張志玲

（太原天然氣有限公司，山西 太原 030000）

0 前言

城市化進程逐步加快，對于燃氣需求度大幅升高，除了滿足人們?nèi)粘Ｗ鲲埿枰?，也成為加熱主要資源。燃氣管線由于自身特性，鋪設(shè)在地下環(huán)境，覆蓋范圍廣，如果泄露出現(xiàn)嚴重安全事故，將嚴重威脅到城市安全運行。而燃氣管線的檢查難度較大，鋪設(shè)范圍較廣，無法做到實時覆蓋，加之人員業(yè)務(wù)素養(yǎng)要求較高，所以無法及時發(fā)現(xiàn)燃氣泄露，帶來十分嚴重的泄露風(fēng)險。

1 燃氣管線相鄰地下空間的安全隱患

1.1 燃氣事故分析

對于燃氣來說，其在使用過程中存在一定的危險性，一旦燃氣在日常應(yīng)用中可能存在泄漏安全隱患，如未能及時發(fā)現(xiàn)泄漏情況，燃氣將會在密閉空間內(nèi)不軟集聚，當(dāng)濃度達到5%～15%以上便會引起爆炸，一旦發(fā)生爆炸將會嚴重的人員傷亡和經(jīng)濟損失，對于我國現(xiàn)代化建設(shè)帶來負面影響。燃氣事故的案例數(shù)不勝數(shù)，每一次事故都值得深思，如在2012年8月2日，南江縣一棟8層樓房發(fā)生燃氣爆炸事故，事故發(fā)生于當(dāng)日的下午3時12分左右，事故造成2人死亡，24人受傷，建筑當(dāng)街玻璃全部損毀，因爆炸產(chǎn)生的各類雜物從高處掉落，導(dǎo)致沿街停放車輛均有不同程度損傷，整棟樓房的空調(diào)機掉落50%以上，一樓門市10多個門市的卷簾門被炸飛，事后統(tǒng)計本次事故受災(zāi)群眾83戶共355名。發(fā)生爆炸的廚房位于一樓已面目全非，經(jīng)調(diào)查爆炸系廚房民用天燃氣泄漏引發(fā)。出現(xiàn)此問題的原因是該住戶并未安裝燃氣報警器，出現(xiàn)燃氣泄漏時無法及時預(yù)警，造成了嚴重的人員傷亡和財產(chǎn)損失。

1.2 相鄰地下空間隱患

燃氣管線相鄰地下空間較為復(fù)雜，覆蓋范圍廣，無論是人防工程、雨污水管線還是地鐵、電纜溝，都是城市地下空間主要內(nèi)容，同燃氣管線交叉或并行敷設(shè)，屬于相鄰容易泄露的地下空間，同時也是火災(zāi)爆炸事故高發(fā)區(qū)域。結(jié)合燃氣管線泄露檢測技術(shù)要求，更多的是檢查燃氣管線油污泄漏，卻很少將燃氣管線相鄰地下空間作為安全監(jiān)測對象，存在很大的燃氣泄露隱患，稍有不慎將帶來嚴重事故。現(xiàn)有的燃氣管線檢測手段單一、滯后，技術(shù)水平不高，難以滿足安全檢查需要[1]。人工檢查時效性較差，無法實時覆蓋，效率偏低，即便有隱患也無法及時有效的檢測出來。尤其是檢查范圍廣，工作量大，如果對城市道路下的燃氣管線檢測，可能由于巡檢車體積過大存在檢測死角，導(dǎo)致檢測不全面的問題出現(xiàn)。以往的燃氣安全管理中，安全防范機制內(nèi)容不全面，很少從城市整體角度去統(tǒng)籌規(guī)劃，燃氣泄露直接進入到污水管道、雨水管道和地下停車場等地下空間，由于缺少專人監(jiān)管和負責(zé)，即便發(fā)現(xiàn)泄露也存在搶修不及時的問題，威脅到城市安全。如，2017年松原市發(fā)生的城市燃氣管道泄露爆炸事件，結(jié)合調(diào)查報告給出的結(jié)果，相關(guān)責(zé)任企業(yè)和部門缺少城市公共安全管理機制，安全管理度不足，未能定期檢修燃氣管道，成為燃氣管道泄露爆炸事故發(fā)生的主要因素。

2 燃氣管線相鄰地下空間安全檢測要求

2.1 產(chǎn)品性能要求

燃氣融合空氣后整體濃度會減小，但如果燃氣濃度持續(xù)增長，仍然會在空氣中堆積，因此要求報警器必須能夠按照標準進行檢測，根據(jù)不同需求選擇合適性能的報警器。靈敏度是衡量報警器使用性能關(guān)鍵指標之一，不同類型的可燃性氣體進行監(jiān)測時，如果只有一個設(shè)定值，則需要滿足預(yù)設(shè)的低限要求，通?？梢园凑毡ㄏ孪捱M行設(shè)定，一般用LEL來表示，但由于所用報警器靈敏度可能完全不同，低限報警通常處在爆炸下限的1%～25%之內(nèi)，滿足家用報警器的需求。

2.2 選型應(yīng)用要求

現(xiàn)在很多燃氣器具會產(chǎn)生大量一氧化碳，在實際的選型過程中，不僅要有滿足要求的靈敏度，而且還要避免出現(xiàn)誤報的情況，如一氧化碳會對人體很大危害，所以很多家庭會選擇具有雙探測功能的報警器?；诳扇細怏w濃度報警閾值，及時分析氣體濃度變化規(guī)律，解決傳統(tǒng)技術(shù)手段效率不高的問題，通過擴散模型、泄漏溯源模型確定影響范圍，同時為了能夠排除其他氣體造成的干擾，在檢測可燃性氣體的同時對一氧化碳進行檢測和報警。

