天然气管道入廊的设计探讨

2017-09-15张华南

城市道桥与防洪 2017年8期

关键词：舱室排风管廊

张华南

（无锡市政设计研究院有限公司,江苏无锡214072）

天然气管道入廊的设计探讨

张华南

（无锡市政设计研究院有限公司,江苏无锡214072）

在最新颁布的《城市综合管廊工程技术规范》中，天然气等城市工程管线可纳入综合管廊。对传统天然气管道和天然气管道入廊进行了比较，简述了国内外天然气入廊的发展概况，介绍了天然气管道入廊相关设计规定，并通过某工业园区地下综合管廊建设针对城市天然气入廊的相关设计进行了探讨。

地下综合管廊；天然气管道；设计

0 背景

为了进一步贯彻中央城市工作会议精神，国务院2013年下发了《关于加强城市基础设施建设的意见》（国发[2013]36号）。其后两年，国务院办公厅下发了《关于加强城市地下管线建设管理的指导意见》(国办发[2014]27号)及《关于推进城市地下综合管廊建设的指导意见》（国办发 [2015]61号）。2016年3月，李克强总理在政府工作报告中提出，2016年要开工建设城市地下综合管廊2 000 km以上。2016年6月17日，住房和城乡建设部召开了全国电视电话会议，陈政高部长提出了大力推进综合管廊建设的六点要求，其中包括将天然气管道纳入综合管廊[1]。

1 传统与现代的比较

传统的天然气管道采用直埋方式敷设。在道路或地块施工时，同时考虑。在施工过程中，操作空间大，对管道的安装长度及转弯半径限制小。随着道路与地块的竣工，天然气管道也一起埋入地下。

地下水及有害物质的腐蚀，有可能对管道产生破坏。一旦发现管道泄漏，排查困难。对管道进行维修，要开挖道路，影响交通出行。在新的道路施工时，有可能挖爆管线，造成重大事故。

随着人民生活水平的提高，对社会公共设施的服务标准，也在提高。传统天然气管道直埋，已经不能适应现代化居民生活的需要。反复开挖路面，天然气管道的使用隐患，给居民生活带来诸多不便。

天然气管道入廊，可有效地解决以上问题。将管道布置于地下管廊的结构物中，避免地下水与有害物质的侵蚀。同时，可对管道实施全天候监控。一旦发生泄露，会产生报警提醒，维修人员可以最快的时间到达泄露点，实施抢修。新道路的施工，不会对天然气管廊的运行，产生影响。天然气管道入廊，受管廊吊装口限制，长度不宜太长。在管廊焊接过程中，会产生烟雾和粉尘，对施工人员伤害大，需打开排风系统排烟。

2 国内外天然气入廊的发展概况

从国外已建成的综合管廊来看，英国、德国、日本等国家均有燃气管线纳入综合管廊的例子。经过几十年的运行，并没有出现重大的安全事故。国内上海浦东张杨路、上海安亭新镇、北京中关村西区及深圳大盐等地的综合管廊均有纳入燃气管线的先例。这几处综合管廊已运行多年，并未出现相关的安全事故[2]。

图1为深圳大盐综合管廊断面图，图2～图4分别为日本、英国、德国某些城市的共同沟断面图。

从以上管廊断面图可以看出，国内及日本的天然气管廊，基本布设在独立舱室，而英国、德国的天然气管廊，大多与其他市政管线同舱室布置。

3 天然气管道入廊设计规定

天然气管道入廊，除满足一般管廊的相关规定外，还需满足天然气管道舱室的特殊技术要求。结合《城市综合管廊工程技术规范》（GB 50838-2015）（以下简称《规范》），对天然气管道舱室的设计问题，进行探讨研究。

图1 深圳大盐综合管廊断面图

图3 英国伦敦共同沟断面图

图4 德国汉堡共同沟断面图

（1）规划设计：根据《规范》4.3.4条，天然气管道应在独立舱室内敷设。

（2）总体设计：根据《规范》5.1.5条，含天然气管道舱室的综合管廊不应与其他建（构）筑物合建；5.1.11条，天然气管道舱室地面应采用撞击时不产生火花的材料。

（3）节点设计:根据《规范》5.4.4条，敷设天然气管道的舱室，逃生口间距不宜大于200m。5.4.7条，天然气管道舱室的排风口与其他舱室排风口、进风口、人员出入口，以及周边建（构）筑物口部距离不应小于10m。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。

