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城市燃气输配系统的安全管理

更新时间:2015-10-14  [收藏此信息]

AbstractThe current situation of city gas transmission and distribution system safety management at home and abroad is analyzed.The principlesmanagement processes and long-term goals of computerized maintenance management system(CMMS)in France GrDF are introduced.

Key words  gas transmission and distribution system  safety management  risk assessmentindustrial safety income approach

1概述

随着天然气时代的到来,我国的燃气事业飞速发展。根据《中国统计年鉴(2010)》可知,我国2010年的供气管道总长度为30.9×104 km,用气人口为3.63×106人。然而,现有的燃气设施存在种种问题,尤其是运行方面存在的安全问题,直接影响了城市燃气输配系统的安全性、稳定性和高效性[1]。解决城市燃气输配系统运行安全问题的有效手段之一就是加强安全管理。

2国内外发展现状

2.1  国内发展现状

我国的燃气公司、科研机构和高校在加强城市燃气输配系统的安全管理方面进行了大量的探索和实践。

中石油昆仑燃气有限公司咸宁分公司在充分分析我国城市管道燃气运营管理特点的基础上,将城市管道燃气运营的安全管理划分为3个主要环节:气源接收管理、城市管网管理和用户管理,针对每个环节制定了不同的管理措施,并提出了统一安全管理标准、建立燃气信息系统、加强安全用气教育和建立高效巡护队伍的建议[2]

福州市煤气有限公司根据福州市城市燃气输配系统的实际情况,采用GIS、网络、数据库等先进的计算机技术,集成燃气管网综合管理系统,提供管网信息管理、查询统计分析、管网数据编辑、工程信息管理、管网运行维护信息管理、管网事故处理、系统安全管理等功能[3]

中国石油大学罗自治在总结国内外城市燃气管道事故的基础上,提出了我国城市燃气管道完整性管理流程的基本框架,介绍了流程的主要内容和相关的国外标准[4]

北京讯腾科技有限公司分析了目前我国智能燃气管网的发展现状和存在问题,提出了解决方案,并采用物联网(Internet of ThingsIOT)技术开发了智能燃气管网和相应的物联监控平台[5]

自从国外油气管道风险评价的成功经验引入中国并在我国的燃气长输管道的安全管理中取得突破性进展后,我国也开始进行将风险评价融人城市燃气输配系统安全管理中的研究和探索[6-8],并不断加强燃气企业的信息化建设[9-13]

2.2国外发展现状

2007年,美国的Richard D.Turley申请了一项关于管道完整性管理流程专利。该项专利通过基线风险评价(包括识别管段风险、选择评价方法、划分风险等级和实施风险评价4个基本步骤)、制定并实施预防和减缓隐患措施、绩效测评、制定改进措施等环节的循环实施,完成了高后果区域管段的识别,并以此为依据制定并实施预防和减缓管段隐患的措施,提高管网的可靠性[14]

2001年,英国的健康与安全执行委员会(Health and Safety Executive CommitteeHSE)出台了城市燃气铸铁管网全面更换的管网改造规划,要求在30年内将距离建筑物30 m范围内的铸铁管道全部更换完毕,为此建立了风险评价体系,对全国范围内的铸铁管网进行风险评价,并制定、实施基于每根管段具体风险值的管网维修、改造计划[15]

日本通过分析东京天然气铸铁输配管网的事故记录及后果影响,结合GIS技术建立了管网泄漏可能性和事故后果影响评价模型,对超出服役期限的铸铁燃气管网进行风险评价,并按照管网风险值的高低制定了管网改造和维护的规划,以求将规划实施的成本降至最低[16]

法国的GrDF公司(法国最大的天然气管道运营公司)在城市燃气输配系统的运行维护过程中,逐步建立起计算机化维护管理系统(Computerized Maintenance Management SystemCMMS),根据计算得到的工业安全收益(GSI)指标值,制定兼顾管网安全性和维护经济性的维护管理计划,在确保输配系统安全可靠性的基础上,最大限度地降低安全管理成本,加强了城市燃气输配管网的智能化管理[17]

本文主要介绍GrDF公司CMMS系统的相关内容。

3 GrDF公司的计算机化维护管理系统

3.1  原则

安全性与经济性相结合

城市燃气输配系统安全管理的中心任务是确保系统运行的安全可靠性。CMMS系统遵循安全性原则的同时,兼顾经济性原则。究其原因,基于以下两点:

首先,法国目前的城市燃气输配系统安全状况已得到很大程度的改善。法国为确保城市燃气输配系统的安全运行,对城市燃气输配系统进行了全面的风险评价,得到灰铸铁管的超期服役是影响燃气输配系统安全性的最主要原因。法国在近20年的时间内,一直致力于灰铸铁管道的改造工程,该工程于2007年结束。目前,法国的城市燃气输配系统的安全性已得到极大的提高。针对此现状,法国GrDF公司在确保燃气管网安全运营的基础上,进一步考虑安全管理的经济性,进而制定更加合理的城市燃气输配系统的管理方案。

