城市地下管網(wǎng)危險源智能監(jiān)管系統(tǒng)研究

程俞瀚+何陽+李祥+郎代志

近幾年，城市下水道、化糞池系統(tǒng)氣體爆炸事故導致的安全問題，對市民生命財產(chǎn)構(gòu)成嚴重威脅，已引起社會公眾的強烈關注和擔憂。

1985年6月27日，重慶市渝中區(qū)大溪溝羅家院地區(qū)下水道突然發(fā)生爆炸，炸毀下水道271m，造成26人死亡、91人受傷，局部地區(qū)斷電、斷氣，損失嚴重。

2002年9月10日，重慶市南岸區(qū)農(nóng)貿(mào)市場下水道爆炸，造成3人死亡、21人受傷。

2008年10月22日，廣東廣州人民北路下水道爆炸， 7個井蓋被炸飛，所幸未造成人員傷亡。

2012年2月9日，廣西南寧市華東路下水道爆炸，造成2人受傷。

當前，我國共有600多個城市。隨著城市化的發(fā)展，城市人口密度越來越大，建筑高樓越來越密集，城市地下管網(wǎng)的組成也會越來越復雜，城市地下管網(wǎng)流量遠不能達到正常的需求。目前我國地下管網(wǎng)的研究主要有以下四大需求。

一是商圈與生活區(qū)的人員密度較大，當?shù)叵鹿芫W(wǎng)有毒氣體積累過多大量溢出時，會導致大量人員身體不適、中毒。山西、重慶、陜西等地都曾發(fā)生類似爆炸事故，給人民的生命財產(chǎn)帶來了巨大的損失。二是由于城市化糞池具有密封性，其所含的易燃易爆氣體濃度遠比下水道中的要高，危害程度也大大提高。同時，化糞池一般都安置在居民區(qū)或者人員密集處，一旦發(fā)生事故將會導致大量的財產(chǎn)損失及人員傷亡。三是化工、石油、燃氣等工業(yè)企業(yè)排污比較嚴重，下水道、化糞池有毒有害氣體積累較快，在炎熱的夏天或者溫度達到臨界點時，地下管網(wǎng)易發(fā)生爆炸，產(chǎn)生的危害不言而喻。四是地下管網(wǎng)堵塞，會造成城市廢水不能得到順利排放，造成路面污水外流，影響行人、交通。同時帶有異味的氣體，也嚴重影響著人們生活環(huán)境和健康。

隨著城市現(xiàn)代化的進程，開展城市下水道和化糞池可燃氣體在線監(jiān)控預警系統(tǒng)的研制與開發(fā)，將為市政設施有害氣體監(jiān)測管理，提供快速、準確、實時的信息處理方法，完善事故預防機制，為市政管理部門提供先進便利的管理手段，保障社會的穩(wěn)定和人民的安全。

研究過程

2013年11月，國家安全監(jiān)管總局公布了第二批安全科技“四個一批”項目，重慶梅安森科技股份有限公司承擔了“城市地下管網(wǎng)危險源智能監(jiān)管系統(tǒng)研究”項目。該項目以城市地下管網(wǎng)危險源監(jiān)測與控制為核心，以易燃易爆有毒有害氣體監(jiān)測、危險評估、地理位置監(jiān)測和風險控制為主線，以保障城市公共設施安全、居民安全為目標，從危險源辨識、采集位置選擇、監(jiān)測點規(guī)劃、危險風險控制4個方面出發(fā)，進行了全面的調(diào)查研究。

危險源辨識。城市地下管網(wǎng)中具有多種易燃易爆、有毒有害氣體，項目組通過氣相色譜法、分光光度法、非色散紅外吸收法、電化學傳感器法等，對這些氣體進行辨識及檢測。項目組通過現(xiàn)場試驗，綜合分析了各種方法對不同氣體危險源的適用性，并根據(jù)現(xiàn)場情況，提出了一整套準確辨識氣體危險源，以及具有較高檢測精確度的綜合檢測流程。

危險源采集位置選擇。針對不同的氣體危險源，項目組從地下管網(wǎng)的不同位置進行采集取樣，并進行檢測分析。通過理論計算與實踐相結(jié)合，確定了不同氣體危險源的最佳采樣位置，為監(jiān)測系統(tǒng)的準確性提供了保障。

危險源監(jiān)測點規(guī)劃。項目組通過對地下管網(wǎng)組網(wǎng)結(jié)構(gòu)及周圍環(huán)境進行分析，并到現(xiàn)場進行實地考察，收集分析地下管網(wǎng)氣體危險源的濃度分布，對監(jiān)測點進行合理規(guī)劃；通過GIS（地理信息系統(tǒng)）技術(shù)對每個監(jiān)測點進行實時定位，并詳細記錄相關信息，為監(jiān)測點的維護及應急響應提供了信息支撐。

