天然氣管道入廊的設計探討

張華南

（無錫市政設計研究院有限公司,江蘇 無錫214072）

天然氣管道入廊的設計探討

張華南

（無錫市政設計研究院有限公司,江蘇 無錫214072）

在最新頒布的《城市綜合管廊工程技術(shù)規(guī)范》中，天然氣等城市工程管線可納入綜合管廊。對傳統(tǒng)天然氣管道和天然氣管道入廊進行了比較，簡述了國內(nèi)外天然氣入廊的發(fā)展概況，介紹了天然氣管道入廊相關設計規(guī)定，并通過某工業(yè)園區(qū)地下綜合管廊建設針對城市天然氣入廊的相關設計進行了探討。

地下綜合管廊；天然氣管道；設計

0 背景

為了進一步貫徹中央城市工作會議精神，國務院2013年下發(fā)了《關于加強城市基礎設施建設的意見》（國發(fā)[2013]36號）。其后兩年，國務院辦公廳下發(fā)了《關于加強城市地下管線建設管理的指導意見》(國辦發(fā)[2014]27號)及《關于推進城市地下綜合管廊建設的指導意見》（國辦發(fā) [2015]61號）。2016年3月，李克強總理在政府工作報告中提出，2016年要開工建設城市地下綜合管廊2 000 km以上。2016年6月17日，住房和城鄉(xiāng)建設部召開了全國電視電話會議，陳政高部長提出了大力推進綜合管廊建設的六點要求，其中包括將天然氣管道納入綜合管廊[1]。

1 傳統(tǒng)與現(xiàn)代的比較

傳統(tǒng)的天然氣管道采用直埋方式敷設。在道路或地塊施工時，同時考慮。在施工過程中，操作空間大，對管道的安裝長度及轉(zhuǎn)彎半徑限制小。隨著道路與地塊的竣工，天然氣管道也一起埋入地下。

地下水及有害物質(zhì)的腐蝕，有可能對管道產(chǎn)生破壞。一旦發(fā)現(xiàn)管道泄漏，排查困難。對管道進行維修，要開挖道路，影響交通出行。在新的道路施工時，有可能挖爆管線，造成重大事故。

隨著人民生活水平的提高，對社會公共設施的服務標準，也在提高。傳統(tǒng)天然氣管道直埋，已經(jīng)不能適應現(xiàn)代化居民生活的需要。反復開挖路面，天然氣管道的使用隱患，給居民生活帶來諸多不便。

天然氣管道入廊，可有效地解決以上問題。將管道布置于地下管廊的結(jié)構(gòu)物中，避免地下水與有害物質(zhì)的侵蝕。同時，可對管道實施全天候監(jiān)控。一旦發(fā)生泄露，會產(chǎn)生報警提醒，維修人員可以最快的時間到達泄露點，實施搶修。新道路的施工，不會對天然氣管廊的運行，產(chǎn)生影響。天然氣管道入廊，受管廊吊裝口限制，長度不宜太長。在管廊焊接過程中，會產(chǎn)生煙霧和粉塵，對施工人員傷害大，需打開排風系統(tǒng)排煙。

2 國內(nèi)外天然氣入廊的發(fā)展概況

從國外已建成的綜合管廊來看，英國、德國、日本等國家均有燃氣管線納入綜合管廊的例子。經(jīng)過幾十年的運行，并沒有出現(xiàn)重大的安全事故。國內(nèi)上海浦東張楊路、上海安亭新鎮(zhèn)、北京中關村西區(qū)及深圳大鹽等地的綜合管廊均有納入燃氣管線的先例。這幾處綜合管廊已運行多年，并未出現(xiàn)相關的安全事故[2]。

圖1為深圳大鹽綜合管廊斷面圖，圖2～圖4分別為日本、英國、德國某些城市的共同溝斷面圖。

從以上管廊斷面圖可以看出，國內(nèi)及日本的天然氣管廊，基本布設在獨立艙室，而英國、德國的天然氣管廊，大多與其他市政管線同艙室布置。

3 天然氣管道入廊設計規(guī)定

天然氣管道入廊，除滿足一般管廊的相關規(guī)定外，還需滿足天然氣管道艙室的特殊技術(shù)要求。結(jié)合《城市綜合管廊工程技術(shù)規(guī)范》（GB 50838-2015）（以下簡稱《規(guī)范》），對天然氣管道艙室的設計問題，進行探討研究。

