燃?xì)夤艿佬孤╋L(fēng)險(xiǎn)控制系統(tǒng)

摘 要

摘要：探討了燃?xì)夤艿佬孤╋L(fēng)險(xiǎn)控制系統(tǒng)的建立和技術(shù)方法。對(duì)燃?xì)夤芫W(wǎng)進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，確定重點(diǎn)監(jiān)控管道，結(jié)合壓力管理與在線檢測(cè)技術(shù)對(duì)燃?xì)庑孤╋L(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行有效控制。關(guān)鍵詞：燃?xì)夤艿里L(fēng)
摘要：探討了燃?xì)夤艿佬孤╋L(fēng)險(xiǎn)控制系統(tǒng)的建立和技術(shù)方法。對(duì)燃?xì)夤芫W(wǎng)進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，確定重點(diǎn)監(jiān)控管道，結(jié)合壓力管理與在線檢測(cè)技術(shù)對(duì)燃?xì)庑孤╋L(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行有效控制。
關(guān)鍵詞：燃?xì)夤艿里L(fēng)險(xiǎn)評(píng)估；壓力管理；在線檢測(cè)；泄漏；風(fēng)險(xiǎn)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?xì)夤艿佬孤╋L(fēng)險(xiǎn)控制的意義
    隨著我國(guó)燃?xì)庑袠I(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(zhǎng)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(lái)的是龐大的安全維護(hù)工作，然而我國(guó)的燃?xì)庑袠I(yè)安全管理領(lǐng)域處于起步階段，存在較大不足，尤其是燃?xì)膺\(yùn)營(yíng)安全管理。
    國(guó)外的燃?xì)膺\(yùn)營(yíng)安全管理已形成了完善的體系。以英國(guó)為例，從1812年開(kāi)始正式使用人工煤氣，1967年開(kāi)始進(jìn)行天然氣轉(zhuǎn)換，用了10年時(shí)間完成了全部的天然氣轉(zhuǎn)換工作。作為一個(gè)有200年燃?xì)鈶?yīng)用歷史的國(guó)家，英國(guó)燃?xì)庑袠I(yè)有著先進(jìn)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(qiáng)化企業(yè)員工安全意識(shí)的同時(shí)，通過(guò)不斷的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估與檢測(cè)，采取即時(shí)匯總信息措施將安全風(fēng)險(xiǎn)降至最低。
    在我國(guó)，燃?xì)庑孤┑闹饕獧z測(cè)手段還停留在日常巡檢上，其弊端是耗費(fèi)大量人力物力且無(wú)法及時(shí)判斷準(zhǔn)確的泄漏點(diǎn)，存在安全隱患，對(duì)于日常數(shù)據(jù)的收集、分析過(guò)程也顯得過(guò)于冗長(zhǎng)和繁瑣。伴隨燃?xì)庑袠I(yè)迅速發(fā)展所帶來(lái)的大量數(shù)據(jù)和信息，是目前安全管理體系無(wú)法應(yīng)對(duì)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(jī)制和管理手段及應(yīng)用技術(shù)。
    燃?xì)夤艿佬孤╋L(fēng)險(xiǎn)控制系統(tǒng)借鑒了英國(guó)燃?xì)庑袠I(yè)的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法[1～2]，并將其與壓力管理和在線檢測(cè)技術(shù)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了與SCADA系統(tǒng)[3～6]的有效連接。
2 燃?xì)夤艿佬孤╋L(fēng)險(xiǎn)控制系統(tǒng)
2.1 系統(tǒng)建立
    以燃?xì)夤艿赖娘L(fēng)險(xiǎn)評(píng)估為基礎(chǔ)，建立完整的燃?xì)夤艿里L(fēng)險(xiǎn)檔案，確定重點(diǎn)監(jiān)控管道，例如高壓力、舊管道等。通過(guò)壓力、流量的實(shí)時(shí)監(jiān)控及可燃?xì)怏w傳感器，對(duì)重點(diǎn)監(jiān)控管道實(shí)施壓力管理和在線檢測(cè)。對(duì)于泄漏管段，進(jìn)行精確定位，從而建立起燃?xì)夤艿佬孤╋L(fēng)險(xiǎn)控制系統(tǒng)。
