城市燃氣管網(wǎng)安全運維管理技術(shù)概述

城市燃氣管網(wǎng)安全運維管理技術(shù)概述

隨著城鎮(zhèn)燃氣管網(wǎng)運維技術(shù)的發(fā)展，鎧鎬公司提出了“城市燃氣管網(wǎng)智能運維”的新概

念。其核心思路就是運用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，采集、存儲、上傳燃氣輸配管網(wǎng)中的各項參數(shù)，分析

各類集中后的數(shù)據(jù)，形成控制決策指令，利用遠程自動控制系統(tǒng)執(zhí)行相應(yīng)指令，將燃氣管網(wǎng)

設(shè)施自我感知、自我判斷與人工戾策、遠程控制相結(jié)合，構(gòu)建起智慧的燃氣管網(wǎng)運維體系。

鎧鋪智慧燃氣管網(wǎng)運維系統(tǒng)按照邏輯關(guān)系，可以解構(gòu)為智能監(jiān)測、智能控制、智能分析

和智能巡查部分，各部分即可獨立運行，又可組成統(tǒng)一系統(tǒng)，幫助城行燃氣企業(yè)的管網(wǎng)安全

運維管理技術(shù)由人工方式向智能方式有序、漸進轉(zhuǎn)變。這其中，為保護用戶的投資和運營狀

態(tài)，我們可以新建安全智能系統(tǒng)，也可以在用戶原有投資基礎(chǔ)上通過改造、融合等手段達到

建設(shè)安全智能系統(tǒng)的目的，在實施或改造過程中我們己經(jīng)可以做到少停氣甚至不停氣施工,

最大限度的為用戶著想。

鎧鋪智慧燃氣管網(wǎng)安全運維技術(shù)涵蓋了城市燃氣企業(yè)從接收站開始至庭院樓棟調(diào)壓箱

為止的城市燃氣干線全鏈路，為城市燃氣企業(yè)提供了一套完整的先進安全運維管理技術(shù)。我

們還可以結(jié)合SCADA系統(tǒng)、GIS系統(tǒng)等原有信息化系統(tǒng)，進行融合開發(fā)，幫助城市燃氣企業(yè)

形成整體信息管理平臺，避免信息孤島。

鎧鋪智慧燃氣管網(wǎng)運維系統(tǒng)子系統(tǒng)方案構(gòu)成如下：

>閥門遠程截斷系統(tǒng)

>管網(wǎng)自動監(jiān)測與報警系統(tǒng)

>管道外力破壞監(jiān)測報警系統(tǒng)

>門站、調(diào)壓站進出口流量自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)

>庭院、樓棟調(diào)壓箱智能監(jiān)控系統(tǒng)

>智能巡檢系統(tǒng)

>智能井蓋監(jiān)測系統(tǒng)

>管網(wǎng)設(shè)施電子標簽化管理系統(tǒng)

>管網(wǎng)設(shè)備全生命周期資產(chǎn)管理系統(tǒng)

一、技術(shù)方案概述

當燃氣輸配管線故障需要進行緊急關(guān)斷時，如果采用手動操作閥門的方式，不僅增加了

事故的應(yīng)急反應(yīng)時間，同時也對管道安全產(chǎn)生不良的影響。采用遠程控制系統(tǒng)后，當管道出

現(xiàn)安全故障報警時，可以在監(jiān)控系統(tǒng)中直接將閥門遠程切斷，然后再派出搶修隊伍趕赴現(xiàn)場。

這樣就大大的降低了管道的應(yīng)急切斷時間，提高了應(yīng)對事故的處理能力，加強了燃氣管網(wǎng)的

可靠性和安全性。結(jié)合嵌入式技術(shù)和無線網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)，基于對燃氣管道閥門控制的可靠性

和遠程控制要求，通過使用遠程控制系統(tǒng)能夠?qū)艿篱y門進行有效的調(diào)節(jié)，實現(xiàn)了城市燃氣

干線管道閥門的遠程控制，有效的保證了城市燃氣管網(wǎng)的可靠運行。

1、用戶現(xiàn)狀

1）運維成本高、勞動生產(chǎn)率低

我國城市燃氣企業(yè)多數(shù)工作采用人工操作和管理，運維成本高，勞動生產(chǎn)率低下，與發(fā)

