城市復(fù)雜燃氣管網(wǎng)應(yīng)急風(fēng)險防控體系構(gòu)建與實踐

張玉星?馬旭卿?黃麗麗?郭保玲?閆松

編者按：本期聚焦各級普遍很關(guān)注的“燃氣安全管理”難題，邀請北京市燃氣集團研究院團隊，集中攻關(guān)、集體破題，從《著力提升城鎮(zhèn)天然氣戶內(nèi)安全使用管理水平》《城市復(fù)雜燃氣管網(wǎng)應(yīng)急風(fēng)險防控體系構(gòu)建與實踐》《基于網(wǎng)格化的中低壓燃氣管網(wǎng)風(fēng)險管理創(chuàng)新方法》《多源參數(shù)辨識在工商業(yè)燃氣計量儀表安全管理中的應(yīng)用》《管道燃氣運營安全與措施》《從燃氣軟管事故中探究執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)的必要性》等維度，提出安全管理舉措和典型案例參考。

特別感謝北京市燃氣集團研究院組稿。

燃氣管網(wǎng)安全關(guān)系到城市及社會的發(fā)展，腐蝕泄漏是燃氣管網(wǎng)事故的關(guān)鍵原因之一。為了解決城市復(fù)雜管網(wǎng)的安全問題，非常有必要搭建全面且系統(tǒng)的管網(wǎng)應(yīng)急風(fēng)險防控體系，該體系主要包括以下兩方面：一是構(gòu)建一套完善的腐蝕風(fēng)險防控體系，從源頭上抑制腐蝕泄漏事故的發(fā)生、降低應(yīng)急事件發(fā)生率;二是搭建一套合理的泄漏點快速精準(zhǔn)定位技術(shù)，從過程上理順泄漏定位流程，提高應(yīng)急處置效率。

一、應(yīng)急風(fēng)險防控體系組成

（一）加強風(fēng)險及隱患排查是管網(wǎng)安全的基本要求

燃氣管網(wǎng)安全直接關(guān)系到廣大人民群眾的正常生活及社會穩(wěn)定。政府相關(guān)部門為此制定了一系列加強燃氣管網(wǎng)安全的方案，比如住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部、國家能源局、北京市政府、北京市城市管理委均要求加強地下管線風(fēng)險管理、全面開展泄漏隱患排查等制定相應(yīng)的方案，要求充分認識保護管網(wǎng)設(shè)施安全的重要性。

（二）腐蝕控制是管網(wǎng)風(fēng)險防控的關(guān)鍵環(huán)節(jié)

管網(wǎng)風(fēng)險防控及完整性管理是行業(yè)發(fā)展和安全管理的必然要求，是預(yù)防事故發(fā)生、實現(xiàn)事前預(yù)控的有效手段。腐蝕控制管理是管網(wǎng)完整性及預(yù)防性管理的首要環(huán)節(jié)，應(yīng)逐步建立以腐蝕控制為重點的預(yù)防性運營新體系，前置管理風(fēng)險，從“已病防變”向“未病先防”轉(zhuǎn)型升級，降低應(yīng)急事件發(fā)生率。

（三）泄漏精準(zhǔn)定位是應(yīng)急管理的核心基礎(chǔ)

泄漏點定位技術(shù)是燃氣管道運營過程中的一項關(guān)鍵技術(shù)，當(dāng)發(fā)現(xiàn)管道泄漏后，泄漏點定位的準(zhǔn)確度直接影響開挖面積及維修搶修時間。泄漏定位的時間及精度是應(yīng)急處置的首要環(huán)節(jié)及核心步驟，與應(yīng)急處置的效率關(guān)聯(lián)密切。