2.3 網(wǎng)絡(luò)通信要求

網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)實現(xiàn)傳感器數(shù)據(jù)的匯集、傳輸、交互，前端傳感器采集到泄漏可燃氣體濃度信號后，根據(jù)泄漏燃氣在土壤和空氣中的擴散速度對高斯煙羽模型進行修正，并將監(jiān)測點測量數(shù)值帶入高斯煙羽模型，通過3G/4G通信模塊經(jīng)由移動互聯(lián)網(wǎng)傳輸?shù)奖O(jiān)測中心，隨后將信息存儲到監(jiān)控中心數(shù)據(jù)庫，通過應(yīng)用層節(jié)點認證保障。而數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)存儲燃氣安全監(jiān)測密切相關(guān)的各種信息如基礎(chǔ)信息，保障預(yù)案庫、案例庫、知識庫信息的準確性，在此基礎(chǔ)上結(jié)合三維地理信息系統(tǒng)和BIM模型，將在線監(jiān)測數(shù)據(jù)與模型關(guān)聯(lián)，為預(yù)測預(yù)警和輔助決策提供數(shù)據(jù)支撐。

3 燃氣管線相鄰地下空間安全檢測系統(tǒng)構(gòu)建

燃氣管線相鄰地下空間的安全監(jiān)測，其中涉及眾多內(nèi)容，包括風(fēng)險識別、安全監(jiān)測預(yù)警等多環(huán)節(jié)，要求全方位識別泄露風(fēng)險，基于物聯(lián)網(wǎng)來實時監(jiān)測，對風(fēng)險較高區(qū)域重點進行檢測，可通過多個傳感器組合保證在濃度較低的情況下及時發(fā)現(xiàn)，超出預(yù)警值及時上報和解決，輔助決策部署[2]。

建立燃氣管線相鄰地下空間安全監(jiān)測系統(tǒng)，技術(shù)架構(gòu)包括四點：

（1）前端感知系統(tǒng)。分析燃氣管線相鄰地下空間出現(xiàn)火災(zāi)事故的可能性，對燃氣管線相鄰地下空間實時監(jiān)測，并在此基礎(chǔ)上進行風(fēng)險識別和評估，也可以通過諸多傳感器識別容易出現(xiàn)泄漏的燃氣管線以及火災(zāi)爆炸的空間，通過收集燃氣管線相鄰地下空間相關(guān)信息，合理部署將風(fēng)險細化，以此實時監(jiān)測可燃氣體空間濃度，為后續(xù)決策部署提供支持。

（2）網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)。主要是借助CAN總線協(xié)議通過網(wǎng)關(guān)模塊，將傳感器收集的數(shù)據(jù)匯總、傳輸和利用，將前端傳感器與后端監(jiān)測中心連接在一起實現(xiàn)信號A/D轉(zhuǎn)換、編碼。前端傳感器所采集到的信號數(shù)據(jù)，隨后可3G或4G模塊將轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)傳輸至計算中心，最后錄入到監(jiān)控中心數(shù)據(jù)庫[3]，如圖1所示。

圖1 網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)

（3）數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)。數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)是用于燃氣安全監(jiān)測相關(guān)信息，燃氣管線相鄰地下空間安全監(jiān)測系統(tǒng)在實際應(yīng)用，可以實現(xiàn)燃氣管線附近1km管線和相鄰地下空間在線監(jiān)測，為后續(xù)的預(yù)測和決策提供數(shù)據(jù)支持[4]。通過燃氣管線相鄰地下空間安全監(jiān)測系統(tǒng)的應(yīng)用，實際檢測中包括基礎(chǔ)信息、事件信息等，同時基于地理信息系統(tǒng)與BIM三維模型，將間結(jié)構(gòu)精簡化。

（4）后端分析和展示系統(tǒng)。為改善傳統(tǒng)檢測手段的不合理之處，需要通過后端分析和展示系統(tǒng)，確定可燃氣體濃度警戒線，實時分析氣體濃度變化規(guī)律，智能分析和診斷，檢查管道泄露的風(fēng)險隱患。依托于泄露溯源模型和擴散模型，可以分析泄漏點和影響范圍，針對風(fēng)險制定合理的決策。

需要對管線敷設(shè)區(qū)域進行充分勘察和了解，設(shè)置諸多監(jiān)測點，安裝傳感器來獲取燃氣管線相鄰地下空間的可燃氣體濃度，上傳到數(shù)據(jù)監(jiān)測中心[5]。由于燃氣管線長期使用，失效概率較高，尤其是沿線很多居民區(qū)要實時分析氣體濃度變化規(guī)律，如果爆炸所帶來的危害十分嚴峻，需要對居民區(qū)沿線附近重點管理和養(yǎng)護。針對燃氣管網(wǎng)的服務(wù)對象、功能和周圍環(huán)境設(shè)立三維空間模型，結(jié)合相關(guān)參數(shù)模擬計算，可以及時預(yù)測和發(fā)現(xiàn)燃氣泄露事件，制定合理措施及時遏制，可以切實保障城市安全運行。

4 結(jié)論

綜上所述，燃氣管線相鄰地下空間安全監(jiān)測關(guān)乎社會民生，是一項重要工作，應(yīng)借助現(xiàn)代化技術(shù)和裝備設(shè)立燃氣管線相鄰地下空間安全監(jiān)測系統(tǒng)，實時監(jiān)測獲取數(shù)據(jù)，并通過系統(tǒng)分析來發(fā)現(xiàn)泄露風(fēng)險隱患，及時遏制，維護城市運行安全。