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        城市復(fù)雜燃?xì)夤芫W(wǎng)應(yīng)急風(fēng)險(xiǎn)防控體系構(gòu)建與實(shí)踐

        2022-05-30 04:58:53張玉星馬旭卿黃麗麗郭保玲閆松
        城市管理與科技 2022年3期
        關(guān)鍵詞:陰極保護(hù)燃?xì)夤?/a>管網(wǎng)

        張玉星?馬旭卿?黃麗麗?郭保玲?閆松

        編者按:本期聚焦各級(jí)普遍很關(guān)注的“燃?xì)獍踩芾怼彪y題,邀請(qǐng)北京市燃?xì)饧瘓F(tuán)研究院團(tuán)隊(duì),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?xì)夤芫W(wǎng)應(yīng)急風(fēng)險(xiǎn)防控體系構(gòu)建與實(shí)踐》《基于網(wǎng)格化的中低壓燃?xì)夤芫W(wǎng)風(fēng)險(xiǎn)管理創(chuàng)新方法》《多源參數(shù)辨識(shí)在工商業(yè)燃?xì)庥?jì)量?jī)x表安全管理中的應(yīng)用》《管道燃?xì)膺\(yùn)營(yíng)安全與措施》《從燃?xì)廛浌苁鹿手刑骄繄?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?xì)饧瘓F(tuán)研究院組稿。

        燃?xì)夤芫W(wǎng)安全關(guān)系到城市及社會(huì)的發(fā)展,腐蝕泄漏是燃?xì)夤芫W(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(wèn)題,非常有必要搭建全面且系統(tǒng)的管網(wǎng)應(yīng)急風(fēng)險(xiǎn)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(xiǎn)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(diǎn)快速精準(zhǔn)定位技術(shù),從過(guò)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(xiǎn)防控體系組成

        (一)加強(qiáng)風(fēng)險(xiǎn)及隱患排查是管網(wǎng)安全的基本要求

        燃?xì)夤芫W(wǎng)安全直接關(guān)系到廣大人民群眾的正常生活及社會(huì)穩(wěn)定。政府相關(guān)部門(mén)為此制定了一系列加強(qiáng)燃?xì)夤芫W(wǎng)安全的方案,比如住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部、國(guó)家能源局、北京市政府、北京市城市管理委均要求加強(qiáng)地下管線風(fēng)險(xiǎn)管理、全面開(kāi)展泄漏隱患排查等制定相應(yīng)的方案,要求充分認(rèn)識(shí)保護(hù)管網(wǎng)設(shè)施安全的重要性。

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

        管網(wǎng)風(fēng)險(xiǎn)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(shí)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(diǎn)的預(yù)防性運(yùn)營(yíng)新體系,前置管理風(fēng)險(xiǎn),從“已病防變”向“未病先防”轉(zhuǎn)型升級(jí),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(diǎn)定位技術(shù)是燃?xì)夤艿肋\(yùn)營(yíng)過(guò)程中的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù),當(dāng)發(fā)現(xiàn)管道泄漏后,泄漏點(diǎn)定位的準(zhǔn)確度直接影響開(kāi)挖面積及維修搶修時(shí)間。泄漏定位的時(shí)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(xiǎn)防控體系運(yùn)轉(zhuǎn)機(jī)制

        (一)應(yīng)急風(fēng)險(xiǎn)防控體系的內(nèi)涵

        基于城市燃?xì)馓攸c(diǎn)及城市要求,一是構(gòu)建“腐蝕風(fēng)險(xiǎn)防控體系”,該體系包含“風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別、風(fēng)險(xiǎn)防控”兩個(gè)關(guān)鍵流程,依托“陰極保護(hù)遠(yuǎn)傳、微孔開(kāi)挖”兩項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù),實(shí)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(cè)、示蹤劑法、聲注入法、超聲導(dǎo)波法”四項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù),實(shí)現(xiàn)快速精準(zhǔn)泄漏點(diǎn)定位,提高應(yīng)急處理效率;三是建立“應(yīng)急效能評(píng)價(jià)體系”,結(jié)合“泄漏事件下降率、應(yīng)急處置效率”兩個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo),實(shí)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(guò)三個(gè)完整子體系、六項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)的有效運(yùn)轉(zhuǎn),實(shí)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?xì)夤芫W(wǎng)應(yīng)急風(fēng)險(xiǎn)防控體系示意圖

        本體系主要針對(duì)城市燃?xì)夤芫W(wǎng)的泄漏應(yīng)急風(fēng)險(xiǎn),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(shí)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(yùn)行。

