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27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1012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3000m3h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