大型石油化工隧道管廊的安全消防設計

朱旭東

摘 要：隨著石油化工企業生產規模和廠區占地面積的不斷壯大，作為轉運石油化工物料關鍵設施的管道管廊，也從一般的地面建設開始向隧道內建設這種形式發展。隧道管廊作為一種特殊形式的構筑物和化工生產設施，與一般意義上的交通隧道和一般意義上的管廊截然不同，其綜合具有封閉性、情況不明性、聯絡與救援困難、局部狹長范圍內危險化學品高度集中、結構和管道設施交錯復雜、通風照明及交通救援受限、基礎設施維護不便、火災消防安全隱患極大，且事故后果嚴重等多重特點。目前我國對于這種特殊類型生產設施的安全消防設計規范尚未成熟，研究較少，中海石油大榭石化在2016年建成投產的廠際間隧道管廊工程，在這個領域總結出一定設計經驗，為今后繼續開展石油化工隧道管廊及類似城市地下通廊等大型封閉式公用工程、儲運設施的安全消防設計提供了很好的借鑒與參考。

關鍵詞：隧道 管廊 石油化工 安全 消防

中圖分類號：TU990 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2017）01（c）-0033-05

2016年3月中海石油寧波大榭石化建成投產了一座大型石油化工廠內物料隧道管廊，該項目的順利運行，標志了多個跨專業工程技術難題的重大突破。為今后繼續開展隧道管廊及類似地下通廊等大型封閉式公用工程、儲運設施的消防設計提供了很好的借鑒與參考。大榭石化隧道管廊作為餾分油綜合利用項目的子項目，是大榭石化為化解用地限制，連通分布在山區兩側布置的廠區和罐區，進行物料輸送的重要工程。一方面解決了沿環島社會公路建設管廊，風險隱患多，安全間距不滿足設計規范要求的問題，同時將管廊建設距離由2.5 km縮短至1.3 km左右。

1 隧道管廊基本設計情況

1.1 隧道本體結構設計情況

該隧道進口位于大榭島開發區太平村東，出口位于環島北路及原大榭廠區西側，全長1326 m，寬度16.2 m，高度為10.5 m，開挖斷面225 m2。隧道縱坡為“一”字坡，坡度為：0.81%。隧道進口高程：+5.000m，出口高程：16.000 m。采用復合式襯砌，二次襯砌采用C35防水鋼筋混凝土（大于45 cm）。隧道穿越出露地層為中生界侏羅系上統西山頭組（J3x）含角礫凝灰巖，穩定性較好，以Ⅱ～Ⅳ級為主。隧道采用復合式襯砌，設計支護參數選擇以工程類比為主，并進行理論分析計算（有限元、荷載-結構法）進行校核；主體結構耐火極限不應低于2 h，復合式襯砌按照新奧法原理進行設計和施工。初期支護：由工字鋼拱架，徑向錨桿（管）、小導管、鋼筋網及噴射混凝土組成；鋼拱架之間用縱向鋼筋連接，并與徑向錨桿及鋼筋網焊為一體，與圍巖密貼，形成承載結構。二次襯砌：C35、P10模筑鋼筋混凝土（大于45 cm）。

1.2 管廊管架及工藝管道設計情況

1.2.1 管架結構設計情況

管架總長1360 m，橫軸240個軸線，每36 m設1處伸縮縫，每80 m設1處固定架水平推力按15 t設計，間距4 m，活動架間距6 m水平推力按1 t設計。縱軸3個軸線間距5 m。管架斷面及地面管墩共5層布置，管架層間距1.5 m，管墩層高2.2 m，管架頂標高7 m。管架基礎及管墩采用C30混凝土澆筑，管墩間采用8 cm厚C30混凝土填灌，地腳螺栓材質為未經熱加工的Q235-B，螺母和墊片材質與地腳螺栓相同，地腳螺栓均帶雙螺母。管架基礎頂面露出隧道面層200 mm，管架基礎地基承載力>300 kPa。管架結構材料采用Q235-B，焊條采用E43系列，焊縫高度≥6 mm，對接焊縫的質量等級為II級，角焊縫質量等級為III級，H型鋼主要規格H350×350×12×19、H294×200×8×12、H244×175×7×11，管架鋼結構總量2 300 t。管架檢修通道采用鋼格板，型號G255/30/100FG。

