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地下空间可燃气体安全预警监测系统

本方案以地下空间安全监测预警为主要方向,根据地下空间潮湿、多水、可燃气体、毒性气体及腐蚀性气体成分复杂、供电困难、无线信号覆盖率低等特点,依托辅助软硬件技术,实现总体的报警探测信号处理、信号接收报警展示等功能。系统主要由多参数监测终端、无线数据传输模块、数据库服务器和物联网平台四部分组成。

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地下空间可燃气体安全预警监测系统介绍

一、地下空间可燃气体安全预警监测系统产生背景

随着新型城镇化、新型工业化速度加快,我国城市规模越来越大,流动人口多、高层建筑密集、经济产业集聚等特征日渐明显,城市已成为一个复杂的社会机体和巨大的运行系统,城市安全新型风险、传统产业风险、区域风险等积聚滋生、复杂多变、易发多发。一些城市相继发生重特大生产安全事故(灾害),如广东深圳光明新区渣土受纳场“12·20”特别重大滑坡事故、天津港“8·12”瑞海公司危险品仓库特别重大火灾爆炸事故、江苏响水“3·21”特别重大爆炸事故等,特别是近年以来,湖北省十堰市张湾区艳湖社区集贸市场“6·13”重大燃气爆炸事故、河南郑州“7·20”特大暴雨灾害等造成群死群伤的情况屡屡发生,暴露出当前我国部分城市安全风险底数仍然不清、安全风险辩识水平不高、安全管理手段落后、风险化解能力有限等突出问题。

党中央、国务院高度重视城市安全工作,习近平总书记多次作出重要指示,强调要加强城市运行安全管理,增强安全风险意识,加强源头治理,防止认不清、想不到、管不到的问题发生。中共中央办公厅、国务院办公厅专门印发《关于推进城市安全发展的意见》,从加强城市安全源头预防、健全城市安全防控机制、提升城市安全监管效能、强化城市安全保障能力等方面提出明确要求。建设城市安全风险综合监测预警平台,先从人口最集中、风险最突出、管理最复杂的城市抓起,对城市安全最突出的风险实时监测预警并及时处置,对于保障人民群众的生命财产安全,具有十分重要的意义,是深入贯彻习近平总书记关于城市安全重要指示精神的重要举措,是落实中央关于推进城市安全发展意见的具体行动,也是推进安全发展示范城市建设的重要内容。

为贯彻落实国务院领导同志重要批示要求,进一步提升城市安全风险辩识、防范、化解水平,推进安全发展示范城市创建工作,国务院安委会办公室于2021年9月22日发布了《国务院安委会办公室关于推广城市生命线安全工程经验做法切实加强城市安全风险防范工作的通知》,通知要求各地要结合安全发展示范城市创建工作,根据实际统筹开展城市安全风险综合监测预警,积极构建全面统筹领导、统一监测调度、联动响应处置的工作体系。选择合肥、沈阳、南京、青岛、深圳、成都、西安、东营、洛阳、宜昌、常德、佛山、南宁、遵义、北京通州、上海浦东新区、上海黄埔、上海松江等18个城市(区)作为国家城市安全风险综合监测预警工作体系建设试点。通知要求,2022年6月底前,各试点城市安全风险综合监测预警工作体系基本建立,并初步完成对辖区内燃气、供排水、热力、桥梁、电梯、综合管廊等城市生命线工程和城市洪涝等安全监测感知网络覆盖、监测预警系统建设。

二、建设目标

为保证各地城市生命线工程的顺利实施,国务院安委会办公室在梳理总结各城市安全现状和共性问题基础上,吸收了上海、南京、深圳、合肥、佛山、成都、杭州、烟台、东营等城市安全风险监测预警实践的成果经验着眼可推广、可复制、可持续,力求突出前瞻性、实用性、操作性,组织编写了《城市安全风险综合监测预警平台建设指南(试行)》,明确城市安全风险综合监测预警平台建设内容以及配套机制保障要求。

指南中,对城市安全风险综合监测预警平台建设提出来明确的目标。第一阶段,初步完成对辖区内燃气、供排水、热力、桥梁、综合管廊等城市生命线工程和城市洪涝等安全监测感知网络覆盖、监测预警系统建设,初步建成城市安全风险综合监测预警平台。第二阶段,持续拓展监测预警范围,完善监测预警运行机制,扩展至辖区内消防、交通、特种设备、人员密集场所等公共安全,以及安全生产、防灾减灾等领域,形成覆盖全面、功能完备、业务健全的城市安全风险综合监测预警平台。持续总结好的做法和经验,形成一系列配套制度和标准,进一步完善城市安全风险综合监测预警平台建设与运营模式。

指南要求,构建全市层面的风险感知立体网络,对城市生命线、公共安全、生产安全和自然灾害等风险进行全方位、立体化感知。按照分步实施的原则,首先对城市燃气、供水、排水、热力、桥梁、综合管廊等生命线工程安全运行进行风险监测。