（4）管线设计：根据《规范》6.4.1条，天然气管道设计应符合现行国家标准《城镇燃气设计规范》GB 50028的有关规定。6.4.2条，天然气管道应采用无缝钢管等。

（5）消防系统设计：根据《规范》7.1.6条，天然气管道及容纳电力电缆的舱室应每隔200 m采用耐火极限不低于3.0h的不燃性墙体进行防火分隔。防火分隔处的门应采用甲级防火门，管线穿越防火隔断部位应采用阻火包等防火封堵措施进行严密封堵。

（6）通风系统设计：根据《规范》7.2.1条，综合管廊宜采用自然进风和机械排风相结合的通风方式。天然气管道舱室和含有污水管道的舱室应采用机械进、排风的通风方式。7.2.2条，综合管廊的通风量应根据通风区间、截面尺寸并经计算确定，且应符合下列规定：1.正常通风换气次数，不应小于2次/h，事故通风换气次数不应小于6次/h；2.天然气管道舱室正常通风换气次数不应小于6次/h，事故通风换气次数不应小于12次/h；3.舱室内天然气浓度大于其爆炸下限浓度值（体积分数）20%时，应启动事故段分区及其相邻分区的事故通风设备。7.2.5条，综合管廊的通风设备应符合节能环保要求。天然气管道风机应采用防爆风机等。

（7）供电系统设计：根据《规范》7.3.4条，天然气管道舱内的电气设备应符合现行国家标准《爆炸危险环境电力装置设计规范》GB 50058有关爆炸性气体环境2区的防爆规定。7.3.5条，天然气管道舱内的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。7.3.8条，含天然气管道舱室的接地系统尚应符合现行国家标准《爆炸危险环境电力装置设计规范》GB 50058的有关规定。

（8）照明系统设计：根据《规范》7.4.2条，安装在天然气管道舱内的灯具应符合现行国家标准《爆炸危险环境电力装置设计规范》GB 50058的有关规定。

（9）监控与报警系统设计：根据《规范》7.5.8条，天然气管道舱应设置可燃气体探测报警系统，并应符合下列规定：1.天然气报警浓度设定值（上限值）不应大于其爆炸下限值（体积分数）的20%；2.天然气探测器应接入可燃气体报警控制器；3.当天然气管道舱天然气浓度超过报警浓度设定值（上限值）时，应由可燃气体报警控制器或消防联动控制器联动启动天然气舱事故分区及其相邻分区的事故通风设备；4.紧急切断浓度设定值（上限值）不应大于其爆炸下限值（体积分数）的25%；5.应符合国家现行标准《石油化工可燃气体和有毒气体检测报警设计规范》GB 50493、《城镇燃气设计规范》GB 50028和《火灾自动报警系统设计规范》GB 50116的有关规定。

（10）排水系统设计：根据《规范》7.6.6条，天然气管道舱应设置独立集水坑。

4 工程实例分析

某工业园区亟待开发，为提高地下空间利用率，实现园区可持续发展的目标，在响应国家综合管廊政策导向下，全面推进园区核心地块范围内的地下综合管廊建设。

4.1 天然气管道种类

该项工程敷设DN300燃气管一根，中压0.4 MPa，管材采用无缝钢管。

4.2 断面设计

园区综合管廊主体结构为3舱，分别为1个电力舱，1个综合舱，1个燃气舱（见图5）。

图5 园区管廊断面图

根据《规范》，天然气管道应在独立舱室内敷设。综合管廊标准断面内部净高应根据容纳管线的种类、规格、数量、安装要求等综合确定，不宜小于2.4 m。单侧设置支架或管道时，检修通道净宽不宜小于0.9 m。

该项工程天然气管道舱室防火门选用GFM-1021(A1.50甲级)（国家建筑标准图集12J609防火门窗），单侧通道宽度不小于1.0 m。舱室顶部设置消防喷淋设施，侧壁设置桥架盒，为自用电气、通讯、监控设施提供空间。综上，天然气管道舱室净高2.5 m，净宽2 m，顶板、侧壁厚30 cm，底板厚40 cm。

4.3 阀门设计

天然气管道的阀门、阀件系统设计压力应按提高一个压力等级设计。天然气调压装置不应设置在综合管廊内。天然气管道分段阀宜设置在综合管廊外部。当分段阀设置在综合管廊内部时，应具有远程关闭功能。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[3]。