1.2.2 工藝管道設計情況

隧道內管廊鋪設煉油廠工藝及熱力、給排水、消防管道共80根，管徑范圍DN50-DN1300管道內介質操作壓力范圍0.05～2.2 MPa，介質火災危險性范圍，乙類占70%、甲類占16%、丙類占9%，其余為蒸汽、消防水等非危險化學品。

隧道管廊中火災危險性質為乙A類以上關鍵危險性的物料介質管道共30根，見表1。

整個隧道管廊上管道的管徑設計按SH/T3108-2000經濟流速選取。可燃介質管道按SH3501-2011進行施工及驗收、其余管道按GB50235-2010、GB50184-2011進行施工及驗收。防腐保溫設計方面，甲醇管道采用外涂防曬防腐涂料，苯管道采用熱水伴熱保溫，常壓渣油、催化油漿、蠟油、重污油等管道采用蒸汽伴熱保溫，苯乙烯管道采用保冷材料。可燃性氣體放空管道坡向隧道管廊入口設置的凝液罐，坡度不小于2‰，隧道內其它位置不設置分液罐，隧道內可燃易燃介質管道不設閥門、法蘭及膨脹節，全部采用自然補償。所有管道焊縫除按照相關規范進行檢測以外，全部進行100%無損超聲波探傷檢測，以保障施工質量。蒸汽伴熱管道的凝結水回收處理。為提高管道安全性，隧道內管道設計均采用加厚管道，隧道通過液體管道兩端均設截斷閥。

另外為避免隧道內管道長期運行，發生因管道固有設施設計薄弱而產生的泄漏隱患，對于管道自然補償器前后管段上設置的低點放凈倒淋管接頭，本管廊管道采用了特殊設計的配等長絲堵的帶內螺紋的加強管嘴，規格形式為：DN25 SCH80 L=80mm PE/M ENR STD，DN20 SCH80 L=80mm PE/M ENR STD。由于設置了內置絲堵，該種管嘴可以有效避免普通油品儲運管道經常發生的：因物料長期積存在管道底部放凈短管中形成腐蝕物積累盲腸，而出現的腐蝕泄漏問題，大大降低了隧道管廊的運行安全風險，此種管嘴的制造圖見圖2。

2 隧道管廊的消防安全相關設施設計情況

該隧道管廊的具體設計按照《石油化工企業設計防火規范GB50160-2008》廠內管廊執行。同時為了提高的本質安全性，參照《建筑設計防火規范GB50016-2006》。

2.1 隧道管廊的防火設計與引用規范條文

主要參照《建筑設計防火規范GB 50016-2006》中的有關條例。具體的設計關鍵點見表2。

2.2 隧道管廊的通風設計

主要設計依據為《公路隧道通風設計細則JTG/TD70/2-02-2014》《采暖通風與空氣調節設計規范GB50019-2003》《爆炸危險環境電力裝置設計規范GB50058-2014》。具體的設計關鍵點見表3。

隧道通風系統風機運行模式為：（1）隧道正常通風工況，射流風機一般為單向運行，24 h開啟，隧道斷面風速不應小于2.3 m/s，可根據自然風速的大小，開啟部分射流風機，送風方向洞內自然風向相同。（2）當隧道檢修或安裝通風時，應開啟全部射流風機，送風方向與洞內自然風方向相同。（3）火災時，關閉隧道內射流風機，開啟疏散通道兩端正壓送風機。隧道通風設備的基本數據見表4。