危險風險控制。采用二級報警控制，對不同報警等級的監(jiān)測采取不同的控制措施，并對每次報警進行詳細記錄、保存，利于對監(jiān)測信息直觀把控，以及對監(jiān)測點的危險程度進行評估和掌控。采用自動控制功能，對達到報警危險等級的監(jiān)測點進行自動危險排除，杜絕事故的發(fā)生，同時也大大降低了現(xiàn)場維護及應急響應成本。通過遠程手動控制，及時排除地下管網(wǎng)危險氣體，為現(xiàn)場施工安全提供保障。

通過研究，項目組開發(fā)了城市地下管網(wǎng)危險源智能監(jiān)管裝置。下水道內(nèi)的氣體通過集氣泵被采集，經(jīng)特制裝置分離后，到達采集氣室內(nèi)。通過紅外高濃甲烷傳感器，將空氣中易燃易爆氣體含量轉(zhuǎn)換成對應的電壓值，傳輸給采集設備。采集設備轉(zhuǎn)換計算后，可對應計算出當時氣體濃度值。采集設備對傳感器信號及排氣泵工作狀態(tài)信號匯總，進行加密處理后發(fā)送到GPRS設備，再上傳至監(jiān)控中心。這一套裝置，實現(xiàn)了前端精確監(jiān)測、超標報警、自動控制、堵塞報警等功能。

應用案例

在研究過程中，項目組在重慶主城區(qū)，以及周邊城市開展了應用，取得了顯著效益。

重慶屬典型的山地丘陵地貌，主城區(qū)下水道大多已使用多年。有的管道內(nèi)，生活廢水與工業(yè)廢水并存、臭水與臭氣并存、雨水與廢水并存，極易產(chǎn)生并積累大量有毒有害氣體，造成爆炸隱患。隨著主城區(qū)人口密度逐漸加大，垃圾排放量也日漸增長，由于大型餐飲企業(yè)尤其是火鍋館傾倒殘羹剩渣等原因，時常導致管道堵塞，有害氣體濃度超高，下水道成為一顆“隱形炸彈”。

2013年2-7月，項目組應重慶市政設施管理局要求，對全市主城六區(qū)開展了下水道主干道氣體監(jiān)測的項目實施。按照“人口密集區(qū)、商業(yè)繁華區(qū)、加油加氣站、學校醫(yī)院”的布點原則，經(jīng)前端勘察和反復梳理，確定了新增、拆除和保留部分監(jiān)測點位，全市共布設383個監(jiān)測點位，實現(xiàn)了下水道的全覆蓋監(jiān)控。此項目最重要的一點是增加了自動排氣泵，在出現(xiàn)預警、報警時，系統(tǒng)會自動抽排井內(nèi)氣體，提前預處理，將險情控制到最低，同時也有效避免了人力浪費。從2013年7月至2013年底，系統(tǒng)共預警8次、報警31次。通過系統(tǒng)預報警，重慶市政設施管理局及時采取應急控制措施，迅速排除險情，保障了公共安全。

2013年10-12月，項目組應重慶市渝北區(qū)市政管理局要求，對渝北區(qū)化糞池進行100個點位的項目實施，目前已經(jīng)完成項目安裝。該項目對渝北區(qū)各公廁、學校、醫(yī)院、家屬區(qū)等，進行了大部分的覆蓋和安全的監(jiān)控。針對渝北區(qū)化糞池有害氣體濃度高的特點，項目組還改進了監(jiān)控方案，采用3000m3/h的大功率防爆排氣泵，在濃度超標時，能夠自動開啟排氣泵，達到排放效果。本項目實施后，渝北區(qū)市政管理局化糞池維護人員數(shù)量降低了80%，同時該項目實施后未發(fā)生爆炸事故、中毒等事故。

2013年12月，項目組對貴州省六盤水市進行地下管網(wǎng)系統(tǒng)項目建設，該項目包含了下水道、化糞池的氣體監(jiān)測試點20余個，為該市的平安城市化建設打下了有效基礎。

在下一步研究中，項目組將開展針對城市井蓋缺失監(jiān)測預警系統(tǒng)、地下管網(wǎng)堵塞自動處理系統(tǒng)、城市安全物聯(lián)網(wǎng)平臺等研究，實現(xiàn)全國地下管網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)的聯(lián)通，實現(xiàn)危險源、危險區(qū)域的預警與報警，數(shù)據(jù)能同時上達到省級、國家級的安全平臺預警數(shù)據(jù)中心。 編輯 楊 璇