综合管廊中纳入天然气管道的设计思考

上海燃气工程设计研究有限公司　蔡　莹

综合管廊中纳入天然气管道的设计思考

上海燃气工程设计研究有限公司蔡莹

随着新国家标准的颁布，综合管廊的建设将迎来一个新的高峰。文章归纳了天然气管道纳入综合管廊需进行的相关设计，并结合规划阶段的案例进行针对性的分析，提出了一些设想。

综合管廊天然气管道纳入

0　背景

综合管廊作为在城市道路下建造的市政管线共用隧道，能将水、通信、电力等多种管线容纳其中，便于管理和维护，不仅解决了城市发展过程中的道路反复挖掘问题，也有利于集约利用城市地下空间。

2015年6月1日，《城市综合管廊工程技术规范》(GB 50838—2015)正式实施，相比2012版增加了天然气管道采用综合管廊方式敷设时的技术规定。本文结合上述规范，对天然气管道纳入综合管廊的相关问题进行研究。

1　天然气管道纳入综合管廊需进行的相关设计

(1)独立舱室设计：根据《城市综合管廊工程技术规范》4.3.4条：天然气管道应在独立舱室内敷设。独立舱室的断面需满足安装、检修、维护作业所需空间；天然气舱室逃生口(1 m×1 m)间距不宜大于200 m；天然气舱室应每隔200 m采用耐火极限不低于3.0 h的不燃性墙体进行防火分隔。防火分隔门应采用甲级防火门，管线穿越部位采用阻火包等措施密封；采用不发火花地坪等。

(2)管道设计：天然气管道设计中需明确管道的压力级制、口径、管材，选择合适的管道支墩形式、管道固定方式、焊接工艺、防腐方案、防差异沉降等。

(3)报警及监控系统设计：由于综合管廊内天然气管道处于一个相对封闭的舱室内，按照密闭空间处理，需设有燃气浓度检测报警紧急切断系统。燃气浓度检测报警器必须与紧急切断阀联锁，紧急切断阀应具有远程遥控功能。

(4)通风设计：由于天然气属于易燃易爆气体，其独立舱室内应采用防爆风机，且设置独立的送、排风系统。燃气紧急切断阀必须与独立的排风系统联动，排风系统不能正常工作时，燃气系统也不允许工作。

(5)供电设计：天然气管道舱内的电气设备、接地系统均应符合《爆炸危险环境电力装置设计规范》(GB 50058—2014)有关爆炸性气体环境2区的防爆规定，检修插座应满足防爆要求，且应在检修环境安全的状态下送电。

(6)照明设计：天然气管道舱内应选择防爆灯具，照明线路应采用低压流体输送用镀锌焊接钢管配线，并进行隔离密封防爆处理。

(7)消防设计：消防设计中除了之前提到的防火分隔、燃气泄漏探测及自动报警系统外，还需配置排烟系统及灭火器。排烟系统可以及时排出火灾产生的烟气，由于每个防火分隔内各设一个机械进风和机械排风口，可将排风系统兼做火灾时的排烟系统。

(8)排水设计：天然气管道舱内应设置独立的集水坑。一般设置于检修人员出入口兼出廊口、进料口处低点等位置，每个集水坑内布置两台潜水泵(一用一备)，主要收集结构渗漏水火灾时的消防积水等。

2　案例分析

《某智慧城燃气系统专项规划(修编)》中拟在基地内设置区域高中压调压站1座及分布式能源站专用调压站3座(设计规模均为20 000 m3/h)。燃气专项规划中拟沿古浪路—真南路向西敷设DN500次高压天然气管道至各高中压调压站，详见图1。

用户考虑在新辟桃惠路(古浪路北侧平行道路)上建造综合管廊，工程范围为真南路—景泰路，长度约1.5 km。设想将古浪路规划DN500次高压天然气管道也纳入桃惠路综合管廊，走向方案见图2。下面就结合此案例对天然气管道入廊的相关问题一一进行分析。

图1　高压天然气管道纳入综合管廊走向方案(局部)

2.1纳入综合管廊的天然气管道设计压力

《城市综合管廊工程技术规范》(GB 50838—2015)中6.4.3中列出了不大于1.6 MPa天然气管道的焊缝检测要求，是否可理解为综合管廊内天然气管道设计压力最大值为1.6 MPa。笔者通过对国内外众多城市现状共同沟资料的梳理，发现对管道压力有明确描述的只有2005年建成的深圳大梅沙—盐田坳共同沟，其中纳入了一根0.4 MPa的DN400天然气高压管道。本案例设计的天然气管道设计压力为0.8 MPa，纳入综合管廊应该可行。

2.2纳入综合管廊的天然气管道材质

根据《城市综合管廊工程技术规范》强制性条文6.4.2条：天然气管道应采用无缝钢管。目前上海燃气市北销售有限公司仅小口径管道(DN100及以下规格)采用无缝钢管，燃气专项规划中次高压(设计压力0.8 MPa)气源管道口径为DN500，直埋敷设中通常采用D529×10螺旋缝埋弧焊钢管。若建设天然气独立舱室，则需选用《石油天然气工业 管线输送系统用钢管》(GB/T 9711—2011)中推荐的D530×10无缝钢管(L245材质)，此规格钢管需燃气公司另行采购。