2.2 技術(shù)方法
   ① 燃?xì)夤艿里L(fēng)險(xiǎn)評(píng)估
   借鑒燃?xì)夤艿里L(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法[7～8]，采用管道指數(shù)評(píng)分方法確定燃?xì)夤艿赖娘L(fēng)險(xiǎn)等級(jí)，將燃?xì)夤艿赖氖б蛩貧w結(jié)為4類(lèi)一級(jí)因素，每一類(lèi)一級(jí)因素又分為若干二級(jí)甚至三級(jí)或四級(jí)因素。其中包括了防腐層評(píng)估、巡檢次數(shù)、設(shè)計(jì)因素、人為因素等，再對(duì)每類(lèi)因素根據(jù)燃?xì)夤艿赖膶?shí)際情況給予相應(yīng)評(píng)分，求和后再根據(jù)管道中氣體的擴(kuò)散性對(duì)該分值進(jìn)行修正，從而得到燃?xì)夤艿赖娘L(fēng)險(xiǎn)評(píng)估分值及等級(jí)。以此作為依據(jù)，確定燃?xì)夤艿朗欠裥枰攸c(diǎn)監(jiān)控。
    需要實(shí)施重點(diǎn)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(cè)來(lái)預(yù)防泄漏事故的發(fā)生，并合理進(jìn)行安全管理的資源配置，有效地應(yīng)對(duì)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(diǎn)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(yùn)行狀況[9]。
    確定主要監(jiān)控區(qū)域后，通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)控獲得各節(jié)點(diǎn)在正常承壓狀態(tài)下的壓力、流量數(shù)據(jù)，從而明確整個(gè)管網(wǎng)的壓力分布。若發(fā)生泄漏則可通過(guò)各節(jié)點(diǎn)的壓力、流量變化確定發(fā)生泄漏的管段，結(jié)合在線檢測(cè)可排除氣源壓力變化對(duì)判斷泄漏點(diǎn)造成的干擾。這樣，對(duì)泄漏的確認(rèn)與預(yù)定位形成了雙重保險(xiǎn)。
   ③ 在線檢測(cè)
   根據(jù)氣體的擴(kuò)散性在管段沿線以一定間距(一般為50m)進(jìn)行打孔，并在孔內(nèi)設(shè)置防水、防爆的可燃?xì)怏w傳感器，可通過(guò)無(wú)線傳輸?shù)姆绞綄z測(cè)數(shù)據(jù)傳送至手持接收機(jī)或掌上計(jì)算機(jī)(PDA)，巡檢人員無(wú)需停留只需經(jīng)過(guò)檢測(cè)點(diǎn)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(guò)中繼器收集各可燃?xì)怏w傳感器的檢測(cè)數(shù)據(jù)并上傳至SCADA系統(tǒng)的控制中心，實(shí)現(xiàn)對(duì)燃?xì)庑孤┑脑诰€檢測(cè)。配合壓力管理可排除其他可燃?xì)怏w(如沼氣)對(duì)判斷泄漏點(diǎn)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(chē)載或便攜檢測(cè)設(shè)備確定工作區(qū)域，如發(fā)現(xiàn)泄漏還需對(duì)泄漏氣體進(jìn)行種類(lèi)辨識(shí)，排除其他氣體(如沼氣)的干擾。對(duì)已經(jīng)確定泄漏的管段可先實(shí)施對(duì)泄漏點(diǎn)的預(yù)定位，由在線檢測(cè)或日常巡檢確定泄漏的大致區(qū)域，再進(jìn)行精確定位，如遇硬質(zhì)路面或在大片區(qū)域內(nèi)均檢測(cè)到高濃度可燃?xì)怏w，需結(jié)合路面鉆孔機(jī)和吸真空系統(tǒng)打孔定位?？扇?xì)怏w泄漏巡檢、定位流程見(jiàn)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(cè)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(duì)金屬管道)和探地雷達(dá)(針對(duì)非金屬管道)探明管道的具體位置。