達國家相比有不少差距。

>管線人工巡查，手工記錄，日常巡檢和維護工作量大；

>閥井采取人工巡井，巡檢時間間隔長，有安全隱患；

>閥門人工操作，工作量大，危險程度高；

2）技術(shù)水平不高

技術(shù)體系的建立和規(guī)范標準尚不完善，運維技術(shù)和裝備尚不先進，管理水平和服務(wù)手段

水平較低，運維信息化建設(shè)還處于起步階段。

>人工巡檢數(shù)據(jù)無法實時納入運維管理系統(tǒng)：

>壓力、流量等監(jiān)測數(shù)據(jù)需人工讀表，難以進行整體的監(jiān)控；

>截斷閥人工控制，緊急情況下無法及時有效的實現(xiàn)閥門控制；

>管線破損、泄漏等問題無法及時發(fā)現(xiàn)；

>巡檢及維護記錄無法及時歸檔及管理，缺乏有效追溯機制；

3）安全問題突出

城市燃氣企業(yè)一個共同的特點就是點多面廣線長，多數(shù)存在著管網(wǎng)老舊，部分管線設(shè)備

超期服役，管道建設(shè)檔案資料不齊，燃氣管道設(shè)施被違章占壓等問題，隨著用氣戶增加，供

氣規(guī)模的擴大，安全方面的問題日益突出。

>鋼制管線易發(fā)生腐蝕、泄漏等情況；

>PE管線易因外力破損；

>閥井易因微漏造成爆炸事故；

>緊急情況易因無法及時趕到現(xiàn)場，造成二次事故；

2、技術(shù)功能及要點概述

通過加裝智能監(jiān)測儀表和控制設(shè)備，實現(xiàn)閥井（室）管道壓力、溫度、管道流量、供電、

井（室）水位、可燃氣體濃度等數(shù)據(jù)的自動采集和遠程傳輸，還可以實現(xiàn)非法闖入圖像抓拍

及遠程自動報警，達到了閥井（室）數(shù)據(jù)自動采集、減少人工巡查工作量的目的。

1）城市燃氣干線管網(wǎng)安全問題的及時發(fā)現(xiàn)

現(xiàn)代物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，讓城市燃氣干線管道的實時動態(tài)監(jiān)測成為可能。通過GPRS或