2.3 隧道管廊的電氣設計

主要設計依據為《供配電系統設計規范GB50052-2009》《低壓配電設計規范GB50054-2011》《公路隧道通風照明設計規范GB50016-2006》《爆炸危險環境電力裝置設計規范GB50058-2014》《交流電氣裝置的接地設計規范GB/T50065-2011》。具體的設計關鍵點見表5。

2.4 隧道管廊的火災自動報警和有毒有害氣體報警系統設計

在隧道內設置光纖光柵感溫探測系統和手動報警按鈕。光纖光柵感溫探測器間距6 m，在隧道頂部設置2根光纜，當隧道內有火情發生時，火災報警控制器聯動關閉隧道頂部風機，同時開啟疏散通道內的風機。手動報警按鈕設置在靠近檢修通道一側的管廊立柱上，間距約50 m。根據《石油化工可燃氣體和有毒氣體檢測報警設計規范GB50493-2009》，在隧道內設計可燃氣體報警（17臺）和有毒氣體檢測報警器（17臺）每隔200 m設置一處。

2.5 隧道管廊的電視監控、電信及線路設計

為滿足安全保衛、防火監視、生產調度指揮和生產操作、維修、搶修、巡回檢查、消防、急救等需要，管廊內設置電視監視、無線電對講通信、擴音對講系統，保證對生產全過程監控通信的管控。

電視監控攝像儀為一體化彩色攝像儀主要設置在隧道頂上，間距100 m，且在隧道兩端出入口設置攝像儀，用于記錄出入隧道的人員。配套變焦鏡頭8～120 mm、電動云臺、防爆型式ExibIICT6。

擴音對講系統采用分散放大式，對講話站為25 W內置放大，防爆型式ExibIICT6，設置在檢修通道附件，兩臺話站間距不超過200 m，安裝高度一般為中心距地坪1.3～1.5 m面向操作通道。對講機柜設置在現廠區控制室內，電源由儀表用UPS提供。揚聲器15 W，防爆型式iExibIICT6，一般設置在噪聲源附件，相鄰的揚聲器同向設置，揚聲器高度一般不低于2.5 m，揚聲器聲壓級別選擇按距離每增減1倍，輸出聲壓減弱6 dB考慮。

隧道管廊電信線路包括擴音對講線路、電視監視線路及火災報警線路，各系統線路獨立組網。擴音對接系統電纜采用配套專用電纜，線路沿電纜槽盒敷設。電視監視系統信號線路采用單模光纜，沿電纜槽盒敷設。火警線路采用阻燃系列雙絞屏蔽電纜，手動報警按鈕主電纜采用多芯電纜，適當位置設接線箱，至設備采用放射式配線，主線路沿電纜槽盒敷設。主電源采用AC220V 50Hz（UPS），對火警設備配置專用蓄電池及聯動電源后備時間8 h。

3 需要進一步完善的方面

大榭石化隧道管廊工程在生產運行工況下，還需要重點開展以下一些方面的探索和努力：（1）應用CFD技術對隧道管廊進行火災過程中溫度傳播、煙霧傳播、火區發展的數值模擬研究，以找出系統性缺陷，提高本質安全；（2）完善通風控溫手段，增設風速、風向、溫感測控設施，保證設計換氣次數和通風質量，滿足正常工況下預防高溫老化影響和減少有害氣體積聚的需要；（3）提高監控設施標準，研究實施連續軌道式實景、紅外熱成像一體化監控裝置的可行性和安裝方案，實現可追溯、全方位、無死角的管理；（4）加強火災、泄漏、中毒、環境污染等事故應急演練和狹小空間管道、隧道頂棚、鋼結構、照明、防火涂料等設施的施工檢維修技術裝備的投入，滿足正常運行和事故處置的需要。

4 結語

隧道管廊與城市地下通廊等設施一樣是集多種風險于一體的重要特殊生產系統，有較為廣闊的應用擴展空間，保證它們的安全可靠運行，還需要從設計、施工、選材、運維、管理等個方面不斷提高標準、加大投入、總結經驗、深入研究。

參考文獻

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