帶氣作業安全生產實驗室的設計

摘 要

摘要：設計了用于應急搶修等帶氣作業職業技術培訓的燃氣安全生產實驗室，具有檢漏、帶氣作業、應急搶修、管道成環等功能。提出了實驗室規避安全風險的預案，指出了這種實驗教學模
摘要：設計了用于應急搶修等帶氣作業職業技術培訓的燃氣安全生產實驗室，具有檢漏、帶氣作業、應急搶修、管道成環等功能。提出了實驗室規避安全風險的預案，指出了這種實驗教學模式對于燃氣企業職業技術培訓的重要意義。
關鍵詞：安全生產實驗室；仿真實驗室；帶氣作業；燃氣職業技術培訓
Design of Safety Production Laboratory with Gas Operation
LI Jinbo，SHI Lei，DONG Liang，LI Zichi，YU Peng，YUE Leilei，WANG Heng
Abstract：The gas safety production laboratory is designed for vocational and technical training with gas operation used for emergency repair and so on.The laboratory has functions of leak detection，operation with gas，emergency repair，pipe looping and so on.The plan to avoid safety risks in the laboratory is proposed.The important significance of this experimental teaching mode for gas vocational and technical training is pointed out.
Key words：safety production laboratory；simulation laboratory；operation with gas； gas vocational and teehnical training
1 概述
   隨著城市燃氣管網規模日益擴大，燃氣系統中發生的泄漏、火災與爆炸等事故的數量不斷上升[1～2]。現代化燃氣企業安全管理要求在保障不間斷供氣目標下，能夠處理燃氣泄漏事故、新管道連接及設備更新維護等應急作業任務。目前，帶氣應急搶修搶險作業是及時有序應對燃氣突發事故、消除隱患、減少次生災害的有效手段[3～4]。
   燃氣經營企業經過近年的快速發展，各項安全管理和技術管理已逐步走向系統化和標準化。帶氣應急搶修搶險作業也由往日由師傅帶徒弟等不系統的培訓方式，逐步走向系統化、正規化、標準化的培訓方式。這樣不僅保證一線技術工人作業技能的提高，而且通過系統、全面的培訓，使他們將作業中的安全知識熟記心中，將安全行為固化于行動中，保證實際作業的安全順利進行。帶氣作業的培訓教學工作重點是要將課堂知識落實到行動中，需要一個模擬實際生產的場所，按照實際生產要求反復練習并觀察動作的安全性及結果的正確性[5～6]。為此，我們針對燃氣經營企業對職工進行帶氣作業系統培訓建設了模擬作業場地，稱為安全生產實驗室。
2 安全生產實驗室的設計方案
    安全生產實驗室的建立既要能夠滿足課堂教學的演練，又要能夠檢驗學員針對不同的生產事故所做出操作的準確性。而且，還要保證實驗室在安全生產教學過程中不發生任何安全事故。
    在實驗室建設的過程中，我們進行了大量的調研，把大量停留在經驗階段的認識提升到理論層次，并用于系統化的教學，培養出更多的生產技術人員，滿足企業安全生產的需要。
    建設這樣的實驗室，必須考慮一切不安全的因素并進行合理的規避，保證實驗室的教學安全措施也是此項目的技術體現。
安全生產實驗室的設計方案見圖1。
 
