城市复杂燃气管网应急风险防控体系构建与实践

张玉星?马旭卿?黄丽丽?郭保玲?闫松

编者按：本期聚焦各级普遍很关注的“燃气安全管理”难题，邀请北京市燃气集团研究院团队，集中攻关、集体破题，从《着力提升城镇天然气户内安全使用管理水平》《城市复杂燃气管网应急风险防控体系构建与实践》《基于网格化的中低压燃气管网风险管理创新方法》《多源参数辨识在工商业燃气计量仪表安全管理中的应用》《管道燃气运营安全与措施》《从燃气软管事故中探究执行标准的必要性》等维度，提出安全管理举措和典型案例参考。

特别感谢北京市燃气集团研究院组稿。

燃气管网安全关系到城市及社会的发展，腐蚀泄漏是燃气管网事故的关键原因之一。为了解决城市复杂管网的安全问题，非常有必要搭建全面且系统的管网应急风险防控体系，该体系主要包括以下两方面：一是构建一套完善的腐蚀风险防控体系，从源头上抑制腐蚀泄漏事故的发生、降低应急事件发生率;二是搭建一套合理的泄漏点快速精准定位技术，从过程上理顺泄漏定位流程，提高应急处置效率。

一、应急风险防控体系组成

（一）加强风险及隐患排查是管网安全的基本要求

燃气管网安全直接关系到广大人民群众的正常生活及社会稳定。政府相关部门为此制定了一系列加强燃气管网安全的方案，比如住房和城乡建设部、国家能源局、北京市政府、北京市城市管理委均要求加强地下管线风险管理、全面开展泄漏隐患排查等制定相应的方案，要求充分认识保护管网设施安全的重要性。

（二）腐蚀控制是管网风险防控的关键环节

管网风险防控及完整性管理是行业发展和安全管理的必然要求，是预防事故发生、实现事前预控的有效手段。腐蚀控制管理是管网完整性及预防性管理的首要环节，应逐步建立以腐蚀控制为重点的预防性运营新体系，前置管理风险，从“已病防变”向“未病先防”转型升级，降低应急事件发生率。

（三）泄漏精准定位是应急管理的核心基础

泄漏点定位技术是燃气管道运营过程中的一项关键技术，当发现管道泄漏后，泄漏点定位的准确度直接影响开挖面积及维修抢修时间。泄漏定位的时间及精度是应急处置的首要环节及核心步骤，与应急处置的效率关联密切。

二、应急风险防控体系运转机制

（一）应急风险防控体系的内涵

基于城市燃气特点及城市要求，一是构建“腐蚀风险防控体系”，该体系包含“风险识别、风险防控”两个关键流程，依托“阴极保护远传、微孔开挖”两项关键技术，实现源头抑制，降低泄漏应急事件的发生率;二是搭建“泄漏精准定位体系”，该体系基于“传统技术、创新技术”相互融合，依托“打孔检测、示踪剂法、声注入法、超声导波法”四项关键技术，实现快速精准泄漏点定位，提高应急处理效率;三是建立“应急效能评价体系”，结合“泄漏事件下降率、应急处置效率”两个评价指标，实现管理流程的持续优化，技术体系的不断完善。最终通过三个完整子体系、六项关键技术的有效运转，实现泄漏发生前的预防性管理，泄漏发生后的高效应急处置（如图1所示）。

圖1 超大城市复杂燃气管网应急风险防控体系示意图

本体系主要针对城市燃气管网的泄漏应急风险，构建一套完整的闭环防控管理及技术体系。该体系的建立是城市复杂管网应急管理的成功创新，是安全生产的有效保障，是防灾减灾的关键支撑。该体系的实施可有效缓解应急事件量、提升应急处置效率，保证管网的安全运行。