二、應(yīng)急風(fēng)險防控體系運轉(zhuǎn)機制

（一）應(yīng)急風(fēng)險防控體系的內(nèi)涵

基于城市燃氣特點及城市要求，一是構(gòu)建“腐蝕風(fēng)險防控體系”，該體系包含“風(fēng)險識別、風(fēng)險防控”兩個關(guān)鍵流程，依托“陰極保護遠傳、微孔開挖”兩項關(guān)鍵技術(shù)，實現(xiàn)源頭抑制，降低泄漏應(yīng)急事件的發(fā)生率;二是搭建“泄漏精準(zhǔn)定位體系”，該體系基于“傳統(tǒng)技術(shù)、創(chuàng)新技術(shù)”相互融合，依托“打孔檢測、示蹤劑法、聲注入法、超聲導(dǎo)波法”四項關(guān)鍵技術(shù)，實現(xiàn)快速精準(zhǔn)泄漏點定位，提高應(yīng)急處理效率;三是建立“應(yīng)急效能評價體系”，結(jié)合“泄漏事件下降率、應(yīng)急處置效率”兩個評價指標(biāo)，實現(xiàn)管理流程的持續(xù)優(yōu)化，技術(shù)體系的不斷完善。最終通過三個完整子體系、六項關(guān)鍵技術(shù)的有效運轉(zhuǎn)，實現(xiàn)泄漏發(fā)生前的預(yù)防性管理，泄漏發(fā)生后的高效應(yīng)急處置（如圖1所示）。

圖1 超大城市復(fù)雜燃氣管網(wǎng)應(yīng)急風(fēng)險防控體系示意圖

本體系主要針對城市燃氣管網(wǎng)的泄漏應(yīng)急風(fēng)險，構(gòu)建一套完整的閉環(huán)防控管理及技術(shù)體系。該體系的建立是城市復(fù)雜管網(wǎng)應(yīng)急管理的成功創(chuàng)新，是安全生產(chǎn)的有效保障，是防災(zāi)減災(zāi)的關(guān)鍵支撐。該體系的實施可有效緩解應(yīng)急事件量、提升應(yīng)急處置效率，保證管網(wǎng)的安全運行。

（二）應(yīng)急風(fēng)險防控體系的主要做法

1.編制腐蝕清單，預(yù)判泄漏事件

基于腐蝕控制在管網(wǎng)安全運行中的重要作用，通過有效識別腐蝕風(fēng)險，編制風(fēng)險清單，實現(xiàn)泄漏事件的提前預(yù)判。針對此問題，加強對燃氣管網(wǎng)腐蝕數(shù)據(jù)的監(jiān)檢測，并制定一系列腐蝕評價方法。風(fēng)險識別的關(guān)鍵在于數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性及數(shù)據(jù)采集的時效性，借助陰極保護遠傳技術(shù)可以有效獲取管道的陰極保護及雜散電流干擾信息，連續(xù)監(jiān)控陰極保護狀態(tài)?；诓杉母g數(shù)據(jù)，制定合理的評判方法，明確風(fēng)險等級，編制風(fēng)險清單，更有針對性地采取風(fēng)險防控措施。

（1）陰保遠傳，研發(fā)腐蝕數(shù)據(jù)采集技術(shù)

通過技術(shù)研發(fā)形成完整的陰極保護遠傳技術(shù)，主要包括測試探頭、遠傳終端和服務(wù)器三部分（如圖2所示）。

圖2 陰極保護遠傳系統(tǒng)原理圖

測試探頭埋設(shè)于管道周邊，主要監(jiān)測管網(wǎng)的陰極保護及雜散電流干擾參數(shù);遠傳終端安裝在測試樁或測試井內(nèi)，主要功能是完成通、斷電電位的監(jiān)測、儲存;服務(wù)器主要用以接收、儲存監(jiān)測數(shù)據(jù)，顯示及實時查詢陰極保護電位異常、雜散電流干擾嚴(yán)重區(qū)域，更好地提高風(fēng)險預(yù)警準(zhǔn)確率及風(fēng)險識別效率。該技術(shù)可以實現(xiàn)自動監(jiān)測與傳輸，極大提高管網(wǎng)安全管理水平，使得管道陰極保護逐步走向系統(tǒng)化、智能化管理。

（2）制定科學(xué)的評判方法

梳理行業(yè)、國內(nèi)、國際腐蝕風(fēng)險評價標(biāo)準(zhǔn)，基于腐蝕數(shù)據(jù)類型從陰極保護及雜散電流兩個方面建立評價標(biāo)準(zhǔn)體系，并進行關(guān)鍵條款的對標(biāo)分析，結(jié)合城市燃氣特點，篩選適用于城市燃氣的標(biāo)準(zhǔn)條款，制定科學(xué)的評判方法，實現(xiàn)腐蝕風(fēng)險的分級。

2.攻關(guān)防控技術(shù)，抑制應(yīng)急源頭

（1）微孔開挖，創(chuàng)新腐蝕風(fēng)險消減技術(shù)

