鞠国翠
天津泰达燃气有限责任公司 天津 300000
摘要：作为城市生命线系统的重要组成部分，城市燃气管网输送的是易燃、易爆介质，一旦遭受地震破坏，次生灾害很大。近年来，随着我国城市建设规模和人口密度的不断增大，燃气输配管网的布置日趋密集、复杂，一旦遭遇破坏性地震，管道破损导致的燃气泄漏可能引发火灾、爆炸等次生灾害，将对人们的生命和财产造成严重威胁。基于此，本文主要对城市供燃气管网系统的抗震可靠性优化进行分析探讨。
关键词：城市供燃气；管网系统；抗震可靠性；优化
1、前言
生命线工程系统是指维系现代城市功能与区域经济功能的基础性工程设施系统。过去国内外多次震害调查表明:各类生命线工程结构在强烈地震中易于遭受破坏，导致整个城市的功能严重丧失甚至处于瘫痪状态。供燃气等管网系统是生命线工程系统的重要组成部分，其对城市功能的作用不言而喻。
2、传统的应急措施及存在的问题
在管网设计、施工、运行时，传统的抗震安全措施是努力提升高、中压主干管道的地震安全性。其基本思想是燃气设备应该在强地震时仍然可以不间断地安全可靠地服务，这样就需要在设计、材料、安装、加固、维护等方面提高标准来达到抗震要求。这些主干管道中燃气的流动被24h远程监控着，在紧急情况下有关人员能够通过无线遥控关闭阀门来停止燃气供应。为了进一步的安全，放散管也能通过无线控制，能够在紧急情况下从管道中排出燃气。然而，通常是低压管道易于受到地震的危害。
美国加州地震安全委员会根据实际经验指出，地震灾害发生时，往往因为建构筑物的损坏首先殃及用户侧的中、低压管道，所以管径较小的配气管道受损率较高，这直接威胁着居民的生命和财产安全。当大地震发生时，低压管道会产生泄漏问题。美国地震频发的加州，采用用户端防震安全措施。美国加州地震安全委员会建议普通居民用户也应当熟悉他们所使用的天然气供应系统，并可以在紧急情况下采取相应的措施提高天然气使用的安全性。天然气用户应该了解所承受的风险，在深入理解投资和收益的关系的基础上，可选择增强天然气使用安全性的装置，例如:手动切断阀，在靠近用户计量表处安装手动切断阀，允许用户在突发事件时切断燃气;地震驱动阀，感应到建筑物的振动大于设计水平时自动切断燃气;流量限制阀，感应到燃气流量超过限定流量时自动切断燃气供应;甲烷探测仪，探测到空气中有天然气则立即自动发出警报;混合系统，由多种模块组成，包括主控装置、振动感应器、流量限制器、甲烷探测器、阀门和报警装置。采用用户端安全措施需要对用户进行教育，而且需要用户投资，这就有很多不确定性。解决这一问题的更好的方法，就是当感应到地震时，管网能自动停止供气，这就需要一个实时安全监测控制系统。
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3、城市供燃气管网系统的抗震可靠性优化
3.1SIGNAL地震实时安全监控系统
SIGNAL系统包括安装在332个中-低压调压站中的332个地震强度传感器[1](SI传感器)、分布在重要的调压站中的20个土壤液化传感器和5个地震仪，分布在东京主要燃气供应地区，并通过电信频道和总部控制中心相连。
SI传感器用来监测地震强度。如果SI的值超过30cm/s，区域调压器就会停止燃气供应。即使安装SIGNAL地震实时安全监控系统，传统的管道安全措施(即中心控制系统通过无线遥控来关闭阀门停止燃气供应)仍然起作用。传统的燃气供应截止阀是一个微机操作的智能仪表，安装在各个调压站，如果检测到地震加速度大于200cm/s2，也会自动停止燃气供应。SIGNAL地震实时安全监控系统是在上述已有的安全设施基础上建立的。
3.2SUPREME超密集地震实时监控系统
①通过区域调压器自动停止低压燃气供应的方法应高度可靠。
②当紧急情况发生时，如果技术人员无法去现场进行关闭操作，则关闭操作应自动完成或者由总部控制中心远程监控。