    燃?xì)庑孤╊A(yù)定位：a.在采用路面巡檢法時(shí)，主要使用巡檢儀器(手持式、背挎式檢測(cè)儀)對(duì)工作區(qū)域的閥門(mén)井和管道正上方的路面進(jìn)行檢測(cè)。使用背挎式檢測(cè)儀時(shí)需注意將檢測(cè)范圍控制在管道正上方2m范圍內(nèi)，行進(jìn)速度控制在1～2m/s。b.在采用大面積普查法時(shí)，利用車(chē)載檢測(cè)設(shè)備對(duì)工作區(qū)進(jìn)行大范圍檢測(cè)。
    泄漏氣體種類(lèi)辨識(shí)與分析：當(dāng)發(fā)現(xiàn)泄漏時(shí)還需要對(duì)泄漏氣體進(jìn)行定性分析，由于目前的檢測(cè)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(jìn)行辨識(shí)。
    泄漏點(diǎn)精確定位：若發(fā)現(xiàn)可燃?xì)怏w泄漏，還需對(duì)泄漏位置進(jìn)行精確定位，一般使用路面鉆孔機(jī)進(jìn)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(duì)孔內(nèi)氣體濃度進(jìn)行測(cè)量，濃度最高的鉆孔距泄漏點(diǎn)位置最近。
    開(kāi)挖、搶修：確定泄漏點(diǎn)后就可進(jìn)行開(kāi)挖搶修，在搶修時(shí)配備防爆風(fēng)機(jī)、破路錘、呼吸器等相關(guān)設(shè)備。
    ⑤ 激光光譜檢測(cè)技術(shù)
    激光光譜檢測(cè)儀是利用甲烷氣體分子對(duì)光線特定譜線的吸收特性，將光譜固定到針對(duì)甲烷分子的某一特定波長(zhǎng)的譜線時(shí)，通過(guò)比較發(fā)射光線和被甲烷氣體吸收能量后反射回來(lái)的光線能量來(lái)確認(rèn)甲烷氣體的存在。
    通過(guò)內(nèi)置的激光脈沖二極管發(fā)射譜線，穿過(guò)甲烷氣團(tuán)后譜線的能量減弱再通過(guò)照射到的反射面反射回來(lái)，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(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，再由放大器放大后經(jīng)過(guò)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(jìn)行比對(duì)，得出能量損失從而計(jì)算出甲烷的濃度。
    這種技術(shù)是一種能夠?qū)扇細(xì)怏w泄漏進(jìn)行遠(yuǎn)距檢測(cè)的技術(shù)，檢測(cè)人員無(wú)需進(jìn)入可能存在氣體泄漏的區(qū)域就可以對(duì)該區(qū)域進(jìn)行檢測(cè)。由于玻璃的通透性不會(huì)對(duì)激光的主光軸造成折射，因此該技術(shù)還能直接對(duì)戶(hù)內(nèi)進(jìn)行檢測(cè)，保證了檢測(cè)人員的安全。
3 巡檢管理
    日常巡檢是一項(xiàng)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(duì)日常巡檢工作進(jìn)行監(jiān)督和數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)。將檢測(cè)數(shù)據(jù)與巡檢軌跡相結(jié)合，既能夠確定巡檢時(shí)間，還便于對(duì)巡檢隊(duì)伍的管理與人員結(jié)構(gòu)的合理優(yōu)化，并為建立可燃?xì)怏w泄漏點(diǎn)數(shù)據(jù)庫(kù)做好前期工作。
4 結(jié)語(yǔ)
    燃?xì)夤艿佬孤╋L(fēng)險(xiǎn)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(yùn)營(yíng)安全，實(shí)現(xiàn)智能化輔助決策支持，有效控制運(yùn)行成本，通過(guò)工作效率的提升和泄漏風(fēng)險(xiǎn)的有效控制，創(chuàng)造燃?xì)馄髽I(yè)的最大經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)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?tīng)柟?北京 100086；2.武漢華潤(rùn)燃?xì)庥邢薰?湖北武漢 430000：3.天津市中平燃器設(shè)備有限公司 天津 300100)