NBTot等無線傳輸技術(shù)，結(jié)合數(shù)字化的監(jiān)測儀表，我們已經(jīng)可以做到對整個城市燃氣干線管

網(wǎng)，進行全時域、全地域動態(tài)監(jiān)測，目前的具體技術(shù)手段有以下三種：

a）對整個干線管網(wǎng)的閥井、閥室、調(diào)壓箱柜等進行遠程可燃氣體濃度監(jiān)測，這樣可以

對管網(wǎng)中的所有復雜設(shè)備和接口進行直觀監(jiān)測，做到一有問題立即發(fā)現(xiàn)；

b）對整個干線管網(wǎng)的節(jié)點閥井、閥室進行遠程壓力監(jiān)測，結(jié)合軟件算法，可以從壓力

的非正常波動，發(fā)現(xiàn)可能的泄漏、破損情況，并確定大致的故障點范圍；

c）對整個干線管網(wǎng)的節(jié)點閥井、閥室進行遠程流量監(jiān)測，結(jié)合軟件算法，同樣可以從

流量的異常，發(fā)現(xiàn)可能的泄漏、破損情況，并確定大致的故障點范圍；

以上三種監(jiān)測措施，再結(jié)合機械巡查、人工巡查，基本上可以在最短時間內(nèi)，發(fā)現(xiàn)可能

的泄漏、破損險情，做到及時、有效的應(yīng)對。

2）燃氣干線管道閥門的應(yīng)急截斷

在燃氣管道中，由于其運輸距離比較大，當管線在某段中出現(xiàn)故障需要進行緊急關(guān)斷時,

如果采用手動閥門的方式,不僅增加了事故的反應(yīng)時間，同時也對管道安全產(chǎn)生不良的影響。

為了提高燃氣管道的運輸安全，建議采用遠程控制系統(tǒng)，當管道出現(xiàn)安全故障報警的時候,

可以在監(jiān)控系統(tǒng)中直接將閥門遠程切斷，然后再派出搶修隊伍趕赴現(xiàn)場。這樣就有效的降低

了管道的切斷時間，提高了應(yīng)對事故的處理能力，大大加強了燃氣管網(wǎng)的可靠性和安全性。

隨著嵌入式計算的不斷發(fā)展，控制器的功能也越來越強大，其中具有網(wǎng)絡(luò)功能的嵌入式

控制器在工業(yè)生產(chǎn)中得到了廣泛的應(yīng)用，對管道的閥門控制是其中重要的內(nèi)容。通過使用遠

程控制系統(tǒng)能夠?qū)艿篱y門進行有效的調(diào)節(jié)，從而保障了生產(chǎn)的安全。結(jié)合嵌入式技術(shù)和無

線網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)，基于對燃氣管道閥門控制的可靠性和遠程控制要求，實現(xiàn)了城市燃氣干線

管道閥門的遠程控制，有效的保證了城市燃氣管網(wǎng)的可靠運行。

現(xiàn)代無線通信技術(shù)能夠使控制器和監(jiān)控系統(tǒng)進行通信，執(zhí)行監(jiān)控系統(tǒng)的命令并且對執(zhí)行

結(jié)果進行反饋。當閥門控制器接到關(guān)斷信號時，閥門就能夠立即執(zhí)行關(guān)閉操作，系統(tǒng)還能夠

自主的對網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)進行診斷，當發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)發(fā)生中斷或者異?，F(xiàn)象時，可以自主的呼叫上位機,

直到網(wǎng)絡(luò)通信恢復為止。種種先進技術(shù)的使用，已經(jīng)能夠縮短城市燃氣企業(yè)的應(yīng)急反應(yīng)時間,

減少人工應(yīng)急反應(yīng)中的延遲、錯誤等，能有效的加強干線管網(wǎng)的安全性。

城市燃氣干線管網(wǎng)截斷的現(xiàn)狀主要是人工控制，之所以很少見到自動控制，是因為截斷

閥門的分散性、部署環(huán)境的惡劣性、施工技術(shù)問題的復雜性以及成本的高昂性。事實上，目

前的燃氣干線管網(wǎng)應(yīng)急截斷技術(shù)已有很大發(fā)展，已經(jīng)具備了批量部署的條件。下面我們具體

論述：

a）閥門的分散性問題。城市燃氣管網(wǎng)遍布整個市區(qū)，甚至延伸至遠郊，里程長、管網(wǎng)

密、截斷閥門數(shù)量多。如此分散的情況在以前是沒有辦法的，但是利月現(xiàn)代無線傳輸技術(shù)的

發(fā)展，我公司已經(jīng)解決了這個問題，目前傳統(tǒng)的GPRS技術(shù)已經(jīng)能夠基本勝任，針對信號弱、

井蓋或墻壁造成的信號屏蔽等問題，也已經(jīng)可以通過信號放大、信號中繼或直接采用新的窄

帶物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)（NB-lot）加以解投。

b）截斷閥門環(huán)境的惡劣性問題。截斷閥門的部署環(huán)境絕大部分是地下的閥井，存在著

潮濕甚至積水、空間密閉、空間受限、無電、無信號等現(xiàn)實情況。我公司的閥門截斷技術(shù),

已經(jīng)針對性的從防水、防爆、體積小型化、低功耗、弱電驅(qū)動大扭矩、信號穿透等多方面加

以解決，目前已經(jīng)能做到鋼制、PE兩種材質(zhì)的閥門控制，能做到從DN50~DN1200的干線全管

徑閥門控制，能做到球閥、蝶閥等燃氣管道主要閥門類型的控制?；笊铣鞘腥細飧删€管網(wǎng)

