付红栓 李赵 金立玺
上海市特种设备监督检验技术研究院 上海市 200062
摘要：介绍了一种燃气管网地震紧急切断装置的结构原理、测试方法和示范应用情况，并对示范情况进行了详细的讨论。将中国地震局工程力学研究所研制的城市燃气管网地震安全控制器与河北凯瑞特燃气设备有限公司的CREDIT型燃气安全切断阀巧妙结合，组成燃气管网地震紧急切断装置，可在不需要任何电源支持的情况下，按预先设定的地震烈度值自动关闭阀门，防止次生灾害的发生，且这种方法可适用于多种管径的燃气管网。燃气管网地震紧急切断装置已在河北省唐山市多个小区得到应用，取得了较好的应用效果。
关键词：燃气管网；地震阀门；地震安全控制器；安全切断阀
引言
随着国民经济的迅猛发展，我国的天然气应用也得到了飞速的增长，燃气管网遍布了各大城市的每一个角落，近几年甚至在许多农村也得到了广泛的应用，天然气的大量使用对减少城市环境污染、改善空气质量起到了不可替代的作用，然而随之而来的安全隐患也是不可估量的，天然气的泄漏、爆炸等事故时有发生，特别值得防范的是强地震发生时对燃气管网的破坏，众所周知，我国是地震多发的国家之一，大量的事实证明，强烈地震给人类社会的发展和财产造成了巨大的威胁和损失，而地震引发的火灾则是最主要、最严重的一种次生灾害，往往比地震本身的灾害还要严重，主要原因是由于地震火灾起火原因的多样性，比如建筑结构破坏导致的燃气管线破裂、操作人员急忙撤离来不及关闭火源等，往往过火面积较大，火灾发生的地点多而分散，增加了火灾扑救的复杂性和艰巨性，特别是当强地震发生后，消防人员受伤、城市道路交通破坏、消防水源等设施遭到严重破坏，给灭火工作带来了极大困难，因此，安全使用天然气，必须采取相应的有效的预防措施，防患于未然。
1城市燃气管网地震安全控制器原理和主要技术指标
1.1城市燃气管网地震安全控制器的结构原理
城市燃气管网地震安全控制器是一种无源的全机械设备，该设备无需任何能源支持其工作，完全感知靠机械振动来工作，一旦机械振动达到预设的加速度值，即可动作进而触发自力式燃气安全切断阀关闭，达到切断气源流动的目的，杜绝因地震导致火灾的发生，其工作原理如图1所示。
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该城市燃气管网地震安全控制器如果单独使用就是一台燃气地震阀门，开启状态下，天然气从进气口（6）进入阀门腔室（13），从出口（12）流出阀门，当地震加速度达到预设的加速度值时，钢球（7）从钢球座脱落到出口处与密封圈（11）共同作用将出口堵住，切断天然气流通。本文介绍的城市燃气管网地震安全控制器是和自力式燃气安全切断阀结合使用来切断天然气流通。
1.2城市燃气管网地震安全控制器的主要技术指标
该系统运用了中国地震局工程力学研究所研制的城市燃气管网地震安全控制器，城市燃气管网地震安全控制器的主要技术应符合设计的要求。
2自力式安全切断阀门的原理和主要技术指标
自力式燃气安全切断阀是河北凯瑞特燃气设备有限公司生产的CREDIT型燃气安全切断阀，安全切断阀主要是利用管线内燃气的自身压力波动，来驱动阀门关闭的，当管线内的燃气压力突然增大到预设的压力时，阀门自动关闭，叫过压保护，当管线内的燃气压力突然减小到预设的压力时，阀门也会自动关闭，叫欠压保护，该安全切断阀门多用于无需外界控制，在紧急情况下能够自行快速关闭的场合。这种安全阀对于压力的突变能起到很好的保护作用，但是，它的监控对象仅仅是管线内的燃气压力，如果发生地震、爆破等振动破坏情况时，自力式安全阀是很难满足使用需要。
3城市燃气管网地震安全控制器和安全切断阀的组合使用
将城市燃气管网地震安全控制器安装在安全切断阀的控制部分，组成一种新的紧急切断装置，不仅可以在管线内气压的突然变化的情况下自动快速关闭阀门，同时，如果地震发生，当地震加速度达到预设的触发阈值时，阀门立即自动关闭，整个过程无需人工干预，这样完全可以防止由于地震或大型爆破等破坏造成下游管线破坏引起的燃气泄漏或爆炸等事故发生，等地震过去后只要到现场手动复位即可恢复正常工作，其中红色圆圈内的部分是城市燃气管网地震安全控制器，其余部分是自力式燃气安全切断阀，最上面有一个防暴传感器，它的主要作用是监测阀门开关状态。
4城市燃气管网地震紧急切断装置实地应用
目前，该套系统主要应用于唐山市的石油家园、唐城壹零壹鹭港B等5个小区内的燃气调压站内。自2014年11月底安装运行以来，一直在非常的安全可靠的运行，没有误触发事件发生，2016年9月10日18：09：37河北唐山市开平区发生的4级地震，该地震记录可以通过无线或有线传输方式实时传输到监控中心，同时传输阀门开关状态。此次地震有两个紧急切断阀门自动关闭，切断了小区内的燃气供应，避免了次生灾害的发生，同时证明了该切断装置的有效性。
要实现燃气管线的地震紧急处置，涉及到3方面：地震动的检测、紧急处置的决策及紧急处置的执行(管道的紧急关闭)。对应地，燃气管线地震紧急处置装置的构成在原理上应包括3个部分：地震动检测装置、振动强度判别和管道紧急自动关闭管线的装置。对于大中型城市，其城市燃气供应系统一般由高压、中压和低压管网组成。高压管道管径一般为500mm以上，是大城市燃气输配管网的外环网，是供气的主动脉。中压管道承担了大型工厂企业、大型建筑物、居民小区的供气，其供气对象复杂、燃气压力范围大，针对不同的供气对象和燃气压力，管径一般为20～500mm。低压管道用于为居民和小型公共建筑供气，管径一般为15—50mm。大管径管道一般都用于为较大范围或者重要的设施供气，其重要性远高于为居民用户供气的小管径管道。因此，在进行燃气管道的地震紧急处置中，需要为大管径管道提供更可靠的紧急处置装置。针对不同可靠性的要求，本文针对管径的大小采用两种方案来实现地震紧急处置。
5结论
本文针对燃气管网地震紧急处置装置及示范应用做了详细的研究，在5年多时间的示范应用过程中，没有发生烈度大于Ⅵ的地震，虽没有真正的发挥防止次生灾害的作用，但是在此过程中能得出如下结论：（1）该套燃气管网地震紧急处置装置是安全有效的，在小震时即可自动关闭，大震下必将发挥重要作用。（2）技术指标中给出的技术参数触发阈值是等效加速度峰值，125Gal等效为地震烈度Ⅶ度，有待进一步验证。（3）燃气管网的具体材质、配重、架设方式、高度和紧急切断装置的位置等都对触发灵敏度有影响，可能对地震烈度有所放大，需进一步实验验证。
参考文献
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