燃氣管道泄漏風險控制系統

摘 要

摘要：探討了燃氣管道泄漏風險控制系統的建立和技術方法。對燃氣管網進行風險評估，確定重點監控管道，結合壓力管理與在線檢測技術對燃氣泄漏風險進行有效控制。關鍵詞：燃氣管道風
摘要：探討了燃氣管道泄漏風險控制系統的建立和技術方法。對燃氣管網進行風險評估，確定重點監控管道，結合壓力管理與在線檢測技術對燃氣泄漏風險進行有效控制。
關鍵詞：燃氣管道風險評估；壓力管理；在線檢測；泄漏；風險控制
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 燃氣管道泄漏風險控制的意義
    隨著我國燃氣行業的快速發展，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，帶來的是龐大的安全維護工作，然而我國的燃氣行業安全管理領域處于起步階段，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換，用了10年時間完成了全部的天然氣轉換工作。作為一個有200年燃氣應用歷史的國家，英國燃氣行業有著先進的安全管理技術和完善的安全管理體系。在健全法律法規和強化企業員工安全意識的同時，通過不斷的風險評估與檢測，采取即時匯總信息措施將安全風險降至最低。
    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確的泄漏點，存在安全隱患，對于日常數據的收集、分析過程也顯得過于冗長和繁瑣。伴隨燃氣行業迅速發展所帶來的大量數據和信息，是目前安全管理體系無法應對的，因此亟待建立由粗放型管理向集約型管理轉變的相應機制和管理手段及應用技術。
    燃氣管道泄漏風險控制系統借鑒了英國燃氣行業的風險評估方法[1～2]，并將其與壓力管理和在線檢測技術相結合，實現了與SCADA系統[3～6]的有效連接。
2 燃氣管道泄漏風險控制系統
2.1 系統建立
    以燃氣管道的風險評估為基礎，建立完整的燃氣管道風險檔案，確定重點監控管道，例如高壓力、舊管道等。通過壓力、流量的實時監控及可燃氣體傳感器，對重點監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險控制系統。
2.2 技術方法
   ① 燃氣管道風險評估
   借鑒燃氣管道風險評估方法[7～8]，采用管道指數評分方法確定燃氣管道的風險等級，將燃氣管道的失效因素歸結為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、設計因素、人為因素等，再對每類因素根據燃氣管道的實際情況給予相應評分，求和后再根據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險評估分值及等級。以此作為依據，確定燃氣管道是否需要重點監控。
    需要實施重點監控的管道可以采取增加巡檢次數、壓力管理以及氣體泄漏在線檢測來預防泄漏事故的發生，并合理進行安全管理的資源配置，有效地應對突發事件，將事故的發生率降至最低。
   ② 壓力管理[9]
   在各管段設置壓力、流量傳感器得到各節點的壓力、流量數據，將數據發送至SCADA系統的控制中心，從而判斷管段的壓力運行狀況[9]。
    確定主要監控區域后，通過實時監控獲得各節點在正常承壓狀態下的壓力、流量數據，從而明確整個管網的壓力分布。若發生泄漏則可通過各節點的壓力、流量變化確定發生泄漏的管段，結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，對泄漏的確認與預定位形成了雙重保險。
   ③ 在線檢測
   根據氣體的擴散性在管段沿線以一定間距(一般為50m)進行打孔，并在孔內設置防水、防爆的可燃氣體傳感器，可通過無線傳輸的方式將檢測數據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過檢測點便可接收到數據，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據并上傳至SCADA系統的控制中心，實現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備確定工作區域，如發現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。對已經確定泄漏的管段可先實施對泄漏點的預定位，由在線檢測或日常巡檢確定泄漏的大致區域，再進行精確定位，如遇硬質路面或在大片區域內均檢測到高濃度可燃氣體，需結合路面鉆孔機和吸真空系統打孔定位。可燃氣體泄漏巡檢、定位流程見圖1。
 

    確定工作區域：在確定工作區域前，應準備待測區域的管網圖(比例為1：500或1：1000)，若該工作區域內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，行進速度控制在1～2m/s。b.在采用大面積普查法時，利用車載檢測設備對工作區進行大范圍檢測。
    泄漏氣體種類辨識與分析：當發現泄漏時還需要對泄漏氣體進行定性分析，由于目前的檢測設備均以甲烷為標定氣體，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分，應使用便攜式氣相色譜儀進行辨識。
    泄漏點精確定位：若發現可燃氣體泄漏，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機、破路錘、呼吸器等相關設備。
    ⑤ 激光光譜檢測技術
    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。
    通過內置的激光脈沖二極管發射譜線，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部的弧面鏡捕捉后集中到光電轉換器上，把光信號轉換成電信號，再由放大器放大后經過數據處理，與激光脈沖二極管所發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。
    這種技術是一種能夠對可燃氣體泄漏進行遠距檢測的技術，檢測人員無需進入可能存在氣體泄漏的區域就可以對該區域進行檢測。由于玻璃的通透性不會對激光的主光軸造成折射，因此該技術還能直接對戶內進行檢測，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，其責任重大。巡檢人員的責任心固然重要，但合理的管理監督也是安全工作不可缺少的環節。在巡檢儀器上加裝GPS裝置，直接將巡檢軌跡標注在電子地圖上.更好地對日常巡檢工作進行監督和數據統計。將檢測數據與巡檢軌跡相結合，既能夠確定巡檢時間，還便于對巡檢隊伍的管理與人員結構的合理優化，并為建立可燃氣體泄漏點數據庫做好前期工作。
4 結語
    燃氣管道泄漏風險控制系統建設的總體目標為確保安全供應，保證和提高運營安全，實現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險的有效控制，創造燃氣企業的最大經濟效益和社會效益。
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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.天津市中平燃器設備有限公司 天津 300100)