通過依托新技術(shù)的便捷性，利用微孔開挖設(shè)備，更加優(yōu)化腐蝕風(fēng)險防控流程。微孔開挖技術(shù)是指采取真空吸塵和切割挖孔相結(jié)合的方式開挖路面，然后利用特殊工具對地下管道進行修復(fù)和改造（如圖3所示）。

圖3 微孔開挖系統(tǒng)主要設(shè)備構(gòu)成圖

本技術(shù)結(jié)合城市燃氣特點進行了多項創(chuàng)新：改進了現(xiàn)有的手持操作工具，通過使用關(guān)節(jié)軸承及井口架增加了操作自由度，確保維修質(zhì)量和精度;改進了防腐層修復(fù)范圍，通過對現(xiàn)有工具的改進，將修復(fù)范圍擴展到管道側(cè)部及底部;改進了陰極保護系統(tǒng)中犧牲陽極焊接方式，采用電子打火，控制開關(guān)設(shè)置在操作桿尾部，使焊接不受管道埋深限制，也避免了近距離操作帶來的安全隱患;增加了監(jiān)控設(shè)備，既可以對管道表面的處理情況及修復(fù)質(zhì)量進行觀察，同時也能為地下空間提供照明，進一步確保修復(fù)質(zhì)量;增加了防腐層修復(fù)效果檢驗工具，避免了因修復(fù)質(zhì)量不合格所帶來的二次開挖風(fēng)險。

（2）應(yīng)用場景及案例

在保證防腐層破損點及犧牲陽極位置定位準(zhǔn)確的前提下，微孔開挖技術(shù)可適用于埋深2m以內(nèi)且管徑小于600mm的管線。微孔開挖主要涉及旋轉(zhuǎn)切割路面、真空挖掘與維修、土壤回填、黏結(jié)并修平路面四個步驟。通過微孔開挖技術(shù)的應(yīng)用，實現(xiàn)了城市燃氣管網(wǎng)腐蝕風(fēng)險的高效消減，通過對防腐層破損點的修復(fù)及犧牲陽極的更換，提升了管網(wǎng)對腐蝕風(fēng)險的防控能力，保障燃氣管道的安全運行。

3.搭建定位體系，提升應(yīng)急效率

泄漏點精準(zhǔn)定位是應(yīng)急搶修的基礎(chǔ)保障，是燃氣管道運營過程中的關(guān)鍵技術(shù)，泄漏點定位的精度直接影響開挖面積及應(yīng)急處置時間。通常情況下，90%以上的管道泄漏點都能采用打孔檢測的方式在24小時內(nèi)找到，剩余10%的管道泄漏點需要新的檢測手段實現(xiàn)快速定位。本方案結(jié)合城市復(fù)雜環(huán)境特點分別針對示蹤劑法、聲注入法、超聲導(dǎo)波法制定了相應(yīng)的定位流程。最終，結(jié)合以上四種關(guān)鍵技術(shù)，首次搭建泄漏點快速、精準(zhǔn)定位體系（如圖4所示），實現(xiàn)了管道泄漏點100%的精準(zhǔn)、快速定位。

圖4 泄漏點快速精準(zhǔn)定位體系示意圖

（1）打孔檢測，傳統(tǒng)泄漏定位方法

城市燃氣管道的泄漏點定位主要以打孔檢測的方式為主，在管道上方路面以1m或2m左右的間隔打鉆孔使泄漏的燃氣冒出地面，然后用檢漏儀檢測燃氣濃度，還可對每個鉆孔進行吸真空處理后再進行檢測，如果發(fā)現(xiàn)某一個或幾個點的測量值升高的速度明顯，那么該區(qū)域就可以確認為泄漏點范圍（如圖5所示）。

圖5 采用打孔檢測的方式進行泄漏定位

（2）示蹤劑法，創(chuàng)新甄別并行管道

示蹤劑法是指向管道內(nèi)注入比重較輕、粘度較小的氣體示蹤劑進行管道泄漏點定位，氫氣、氦氣等是比較理想的示蹤氣體，是所有氣體中比重較輕和黏度較小的，能夠快速由泄漏處滲透到地面從而被儀器檢測到（如圖6所示）。示蹤劑法適用于管道停氣檢測泄漏點，可以甄別并行復(fù)雜管道中的泄漏管道，準(zhǔn)確率達90%以上。

