其他密闭空间(如电缆沟、集水井)两个部分。城镇燃气管道泄漏分级分为4级,每级中达到1条即划为该级。各级分级标准和处理措施具体如下。
① 分级标准
a.闻到、听到、看到或感觉到燃气泄漏;b.管道本体、燃气阀井、调压箱:检测燃气体积分数最大值达到天然气爆炸下限的50%以上;c.管道本体5 m范围内其他密闭空间:检测燃气体积分数最大值达到天然气爆炸下限的20%以上;d.泄漏速度:预测24 h内所有密闭空间燃气最大体积分数可以达到天然气爆炸下限的50%。
② 处理措施
启动燃气泄漏现场处置方案或泄漏事故应急预案,由维修队进行紧急处理,疏散群众,布置隔离警示带、杜绝火源等。情况紧急时根据现场处置方案进行事故控制,降低事故风险,避免发生火灾爆炸事故。事故处理完后填写泄漏事件记录,并交公司安全生产管理部门备案。
① 分级标准
a.管道本体、燃气阀井、调压箱:检测燃气体积分数最大值达到天然气爆炸下限的20%以上,或打开井盖5 min内可燃气体检测器读数不为0;b.管道本体5 m范围内其他密闭空间:检测燃气体积分数最大值达到天然气爆炸下限的5%以上;c.泄漏速度:预测24 h内所有密闭空间燃气最大体积分数可以达到天然气爆炸下限的20%。
② 处理措施
如发现对公众构成危险应上报,当作紧急事件处理,疏散群众。如现场无实时危险,可日后进行修理工作,争取5 d内完成。
① 分级标准
a.管道本体、燃气阀井、调压箱:检测燃气体积分数最大值达到天然气爆炸下限的20%以上,且打开井盖15 min后可燃气体检测器读数仍为0;b.泄漏速度:预测72 h内所有密闭空间燃气最大体积分数可以达到天然气爆炸下限的10%。
② 处理措施
泄漏应在30 d内处置,如果因特殊情况推迟,应经相关部门同意。
① 分级标准
a.管道本体、燃气阀井、调压箱:检测燃气体积分数最大值达到天然气爆炸下限的1%以上,且打开井盖15 min后可燃气体检测器读数仍为0;b.泄漏速度:预测72 h内所有密闭空间燃气最大体积分数可以达到天然气爆炸下限的5%。
② 处理措施
详细记录,每月至少进行一次跟踪检测比较,如有严重趋势应及时向专业技术人员汇报。
提出城镇燃气管道泄漏智能化分级报警技术,即将物联网技术和信息化管理应用于城镇燃气管道泄漏分级报警工作,建立城镇燃气管道泄漏智能化分级报警系统,读取数据处理中心关于城镇燃气管道重要点位的可燃气体检测器数据,自动分析划分各监测点的泄漏等级,并将预警信息返回数据处理中心。通过统计分析泄漏等级分布和泄漏等级次数等,帮助运营企业及时准确判断燃气泄漏风险状况,并改进制定更为合理的维抢修措施。
对于长期微漏的阀井泄漏分级管理,由于缺乏相应的标准和实践经验,直接影响了城镇燃气管道安全管控的高效实施。本文提出的泄漏分级管理标准来自实践经验,但经验有限。因此,城镇燃气管道安全管控技术领域亟须建立泄漏分级管理标准和处置标准,以便规范长期微漏阀井的管理。
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