燃氣管道隧橋敷設的設計探討

盧渝文

摘 要：隨著燃氣管道在城市中的普及，管道跨越江河的案例日漸增多。針對燃氣管道在隧橋敷設過程中的柔性設計和管架布置進行了探討，并對燃氣泄漏產生的潛在危險提出了相應的保障措施。

關鍵詞：燃氣管道;柔性設計;管架布置

1、前言

隨著清潔能源的推廣，管道燃氣在城市中的應用日趨廣泛。在燃氣管道敷設過程中，往往涉及到跨越河流的情形。跨越河流的燃氣管道主要采用穿越河床敷設和隧橋敷設兩種形式。其中，隧橋敷設僅限于輸送壓力低于0.4MPa的燃氣管道，穿越河床則不受輸送壓力限制。本文就隧橋敷設的燃氣管道設計進行探討。

2、管道敷設形式

隧橋燃氣管道的布置形式主要有懸挑露天敷設和管涵敷設。對于早期設計的橋梁往往沒有預留燃氣管道的位置，在敷設燃氣管道時需要在橋梁的外側做支架。在征得橋梁設計單位及管理部門的同意下，可在橋梁的側面植入膨脹螺栓，并用槽鋼做成三角懸臂托架，固定在膨脹螺栓上。管涵敷設是指將燃氣管道敷設在橋涵內部。此類橋梁在設計時，在橋梁內部預留了一定寬度的涵洞，供熱力管道、市政管道及各種電纜敷設。由于燃氣具有易燃易爆、危險性較大等特點，在橋涵內敷設時一般單獨占用橋涵，與其他電纜或者管道分開敷設。當燃氣管道需要與其他管道同涵敷設時，管道之間的相互間距應滿足《工業企業煤氣安全規程》的要求。對于中小型橋梁，燃氣管涵一般設計在人行道蓋板的下方，凈高一般不超過1.0m。當燃氣管道需要檢修時，可將蓋板拆卸后進行維修。燃氣管道露天及橋涵敷設見圖1和圖2。

3、燃氣管道柔性設計

燃氣管道隧橋敷設時，除了考慮管道自身的熱脹冷縮之外，還需要配合橋梁伸縮縫進行補償。燃氣管道的熱脹補償主要有自然補償和補償器補償。自然補償主要是通過管道本身的柔性來吸收由于溫度差所產生的熱位移。補償器補償則是通過管件本身的柔性來吸收燃氣管道因溫度差引起的熱位移。

自然補償常用的布置方式有L型、Z型和方型。L型和Z型補償主要通過改變管道走向來實現。在隧橋敷設中，由于路面與橋面有高差，L型補償主要布置在橋梁的兩側。方型補償則是通過增加彎頭的方式來改變管道的局部的走向，以達到增加管道柔性的作用。方型補償器一般是布置在燃氣管道的直管段，設置個數與直管段長度和方型補償器的大小有關。在布置形式上，方型補償器有水平和豎向兩種方式。當采用水平方式布置時，燃氣管道所需占用的面積較大，且局部支架的懸挑較長，美觀性欠缺。豎向布置占用的面積較小，但需要考慮管道最低標高對航道安全的影響。

在燃氣管道中，補償器補償最常用的是金屬波紋補償器。此類補償器具有補償距離遠、占地面積小、布置靈活等特點。金屬波紋補償器的選型需要根據橋梁上燃氣管道的長度、公稱直徑、工作溫度和工作壓力等參數確定。先根據兩個固定架之間的直管長度，計算燃氣管道的膨脹量。膨脹量與燃氣管道長度、管道材質的線性膨脹系數和溫差成正比。根據計算得到的膨脹量，即可選擇相應的金屬波紋補償器。

在進行隧橋管道設計時，自然補償和補償器補償都能滿足管道的柔性設計需要。兩種補償方式各有優缺點。采用自然補償的隧橋燃氣管道，在補償量相同的情況下，需要布置方型補償器的數量比金屬波紋補償器多。或者在達到同一補償量的情況下，方型補償器需要的尺寸較大。但由于方型補償器與管道的連接采用焊接，在保證焊縫質量的情況下，發生燃氣泄漏的可能性很小，對橋梁安全性具有更高的保障。另外，方型補償器作為管道本體的一部分，維護簡單，無需采取特別的防護措施。當采用金屬波紋管補償器時，由于補償器與燃氣管道的連接方式為法蘭連接，在墊片老化或者螺母松弛的情況，容易發生燃氣泄漏，對橋梁和行人安全造成威脅。因此，采用金屬波紋補償器時，更需要注重日常的維護和保養，保證管件處在最安全的運行狀態。

4、管道支架設置

在進行燃氣管道布置設計時，需要將金屬波紋管布置在固定支架的一側，與固定架的距離為3d（d為燃氣管道公稱直徑）。在金屬波紋管之后要設置2個導向支架約束燃氣管道橫向位移，防止管道橫向位移過大導致補償器失穩而遭受破壞。導向支架與補償器的距離按照5d和15d進行設置。固定支架及導向支架的布置見圖3。當燃氣管道直徑較大時，考慮采用滾動支架，減少管道與支架之間的摩擦力，降低固定架推力。

5、安全措施

燃氣管道隧橋敷設時，無論是露天敷設還是橋涵敷設，管道所處的環境都是人員流動比較頻繁的場所。特別是橋涵的設置一般是在人行道下，這對燃氣管道的安全性提出了更高的要求。在沿橋梁敷設的燃氣管道應采用加厚的無縫鋼管或焊接鋼管，盡量減少焊縫，并對焊縫進行100%無損探傷。跨越通航河流的燃氣管道管底標高，應符合通航凈空的要求，管架外側應設置絕緣裝置。燃氣管道采用橋涵敷設時，考慮采用細沙回填，以防止燃氣泄漏時積聚在橋涵內。若橋涵體積較大，不宜采用細沙填充時，可以安裝具有遠傳功能的可燃氣體報警器。氣體一旦發生泄漏，報警信號實時回傳至值班室，同時啟動相應的應急搶修措施。隧橋敷設的燃氣管道需要在橋梁的兩端設置切斷閥，當橋梁或燃氣管道需要維修時關掉兩端的閥門，以保證橋梁或管道維修安全。

6、總結

（1）隧橋燃氣管道的敷設形式主要有露天布置和橋涵布置兩種形式。在實際設計中，敷設形式要根據橋梁的實際情況，結合航運、市政、洪水和安全等因素綜合確定。

（2）燃氣管道隧橋敷設時，建議優先考慮自然補償，以減少管道日常維護，降低燃氣泄漏風險，保護橋梁安全。在自然補償無法滿足柔性設計要求時，可采用金屬波紋管補償器，但要采取防止可燃氣積聚的措施。

參考文獻

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