圖1 深圳大鹽綜合管廊斷面圖

圖3 英國倫敦共同溝斷面圖

圖4 德國漢堡共同溝斷面圖

（1）規(guī)劃設計：根據(jù)《規(guī)范》4.3.4條，天然氣管道應在獨立艙室內(nèi)敷設。

（2）總體設計：根據(jù)《規(guī)范》5.1.5條，含天然氣管道艙室的綜合管廊不應與其他建（構(gòu)）筑物合建；5.1.11條，天然氣管道艙室地面應采用撞擊時不產(chǎn)生火花的材料。

（3）節(jié)點設計:根據(jù)《規(guī)范》5.4.4條，敷設天然氣管道的艙室，逃生口間距不宜大于200m。5.4.7條，天然氣管道艙室的排風口與其他艙室排風口、進風口、人員出入口，以及周邊建（構(gòu)）筑物口部距離不應小于10m。天然氣管道艙室的各類孔口不得與其他艙室連通，并應設置明顯的安全警示標識。

（4）管線設計：根據(jù)《規(guī)范》6.4.1條，天然氣管道設計應符合現(xiàn)行國家標準《城鎮(zhèn)燃氣設計規(guī)范》GB 50028的有關規(guī)定。6.4.2條，天然氣管道應采用無縫鋼管等。

（5）消防系統(tǒng)設計：根據(jù)《規(guī)范》7.1.6條，天然氣管道及容納電力電纜的艙室應每隔200 m采用耐火極限不低于3.0h的不燃性墻體進行防火分隔。防火分隔處的門應采用甲級防火門，管線穿越防火隔斷部位應采用阻火包等防火封堵措施進行嚴密封堵。

（6）通風系統(tǒng)設計：根據(jù)《規(guī)范》7.2.1條，綜合管廊宜采用自然進風和機械排風相結(jié)合的通風方式。天然氣管道艙室和含有污水管道的艙室應采用機械進、排風的通風方式。7.2.2條，綜合管廊的通風量應根據(jù)通風區(qū)間、截面尺寸并經(jīng)計算確定，且應符合下列規(guī)定：1.正常通風換氣次數(shù)，不應小于2次/h，事故通風換氣次數(shù)不應小于6次/h；2.天然氣管道艙室正常通風換氣次數(shù)不應小于6次/h，事故通風換氣次數(shù)不應小于12次/h；3.艙室內(nèi)天然氣濃度大于其爆炸下限濃度值（體積分數(shù)）20%時，應啟動事故段分區(qū)及其相鄰分區(qū)的事故通風設備。7.2.5條，綜合管廊的通風設備應符合節(jié)能環(huán)保要求。天然氣管道風機應采用防爆風機等。

（7）供電系統(tǒng)設計：根據(jù)《規(guī)范》7.3.4條，天然氣管道艙內(nèi)的電氣設備應符合現(xiàn)行國家標準《爆炸危險環(huán)境電力裝置設計規(guī)范》GB 50058有關爆炸性氣體環(huán)境2區(qū)的防爆規(guī)定。7.3.5條，天然氣管道艙內(nèi)的檢修插座應滿足防爆要求，且應在檢修環(huán)境安全的狀態(tài)下送電。7.3.8條，含天然氣管道艙室的接地系統(tǒng)尚應符合現(xiàn)行國家標準《爆炸危險環(huán)境電力裝置設計規(guī)范》GB 50058的有關規(guī)定。

（8）照明系統(tǒng)設計：根據(jù)《規(guī)范》7.4.2條，安裝在天然氣管道艙內(nèi)的燈具應符合現(xiàn)行國家標準《爆炸危險環(huán)境電力裝置設計規(guī)范》GB 50058的有關規(guī)定。

（9）監(jiān)控與報警系統(tǒng)設計：根據(jù)《規(guī)范》7.5.8條，天然氣管道艙應設置可燃氣體探測報警系統(tǒng)，并應符合下列規(guī)定：1.天然氣報警濃度設定值（上限值）不應大于其爆炸下限值（體積分數(shù)）的20%；2.天然氣探測器應接入可燃氣體報警控制器；3.當天然氣管道艙天然氣濃度超過報警濃度設定值（上限值）時，應由可燃氣體報警控制器或消防聯(lián)動控制器聯(lián)動啟動天然氣艙事故分區(qū)及其相鄰分區(qū)的事故通風設備；4.緊急切斷濃度設定值（上限值）不應大于其爆炸下限值（體積分數(shù)）的25%；5.應符合國家現(xiàn)行標準《石油化工可燃氣體和有毒氣體檢測報警設計規(guī)范》GB 50493、《城鎮(zhèn)燃氣設計規(guī)范》GB 50028和《火災自動報警系統(tǒng)設計規(guī)范》GB 50116的有關規(guī)定。