③大量的地震运动数据应传送到总部控制中心，以便总部控制中心作出更加准确的决策。
④总部控制中心应该综合考虑3800个调压站监测到的地震运动和土壤液化开始的数据和周边地质情况，这能使最终的决策更合理。
⑤地理信息系统的应用便于上述综合决定的作出。
⑥平时注意积累和分析较小的地震数据，以提高大地震应急的专业性。
为了实现上述目标，东京燃气公司推出了一个新的安全系统———超密集地震实时监控系统(super-denserealtimemonitoringofearthquake，SUPREME)，以及一种新的微型地震仪———新SI传感器。新SI传感器嵌入了一个电子电路，可以更精确地设定SI报警值，可以探测到土壤液化，并且能向总部控制中心传输更多的地震历史数据，以便让总部控制中心进行进一步分析。
新推出的SUPREME系统使用了新的SI传感器和远程控制设备，实现快速切断燃气供应。它在大量的地点实时监控地震的动向，分析数据，并评估燃气管道的损坏程度，以便决定是否应该中断燃气供应。系统能根据地震波数据实时检测到土壤液化的开始，它能实时监视和分析地面加速度的最大峰值(PGA)、加速度的历史数据和SI值，并能探测到土壤液化迹象。
SUPREME系统、远程监视网络以及燃气阀门的远程控制系统，分布在东京的3800个区域调压站，控制低压管道的燃气压力。总的服务区域有3100km2，平均1个监测站负责0.9km2。还有20个土壤液化传感器分布在20个重要的调压站中，直接监视着地下水缝隙中的压力和土壤液化情况。
传感器和总部控制中心作最终关闭燃气阀门决定的计算机之间的联系通过两个渠道:332个调压站通过无线网络联系，其余的3468个调压站通过普通的电话线联系。虽然在地震时通过普通的电话线的可靠性不如无线网络，但是具有非常高的性能价格比。为避免电话线路拥堵，燃气公司专门从电话公司购买了优先权。这样，在地震发生初始的20min内，80%的所需信息会传到总部控制中心。之所以具有这么快的反应速度，是由于开发了一个新的数据传输单元。
以前的SIGNAL系统在每个低压区域中放置1个SI传感器，因此只能根据SI传感器的信息关闭所在的调压站的调压器。由于每个低压区域有30～50个调压站，要想完全切断燃气供应，必须将所有的调压站中的调压器都关闭。而地震时有些调压站没有震动得很厉害，使得它们的阀门继续开着。另一个问题是人们不敢确定阀门自动关闭的可靠性，必须派技术人员到调压站去确保阀门关闭。这样当大地震发生时要保证燃气系统的正常运转，必须进行非常艰难的人工干预。
而SUPREME系统则实现了当大地震发生时完美隔离低压燃气供应区域的目标。新开发的调压器电话控制系统通过电话网络向阀门发出关闭信号来关闭阀门，并具有防止错误信号、故障和黑客的安全机制。同时，基于SI值的阀门关闭机制仍然运行。因此，有两种方法来关闭调压器阀门:依靠SI值的独立的自动关闭系统，SUPREME遥控的关闭系统。这样当大地震发生时，不需要派遣技术人员到现场就可以关闭调压站阀门。
4、结语
在目前地球板块活跃期，建议我国重要大城市和地震多发地带上的城市借鉴地震多发地带国家和地区的防震系统和经验，为避免地震造成的燃气管道泄漏危害，安装地震实时监控系统，实现快速切断燃气供应，保证人民生命财产安全。
参考文献
[1]周伟国，张中秀.城市燃气管网的震害分析及减灾对策[J].土木建筑与环境工程，2009，31(4).
[2]GB50011—2010，建筑抗震设计规范[S].
论文作者:鞠国翠
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2018年第34期
论文发表时间:2019/4/8
标签：燃气论文; 系统论文; 调压器论文; 管网论文; 阀门论文; 传感器论文; 低压论文; 《建筑学研究前沿》2018年第34期论文;