        (二)應(yīng)急風(fēng)險(xiǎn)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(yùn)行中的重要作用,通過(guò)有效識(shí)別腐蝕風(fēng)險(xiǎn),編制風(fēng)險(xiǎn)清單,實(shí)現(xiàn)泄漏事件的提前預(yù)判。針對(duì)此問(wèn)題,加強(qiáng)對(duì)燃?xì)夤芫W(wǎng)腐蝕數(shù)據(jù)的監(jiān)檢測(cè),并制定一系列腐蝕評(píng)價(jià)方法。風(fēng)險(xiǎn)識(shí)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(shí)效性,借助陰極保護(hù)遠(yuǎn)傳技術(shù)可以有效獲取管道的陰極保護(hù)及雜散電流干擾信息,連續(xù)監(jiān)控陰極保護(hù)狀態(tài)?;诓杉母g數(shù)據(jù),制定合理的評(píng)判方法,明確風(fēng)險(xiǎn)等級(jí),編制風(fēng)險(xiǎn)清單,更有針對(duì)性地采取風(fēng)險(xiǎn)防控措施。

        (1)陰保遠(yuǎn)傳,研發(fā)腐蝕數(shù)據(jù)采集技術(shù)

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

        圖2 陰極保護(hù)遠(yuǎn)傳系統(tǒng)原理圖

        測(cè)試探頭埋設(shè)于管道周邊,主要監(jiān)測(cè)管網(wǎng)的陰極保護(hù)及雜散電流干擾參數(shù);遠(yuǎn)傳終端安裝在測(cè)試樁或測(cè)試井內(nèi),主要功能是完成通、斷電電位的監(jiān)測(cè)、儲(chǔ)存;服務(wù)器主要用以接收、儲(chǔ)存監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù),顯示及實(shí)時(shí)查詢陰極保護(hù)電位異常、雜散電流干擾嚴(yán)重區(qū)域,更好地提高風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警準(zhǔn)確率及風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別效率。該技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)監(jiān)測(cè)與傳輸,極大提高管網(wǎng)安全管理水平,使得管道陰極保護(hù)逐步走向系統(tǒng)化、智能化管理。

        (2)制定科學(xué)的評(píng)判方法

        梳理行業(yè)、國(guó)內(nèi)、國(guó)際腐蝕風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn),基于腐蝕數(shù)據(jù)類型從陰極保護(hù)及雜散電流兩個(gè)方面建立評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)體系,并進(jìn)行關(guān)鍵條款的對(duì)標(biāo)分析,結(jié)合城市燃?xì)馓攸c(diǎn),篩選適用于城市燃?xì)獾臉?biāo)準(zhǔn)條款,制定科學(xué)的評(píng)判方法,實(shí)現(xiàn)腐蝕風(fēng)險(xiǎn)的分級(jí)。

        2.攻關(guān)防控技術(shù),抑制應(yīng)急源頭

        (1)微孔開(kāi)挖,創(chuàng)新腐蝕風(fēng)險(xiǎn)消減技術(shù)

        通過(guò)依托新技術(shù)的便捷性,利用微孔開(kāi)挖設(shè)備,更加優(yōu)化腐蝕風(fēng)險(xiǎn)防控流程。微孔開(kāi)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(kāi)挖路面,然后利用特殊工具對(duì)地下管道進(jìn)行修復(fù)和改造(如圖3所示)。

        圖3 微孔開(kāi)挖系統(tǒng)主要設(shè)備構(gòu)成圖

        本技術(shù)結(jié)合城市燃?xì)馓攸c(diǎn)進(jìn)行了多項(xiàng)創(chuàng)新:改進(jìn)了現(xiàn)有的手持操作工具,通過(guò)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(jìn)了防腐層修復(fù)范圍,通過(guò)對(duì)現(xiàn)有工具的改進(jìn),將修復(fù)范圍擴(kuò)展到管道側(cè)部及底部;改進(jìn)了陰極保護(hù)系統(tǒng)中犧牲陽(yáng)極焊接方式,采用電子打火,控制開(kāi)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(lái)的安全隱患;增加了監(jiān)控設(shè)備,既可以對(duì)管道表面的處理情況及修復(fù)質(zhì)量進(jìn)行觀察,同時(shí)也能為地下空間提供照明,進(jìn)一步確保修復(fù)質(zhì)量;增加了防腐層修復(fù)效果檢驗(yàn)工具,避免了因修復(fù)質(zhì)量不合格所帶來(lái)的二次開(kāi)挖風(fēng)險(xiǎn)。

        (2)應(yīng)用場(chǎng)景及案例

        在保證防腐層破損點(diǎn)及犧牲陽(yáng)極位置定位準(zhǔn)確的前提下,微孔開(kāi)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(kāi)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(gè)步驟。通過(guò)微孔開(kāi)挖技術(shù)的應(yīng)用,實(shí)現(xiàn)了城市燃?xì)夤芫W(wǎng)腐蝕風(fēng)險(xiǎn)的高效消減,通過(guò)對(duì)防腐層破損點(diǎn)的修復(fù)及犧牲陽(yáng)極的更換,提升了管網(wǎng)對(duì)腐蝕風(fēng)險(xiǎn)的防控能力,保障燃?xì)夤艿赖陌踩\(yùn)行。

