城市地下管网危险源智能监管系统研究

　　程俞瀚+何阳+李祥+郎代志
　　近几年，城市下水道、化粪池系统气体爆炸事故导致的安全问题，对市民生命财产构成严重威胁，已引起社会公众的强烈关注和担忧。
　　1985年6月27日，重庆市渝中区大溪沟罗家院地区下水道突然发生爆炸，炸毁下水道271m，造成26人死亡、91人受伤，局部地区断电、断气，损失严重。
　　2002年9月10日，重庆市南岸区农贸市场下水道爆炸，造成3人死亡、21人受伤。
　　2008年10月22日，广东广州人民北路下水道爆炸， 7个井盖被炸飞，所幸未造成人员伤亡。
　　2012年2月9日，广西南宁市华东路下水道爆炸，造成2人受伤。
　　当前，我国共有600多个城市。随着城市化的发展，城市人口密度越来越大，建筑高楼越来越密集，城市地下管网的组成也会越来越复杂，城市地下管网流量远不能达到正常的需求。目前我国地下管网的研究主要有以下四大需求。
　　一是商圈与生活区的人员密度较大，当地下管网有毒气体积累过多大量溢出时，会导致大量人员身体不适、中毒。山西、重庆、陕西等地都曾发生类似爆炸事故，给人民的生命财产带来了巨大的损失。二是由于城市化粪池具有密封性，其所含的易燃易爆气体浓度远比下水道中的要高，危害程度也大大提高。同时，化粪池一般都安置在居民区或者人员密集处，一旦发生事故将会导致大量的财产损失及人员伤亡。三是化工、石油、燃气等工业企业排污比较严重，下水道、化粪池有毒有害气体积累较快，在炎热的夏天或者温度达到临界点时，地下管网易发生爆炸，产生的危害不言而喻。四是地下管网堵塞，会造成城市废水不能得到顺利排放，造成路面污水外流，影响行人、交通。同时带有异味的气体，也严重影响着人们生活环境和健康。
　　随着城市现代化的进程，开展城市下水道和化粪池可燃气体在线监控预警系统的研制与开发，将为市政设施有害气体监测管理，提供快速、准确、实时的信息处理方法，完善事故预防机制，为市政管理部门提供先进便利的管理手段，保障社会的稳定和人民的安全。
　　研究过程
　　2013年11月，国家安全监管总局公布了第二批安全科技＂四个一批＂项目，重庆梅安森科技股份有限公司承担了＂城市地下管网危险源智能监管系统研究＂项目。该项目以城市地下管网危险源监测与控制为核心，以易燃易爆有毒有害气体监测、危险评估、地理位置监测和风险控制为主线，以保障城市公共设施安全、居民安全为目标，从危险源辨识、采集位置选择、监测点规划、危险风险控制4个方面出发，进行了全面的调查研究。
　　危险源辨识。城市地下管网中具有多种易燃易爆、有毒有害气体，项目组通过气相色谱法、分光光度法、非色散红外吸收法、电化学传感器法等，对这些气体进行辨识及检测。项目组通过现场试验，综合分析了各种方法对不同气体危险源的适用性，并根据现场情况，提出了一整套准确辨识气体危险源，以及具有较高检测精确度的综合检测流程。
　　危险源采集位置选择。针对不同的气体危险源，项目组从地下管网的不同位置进行采集取样，并进行检测分析。通过理论计算与实践相结合，确定了不同气体危险源的最佳采样位置，为监测系统的准确性提供了保障。
　　危险源监测点规划。项目组通过对地下管网组网结构及周围环境进行分析，并到现场进行实地考察，收集分析地下管网气体危险源的浓度分布，对监测点进行合理规划；通过GIS（地理信息系统）技术对每个监测点进行实时定位，并详细记录相关信息，为监测点的维护及应急响应提供了信息支撑。
　　危险风险控制。采用二级报警控制，对不同报警等级的监测采取不同的控制措施，并对每次报警进行详细记录、保存，利于对监测信息直观把控，以及对监测点的危险程度进行评估和掌控。采用自动控制功能，对达到报警危险等级的监测点进行自动危险排除，杜绝事故的发生，同时也大大降低了现场维护及应急响应成本。通过远程手动控制，及时排除地下管网危险气体，为现场施工安全提供保障。
　　通过研究，项目组开发了城市地下管网危险源智能监管装置。下水道内的气体通过集气泵被采集，经特制装置分离后，到达采集气室内。通过红外高浓甲烷传感器，将空气中易燃易爆气体含量转换成对应的电压值，传输给采集设备。采集设备转换计算后，可对应计算出当时气体浓度值。采集设备对传感器信号及排气泵工作状态信号汇总，进行加密处理后发送到GPRS设备，再上传至监控中心。这一套装置，实现了前端精确监测、超标报警、自动控制、堵塞报警等功能。
　　应用案例
　　在研究过程中，项目组在重庆主城区，以及周边城市开展了应用，取得了显著效益。
　　重庆属典型的山地丘陵地貌，主城区下水道大多已使用多年。有的管道内，生活废水与工业废水并存、臭水与臭气并存、雨水与废水并存，极易产生并积累大量有毒有害气体，造成爆炸隐患。随着主城区人口密度逐渐加大，垃圾排放量也日渐增长，由于大型餐饮企业尤其是火锅馆倾倒残羹剩渣等原因，时常导致管道堵塞，有害气体浓度超高，下水道成为一颗＂隐形炸弹＂。
　　2013年2-7月，项目组应重庆市政设施管理局要求，对全市主城六区开展了下水道主干道气体监测的项目实施。按照＂人口密集区、商业繁华区、加油加气站、学校医院＂的布点原则，经前端勘察和反复梳理，确定了新增、拆除和保留部分监测点位，全市共布设383个监测点位，实现了下水道的全覆盖监控。此项目最重要的一点是增加了自动排气泵，在出现预警、报警时，系统会自动抽排井内气体，提前预处理，将险情控制到最低，同时也有效避免了人力浪费。从2013年7月至2013年底，系统共预警8次、报警31次。通过系统预报警，重庆市政设施管理局及时采取应急控制措施，迅速排除险情，保障了公共安全。
　　2013年10-12月，项目组应重庆市渝北区市政管理局要求，对渝北区化粪池进行100个点位的项目实施，目前已经完成项目安装。该项目对渝北区各公厕、学校、医院、家属区等，进行了大部分的覆盖和安全的监控。针对渝北区化粪池有害气体浓度高的特点，项目组还改进了监控方案，采用3000m3/h的大功率防爆排气泵，在浓度超标时，能够自动开启排气泵，达到排放效果。本项目实施后，渝北区市政管理局化粪池维护人员数量降低了80%，同时该项目实施后未发生爆炸事故、中毒等事故。
　　2013年12月，项目组对贵州省六盘水市进行地下管网系统项目建设，该项目包含了下水道、化粪池的气体监测试点20余个，为该市的平安城市化建设打下了有效基础。
　　在下一步研究中，项目组将开展针对城市井盖缺失监测预警系统、地下管网堵塞自动处理系统、城市安全物联网平台等研究，实现全国地下管网监控系统数据的联通，实现危险源、危险区域的预警与报警，数据能同时上达到省级、国家级的安全平台预警数据中心。 编辑 杨 璇