城市智能燃氣管網建設探討

柳彥從

(太原天然氣有限公司,山西 太原 030006)

1 概述

城市燃氣管網的安全穩定運行對城市發展和人民的正常生活影響巨大，一旦出現問題將給社會公共安全和人民的安定生活帶來極大的負面影響。隨著信息技術的飛速發展，信息技術已經成為引領創新發展和驅動發展的先導力量。

近年來，燃氣企業積極推進互聯網、大數據和燃氣企業實體經濟的深度融合，在原有SCADA系統基礎上又相繼成功開發出場站監測、密閉空間監測、遠程智能測壓終端監測、工商用戶監測等多個系統。這些系統各自具備獨立完善的功能，一系列基于移動物聯網技術的燃氣管理平臺建設，采用先進的技術措施，實時采集管網數據參數，實現了從場站到用戶終端安全監控的全過程管理，管理人員在不同系統中可根據事故隱患報警信息，及時做出事故預防及隱患治理工作，為燃氣管網安全穩定運行保駕護航。

2 系統功能簡介

2.1 場站監測

城市天然氣場站監測系統是整個供氣系統正常運行的基本保證，直接影響城市居民生活、工礦企業生產以及其他公共設施的正常運轉，其經濟和社會作用和影響非常明顯。

2.1.1系統介紹

使用SCADA系統的基本功能和結構，數據服務器負責處理、存儲、管理從控制系統傳送來的實時數據，同時又為網絡中的其他服務器和工作站提供實時和歷史數據。數據服務器是控制網絡中的報警、趨勢、報表等的數據服務器，也是本系統的數據處理中心，肩負整個系統數據的實時采集、存儲和處理，是整個系統的數據集散地。該服務器支持遠程部署，在線修改參數，適合多人協作開發，可根據實際需要，按照歷史服務器、事件服務器、報警服務器、Web服務器、企業門戶等等多種應用模式進行系統配置。

2.1.2系統功能

1)實時生產數據監測。

該系統可實時采集監測門站各管道運行過程中的重要工藝參數，如壓力、流量、溫度、累積值、瞬時值等，工作人員可選用表格或條形圖進行顯示。

2)動態顯示工藝流程。

利用系統的數據實時監測功能，將實時數據在場站的三維動態工藝流程圖中顯示出來，并將整個工藝流程圖直觀地在計算機顯示器上顯示出來，可以直觀的看到開關、設備運行/停止、數據實時變化等。

3)實時和歷史數據趨勢圖、棒狀圖顯示。

該系統可根據工作需要將相關的監控點生成歷史趨勢圖和實時趨勢圖。通過歷史趨勢圖，可以查看歷史特定某點的數據，方便查找故障發生的時間，數據變化趨勢，幫助找出故障原因。根據生成的實時趨勢圖，便于工作人員分析壓力、流量、溫度等參數的變化趨勢，以便保持管網設備的穩定運行。

4)報警和事件管理。

平臺可自動處理天然氣場站內設備或系統部件的故障報警和診斷報警，將每個報警用監測系統內置喇叭發出報警聲，并提示以醒目的顏色顯示報警信息，并自動切換至報警參數所在畫面。

2.2 密閉空間監測

伴隨城市燃氣需求的快速發展，城市地下燃氣管網的密集程度越來越高，管道通常敷設在城市人口稠密地區，管道周邊環境相當復雜，同時，燃氣管道的接頭、閥門等連接處最易出現泄漏，而這些部位往往安裝在地下閥門井等密閉空間，遇到火花極易引起爆炸事故發生，將會造成供氣中斷、環境污染、財產損失甚至人員傷亡等嚴重后果。同時，泄漏的燃氣會集聚到周邊的電力、電信管溝等地下密閉空間而造成更大的危害。近年來，地下管井氣體爆炸導致傷人損物事件屢見不鮮，而在這些下水道、窨井等地下密閉空間作業的人員，中毒事故也時有發生，這些事故不僅會造成不同程度的人員傷亡和巨大的財產經濟損失，也會給社會的公共安全和人民的和諧生活帶來極大地負面影響。綜上所述，基于燃氣管網輸配環節的安全需求，有必要對城市燃氣管網地下管道的密閉空間進行定時定點檢測，以保護城市公共財產和市民的生命安全。現在靠人力攜帶儀器定點定時檢測地下燃氣管道附近密閉空間氣體泄漏的措施，已遠遠不能滿足燃氣安全運行的市場實際需求，而常規燃氣泄漏檢測報警設備又不能滿足城市雜亂的環境要求。

燃氣地下密閉空間安全監測系統將從檢測手段、數據傳輸方式、對抗環境的措施等方面進行分析，利用現有的無線GPRS網絡和氣體傳感技術實時監測地下管網氣體泄漏情況、閥門進出口的壓力、管線的流量及環境的溫度情況，切實保障城市地下燃氣管網的安全運行。本系統可以將氣體安全檢測領域從自動化的初級階段推向信息化階段，將彼此獨立的小系統整合起來，作為智慧城市的一部分，通過物聯網將氣體安全信息實時地傳遞、收集、分析、管理，以盡可能地消除地下燃氣管網密閉空間的安全隱患，保障社會公共安全。