（二）应急风险防控体系的主要做法

1.编制腐蚀清单，预判泄漏事件

基于腐蚀控制在管网安全运行中的重要作用，通过有效识别腐蚀风险，编制风险清单，实现泄漏事件的提前预判。针对此问题，加强对燃气管网腐蚀数据的监检测，并制定一系列腐蚀评价方法。风险识别的关键在于数据的准确性及数据采集的时效性，借助阴极保护远传技术可以有效获取管道的阴极保护及杂散电流干扰信息，连续监控阴极保护状态。基于采集的腐蚀数据，制定合理的评判方法，明确风险等级，编制风险清单，更有针对性地采取风险防控措施。

（1）阴保远传，研发腐蚀数据采集技术

通过技术研发形成完整的阴极保护远传技术，主要包括测试探头、远传终端和服务器三部分（如图2所示）。

图2 阴极保护远传系统原理图

测试探头埋设于管道周边，主要监测管网的阴极保护及杂散电流干扰参数;远传终端安装在测试桩或测试井内，主要功能是完成通、断电电位的监测、储存;服务器主要用以接收、储存监测数据，显示及实时查询阴极保护电位异常、杂散电流干扰严重区域，更好地提高风险预警准确率及风险识别效率。该技术可以实现自动监测与传输，极大提高管网安全管理水平，使得管道阴极保护逐步走向系统化、智能化管理。

（2）制定科学的评判方法

梳理行业、国内、国际腐蚀风险评价标准，基于腐蚀数据类型从阴极保护及杂散电流两个方面建立评价标准体系，并进行关键条款的对标分析，结合城市燃气特点，筛选适用于城市燃气的标准条款，制定科学的评判方法，实现腐蚀风险的分级。

2.攻关防控技术，抑制应急源头

（1）微孔开挖，创新腐蚀风险消减技术

通过依托新技术的便捷性，利用微孔开挖设备，更加优化腐蚀风险防控流程。微孔开挖技术是指采取真空吸尘和切割挖孔相结合的方式开挖路面，然后利用特殊工具对地下管道进行修复和改造（如图3所示）。

图3 微孔开挖系统主要设备构成图

本技术结合城市燃气特点进行了多项创新：改进了现有的手持操作工具，通过使用关节轴承及井口架增加了操作自由度，确保维修质量和精度;改进了防腐层修复范围，通过对现有工具的改进，将修复范围扩展到管道侧部及底部;改进了阴极保护系统中牺牲阳极焊接方式，采用电子打火，控制开关设置在操作杆尾部，使焊接不受管道埋深限制，也避免了近距离操作带来的安全隐患;增加了监控设备，既可以对管道表面的处理情况及修复质量进行观察，同时也能为地下空间提供照明，进一步确保修复质量;增加了防腐层修复效果检验工具，避免了因修复质量不合格所带来的二次开挖风险。

（2）应用场景及案例

在保证防腐层破损点及牺牲阳极位置定位准确的前提下，微孔开挖技术可适用于埋深2m以内且管径小于600mm的管线。微孔开挖主要涉及旋转切割路面、真空挖掘与维修、土壤回填、黏结并修平路面四个步骤。通过微孔开挖技术的应用，实现了城市燃气管网腐蚀风险的高效消减，通过对防腐层破损点的修复及牺牲阳极的更换，提升了管网对腐蚀风险的防控能力，保障燃气管道的安全运行。

3.搭建定位体系，提升应急效率

泄漏点精准定位是应急抢修的基础保障，是燃气管道运营过程中的关键技术，泄漏点定位的精度直接影响开挖面积及应急处置时间。通常情况下，90%以上的管道泄漏点都能采用打孔检测的方式在24小时内找到，剩余10%的管道泄漏点需要新的检测手段实现快速定位。本方案结合城市复杂环境特点分别针对示踪剂法、声注入法、超声导波法制定了相应的定位流程。最终，结合以上四种关键技术，首次搭建泄漏点快速、精准定位体系（如图4所示），实现了管道泄漏点100%的精准、快速定位。