4.4 消防设计

该项工程以单个防火分区作为一个防护区，选用热气溶胶自动灭火系统，同时以手提式磷酸铵盐干粉灭火器为辅助灭火设施。每个防护区内气溶胶的设计灭火密度140 g/m3，单台气溶胶预制灭火系统装置的保护容积不大于160 m3；设置多台装置时，其相互间的距离不得大于10 m。热气溶胶自动灭火装置采用悬挂式安装，悬挂于管廊中间位置，如图6所示。

图6 热气溶胶自动灭火系统示意图

敷设燃气管道的专用舱室，灭火器配置按火灾等级中危级C类火灾配置：在管廊内防火门处及投料口附近各设置一组手提式磷酸铵盐干粉灭火器，其余部分间隔15 m设置一组灭火器，每处设置2具，型号为MF/ABC5，充装5 kg灭火剂。

4.5 通风设计

该工程燃气舱采用机械通风的通风方式，沿着管廊长度方向进行纵向式通风。以单个防火分区作为一个通风分区，每个通风分区设一个机械进风口和一个机械排风口。

燃气仓的机械通风系统，其排风量以不小于6次/h计，事故排风以不小于12次/h计，并在管廊内外皆设置事故通风控制装置；机械补风，补风量按排风量的80%计。平时通风系统兼作事故通风系统，排风机和送风机均采用防爆型双速风机，平时通风时低速运行，事故通风时切换至高速运行。风机风管段设70℃电动防火阀，阀门均为常开阀。进风口和排风口处均设置普通防雨百叶窗，百叶窗均内衬10 mm×10 mm钢丝网。

管廊内设计温度＜40℃，并设温度探测系统；同时燃气舱内设可燃气体探测报警系统。

4.6 供电系统设计

舱室内主要用电设备为风机、排水泵、照明（含应急照明、疏散指示照明）、监控及检修设施等。其中风机、排水泵、应急照明、监控、火灾报警用电为二级负荷，其余为三级负荷。

燃气舱每个防火分区（200 m）内设置一台普通照明动力柜，布置于逃生口上层，负责单个防火分区内各设备的配电及控制；另设置一台消防应急照明箱，布置于逃生口上层，负责单个防火分区内的应急照明、自控电源、火灾报警电源的配电。燃气舱内的箱柜均采用防爆型。

4.7 照明设计

综合管廊内设一般照明、应急照明、疏散照明，综合管廊内应急照明兼做一般照明。

燃气管道舱室的综合管廊内采用防爆照明荧光灯，灯具安装方式采用吸顶安装。照明灯具中三分之一荧光灯为自带蓄电池的应急照明灯具，应急时间不少于60 min。应急照明灯具和一般照明灯具均匀交叉布置。

4.8 可燃气体报警系统设计

设置在燃气舱时火灾报警区域控制器、感温光缆测温主机、消防广播主机、消防电话主机、防火门监控分机、消防电源监控分机、电气火灾监控分机箱体均为隔爆型。

可燃气体探测报警系统由可燃气体报警控制器、可燃气体探测器和火灾声光报警系统组成。

5 设想

根据《规范》6.4.2条，天然气管道应采用无缝钢管。

无缝钢管入廊，受吊装口限制较大。为保证无缝钢管接缝减少，则需提高单根钢管的长度，加大吊装口的尺寸。吊装口尺寸加大，为盖板防水带来挑战。

无缝钢管的设计年限，通常为20～30 a，管廊的设计年限为100 a。在管廊投入使用过程中，需对钢管反复更换，增加造价，为用户的使用，带来诸多不便。

天然气管道安装初期，在焊接过程中，产生的烟雾和粉尘，对施工人员伤害较大。加大排风，又会带走焊接过程中的保护气体，使得安装过程中的排风，陷入两难境地。

无缝钢管，刚度大，柔性小，抵抗地震等自然灾害能力较小。

城市综合管廊，全线范围内，转弯部位较多，交叉口位置，直角转弯也很多见。无缝钢管，无法随管廊走向，自由改变方向，为管道的安装带来困难。

鉴于无缝钢管以上的诸多不足，特建议采用聚乙烯管取代无缝钢管。聚乙烯管使用寿命长，可达到50 a，且不需要防腐处理，节约造价。聚乙烯管，为柔性材质，单根长度不受吊装口限制，从而减小吊装口尺寸。聚乙烯管敷设，可与管廊走向保持一致，且能很好地抵御地震等自然灾害。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。

聚乙烯管也存在自身不足。聚乙烯管，容易被锐器直接破坏，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。

因此，若聚乙烯管入廊，需做好防护措施，对静电采取接地处理，控制管廊内温度，做好消防喷淋措施[4]。