日本地震监测控制系统在燃气行业中的应用

腾讯安全科技（北京）有限公司（100029）李雪 王超

摘要：四川汶川大地震对燃气行业从业者提出了新的考验。通过考察近邻日本的现状，我们推荐在各个燃气重点设施安装地震监测系统。当地震发生时通过安装在各地的地震感知器监测震动信息并根据震动频率和加速度值快速检测出结果，当震动级别超过设定值时，迅速切断与地震感知器相连的切断阀。同时，地震感知器通过无线或网络，将信息传送到控制中心，必要时由控制中心对各地设备实行远程操作，以达到减轻地震灾害的目的。

The Application of Japan’s Earthquake Monitoring and Control System in Japanese Gas Sector

Cnten & Safety Technologies ( Beijing ) Company Limited LiXue, Wang Chao

Abstract   The larage earthquake of Wenchuan in Sichuan Province set up a new test to the practitioner in gas industry. Therough inspecting the present situation of the close neighbor Japan, we recommend to install the earthquake monitoring system used in various gas important establishment. Whedn the earthquake occurs, the earthquake perceptron installed in the gas important establishment can monitor the vibration information,and examine the results fast according to vibration frequency and GAL. When the vibration level esceeds a set value, the cut-off valves connected with the earthquake perceptron will be cut off quickly. At the same time,the earthquake perceptron will send the information to the control center through the wireless or network.As occasion requires,the equipment in each place will be implemented long-distance operation in order to mitigate the earthquake disaster.

2008年5月发生在四川汶川的大地震，可怕的场景至今依然震撼着每一个人的心灵。地震是无法抗拒的，大的地震必然要带来大的破坏，作为燃气行业的从业者，能否在地震灾害发生时，在*短的时间内将地震造成的燃气供气系统的破坏降到*低，减少二次灾害的发生成为我们燃气行业新的课题。

一旦发生破坏性地震，它不仅会使燃气输配系统处于瘫痪状态，同时引发的二次灾害也是十分的严重，例如1994年的美国北岭6.9级地震，造成天然气管道破裂，并引发多出爆炸和火灾；在1995年日本阪神大地震中，由于管道破坏造成燃气泄露，也引发了几十起火灾，死亡人数合计超过6000人。仔细分析数字，会发现地震本身造成的死亡人数，远远少于次生灾害造成的死亡人数。这说明，合理解决造成次生灾害因素的问题，可以*大限度的拯救生命，*大限度的减少伤亡及财产损失，这方面的技术经验，莫过于地处几大地球板块交汇处的日本。日本各地每天都发生着各级地震，在逐步提高工程结构抗震能力的同时，日本的燃气从业者在不断的防震减灾实践中探索出一套减轻燃气设施遭受地震灾害的技术手段，即在重大基础设施和生命线工程监理地震紧急处理系统。目前在一些城市和地区的燃气供应网络中，已经建设了多个地震紧急检测处理系统，有的系统已经受了强烈地震的考验，取得了明显的减灾效果。本文将以东京为例，介绍地震紧急检测控制系统在日本燃气行业中应用。

1.概述

日本是世界**的地震多发国，全世界震级在里氏6级以上的地震中，20%以上就发生在日本。60年代以后，日本积极推动各种对抗灾害的政策，特备针对灾害防范方面。从阪神地震之后，日本重新建立了地震监测系统，改系统与仙台地震后实施的地震监测系统比较起来，发生了巨大变化。从仙台地震后20万户自动停止供气发展到阪神地震后100万户停止供气；从仙台地震损伤推测、判断支援、自动切断的应急模式发展到阪神地震后可知道详细信息、远距离切断、执行情况掌握、经常演习的应急模式。

目前，日本燃气公司已经在东京、大阪、横滨等地建设了以地震感知器为基础，以震害快速评估记结果为指导，以自动关闭、远程指令关闭装置为核心的燃气供应网络地震紧急处理系统，该系统可有效避免或减少地震发生时由于管道破裂、燃气泄露导致的爆炸、火灾等次生灾害事件。

具体做法是：在每个用户端安装智能燃气表，当地震超过设定报警值时自动关闭燃气调节阀；在各小区燃气管线调节阀附近安装地震感知器，当地震感知器感知的地震震动超过设定报警值时切断燃气供应；在中、高压燃气管网和供应源，布设地震感知器，通过快速评估进行综合决策，并由控制中心远程控制切断阀的关闭。

2.    完善的应急对策

东京瓦斯通过十几年的研究，目前已形成预防对策、应急对策以及修复对策三大应急体系。

2.1    预防对策

为了防止地震发生后引发二次灾害，就需要在地震发生的同时尽可能的停止供气。控制停气的方法之一便是日常供气管理中药把供气区域进行分块，随时主动控制各块（区域）的供停气情况。

停止供气的市县方法需要借助地震仪来实现。当震级达到一定级别（通常5级）时，地震仪主动停止调压站与调压箱的工作，执行区域停气的目标。

停止供气的方法是停止目标区域的调压站和调压箱的工作、中压管道上的阀门紧急关闭、停止制造设备和储存设备的煤气送出工作。

许多燃气公司都增设了远距离监控系统，随时掌控各供气系统的切断情况。

2.2    紧急对策

紧急对策指通过地震感知器对供气线路进行监控，当供气管线发生损坏时，迅速准确切断，防止次生灾害的发生。包括第一时间掌握3800处震级、燃气压力的数据收集，通过模拟损害情况，推算损失情况。对东京地区进行分片管理，高中压管线必须放散，各户燃气表的自动切断，以及主要攻击设备迅速、准确的切断。

