带气作业安全生产实验室的设计

摘 要

摘要：设计了用于应急抢修等带气作业职业技术培训的燃气安全生产实验室，具有检漏、带气作业、应急抢修、管道成环等功能。提出了实验室规避安全风险的预案，指出了这种实验教学模
摘要：设计了用于应急抢修等带气作业职业技术培训的燃气安全生产实验室，具有检漏、带气作业、应急抢修、管道成环等功能。提出了实验室规避安全风险的预案，指出了这种实验教学模式对于燃气企业职业技术培训的重要意义。
关键词：安全生产实验室；仿真实验室；带气作业；燃气职业技术培训
Design of Safety Production Laboratory with Gas Operation
LI Jinbo，SHI Lei，DONG Liang，LI Zichi，YU Peng，YUE Leilei，WANG Heng
Abstract：The gas safety production laboratory is designed for vocational and technical training with gas operation used for emergency repair and so on.The laboratory has functions of leak detection，operation with gas，emergency repair，pipe looping and so on.The plan to avoid safety risks in the laboratory is proposed.The important significance of this experimental teaching mode for gas vocational and technical training is pointed out.
Key words：safety production laboratory；simulation laboratory；operation with gas； gas vocational and teehnical training
1 概述
   随着城市燃气管网规模日益扩大，燃气系统中发生的泄漏、火灾与爆炸等事故的数量不断上升[1～2]。现代化燃气企业安全管理要求在保障不间断供气目标下，能够处理燃气泄漏事故、新管道连接及设备更新维护等应急作业任务。目前，带气应急抢修抢险作业是及时有序应对燃气突发事故、消除隐患、减少次生灾害的有效手段[3～4]。
   燃气经营企业经过近年的快速发展，各项安全管理和技术管理已逐步走向系统化和标准化。带气应急抢修抢险作业也由往日由师傅带徒弟等不系统的培训方式，逐步走向系统化、正规化、标准化的培训方式。这样不仅保证一线技术工人作业技能的提高，而且通过系统、全面的培训，使他们将作业中的安全知识熟记心中，将安全行为固化于行动中，保证实际作业的安全顺利进行。带气作业的培训教学工作重点是要将课堂知识落实到行动中，需要一个模拟实际生产的场所，按照实际生产要求反复练习并观察动作的安全性及结果的正确性[5～6]。为此，我们针对燃气经营企业对职工进行带气作业系统培训建设了模拟作业场地，称为安全生产实验室。
2 安全生产实验室的设计方案
    安全生产实验室的建立既要能够满足课堂教学的演练，又要能够检验学员针对不同的生产事故所做出操作的准确性。而且，还要保证实验室在安全生产教学过程中不发生任何安全事故。
    在实验室建设的过程中，我们进行了大量的调研，把大量停留在经验阶段的认识提升到理论层次，并用于系统化的教学，培养出更多的生产技术人员，满足企业安全生产的需要。
    建设这样的实验室，必须考虑一切不安全的因素并进行合理的规避，保证实验室的教学安全措施也是此项目的技术体现。
安全生产实验室的设计方案见图1。
 