其次,法国的燃气工业已全面市场经济化。从200771日开始,法国的能源市场全面开放,燃气用户可以自由选择燃气的供应商和运营商。为了应对燃气工业全面市场经济化的挑战,GrDF公司也需要考虑城市燃气输配系统的安全运营及安全管理成本之间的平衡。

智能化管理

GrDF公司研发的基于SAP(SAP的全称为Systems Applications and Products in Data Processing,是SAP公司的产品——企业管理解决方案软件的名称。SAP公司是目前全世界排名第一的企业资源计划系统软件公司)系统的CMMS系统是在对燃气输配设施和各地方安全管理的程序全面统计的基础上逐步建立起来的,可完成安全管理全过程的追踪记录。该系统综合利用计算机模拟结果数据库、安全管理方案实施效果反馈信息数据库和财务数据库的相关信息,开展全面的风险评价,深入研究以城市燃气输配系统可靠性为中心任务的维护(Reliability Centered MaintenanceRCM)CMMS系统还与GrDF公司的地理信息系统(Geographical Information SystemGIS)相结合,并引入地图绘制技术,在GIS系统中建立地图基本操作子系统,提供地图操作、图层控制、地图定位、地图输出、地形图库管理和数据加载等基本功能,将计算和模拟结果可视化,极大地促进了城市燃气输配系统的智能化管理。

3.2 CMMS系统的管理流程

法国GrDF公司采用CMMS系统开展城市燃气输配系统安全管理的流程见图1。其中粗实线代表主体流程,细实线代表辅助流程。该安全管理流程定期根据城市燃气输配系统的实际情况进行调整和更新(目前的调整周期为l),不断地引进新工艺、新技术和新设备,循环往复执行,以确保城市燃气输配系统的安全可靠运行,并最大限度地降低安全管理成本。

 

 

3.2.1 资产统计

资产统计是CMMS系统安全管理流程的第一步。该步骤包含两方面内容:固定资产统计和财务核算。

法国GrDF公司拥有l8.84×104 km的天然气管网,是全欧洲范围内拥有天然气管网长度最长的燃气运营公司。该公司每年开展的固定资产统计工作就是将其名下所有的城市燃气输配设施(厂站、燃气管道、阀门等管道附属设备等)的情况进行全面、系统的统计。为确保统计信息的完备性和准确性,从2005年开始,GrDF公司即开始着手构建全国范围内的城市燃气输配系统的技术参数资料框架。该资料框架以目前已辨识的输配系统信息项为基础,编制针对各类设施、各种管材、各种气源的列表清单,并编制相应的指导手册。该资料框架随着CMMS系统安全管理工作的不断开展而进行相应的调整和更新。

GrDF公司拥有l3家燃气供应商,2008年的营业额为30×108欧元。GrDF公司2008年的总投资为6.5×108欧元,其中为确保燃气输配系统安全运行的投资为100 ×104欧元/dCMMS系统安全管理流程中的财务核算指的是GrDF公司为确保燃气输配系统的安全可靠性,采取各项安全管理措施的财务支出核算。

3.2.2 信息录入数据库

GrDF公司的安全技术部负责完成固定资产统计和财务核算,并将统计结果分别手动录入安全管理方案实施效果反馈信息数据库和财务数据库;安全技术部根据不同的管理单元和设备类型,在CMMS系统中选择适当的计算模型,将以上两大数据库中的相应信息手动输入计算机,完成相应的计算模拟。模拟结果自动录入计算机模拟结果数据库。三大数据库中的数据信息将用于下一环节GSI指标计算。

3.2.3 GSl指标计算

根据上文可知,CMMS系统的重要原则之一是综合考虑城市燃气输配系统的安全性和经济性。因此CMMS系统管理流程的第三步是采用工业安全收益法(GSI),将输配系统的风险评价与安全管理成本效益分析充分结合起来,根据式(1)和三大数据库中的数据信息计算出每个燃气设备或每个管理单元的GSI指标值。

 

式中  G——采用工业安全收益法计算得到的某设备(管理单元)GSI指标值

      C——某设备(管理单元)在使用寿命期间节省的费用,欧元

      I——实现该设备(管理单元)所节省费用的总投资,欧元

节省的费用和总投资需要根据资产统计信息和计算机模拟结果确定。

节省的费用的计算

节省的费用(Avoided CostsAC)体现了输配设施安全管理的经济收益,通过输配系统现状和采取相应安全管理措施后的情况(由计算机模拟得到)对比得到。

GrDF公司安全管理的中心任务是确保燃气输配系统的安全可靠性,因此在计算机模拟的过程中,计算模型的建立和参数的设定需要通过风险评价对燃气输配系统进行全面的定性分析和定量计算来完成,以此来确保模拟结果的准确性。CMMS系统采用的风险评价方法为事故树法。计算机模拟结果自动录入计算机模拟结果数据库。