三、城市生命线工程安全风险监测

1、燃气管网

主要针对燃气管网及其相邻空间安全运行风险进行监测。其中相邻空间主要指与燃气管网相邻的雨、污、水、电、通信等地下管沟、窨井等附属设施。在包括:燃气阀门井内;燃气管线相邻12.5米内的雨污水、电力、通信等管线或其他相关设施;燃气爆炸后易产生严重后果的空间;有燃气管线穿越的密闭和半密闭空间;排水井、排水管网;燃气泄漏后易通过土壤和管线扩散聚集的其他空间;餐饮等场所,安装具有可对可燃气体浓度报警、液位、水浸、压力、流量等对象实时监测的监测报警数据终端。

地下空间可燃气体安全预警监测系统

2、综合管廊

对入廊管线安全运行监测参数和廊内温度、湿度、有毒气体、易燃气体、空气质量、水位等数据进行集成处理,实时感知廊内管线和环境安全状态,科学设置报警阈值,一旦大于设定阈值,将会自动启动报警。

在确定报警信息后,根据廊内管线监测数据,对廊内管线运行异常情况及时生成预警。廊内环境及附属设施安全预警根据监测参数建立分层、分级预警模型,设置不同层次和级别的预警参数,对监测参数进行在线分析处理,实时监控各参数的变动趋势,根据预警方式和报警级别的不同,提醒不同层级和单位人员关注和处置。

在实时报警方面,可结合管廊信息、监测点位信息和实时监测数据,根据需要了解监测管廊实时运行状态和周边防护目标、危险源等相关信息;在预警分析方面,当监测数据出现异常或超阈值情况时,可锁定报警事件发生点位,核实报警信息真实情况,如果确定是有效报警及时进行研判分析;在历史记录方面,可对异常情况和报警信息进行多维度统计分析,明确主要报警事项和事故原因,为后续强化监督管理提供依据。

地下空间可燃气体安全预警监测系统

四、技术方案

本方案以地下空间安全监测预警为主要方向,根据地下空间潮湿、多水、可燃气体、毒性气体及腐蚀性气体成分复杂、供电困难、无线信号覆盖率低等特点,依托辅助软硬件技术,实现总体的报警探测信号处理、信号接收报警展示等功能。系统主要由多参数监测终端、无线数据传输模块、数据库服务器和物联网平台四部分组成。

多参数监测终端采用具有自主设计专利的防爆防水外壳,安装高性能TDLAS传感器,可对可燃气体浓度、液位、电池电量和环境温湿度进行实时监控,并支持软件远程升级。燃气泄漏智能监控平台基于B/S架构,在地图上实时监控各个管道井的浓度、温度,并对可燃气体浓度、液位等异常信息实行三级报警。同时具有无线终端电量的报警功能,便于及时更换电池。该平台建立在GIS地图应用之上,可以很直观的在地图上查看各监控点的数据情况,一旦发生泄漏,也可以根据地图对泄漏位置和影响区域进行快速定位。

地下空间可燃气体安全预警监测系统

多参数监测终端的可燃气体传感器采用激光甲烷传感器,该传感器采用先进的可调谐激光光谱谐波分析(TDLAS)技术,以及先进的军品级光电混合封装技术,优异的温度补偿算法,符合本安防爆以及 EMC 要求。终端内置4G.cat1无线通讯模块,采用4G外置高增益全向玻璃钢天线,有效解决地下空间通讯信号差的问题。终端选用大容量锂/亚硫酰氯电池组供电,该电池组具有大容量(单节电池最大容量达到35000mAh)、低自放电率(20℃条件下存放年自放电率≤1%)、超宽温应用(-60℃~85℃)、超长寿命的特点,能够长期、稳定的工作在地下空间,进行数据采集、监测、报警与上传。

地下空间可燃气体安全预警监测系统

对于安装于地下空间的设备,由于缺乏外部电源,只能使用电池供电,低功耗设计尤为重要。本终端可以工作在多种模式下,其中两种主要模式分别是正常模式和应急模式。在正常模式下,主控单元会按照RTC时钟单元提供的固有时序进行开启和休眠。在开启的状态下,主控芯片会根据预设程序分别对传感器、通讯模块进行开启和数据采集、发送等操作。当装置检测到气体浓度、液位或温度的改变大于预设的阈值时,系统将自动进入应急模式,此时传感器将保持持续唤醒状态,不断向主控芯片传递浓度数据。同时,通讯模块将每分钟向监控中心发送实时监测数据,以保证监控中心对事故态势严重性的准确判断。正常使用状况下,本终端免维护周期>24个月,大大降低了系统运维成本,提高了设备在线率,提升了系统运行可靠性。

技术指标:

◆ 监测参数:可燃气体浓度、氧气浓度、H2S浓度、CO浓度、液位、温湿度、振动

◆ 电池寿命:>24个月(正常工况)

◆ 使用温度:-20℃~55℃

◆ 通讯方式:4G.cat1

◆ 防护等级:IP68

◆ 防爆等级:本质安全型(EX ib IIB T3 Gb)