2.3钢管焊接

燃气工程现场宜选用J507碱性焊条，氩弧焊打底、手工电弧焊盖面的焊接方法焊接。所有焊缝应进行100%全周长超声波探伤及100%全周长X射线检验。超声波检验符合《焊缝无损检测 超声检测技术、检测等级和评定》(GB/T 11345—2013)中的Ⅰ级质量要求。射线照相检验符合《无损检测 金属管道熔化焊环向对接接头射线照相检测方法》(GB/T 12605—2008)中的Ⅱ级质量要求。无法进行射线照相的部位应采用磁粉法或渗透法进行检验。

2.4管道防腐处理

综合管廊虽建造于地下，但管道架设于管廊空间内，防腐处理需经过甄选。目前通用的埋地管道外防腐涂层有熔结环氧粉末外防腐层和挤压聚乙烯防腐层。熔结环氧粉末外涂层具有优异的防腐性能，但耐磨性不好，表面处理要求及极高，且要求施工各环节都十分小心，否则施工过程中造成的补伤工作量太大；其透水率高，不太适合于地下水较高的地区。挤压聚乙烯防腐层三层结构又称复合涂层，是由熔结环氧粉末、共聚物胶和聚乙烯组成，其粘接力强，耐水阻氧性好，使用寿命可达50年；优异的机械性能，使其抗施工损伤能力强；极高的绝缘电阻，使其抗相互干扰能力强。基于综合管廊属于地下空间，从防潮及经济性考虑，本案例建议采用挤压聚乙烯防腐层三层结构。

2.5阀门设置

天然气管道分支处应设置阀门，阀门设置在综合管廊外部，需考虑阀门井的防沉降措施。

2.6紧急切断阀设置

《城市综合管廊工程技术规范》6.4.8条：天然气管道进出综合管廊时应设置具有远程关闭功能的紧急切断阀。本研究中设计的次高压管道为DN500口径，如此大口径的紧急切断阀需燃气公司另行采购。另外需在地面上合适位置同步安装控制柜，将紧急切断阀的信号汇集后远传至燃气公司调度中心；同时上传一路监视信号至管廊控制中心。

结合“天然气舱室应每隔200 m采用耐火极限不低于3.0 h的不燃性墙体进行防火分隔”的规范要求，建议可每隔200 m设置一组紧急切断阀，这样当一个防火分隔内发生燃气泄漏时可迅速切断其相邻两侧防火分隔内的紧急切断阀，尽可能减少燃气泄漏量及影响范围。

2.7天然气独立舱室燃气泄漏探测

根据相关文献对共同沟内燃气扩散规律的数值模拟分析，由于天然气的主要成分甲烷较空气轻在扩散过程中甲烷首先向最高空间扩散，同时舱室的横截面宽度尺寸不大，使得甲烷在同一竖向高度的摩尔组分浓度几乎相同。因此天然气的泄漏报警探测器布置在舱室的顶壁即可。

根据《城镇燃气报警控制系统技术规程》(CJJ/T 146—2011)，应每隔15 m设置一个探测器，且探测器距任一释放源的距离不应大于4 m。据此测算，每个防火分隔内至少需布置14个探测器。

此外，燃气泄漏探测器使用年限一般为3至5年，而燃气管道的设计年限一般为30年。故在管道使用年限内燃气泄漏探测器需多次更新，更换成本较大。

2.8天然气独立舱室通风

天然气舱室中采用机械排风方式，正常工况下6次/h，事故工况下12次/h。

由于天然气钢管需进行现场焊接，建议设置独立的送排风系统，送风及排风口位于各焊点附近。由于燃气现场多采用氩弧焊打底，对独立送排风系统的风速也有一定的要求，既要避免保护气体被大风带走，又要保证有害气体及烟尘的及时排出。共同沟通风量的确定可参考日本《共同沟设计指针》。

2.9天然气独立舱室的断面尺寸

根据《城市综合管廊工程技术规范》对于综合管廊断面设计的要求，本方案中DN500天然气舱室的尺寸不应小于1.9×1.8 m。

防火门的尺寸大小及阻火包的大小也会影响到舱室的尺寸，这部分也要考虑周到。

吊装口的净尺寸应满足管线、设备、人员进出的最小允许限界要求。天然气独立舱室断面还应考虑更换管道时的吊装空间(最短切割成6 m 1根)。

综合管廊结构的设计使用年限为100年，而燃气管道设计使用年限一般为30年。考虑到未来发展的不可预见性，天然气舱室内应考虑设置一个预留管位。对于需要额外预留一个管位的天然气舱室，为方便今后从吊装口检修，应在舱室两侧设置管道，检修通道位于当中，这种情况下舱室的尺寸也要相应变大。