实验室根据课程教学要求建立一组埋地管道和设备。燃气的压力由中-低压调压箱控制。燃气流向分为两路，一路先后经过阀门1、2、3、4(阀门右侧均装有调长器)，另一路经旁通流向阀门5、6。Z1、Z2、Z3、Z4为4个阀门井，其中Z2、Z3、Z4可用于作业、放散、控压等。阀门井盖板为活动盖板，方便进行带气不动火作业。设置3个作业坑G1、G2、G3，可以满足3个作业小组同时使用，U形管道使用法兰连接，方便更换。作业坑G1内安有放散管，放散管上装有放散阀f1～f9作业时用于减小燃气浓度。管路中f1～f9为普通放散阀。作业坑G3内燃气管道安装钢塑转换接头，可以满足聚乙烯塑料管的作业。
作业坑四周均采用水泥挡板，一方面便于开挖和填充物回填，填充物采用细沙；另一方面可防止气体向四周泄漏而造成不可预测的其他不安全因素。燃气管道埋深按机动车不能达到的地方管顶覆土厚度0.3m执行。作业对象燃气管道规格为DN100mm。
3 安全生产实验室的功能
3.1 检漏
    对3个作业坑中任意一处U形管设置漏点，可模拟泄漏现场。漏点的设置：不带气的情况下，在U形管任意处用冲击钻打1个直径为3～5mm的圆孔。在置换和不作业时，可以用木楔子把圆孔堵住。由于管道内燃气为低压，也可以带孔进行置换作业。
    通过设置作业坑内管道的泄漏点，使管道内燃
气在作业坑填充物空隙间进行自然扩散，训练作业人员利用仪器、工具等技术方法确定泄漏点准确位置的能力。确保作业人员通过实验培训，能够及时并准确地在事故现场找出泄漏点的位置，提高作业效率，防止泄漏事故的扩大。检漏设备通常有日本产某型可燃气体检i受4仪，可检测低浓度可燃气体，由于其体积小，重量轻，结构紧凑，可用于阀门井内设备检漏，也可在动火前进行可燃气体体积分数检测。德国产某型可燃气体检测仪最大优点是能够区别天然气与沼气，可用于路面巡检、钻孔精确检测等工作，因而可对填埋后的作业坑进行巡线检漏培训工作，该设备可以在较大范围内使用，提高检测工作效率，在最短时间内发现泄漏点，避免燃气泄漏引起的次生灾害。通过对多种检测设备的使用，接受培训者将充分掌握燃气泄漏检测技术。
3.2 带气作业
    带气作业是指在不停气的情况下对燃气管道进行改线、接线、维修、设备更换等作业，分为带气动火作业和带气不动火作业两种作业类型。作业方式可以采用机械作业，也可以采用手工作业。带气作业是城镇燃气管网运行维护的一种重要手段[7～8]。
3.2.1带气动火作业
    带气动火作业以接线为主。带气接线就是将新建燃气管道与正在供气运行的燃气管道相连接，使新建燃气管道投入供气运行。由于要对具有一定燃气压力的管道进行切割、焊接、打口、钻孔，如果操作不当，会发生着火与爆炸，属于危险作业。施工时，需要制定周密的带气接管方案，掌握带气接管方法，并熟悉安全技术。在进行带气作业培训时，由于模拟真实作业现场，因而其危险性比其他以空气或惰性气体为气源情况下的作业的危险性高。特别是手工带气动火作业，必须保证作业压力稳定。压力过高时，在切割和焊接过程中，焊接处生成的火焰过长，影响作业人员的操作，同时增加管内的燃气外泄量，使外部环境可燃气体含量升高，加大作业的危险性。当燃气压力过过低时，虽有利于操作，但控制管道内的燃气压力为正压较困难，管径越大或开孔越大，越难控制，而且切割或气焊用的氧气有可能较多地混入燃气管道内。
3.2.2带气不动火作业
   带气不动火作业是在管道有燃气压力的情况下，对管道上的阀门、法兰等设备进行更换、维护、保养等作业。
3.2.3功能实现
   可以在作业坑G1实现带气接线功能。对学员进行培训时，假设多种施工现场和下游情况，供学员选择带气作业方式，可采用机械作业，或采用手工作业。可以在阀门井中模拟带气不动火作业，模拟对阀门、补偿器、法兰等进行维护、保养。以作业坑G，为例，以燃气置换管道内空气操作步骤如下：
   ① 阀门1、2处于开启状态。
   ② 主阀门3、4、5、6处于关闭状态。
   ③ 放散阀门f1、f2、f3、f4处于关闭状态。
   ④ f5放散阀门设置放散点及测压点。
   ⑤ 缓慢开启调压箱出口阀门，f5放散点观测压力，压力为1000Pa时关闭调压箱出口阀门。