具体说来,节省的费用包括安全费用、不问断供气费用、运行费用和预留费用4类。在计算每个管理单元和设备的各项节省费用过程中,需要选择相应的计算模型,根据安全管理方案实施效果反馈信息数据库和财务数据库的数据信息手动录入模拟计算需要的数据信息,通过计算机模拟得到相应的节省的费用。

安全费用指的是存在问题的管道或设备一旦发生事故所造成的损失(折算为经济指标)和修复费用。CMMS系统模拟过程中,计算安全费用时需要输入的参数包括燃气管道或设备发生事故的频率、周围的人口密度、住宅类型等。

不间断供气费用指的是由于燃气事故导致用户供气中断所造成的损失(折算为经济指标)和修复费用。CMMS系统模拟过程中,计算不间断供气费用时需要输入的参数包括中断供气频率、用户数量及类型、中断供气时间、供气中断期间未供应的燃气总量等。

运行费用指的是燃气管道或设备情况不断恶化直至发生事故过程中增加的维护费用。CMMS系统模拟过程中,计算运行费用时需要输入的参数包括燃气事故发生的频率和每条管道或每个设备的属性参数。

预留费用指的是用于道路施工、其他运营单位或施工单位的地下施工所导致增加的费用以及其他未知的费用。此项费用估算后手动录入。

总投资的计算

总投资的计算可采用两种方法:根据事故和安全管理信息估算每个管理单元的投资,进而得到总投资;根据用户提供的信息计算总投资。

值得注意的是,在计算同一个管理区域的设备或管理单元GSI指标值时,采用的总投资计算方法应该一致。总投资需要手动录入。

3.2.4区域分级

CMMS系统根据计算的GSI指标值将某一管理区域的管理单元或设备进行分级,并结合GrDF公司的GIS系统,通过GIS系统的地图基本操作子系统,将分级结果可视化:以不同的颜色在卫星图上标明每个管理单元的分级结果,并以图形和文字相结合的方式显示需要维护的每个管理单元中相关管道和设备的具体信息,如需要更换管道的位置、长度、管材、气源、周围建筑物的位置和类型等信息,并输出区域分级的可视化结果。

3.2.5制定安全管理方案

GrDF公司根据可视化的区域分级结果(由地图基本操作子系统输出的文件),制定合理的城市燃气输配系统的安全管理方案。该方案包括输配系统安全管理计划时间表和相应预算两部分内容,明确了未来一年内需要更换或修复的管道和设备、需要升级的管网(进一步提高供气能力)和检修周期。

3.2.6安全管理方案的实施

按照制定的安全管理方案,实施相应的安全管理活动。

3.2.7实施效果评价

对已实施的城市燃气输配系统的安全管理活动进行安全性和经济性评价,CMMS系统根据输入的参数和信息自动生成GSI验收工作表。工作表包括需要更换、维护或升级的管网和设备的具体位置、安全管理工作实施前管网和设备的信息、实施后由工程部提供的施工信息及更换、维护或升级后管网和设备的信息、本次安全管理实施过程中的经验和教训总结等。

实施效果评价的目的在于将本次安全管理工作实施过程中失败的教训、成功的经验以及方案实施后输配系统的信息反馈至CMMS系统的反馈信息数据库,用于下一阶段GSI指标的计算,并指导下一阶段安全管理方案的调整和改进。

3.3远期目标

为了进一步完善CMMS系统对城市燃气输配系统的安全管理,GrDF公司制定了一系列的远期目标。

加强对三大数据库的综合利用

加强CMMS模拟结果数据库、反馈信息数据库和财务数据库的改进和管理,不断建立各个数据库之间信息的联系和相互折算关系,加强对三大数据库的综合利用。

改进风险评价模型

GrDF公司将不断地加强对城市燃气输配系统风险评价方法和过程的优化分析,不断地改进和完善CMMS系统现有的城市燃气输配系统风险评价模型,提高风险评价的量化程度。GrDF公司还将建立综合考虑管网事故发生概率、事故后果影响、维护费用和停气损失等因素的动态风险评价模型,目的在于更加准确地预测分析GSI指标计算所需的节省的费用。

开发新的决策工具

从更多的角度(如在维护费用恒定的前提下如何最大限度地降低城市燃气输配系统的风险)分析和制定更加合理的安全管理策略和方案,开发新的决策工具,进一步推动安全管理活动由事后响应型向事前预防型转变,更好地寻求城市燃气输配系统正常运行过程中安全性和经济性的平衡点。

4结语

我国应针对城市燃气输配系统的现状,参考国外先进的管理经验,制定合理的安全管理流程,开发相应的安全管理系统,加强城市燃气输配系统的智能化管理和燃气企业的信息化建设,提高城市燃气输配系统运行的安全可靠性,降低安全管理的成本。

 

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本文作者:周新频   张乃方

作者单位:深圳市燃气集团股份有限公司   中国市政工程华北设计研究总院

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