圖6 采用示蹤劑法進行泄漏定位示意圖

（3）聲注入法，首次用于埋地管道

聲注入法是通過向管道內(nèi)注入特定頻率聲波的方法，接收泄漏點引起的回波信號，根據(jù)時間差實現(xiàn)對泄漏點的準(zhǔn)確定位（如圖7所示）。結(jié)合燃氣管道埋地條件下泄漏的實際情況，驗證了所提方法的可行性，證明了管道泄漏時漏孔周圍腔體的存在。泄漏孔處的回波影響因素有很多，其中關(guān)鍵因素是泄漏孔處的腔體大小，腔體越大與有利于信號檢測。

圖7 采用聲注入法進行泄漏定位示意圖

（4）超聲導(dǎo)波，探索精準(zhǔn)定位參數(shù)

超聲導(dǎo)波的檢測原理主要是通過記錄缺陷反射回波后的時間，再與導(dǎo)波的波速相乘，即可算出缺陷所在位置（如圖8所示）。通過系列研究表明，超聲導(dǎo)波適合用于短距離精準(zhǔn)定位，導(dǎo)波在埋地燃氣管道中的檢測距離最長可達40m，不同類型防腐層及防腐層厚度會對超聲導(dǎo)波在管道上的傳播產(chǎn)生影響。

圖8 采用超聲導(dǎo)波進行泄漏定位示意圖

4. 建立效能機制，優(yōu)化防控體系

腐蝕風(fēng)險防控體系的應(yīng)用，有助于管道泄漏發(fā)生前實現(xiàn)風(fēng)險預(yù)警，有效降低泄漏應(yīng)急事件的發(fā)生率;泄漏精準(zhǔn)定位體系的應(yīng)用，提高了泄漏點定位效率，也在很大程度上提升了后續(xù)應(yīng)急處置效率。因此，應(yīng)結(jié)合“泄漏事件下降率、應(yīng)急處置效率”兩個關(guān)鍵指標(biāo)，建立應(yīng)急效能評價機制，不斷發(fā)現(xiàn)應(yīng)急體系問題，持續(xù)改進，不斷優(yōu)化。

（1）形成泄漏事件量評價機制

定期統(tǒng)計泄漏事件量，分析腐蝕風(fēng)險防控體系實施后的效果。通過腐蝕風(fēng)險防控體系的建立與實施，從以下兩個維度分析效果：一是陰極保護的有效比例，風(fēng)險防控創(chuàng)新方案的實施可以增加在役管網(wǎng)的陰極保護有效性;二是泄漏事件降低率，由于腐蝕風(fēng)險是泄漏的最大風(fēng)險點，腐蝕風(fēng)險受控可以大大降低泄漏事件的發(fā)生率。通過以上兩個維度的分析，挖掘防控體系存在的問題及下一步深入的研究點，持續(xù)不斷完善。

（2）建立應(yīng)急處置效率評價機制

通過泄漏精準(zhǔn)定位體系的應(yīng)用，統(tǒng)計每起應(yīng)急事件的詳細信息，從施工信息、人力保障、搶修資金、施工時間等多個維度展開分析，統(tǒng)計應(yīng)急處置效率變化趨勢，優(yōu)化應(yīng)急處置流程。

三、小結(jié)

基于城市燃氣特點及相關(guān)要求，構(gòu)建了“腐蝕風(fēng)險防控體系”“泄漏精準(zhǔn)定位體系”“應(yīng)急效能評價體系”，形成了一套完整的閉環(huán)防控管理及技術(shù)體系，能有效地應(yīng)對超大城市燃氣管網(wǎng)的泄漏應(yīng)急風(fēng)險，無論管理流程還是技術(shù)方案均有效可行，進一步提高了應(yīng)急處置效率，保證管網(wǎng)安全運行。

在管理水平方面，提高了風(fēng)險識別效率、風(fēng)險評價準(zhǔn)確率及泄漏點定位精度，減少了管網(wǎng)泄漏事件量。

在社會效益方面，防控技術(shù)體系的實施，保障了城市燃氣管網(wǎng)安全可靠的運行及居民用氣穩(wěn)定。

（責(zé)任編輯：鞠阿蓮）