2.10不同管道交叉及支管接出

根据《城市综合管廊工程技术规范》强制性条文5.4.7：天然气管道舱室的各类孔口不得与其他舱室连通，并应设置明显的安全警示标识。

实际中各类管道的支管接出在所难免，如何避免其他管道不穿天然气舱室或者天然气管道穿其他舱室，应在舱体设计中着重考虑。

在支管接出处，综合管廊局部需进行加高加宽处理，控制接出支管埋深在1~2 m；管廊拓宽1.3 m，便于管线从侧面上升引出舱室。图2为支管接出示意图。本方案中涉及到向南侧的1#、3#分布式供能专用调压站预留支管。

图2　天然气支管接出处横断面示意

2.11天然气独立舱室与周边建构筑物等安全间距

根据《城市综合管廊工程技术规范》5.1.6条：天然气管道舱室与周边建(构)筑物间距应符合《城镇燃气设计规范》(GB 50028—2006)。0.8 MPa天然气管道舱室与建筑物外墙面的最小水平净距不得小于5.0 m。而根据上海市工程建设规范《城市煤气、天然气管道工程技术规程》(DGJ 08—10—2004)，0.8 MPa天然气管道舱室与建筑物外墙面的最小水平净距不得小于6.0 m，根据从严选取的要求，本案例选取6.0 m为天然气独立舱室与周边建构筑物的最小安全间距。

2.12综合管廊的管理及维护

《城市综合管廊工程技术规范》中要求：综合管廊建成后，应由专业单位进行日常管理。

综合管廊管理公司对综合管廊内的管线只负责监管运行；各专业管线单位负责自身管线的敷设和维修，并向管理公司支付综合管廊使用费和维护费。

相比传统的开挖直埋敷设方式，专业管线纳入综合管廊后需额外支付管廊使用费及维护费，这对于市政公用管线单位来说无疑是一笔不小的开销。如果没有国家或地方政府的鼓励政策，以及相关法律法规的支持，综合管廊的运营将会矛盾辈出。

再者，综合管廊的运行管理离不开信息技术的支持。综合管廊日常管理单位信息平台的构建、各专用管线单位信息平台的构建、两者之间数据的传输与共享等，可见信息平台的建设量不容小视。

3　其他设想

3.1套管方案

根据天然气管道舱室每隔200 m进行防火分隔设计的思路，天然气管道以200 m为单元进行分段设计，每个单元之间用工作井分隔，舱室内设置钢套管，燃气主管(即芯管)设置于套管内。这样设计有以下优点：一方面便于通过两侧工作井抽出更换芯管，另一方面安装套管后天然气管道舱室内的泄漏报警探头设置数量可以适当减少。但是套管方案只适合于综合管廊笔直的情形，对于弯曲道路下的综合管廊，舱体尺寸还应考虑到管道转弯的角度，偏差控制在成品弯管2°以内。

3.2天然气舱室内燃气管道材质选取

根据《城市综合管廊工程技术规范》强制性条文6.4.2：天然气管道应采用无缝钢管。实际中可能存在以下困难：吊装口的设置受限、钢管焊接过程的排烟设置等。

由于综合管廊工程的结构设计使用年限为100年，对于纳入其中的管道而言，有必要选择一种使用寿命长的管道，延长管网的改造周期。目前钢管的使用年限约为20~30年，而聚乙烯管的使用寿命可达到50年。聚乙烯管不需要防腐处理，这与钢管相比具有很好的经济性。同时，聚乙烯管本身的柔韧性好，可以蛇形敷设；它的抗冲击性也比钢管好，能较好地抵御地震等自然灾害的影响；聚乙烯管的连接方式有电熔和热熔两种，施工起来相比钢管焊接容易；相同压力等级要求的管材，单位重量更轻，搬运方便，施工过程中无须大型机械设备的在线配合作业。

不足的是，聚乙烯管在抗锐器直接破坏方面较差，工作温度在-20~40℃之间，且其良好的绝缘性容易产生静电积聚导致危险，以及塑料本身的易燃性都可能成为使用过程中的安全隐患。

由此可见，通过在施工中采取有效的防护措施、安装支架经过特殊处理、对静电采取接地处理、控制舱体内的温度在一定范围内，以及良好的消防喷淋设施跟进等，在综合管廊内是有可能采用聚乙烯管的。

随着聚乙烯管道的快速发展，管道的使用压力在不断提高，可以预见在不久的将来，聚乙烯管道应用在综合管廊还是有巨大潜力的。届时，在广泛调研的基础上，相关的设计规范也需及时修编。

4　结语

天然气管道入廊设计是一个复杂的过程，需要众多专业的配合研究。随着国内综合管廊建设工程的逐步实践，以及相关法律法规及政策的出台，天然气管道入廊必将得到推广。

Design Considerations for the Inclusion of Natural Gas Pipelines in the Utility Tunnel

Shanghai Gas Engineering Design and Research Co., Ltd.Cai Ying

With the issue of new national standards, the construction of the utility tunnel will up to a new peak. This paper induces linked design of natural gas pipeline in utility tunnel, and analyzes cases in the planning stage, and gives some suggestion.

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