图4 泄漏点快速精准定位体系示意图

（1）打孔检测，传统泄漏定位方法

城市燃气管道的泄漏点定位主要以打孔检测的方式为主，在管道上方路面以1m或2m左右的间隔打钻孔使泄漏的燃气冒出地面，然后用检漏仪检测燃气浓度，还可对每个钻孔进行吸真空处理后再进行检测，如果发现某一个或几个点的测量值升高的速度明显，那么该区域就可以确认为泄漏点范圍（如图5所示）。

图5 采用打孔检测的方式进行泄漏定位

（2）示踪剂法，创新甄别并行管道

示踪剂法是指向管道内注入比重较轻、粘度较小的气体示踪剂进行管道泄漏点定位，氢气、氦气等是比较理想的示踪气体，是所有气体中比重较轻和黏度较小的，能够快速由泄漏处渗透到地面从而被仪器检测到（如图6所示）。示踪剂法适用于管道停气检测泄漏点，可以甄别并行复杂管道中的泄漏管道，准确率达90%以上。

图6 采用示踪剂法进行泄漏定位示意图

（3）声注入法，首次用于埋地管道

声注入法是通过向管道内注入特定频率声波的方法，接收泄漏点引起的回波信号，根据时间差实现对泄漏点的准确定位（如图7所示）。结合燃气管道埋地条件下泄漏的实际情况，验证了所提方法的可行性，证明了管道泄漏时漏孔周围腔体的存在。泄漏孔处的回波影响因素有很多，其中关键因素是泄漏孔处的腔体大小，腔体越大与有利于信号检测。

图7 采用声注入法进行泄漏定位示意图

（4）超声导波，探索精准定位参数

超声导波的检测原理主要是通过记录缺陷反射回波后的时间，再与导波的波速相乘，即可算出缺陷所在位置（如图8所示）。通过系列研究表明，超声导波适合用于短距离精准定位，导波在埋地燃气管道中的检测距离最长可达40m，不同类型防腐层及防腐层厚度会对超声导波在管道上的传播产生影响。

图8 采用超声导波进行泄漏定位示意图

4. 建立效能机制，优化防控体系

腐蚀风险防控体系的应用，有助于管道泄漏发生前实现风险预警，有效降低泄漏应急事件的发生率;泄漏精准定位体系的应用，提高了泄漏点定位效率，也在很大程度上提升了后续应急处置效率。因此，应结合“泄漏事件下降率、应急处置效率”两个关键指标，建立应急效能评价机制，不断发现应急体系问题，持续改进，不断优化。

（1）形成泄漏事件量评价机制

定期统计泄漏事件量，分析腐蚀风险防控体系实施后的效果。通过腐蚀风险防控体系的建立与实施，从以下两个维度分析效果：一是阴极保护的有效比例，风险防控创新方案的实施可以增加在役管网的阴极保护有效性;二是泄漏事件降低率，由于腐蚀风险是泄漏的最大风险点，腐蚀风险受控可以大大降低泄漏事件的发生率。通过以上两个维度的分析，挖掘防控体系存在的问题及下一步深入的研究点，持续不断完善。

（2）建立应急处置效率评价机制

通过泄漏精准定位体系的应用，统计每起应急事件的详细信息，从施工信息、人力保障、抢修资金、施工时间等多个维度展开分析，统计应急处置效率变化趋势，优化应急处置流程。

三、小结

基于城市燃气特点及相关要求，构建了“腐蚀风险防控体系”“泄漏精准定位体系”“应急效能评价体系”，形成了一套完整的闭环防控管理及技术体系，能有效地应对超大城市燃气管网的泄漏应急风险，无论管理流程还是技术方案均有效可行，进一步提高了应急处置效率，保证管网安全运行。

在管理水平方面，提高了风险识别效率、风险评价准确率及泄漏点定位精度，减少了管网泄漏事件量。

在社会效益方面，防控技术体系的实施，保障了城市燃气管网安全可靠的运行及居民用气稳定。

（责任编辑：鞠阿莲）