（10）排水系統(tǒng)設計：根據(jù)《規(guī)范》7.6.6條，天然氣管道艙應設置獨立集水坑。

4 工程實例分析

某工業(yè)園區(qū)亟待開發(fā)，為提高地下空間利用率，實現(xiàn)園區(qū)可持續(xù)發(fā)展的目標，在響應國家綜合管廊政策導向下，全面推進園區(qū)核心地塊范圍內(nèi)的地下綜合管廊建設。

4.1 天然氣管道種類

該項工程敷設DN300燃氣管一根，中壓0.4 MPa，管材采用無縫鋼管。

4.2 斷面設計

園區(qū)綜合管廊主體結(jié)構(gòu)為3艙，分別為1個電力艙，1個綜合艙，1個燃氣艙（見圖5）。

圖5 園區(qū)管廊斷面圖

根據(jù)《規(guī)范》，天然氣管道應在獨立艙室內(nèi)敷設。綜合管廊標準斷面內(nèi)部凈高應根據(jù)容納管線的種類、規(guī)格、數(shù)量、安裝要求等綜合確定，不宜小于2.4 m。單側(cè)設置支架或管道時，檢修通道凈寬不宜小于0.9 m。

該項工程天然氣管道艙室防火門選用GFM-1021(A1.50甲級)（國家建筑標準圖集12J609防火門窗），單側(cè)通道寬度不小于1.0 m。艙室頂部設置消防噴淋設施，側(cè)壁設置橋架盒，為自用電氣、通訊、監(jiān)控設施提供空間。綜上，天然氣管道艙室凈高2.5 m，凈寬2 m，頂板、側(cè)壁厚30 cm，底板厚40 cm。

4.3 閥門設計

天然氣管道的閥門、閥件系統(tǒng)設計壓力應按提高一個壓力等級設計。天然氣調(diào)壓裝置不應設置在綜合管廊內(nèi)。天然氣管道分段閥宜設置在綜合管廊外部。當分段閥設置在綜合管廊內(nèi)部時，應具有遠程關閉功能。天然氣管道進出綜合管廊時應設置具有遠程關閉功能的緊急切斷閥[3]。

4.4 消防設計

該項工程以單個防火分區(qū)作為一個防護區(qū)，選用熱氣溶膠自動滅火系統(tǒng)，同時以手提式磷酸銨鹽干粉滅火器為輔助滅火設施。每個防護區(qū)內(nèi)氣溶膠的設計滅火密度140 g/m3，單臺氣溶膠預制滅火系統(tǒng)裝置的保護容積不大于160 m3；設置多臺裝置時，其相互間的距離不得大于10 m。熱氣溶膠自動滅火裝置采用懸掛式安裝，懸掛于管廊中間位置，如圖6所示。

圖6 熱氣溶膠自動滅火系統(tǒng)示意圖

敷設燃氣管道的專用艙室，滅火器配置按火災等級中危級C類火災配置：在管廊內(nèi)防火門處及投料口附近各設置一組手提式磷酸銨鹽干粉滅火器，其余部分間隔15 m設置一組滅火器，每處設置2具，型號為MF/ABC5，充裝5 kg滅火劑。

4.5 通風設計

該工程燃氣艙采用機械通風的通風方式，沿著管廊長度方向進行縱向式通風。以單個防火分區(qū)作為一個通風分區(qū)，每個通風分區(qū)設一個機械進風口和一個機械排風口。

燃氣倉的機械通風系統(tǒng)，其排風量以不小于6次/h計，事故排風以不小于12次/h計，并在管廊內(nèi)外皆設置事故通風控制裝置；機械補風，補風量按排風量的80%計。平時通風系統(tǒng)兼作事故通風系統(tǒng)，排風機和送風機均采用防爆型雙速風機，平時通風時低速運行，事故通風時切換至高速運行。風機風管段設70℃電動防火閥，閥門均為常開閥。進風口和排風口處均設置普通防雨百葉窗，百葉窗均內(nèi)襯10 mm×10 mm鋼絲網(wǎng)。

管廊內(nèi)設計溫度＜40℃，并設溫度探測系統(tǒng)；同時燃氣艙內(nèi)設可燃氣體探測報警系統(tǒng)。

4.6 供電系統(tǒng)設計

艙室內(nèi)主要用電設備為風機、排水泵、照明（含應急照明、疏散指示照明）、監(jiān)控及檢修設施等。其中風機、排水泵、應急照明、監(jiān)控、火災報警用電為二級負荷，其余為三級負荷。