實驗室根據課程教學要求建立一組埋地管道和設備。燃氣的壓力由中-低壓調壓箱控制。燃氣流向分為兩路，一路先后經過閥門1、2、3、4(閥門右側均裝有調長器)，另一路經旁通流向閥門5、6。Z1、Z2、Z3、Z4為4個閥門井，其中Z2、Z3、Z4可用于作業、放散、控壓等。閥門井蓋板為活動蓋板，方便進行帶氣不動火作業。設置3個作業坑G1、G2、G3，可以滿足3個作業小組同時使用，U形管道使用法蘭連接，方便更換。作業坑G1內安有放散管，放散管上裝有放散閥f1～f9作業時用于減小燃氣濃度。管路中f1～f9為普通放散閥。作業坑G3內燃氣管道安裝鋼塑轉換接頭，可以滿足聚乙烯塑料管的作業。
作業坑四周均采用水泥擋板，一方面便于開挖和填充物回填，填充物采用細沙；另一方面可防止氣體向四周泄漏而造成不可預測的其他不安全因素。燃氣管道埋深按機動車不能達到的地方管頂覆土厚度0.3m執行。作業對象燃氣管道規格為DN100mm。
3 安全生產實驗室的功能
3.1 檢漏
    對3個作業坑中任意一處U形管設置漏點，可模擬泄漏現場。漏點的設置：不帶氣的情況下，在U形管任意處用沖擊鉆打1個直徑為3～5mm的圓孔。在置換和不作業時，可以用木楔子把圓孔堵住。由于管道內燃氣為低壓，也可以帶孔進行置換作業。
    通過設置作業坑內管道的泄漏點，使管道內燃
氣在作業坑填充物空隙間進行自然擴散，訓練作業人員利用儀器、工具等技術方法確定泄漏點準確位置的能力。確保作業人員通過實驗培訓，能夠及時并準確地在事故現場找出泄漏點的位置，提高作業效率，防止泄漏事故的擴大。檢漏設備通常有日本產某型可燃氣體檢i受4儀，可檢測低濃度可燃氣體，由于其體積小，重量輕，結構緊湊，可用于閥門井內設備檢漏，也可在動火前進行可燃氣體體積分數檢測。德國產某型可燃氣體檢測儀最大優點是能夠區別天然氣與沼氣，可用于路面巡檢、鉆孔精確檢測等工作，因而可對填埋后的作業坑進行巡線檢漏培訓工作，該設備可以在較大范圍內使用，提高檢測工作效率，在最短時間內發現泄漏點，避免燃氣泄漏引起的次生災害。通過對多種檢測設備的使用，接受培訓者將充分掌握燃氣泄漏檢測技術。
3.2 帶氣作業
    帶氣作業是指在不停氣的情況下對燃氣管道進行改線、接線、維修、設備更換等作業，分為帶氣動火作業和帶氣不動火作業兩種作業類型。作業方式可以采用機械作業，也可以采用手工作業。帶氣作業是城鎮燃氣管網運行維護的一種重要手段[7～8]。
3.2.1帶氣動火作業
    帶氣動火作業以接線為主。帶氣接線就是將新建燃氣管道與正在供氣運行的燃氣管道相連接，使新建燃氣管道投入供氣運行。由于要對具有一定燃氣壓力的管道進行切割、焊接、打口、鉆孔，如果操作不當，會發生著火與爆炸，屬于危險作業。施工時，需要制定周密的帶氣接管方案，掌握帶氣接管方法，并熟悉安全技術。在進行帶氣作業培訓時，由于模擬真實作業現場，因而其危險性比其他以空氣或惰性氣體為氣源情況下的作業的危險性高。特別是手工帶氣動火作業，必須保證作業壓力穩定。壓力過高時，在切割和焊接過程中，焊接處生成的火焰過長，影響作業人員的操作，同時增加管內的燃氣外泄量，使外部環境可燃氣體含量升高，加大作業的危險性。當燃氣壓力過過低時，雖有利于操作，但控制管道內的燃氣壓力為正壓較困難，管徑越大或開孔越大，越難控制，而且切割或氣焊用的氧氣有可能較多地混入燃氣管道內。
3.2.2帶氣不動火作業
   帶氣不動火作業是在管道有燃氣壓力的情況下，對管道上的閥門、法蘭等設備進行更換、維護、保養等作業。
3.2.3功能實現
   可以在作業坑G1實現帶氣接線功能。對學員進行培訓時，假設多種施工現場和下游情況，供學員選擇帶氣作業方式，可采用機械作業，或采用手工作業。可以在閥門井中模擬帶氣不動火作業，模擬對閥門、補償器、法蘭等進行維護、保養。以作業坑G，為例，以燃氣置換管道內空氣操作步驟如下：
   ① 閥門1、2處于開啟狀態。
   ② 主閥門3、4、5、6處于關閉狀態。
   ③ 放散閥門f1、f2、f3、f4處于關閉狀態。
   ④ f5放散閥門設置放散點及測壓點。
   ⑤ 緩慢開啟調壓箱出口閥門，f5放散點觀測壓力，壓力為1000Pa時關閉調壓箱出口閥門。