中的截斷閥門，我公司都已經(jīng)可以做到遠程自動控制。

c）截斷閥門施工技術(shù)的復雜性問題。燃氣管網(wǎng)擔負著居民以及工業(yè)用戶的輸氣任務(wù)，

不能隨意中斷，而新的技術(shù)設(shè)備替代舊的設(shè)備，往往存在著安全隱患以及面對著停氣協(xié)調(diào)等

復雜情況，燃氣企業(yè)對于改變現(xiàn)狀往往存在著顧慮。我公司的閥門截斷技術(shù)，針對這一現(xiàn)實

情況，集思廣益、反復試驗，形成了一套整體施工方案體系，不用開挖、不用換閥，已經(jīng)可

以做到不停氣施工。新舊技術(shù)的轉(zhuǎn)換，采用外科手術(shù)式的割接技術(shù)，保障輸氣管網(wǎng)在不停氣

的情況下，安全的從人工控制狀態(tài)升級到自控狀態(tài)。

d）成本的高昂性問題。在以前，要做到閥門的自動控制，往往要采購進口的高科技電

動、氣動、液動等閥門，成本極其高昂，是一般燃氣企業(yè)所無法承受的，即使采用，數(shù)量也

極其有限，面對整個城市干線管網(wǎng)，是杯水車薪，解決不了根本問題。我公司的閥門截斷技

術(shù)，可以靈活采用電磁閥、先導式電磁閥、電氣聯(lián)動機構(gòu)、電液聯(lián)動機構(gòu)、電動機構(gòu)等多種

現(xiàn)代閥門控制技術(shù)，利用技術(shù)的更新、創(chuàng)新和國產(chǎn)化來實現(xiàn)降本增效，針對不同的截斷閥門

環(huán)境采用不同的技術(shù)設(shè)備，通過技術(shù)改造手段盡量保留原有設(shè)備，最大限度的保護客戶的原

有投資價值，降低現(xiàn)代化技術(shù)更新成本，目前的實施成本已經(jīng)進入到一個合理的空間，讓絕

大多數(shù)燃氣企業(yè)能夠承受。

3、技術(shù)實現(xiàn)概述

燃氣閥井智能管理系統(tǒng)由數(shù)據(jù)采集單元、閥門控制單元、信號處理單元、無線網(wǎng)絡(luò)傳輸

單元、供電單元、防水防爆單元和控制軟件系統(tǒng)七大部分組成。

圖卜系統(tǒng)構(gòu)成

通過加裝智能儀表和傳感器設(shè)備，實現(xiàn)供氣壓力、流量、可燃氣體（甲烷）濃度、供電

電壓、閥井溫度、水位/液位、閥門狀態(tài)等數(shù)據(jù)的自動采集和遠程傳輸；實現(xiàn)緊急情況下遠

程操作截斷閥門關(guān)閉；實現(xiàn)非法闖入圖像抓拍及遠程自動報警。通過不系統(tǒng)可實現(xiàn)閥井數(shù)據(jù)

自動采集、閥門緊急關(guān)閉、減少人工巡查工作量的目的。

通過RTU（RemoteTenninalUnit遠程終端控制單元）或PLC（ProgrammableLogic

Controller可編程邏輯控制器）采集智能儀表及電磁閥或電動執(zhí)行器狀態(tài)等信號，經(jīng)過無線

傳輸設(shè)備將信號傳送到控制中心接收并實時監(jiān)控；當管道壓力異常升高或降低，超過管道系

統(tǒng)設(shè)計運行標準要求時，RTU自動控制閥門開關(guān)或遠程控制達到開關(guān)閥門的目的；或者主控

中心接到泄漏報警時遠程緊急關(guān)閉相應(yīng)閥門，實現(xiàn)緊急事件的及時處置，降低二次事故風險

的目的。閥井（室）每天定時發(fā)送數(shù)據(jù)監(jiān)測信息或根據(jù)異常情況控制攝像機進行拍照。管理

系統(tǒng)可按閥井（室）地址依次輪詢或?qū)ｉT查詢各閥井（室）數(shù)據(jù)，達到自動智能巡查目的。

可以實時監(jiān)測各節(jié)點閥井（室）的可燃氣體濃度、井內(nèi)水位等日常巡查參數(shù)。各閥井（室）

的監(jiān)測數(shù)據(jù)可實現(xiàn)信息化歸檔管理，可對累積的數(shù)據(jù)進行二次大數(shù)據(jù)分析，為管理層提供決

策依據(jù)％當發(fā)生事故后，可調(diào)出存檔數(shù)據(jù)，可以協(xié)助分析事故原因，追溯責任。

圖2-系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)圖

4、功能亮點：

。截斷閥門緊急切斷

。閥門遠程控制

?閥井（室）可燃氣體濃度實時監(jiān)測

?閥井（室）溫度、流量、壓力、液位、電量數(shù)據(jù)實時監(jiān)測

?閥井（室）闖入報警

閥井（室）身份智能識別

。閥井（室）智能巡查

維修、保養(yǎng)、巡井數(shù)據(jù)歸檔及大數(shù)據(jù)分析

*事故責任追溯機制

5、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖及實物展示

圖3-系統(tǒng)拓撲結(jié)構(gòu)

圖4-實物展示（井端設(shè)備）

.