2.3    恢复措施

要建立行业集体相互救援体质。当地震发生时，要全行业共同行动进行支援。*日本燃气协会编制的“地震等非常事态下的救援体质”概要如下：

 ·派遣先遣队

当发生地震，受灾煤气企业停止供气的情况出现时，首先由地方协会、近邻同行、行业大企业和燃气协会共同编成先遣队，赶赴事发地点。

·救援体质

受灾企业向地区协会会长发出救援申请，该会长要根据先遣队的意见与中央协会协调，决定救援体质

·救助费用的负担

展开救援活动后，参加救援的各企事业单位的职员人工费由参加的企事业单位负担。其他的（如住宿费、材料费、工程费等）由受灾企业负担。

·救援金的支付

为减轻受灾企业的负担，1993年北海道钏路地区地震发生以后，由燃气供气企业共同努力，设立了“日本煤气协会受灾救援基金”，按照一定的规则进行发放。

3 地震紧急处理基本原理

地震紧急处理系统，是通过安装在各地的地震感知器监测震动信息并根据振动频率和加速度值快速检测出结果，当震动级别超过设定值时，迅速切断与地震感知器相连的切断阀。同时，地震感知器通过无线或者网络，将信息传送到控制中心，必要时由控制中心对各地设备实行远程操作，以达到减轻地震灾害的目的。

 4 地震紧急处理系统包括信息获取、信息传输和综合决策3个部分

4.1 地震信息获取

在关键设备周边布设地震感知器，并与紧急切断阀相连，通过无线或网络技术，实时获取关键设备周边地面运动信息。由于地震纵波（P波）传播速度*快，这样一旦获取地震纵波信息，可以抢在地震面波（面波又称L波，是由纵波与横波在地表相遇后激发产生的混合波。其波长大、振幅强，只能沿地表面传播，是造成建筑物强烈破坏的主要因素。）到达关键设备之前发布地震警报并迅速开启紧急切断阀。

4.2 地震信息传输

在开启紧急切断阀之后，地震感知器可通过两种方式向控制中心发送数据。第一种，地震感知器可与专用的无线发射器相连向控制中心发送信息；第二种，地震感知器可与控制系统相连，通过一组4-20mA的模拟信号想区域控制中心发送信息，并由设备控制中心向总控制中心。

4.3 综合决策

总控制中心接受到地震感知器发送的信息后，可快速判定地震参数和地震影响场，并对受损设备进行监测，如发现由于地震引起的紧急切断阀工作异常情况，可由控制中心对关键设备进行远程控制，从源头杜绝漏气的发生，将次生灾害的发生概率进一步降低，并在此基础上进行紧急处理措施决策。

 5 地震感知器在实际中的应用

 5.1 源头控制

燃气一般是在气源厂生产，然后经由中压管道输送到各个片区，再经低压管道分配到各用户小区。为了减轻局部管道设施地震破坏给整个系统带来的影响，在出厂主干管道端和中压管道各相对独立的片区以及中压管道与低压管道交接处设置紧急处理装置。在这些位置上安装地震感知器，可以再地震发生时从源头切断，可以有效防止地震对管线破坏后产生的燃气泄漏问题。此处的地震感知器报警值根据管网结构组成、管道特性参数（管材、规格、接口形式等）、运行环境（埋深、工作压力等）综合考虑设定报警值。

（1） 在调压站，当发生大的晃动时，地震仪启动，停止供气，并向指挥中心送信号。同时，指挥中心也可以通过无线系统控制调压站停止供气。

（2） 指挥中心可以通过无线信号根据情况停止各设备的运行，停止供气。

指挥中心：时时掌握各制造设备和供气设备的运行情况。当发生大地震等异常现象时，发出各式指令。

上空放散：当地震发生时，各设备都停止了工作，也停止了供气。但是管道中还残存有燃气，此时进行上空放散，排出比空气轻的天然气。

5.2 区域控制

在小区接入端设置地震紧急处理装置的目的是为了在小区内燃气设施因地震破坏发生燃气泄漏时，将供气阀门关闭，降低火灾、爆炸等次生灾害发生的可能性。根据燃气设施本身抗震能力的强弱以及建筑物的抗震性能设定报警值。

5.3 用户控制

 地震发生后，即使用户端建筑物没有发生倒塌破坏，用户端燃气设施也会由于建筑物楼层地震反应过大而发生晃动、移位、倾倒、滑落、断裂等现象，有可能造成火灾或爆炸事故的发生，因此，日本在各大城市和区域燃气供应网络地震紧急处理系统建设中，在所有用户端均安装了自动处理阀门，以减少此类事故的发生。例：当发生5级地震时，由煤气表自动切断。

5.4 远程控制

由于地震感知器安装方便，兼容性强，可与现行控制系统进行改造，将地震感知器融入到主控系统中，因此当地震感知其将报警信号发送至控制中心，控制中心根据实时监控数据监测设备运行情况，并可根据实际情况对设备进行远程控制，为从源头、区域控制燃气泄露上了双保险。

6 地震紧急处理系统建设中应注意的问题

在地震紧急处理系统中，报警值的确定关系重大。若报警值过高，则会出现燃气设施地震破坏严重，但处理系统仍未启动的现象；而报警值偏小，则会发生小地震事件下处理系统频繁动作，增大了误触发的比率，人为的造成次生灾害。因此，在建设地震应急处理系统时应该对燃气供应系统地震紧急处理报警值确定原则和方法以及报警值合理取值等进行研究。正对具体燃气供应系统建设地震紧急处理系统需要解决的一个关键问题是在全面料了解系统各组成部分抗震能力的前提下，合理的确定紧急处理的报警值，即启动处理装置的地震动参数、设施反应和系统功能状态的临界值，如果系统抗震性能较好，则报警值可设得高一些，相反则需给定较低的报警值。科学合理的报警值的确定是保证地震紧急处理系统发挥作用的前提。