        3.搭建定位體系,提升應(yīng)急效率

        泄漏點(diǎn)精準(zhǔn)定位是應(yīng)急搶修的基礎(chǔ)保障,是燃?xì)夤艿肋\(yùn)營(yíng)過(guò)程中的關(guān)鍵技術(shù),泄漏點(diǎn)定位的精度直接影響開(kāi)挖面積及應(yīng)急處置時(shí)間。通常情況下,90%以上的管道泄漏點(diǎn)都能采用打孔檢測(cè)的方式在24小時(shí)內(nèi)找到,剩余10%的管道泄漏點(diǎn)需要新的檢測(cè)手段實(shí)現(xiàn)快速定位。本方案結(jié)合城市復(fù)雜環(huán)境特點(diǎn)分別針對(duì)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(diǎn)快速、精準(zhǔn)定位體系(如圖4所示),實(shí)現(xiàn)了管道泄漏點(diǎn)100%的精準(zhǔn)、快速定位。

        圖4 泄漏點(diǎn)快速精準(zhǔn)定位體系示意圖

        (1)打孔檢測(cè),傳統(tǒng)泄漏定位方法

        城市燃?xì)夤艿赖男孤c(diǎn)定位主要以打孔檢測(cè)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?xì)饷俺龅孛妫缓笥脵z漏儀檢測(cè)燃?xì)鉂舛?,還可對(duì)每個(gè)鉆孔進(jìn)行吸真空處理后再進(jìn)行檢測(cè),如果發(fā)現(xiàn)某一個(gè)或幾個(gè)點(diǎn)的測(cè)量值升高的速度明顯,那么該區(qū)域就可以確認(rèn)為泄漏點(diǎn)范圍(如圖5所示)。

        圖5 采用打孔檢測(cè)的方式進(jìn)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(jìn)行管道泄漏點(diǎn)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(cè)到(如圖6所示)。示蹤劑法適用于管道停氣檢測(cè)泄漏點(diǎn),可以甄別并行復(fù)雜管道中的泄漏管道,準(zhǔn)確率達(dá)90%以上。

        圖6 采用示蹤劑法進(jìn)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(guò)向管道內(nèi)注入特定頻率聲波的方法,接收泄漏點(diǎn)引起的回波信號(hào),根據(jù)時(shí)間差實(shí)現(xiàn)對(duì)泄漏點(diǎn)的準(zhǔn)確定位(如圖7所示)。結(jié)合燃?xì)夤艿缆竦貤l件下泄漏的實(shí)際情況,驗(yàn)證了所提方法的可行性,證明了管道泄漏時(shí)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(hào)檢測(cè)。

        圖7 采用聲注入法進(jìn)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(cè)原理主要是通過(guò)記錄缺陷反射回波后的時(shí)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(guò)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?xì)夤艿乐械臋z測(cè)距離最長(zhǎng)可達(dá)40m,不同類型防腐層及防腐層厚度會(huì)對(duì)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(jìn)行泄漏定位示意圖

        4. 建立效能機(jī)制,優(yōu)化防控體系

        腐蝕風(fēng)險(xiǎn)防控體系的應(yīng)用,有助于管道泄漏發(fā)生前實(shí)現(xiàn)風(fēng)險(xiǎn)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(diǎn)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(gè)關(guān)鍵指標(biāo),建立應(yīng)急效能評(píng)價(jià)機(jī)制,不斷發(fā)現(xiàn)應(yīng)急體系問(wèn)題,持續(xù)改進(jìn),不斷優(yōu)化。

        (1)形成泄漏事件量評(píng)價(jià)機(jī)制

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

        (2)建立應(yīng)急處置效率評(píng)價(jià)機(jī)制

        通過(guò)泄漏精準(zhǔn)定位體系的應(yīng)用,統(tǒng)計(jì)每起應(yīng)急事件的詳細(xì)信息,從施工信息、人力保障、搶修資金、施工時(shí)間等多個(gè)維度展開(kāi)分析,統(tǒng)計(jì)應(yīng)急處置效率變化趨勢(shì),優(yōu)化應(yīng)急處置流程。

        三、小結(jié)

        基于城市燃?xì)馓攸c(diǎn)及相關(guān)要求,構(gòu)建了“腐蝕風(fēng)險(xiǎn)防控體系”“泄漏精準(zhǔn)定位體系”“應(yīng)急效能評(píng)價(jià)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(duì)超大城市燃?xì)夤芫W(wǎng)的泄漏應(yīng)急風(fēng)險(xiǎn),無(wú)論管理流程還是技術(shù)方案均有效可行,進(jìn)一步提高了應(yīng)急處置效率,保證管網(wǎng)安全運(yùn)行。

        在管理水平方面,提高了風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別效率、風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)準(zhǔn)確率及泄漏點(diǎn)定位精度,減少了管網(wǎng)泄漏事件量。

        在社會(huì)效益方面,防控技術(shù)體系的實(shí)施,保障了城市燃?xì)夤芫W(wǎng)安全可靠的運(yùn)行及居民用氣穩(wěn)定。

        (責(zé)任編輯:鞠阿蓮)

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