燃氣艙每個防火分區(qū)（200 m）內(nèi)設置一臺普通照明動力柜，布置于逃生口上層，負責單個防火分區(qū)內(nèi)各設備的配電及控制；另設置一臺消防應急照明箱，布置于逃生口上層，負責單個防火分區(qū)內(nèi)的應急照明、自控電源、火災報警電源的配電。燃氣艙內(nèi)的箱柜均采用防爆型。

4.7 照明設計

綜合管廊內(nèi)設一般照明、應急照明、疏散照明，綜合管廊內(nèi)應急照明兼做一般照明。

燃氣管道艙室的綜合管廊內(nèi)采用防爆照明熒光燈，燈具安裝方式采用吸頂安裝。照明燈具中三分之一熒光燈為自帶蓄電池的應急照明燈具，應急時間不少于60 min。應急照明燈具和一般照明燈具均勻交叉布置。

4.8 可燃氣體報警系統(tǒng)設計

設置在燃氣艙時火災報警區(qū)域控制器、感溫光纜測溫主機、消防廣播主機、消防電話主機、防火門監(jiān)控分機、消防電源監(jiān)控分機、電氣火災監(jiān)控分機箱體均為隔爆型。

可燃氣體探測報警系統(tǒng)由可燃氣體報警控制器、可燃氣體探測器和火災聲光報警系統(tǒng)組成。

5 設想

根據(jù)《規(guī)范》6.4.2條，天然氣管道應采用無縫鋼管。

無縫鋼管入廊，受吊裝口限制較大。為保證無縫鋼管接縫減少，則需提高單根鋼管的長度，加大吊裝口的尺寸。吊裝口尺寸加大，為蓋板防水帶來挑戰(zhàn)。

無縫鋼管的設計年限，通常為20～30 a，管廊的設計年限為100 a。在管廊投入使用過程中，需對鋼管反復更換，增加造價，為用戶的使用，帶來諸多不便。

天然氣管道安裝初期，在焊接過程中，產(chǎn)生的煙霧和粉塵，對施工人員傷害較大。加大排風，又會帶走焊接過程中的保護氣體，使得安裝過程中的排風，陷入兩難境地。

無縫鋼管，剛度大，柔性小，抵抗地震等自然災害能力較小。

城市綜合管廊，全線范圍內(nèi)，轉(zhuǎn)彎部位較多，交叉口位置，直角轉(zhuǎn)彎也很多見。無縫鋼管，無法隨管廊走向，自由改變方向，為管道的安裝帶來困難。

鑒于無縫鋼管以上的諸多不足，特建議采用聚乙烯管取代無縫鋼管。聚乙烯管使用壽命長，可達到50 a，且不需要防腐處理，節(jié)約造價。聚乙烯管，為柔性材質(zhì)，單根長度不受吊裝口限制，從而減小吊裝口尺寸。聚乙烯管敷設，可與管廊走向保持一致，且能很好地抵御地震等自然災害。聚乙烯管的連接方式有電熔和熱熔兩種，施工起來相比鋼管焊接容易。

聚乙烯管也存在自身不足。聚乙烯管，容易被銳器直接破壞，工作溫度在-20℃～40℃之間，且其良好的絕緣性容易產(chǎn)生靜電積聚導致危險，以及塑料本身的易燃性都可能成為使用過程中的安全隱患。

因此，若聚乙烯管入廊，需做好防護措施，對靜電采取接地處理，控制管廊內(nèi)溫度，做好消防噴淋措施[4]。

6 結(jié)語

天然氣管道入廊，牽涉專業(yè)較多。在設計過程中，需與各相關單位深入細致地溝通，做好管線單項與結(jié)構(gòu)及總體的配合。天然氣入廊，與傳統(tǒng)直埋相比，優(yōu)勢明顯。隨著國家的大力推廣和管廊建設經(jīng)驗的不斷累積，天然氣管道入廊設計，一定會更加成熟與完善。

[1]陳元洪,董寧.城市燃氣管道人綜合管廊問題及對策研究[J].煤氣與電力,2006，（10）:A15-A18.

[2]陶子明，張云生，等.天然氣管線納入城市管廊探討[J].市政技術(shù), 2015,6（1）:128-130.

[3]GB 50838-2015，城市綜合管廊工程技術(shù)規(guī)范[S].

[4]蔡瑩.綜合管廊中納入天然氣管道的設計思考[J].上海煤氣,2016，（2）:27-31.

TU990.3

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1009-7716（2017）08-0313-04

10.16799/j.cnki.csdqyfh.2017.08.098

2017-03-13

張華南（1982-），女，江蘇無錫人，工程師，從事橋梁工程設計工作。