   ⑥ 穩定15min，水柱壓力表液面穩定，即為合格。
    ⑦ 開啟調壓箱出口閥門繼續置換，控制壓力在1000Pa以下。
   ⑧ 利用球膽取樣3次，然后用分析儀器檢測，當燃氣體積分數達到100%時，即為合格，關閉f5放散點。
   ⑨ G1作業坑置換完畢。
3.3 應急搶修
    城鎮燃氣管道、設施等會由于外力破壞、腐蝕、應用不當等原因造成泄漏、斷氣、超壓供氣、爆炸、著火等意外事故。事故的發生地點、時間、原因等都是不確定的，燃氣專業人員接到報警后需要立即采取有效措施，最大程度減少損失一劃一。
    由于應急搶修作業條件都是突發事故，實驗室需要按照實際發生過的現場情況模擬現場，模擬搶修過程。面對各種類型事故的應急搶修，專業人員應具備較高的專業水平，能對事故原因作出正確的判斷，果斷采取正確措施，快速控制事故現場。
    進行搶修培訓時，模擬下游用戶性質，針對重要用戶、不能停氣用戶，根據現場情況選擇處理方式，或采用機械作業，或采用手工作業。模擬從接警開始，包括現場檢漏、作業、恢復等系統搶修過程，訓練調壓專業人員、管道專業人員、焊工、電工、作業輔助工、現場指揮、技術人員、安全人員等人員的熟練配合，保證搶修安全、快速。
3.4 管道成環
    管網成環有助于提高管網的供氣可靠性，但會加大管網造價。同時，也使管網結構更加復雜。在制定作業方案時需要考慮更多的因素，增加了作業難度。
    為了真實地模擬現場場景，在安全生產實驗室的建設上，由供氣管道和旁通管道構成廠環網。環網的構建，使帶氣作業時需要考慮更多的因素，使帶氣作業的方案更加復雜和多變。環網的建成，也完善了安全生產實驗室，增加了模擬仿真的可操作程度。
4 安全生產實驗室的日常管理
    實驗室在進行日常教學時，需要設專業人員管理，啟動前后要置換、吹掃，使用過程中要監控。教學活動結束后要檢查各處儀器及工具歸位情況，檢查各處燃氣體積分數達到相應標準后方可離開。
5 安全生產實驗室的風險規避
    ① 法蘭連接處泄漏風險規避。管道法蘭經多次拆卸操作后，將影響法蘭的密封性能。實驗室管理人員或教師在每次教學開始之前，具體檢查每個法蘭連接處的連接情況，確認法蘭連接符合要求，并沒有漏氣現象，方可進行實驗室教學工作。
    實驗室管理人員或教師在每次教學結束之后，具體檢查每個法蘭連接處的連接情況，確認法蘭連接符合要求并沒有漏氣現象，方可進行置換或吹掃等關閉實驗室工作。
    ② 現場放散造成的燃氣濃度范圍超標風險規避。實驗室管理人員或教師要做好實驗室的監督管理工作。在實驗室周圍做好警戒標志，建立作業區域，非教學人員和非作業人員禁止進入。未穿防靜電服和防靜電鞋及其他不符合安全標準的人員禁止進入。在教學過程中，要時刻對實驗室的可燃氣體進行檢測，達不到要求，禁止進行帶氣動火作業。
    ③ 手工作業時管道內燃氣壓力波動風險規避。在手工開孔作業時，掀開管道焊口準備焊接的瞬間會造成管道內壓力降低。由于實驗室空間有限，管道長度較短，壓力波動比較明顯。為了降低壓力波動的幅度，我們在主閥門下游安裝一段大口徑管道，增加了管道中的儲氣量，對管道的壓力波動可起到一定的緩沖作用。
    ④ 從教學安全角度考慮，實驗室內采用低壓燃氣。
6 安全生產實驗室的現實意義
    我們興建的安全生產實驗室填補了燃氣行業多工種實操聯合教學的空白，從真正意義上把管道、調壓、巡檢、方案制定、危險源辨識、現場分析、帶氣作業管理標準、帶氣作業操作技術、現場人員職責、警情分析、現場風險分析、臨時應急安全措施方案制定、搶險作業技術、后期處理、搶險搶修工作標準、應急管理流程、PE管維護搶修流程等工作有序安排在同一空間及時間內對學員進行集中培訓、考核。這種教學模式對于燃氣企業職業技術培訓工作具有重要現實意義。
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(本文作者：李金波 史磊 董亮 李子馳 于朋 岳雷雷 王恒 北京市燃氣集團燃氣學院 北京 100006)