   ⑥ 稳定15min，水柱压力表液面稳定，即为合格。
    ⑦ 开启调压箱出口阀门继续置换，控制压力在1000Pa以下。
   ⑧ 利用球胆取样3次，然后用分析仪器检测，当燃气体积分数达到100%时，即为合格，关闭f5放散点。
   ⑨ G1作业坑置换完毕。
3.3 应急抢修
    城镇燃气管道、设施等会由于外力破坏、腐蚀、应用不当等原因造成泄漏、断气、超压供气、爆炸、着火等意外事故。事故的发生地点、时间、原因等都是不确定的，燃气专业人员接到报警后需要立即采取有效措施，最大程度减少损失一划一。
    由于应急抢修作业条件都是突发事故，实验室需要按照实际发生过的现场情况模拟现场，模拟抢修过程。面对各种类型事故的应急抢修，专业人员应具备较高的专业水平，能对事故原因作出正确的判断，果断采取正确措施，快速控制事故现场。
    进行抢修培训时，模拟下游用户性质，针对重要用户、不能停气用户，根据现场情况选择处理方式，或采用机械作业，或采用手工作业。模拟从接警开始，包括现场检漏、作业、恢复等系统抢修过程，训练调压专业人员、管道专业人员、焊工、电工、作业辅助工、现场指挥、技术人员、安全人员等人员的熟练配合，保证抢修安全、快速。
3.4 管道成环
    管网成环有助于提高管网的供气可靠性，但会加大管网造价。同时，也使管网结构更加复杂。在制定作业方案时需要考虑更多的因素，增加了作业难度。
    为了真实地模拟现场场景，在安全生产实验室的建设上，由供气管道和旁通管道构成厂环网。环网的构建，使带气作业时需要考虑更多的因素，使带气作业的方案更加复杂和多变。环网的建成，也完善了安全生产实验室，增加了模拟仿真的可操作程度。
4 安全生产实验室的日常管理
    实验室在进行日常教学时，需要设专业人员管理，启动前后要置换、吹扫，使用过程中要监控。教学活动结束后要检查各处仪器及工具归位情况，检查各处燃气体积分数达到相应标准后方可离开。
5 安全生产实验室的风险规避
    ① 法兰连接处泄漏风险规避。管道法兰经多次拆卸操作后，将影响法兰的密封性能。实验室管理人员或教师在每次教学开始之前，具体检查每个法兰连接处的连接情况，确认法兰连接符合要求，并没有漏气现象，方可进行实验室教学工作。
    实验室管理人员或教师在每次教学结束之后，具体检查每个法兰连接处的连接情况，确认法兰连接符合要求并没有漏气现象，方可进行置换或吹扫等关闭实验室工作。
    ② 现场放散造成的燃气浓度范围超标风险规避。实验室管理人员或教师要做好实验室的监督管理工作。在实验室周围做好警戒标志，建立作业区域，非教学人员和非作业人员禁止进入。未穿防静电服和防静电鞋及其他不符合安全标准的人员禁止进入。在教学过程中，要时刻对实验室的可燃气体进行检测，达不到要求，禁止进行带气动火作业。
    ③ 手工作业时管道内燃气压力波动风险规避。在手工开孔作业时，掀开管道焊口准备焊接的瞬间会造成管道内压力降低。由于实验室空间有限，管道长度较短，压力波动比较明显。为了降低压力波动的幅度，我们在主阀门下游安装一段大口径管道，增加了管道中的储气量，对管道的压力波动可起到一定的缓冲作用。
    ④ 从教学安全角度考虑，实验室内采用低压燃气。
6 安全生产实验室的现实意义
    我们兴建的安全生产实验室填补了燃气行业多工种实操联合教学的空白，从真正意义上把管道、调压、巡检、方案制定、危险源辨识、现场分析、带气作业管理标准、带气作业操作技术、现场人员职责、警情分析、现场风险分析、临时应急安全措施方案制定、抢险作业技术、后期处理、抢险抢修工作标准、应急管理流程、PE管维护抢修流程等工作有序安排在同一空间及时间内对学员进行集中培训、考核。这种教学模式对于燃气企业职业技术培训工作具有重要现实意义。
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(本文作者：李金波 史磊 董亮 李子驰 于朋 岳雷雷 王恒 北京市燃气集团燃气学院 北京 100006)