由于燃氣行業的特殊性，一旦產生燃氣管網泄露將充斥城市空間，將對城市安全和財產造成不可估量的損失，本項目采用先進的技術措施實時在線檢測管網中如地下管溝、地下燃氣閥門井等地下密閉空間的易燃易爆氣體的濃度及相關參數，為燃氣企業的安全穩定供氣保駕護航。

2.3 遠程智能測壓終端監測

目前民用立管試壓檢測普遍采用U形水壓計進行壓力檢測，檢測過程復雜繁瑣，精度低、誤差大、耗時長，已不能滿足工作需要，而利用現有通信和高精度的壓力檢測技術，實現立管壓力的實時監測具有重要的現實意義。在線壓力監測系統的整體設計基于GPRS無線傳輸技術，能夠實現各個立管的壓力監測點與監控中心的實時、無線數據傳輸。

立管智能測壓系統實現了對各立管壓力的自動檢測和自動上報的功能，實時監測及計算機自動分析，發現故障能及時報警并在手機通訊網絡中發布故障信息請求人工干預，在技術層面上解決了人工測量的人為誤差，發生故障無法及時報警的問題，有利于達到氣源合理調度的目的。

2.4 工商用戶監測

工商用戶在使用燃氣器具過程中因不注意器具的維護和保養，極易引發安全隱患進而造成生命和財產的巨大損失。工商用戶在線監測平臺可24 h監測小微餐飲場所以及飯店的實時用氣信息，平臺對工商用戶的監測，一方面通過壓力變送器、流量計、溫度傳感器來實現對壓力、流量和溫度的監測，另一方面通過用可燃氣體探測器監測工商用戶用氣場所附近的燃氣泄漏情況，當檢測到氣體泄漏時，發出聲光報警，通知周圍人員盡快撤離現場，同時啟動聯動電磁閥關閉氣源，避免燃氣持續泄漏，遇到明火發生嚴重火災事故。

2.5 用戶智能安檢

隨著經濟社會的飛速發展，城市建設的規模不斷擴大，人口增多以及人們生活水平的不斷提高，對城市安全提出了越來越高的要求。以太原天然氣有限公司為例，轄區現有居民用戶120萬戶，按照國家燃氣行業相關規范要求，居民用戶燃氣設施定期安全檢查每兩年不得少于1次。由于燃氣公司專業安檢人員數量有限且入戶率低，很難按照規范規定周期完成安檢任務，且傳統安檢方式為手工登記臺賬，無法監管，效率較低，歷史資料難以查詢。近年來社會對安全管理的要求越來越高，傳統的安檢方式已難以滿足工作需要。采用先進的手段和科學的管理方法進行戶內安全檢查工作不僅可以極大地提高安檢效率，還可以降低人工成本。

為此，經過該公司前期調研及方案制定，民用智能安檢系統終端順利通過驗收并投入運行。安檢人員手持移動智能終端借助移動設備的GPS定位和通信技術，將戶內燃氣設施及燃氣器具的用氣情況記錄下來，對違章隱患通過拍照視頻等方式上傳至安檢系統終端并電子簽章，保證現場情況的準確性、真實性和可追溯性。借助移動智能終端和用戶智能安檢系統免除了紙質材料信息交流的低效性和繁雜性，真正做到了問題隱患及時發現、及時處置。通過后臺系統信息分析和比較，可將違章、隱患分類統計，最終實現民用安檢工作智能化操作和信息化管理。

2.6 民用戶實時監控

目前，我國在役燃氣表中機械表占領市場60%～70%，傳統抄表日復一日背著簡易工具包、pos機、用戶資料單等資料走街串巷，樓上樓下，穿鞋套，摘鞋套，每天同樣的動作重復幾十次，且住戶不在家情況時有發生，抄收工作瑣碎且繁重。而機械表不僅存在入戶抄表費時費力，數據傳輸不穩定、不及時的問題，且表具也不支持階梯計費。隨著移動物聯網時代的到來，燃氣市場出現了多種智能燃氣表，有遠傳燃氣表、預付費燃氣表、物聯網燃氣表幾種機型。從功能性來看，NB-loT物聯網燃氣表綜合了其他燃氣表的功能于一身，且具有穩定的遠程通訊傳輸功能，可配合燃氣公司APP、微信公眾號使用，可實現用戶用氣信息手機實時查詢和在線繳費、燃氣公司實時監控管理、燃氣泄漏報警等功能。NB-loT物聯網燃氣表的使用極大程度的降低了燃氣公司的人力物力成本，被廣泛應用于城市智慧燃氣建設中。目前，NB-loT物聯網燃氣表已在北京、上海、武漢、天津、長沙等全國多個城市大面積推廣應用，助力智慧城市建設。太原天然氣有限公司于2017年8月～2018年12月在太原進行了首批試用，2019年年初，NB-loT物聯網燃氣表正式推廣使用，至今已走進8萬余戶家中，目前NB-loT智能燃氣表的推廣工作正在太原有計劃、有批次的推進(見圖1)。

3 結語

隨著信息技術的飛速發展，使得物聯網、大數據和移動互聯技術可以被廣泛的應用到城市智能燃氣管網建設中，極大的提高了燃氣公司的信息化管理水平。太原天然氣自2014年起，開始了智能燃氣管網建設的研究，上自場站，下至用戶用氣終端，物聯網燃氣管理平臺的建設實現了對燃氣輸送及使用過程的全過程實時監控，大大降低了人力物力成本。