圖5-軟件界面展示

6、系統(tǒng)防爆說明

燃氣閥井智能管理系統(tǒng)的井（室）端設(shè)備部分，位于城市燃氣干線截斷閥井（室）內(nèi)，

屬于密閉空間，具有一定的危險性，因此我公司在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)方面采用了全防爆結(jié)構(gòu)，把所有

強電電路、弱電電路全部與閥井空間做安全隔離。整個系統(tǒng)井端設(shè)備部分，涉及電路的有電

動執(zhí)行器、強電控制電路、弱電控制電路、監(jiān)測電路和直流供電電路五大部分。我們在系統(tǒng)

設(shè)計中，將這五大部分電路分別封裝于電路防爆箱體和防爆外殼中，口間供電和信號線路的

連接全部采用防爆撓性管，插拔連接處采用無火花連接器，天線饋線穿管，天線置于密閉空

間外部或者地埋，整個系統(tǒng)做到涉電部分與閥井空間完全密封隔離。

防爆要求遵循下列國家標準：

GB3836.1-2000《爆炸性氣體環(huán)境用電氣設(shè)備第1部分：通用要求》

GB3836.1-2010《爆炸性環(huán)境第1部分：設(shè)備通用要求》

GB3836.2-2000《爆炸性氣體環(huán)境用電氣設(shè)備第2部分：隔爆型“d“?

GB3836.3-2000《爆炸性氣體環(huán)境用電氣設(shè)備第3部分：增安型“e"?

GB3836.8-2003《爆炸性氣體環(huán)境用電氣設(shè)備第8部分：“n”型電氣設(shè)備》

JB/T8529-1997《隔爆型閥門電動裝置技術(shù)條件》

7、閥井（室）智能管理平臺信息化應(yīng)用效果

1）.通過實時監(jiān)控、數(shù)據(jù)監(jiān)控、巡井調(diào)度和闖入自動報警等措施，可以實現(xiàn)智能巡查，

人員無需到達閥井（室）現(xiàn)場就能完成巡查工作，降低了員工勞動強度，提高了巡井工作的

可靠性，減少了閥井（室）的巡查頻率，大大縮短了巡井間隔時間（由一周巡井一次，縮短

至數(shù)分鐘做一次數(shù)據(jù)采集）。極大的提高了人力資源的優(yōu)化效率和生產(chǎn)運行的管理效率，實

現(xiàn)了降本增效的雙贏結(jié)果。

2）.通過閥門緊急切斷系統(tǒng)和遠程調(diào)度，實現(xiàn)了各種安全數(shù)據(jù)自動監(jiān)測、遠程控制自動

開閉閥門,在發(fā)生緊急情況時，能夠在最短時間內(nèi)，遠程控制切斷距事發(fā)點最近的閥門，在

搶險人員尚未到達時，最快的控制險情，同時最大限度的減小損失。

3）.通過氣體泄漏報警系統(tǒng)（燃氣泄漏、壓力、流量等檢測報警儀器等），及時發(fā)現(xiàn)閥井

（室）內(nèi)可能出現(xiàn)的燃氣泄漏，并上報管理中心，在事故發(fā)生的萌芽狀態(tài)就將其處理掉，大

大加強了閥井（室）的安全生產(chǎn)和管理能力。

4）.通過閥井（室）智能巡檢檔案和人工維護記錄錄入系統(tǒng)，可以將全部閥井（室）納

入信息化管理體系，實現(xiàn)閥井建設(shè)、維修、保養(yǎng)、管護記錄的電子化歸檔，方便管理層做好

檔案管理、宏觀數(shù)據(jù)統(tǒng)計和責任倒查等工作，數(shù)據(jù)積累到一定規(guī)模，還可在此基礎(chǔ)上做大數(shù)

據(jù)分析，