淺析安全、可持續發展市政燃氣的工程設計

王 勇 吳天宇 陳 龍

1. 中冶南方城市建設工程技術有限公司 湖北 武漢 430223

2. 中冶南方工程技術有限公司 湖北 武漢 430223

3. 武漢市江漢區行政審批局 湖北 武漢 430015

隨著新型城鎮化、工業化發展速度加快，我國的城市規模越來越大、高層建筑密集、經濟產業集聚等特征日漸明顯，新興產業和商業模式快速增長形勢下帶來的城鎮燃氣儲配系統安全存量風險和增量風險交織并存、復雜多樣；市政燃氣工程的風險管控目前也已納入城市生命線系統重點監管，基于市政燃氣工程安全長壽、可持續發展的設計是確保城市生命線運行安全的前提。

現針對典型市政燃氣輸配氣源特征，在分析市政燃氣輸事故原因的基礎上，總結不同應用場景條件下實際工程案例應關注的設計要點，為市政燃氣工程建設的可持續性、安全性、經濟性提供理論依據和優化建議。

1 典型市政燃氣特性及常見事故原因分析

典型城鎮燃氣氣源種類歸納起來主要為天然氣和人工煤氣兩大類，根據氣源不同，其有毒和可燃組分各異。天然氣毒性以其氣態存在的硫化氫為主，人工燃氣則以其中所含的一氧化碳、硫化氫、焦油、萘以及氨等為主要毒性組分。燃氣中低級烴類的可燃組分以甲烷、乙烷、丙烷等為主，非烴類包括氫、一氧化碳。經調研分析發生于居民住宅區、飯店商戶、學校、工地及燃氣場站等地點的事故類型，多以單純泄漏引起中毒窒息、火災爆炸引起的燃氣管網失效為主；引起管網失效原因主要為：材料本身缺陷、焊接等施工缺陷、設備故障、內外腐蝕、誤操作、土體移動等自然力損壞等。

從市政燃氣運營安全長壽、低耗節能可持續發展的需求出發，有必要歸納總結市政燃氣輸配的本質安全設計要求，強化設計合規性要求下應重點關注的問題，現以實際工程設計案例具體闡述如下。

2 市政天然氣管道設計要點

下面以資陽市城東中學項目為例。該項目位于資陽市雁江區（城東新區）白沙片區城南大街與中興街交匯處。東臨中興街，南臨城南大街。擬建60班高級中學，每班50人，共計學生人數4000人。包含教學樓、綜合樓、體育館、食堂、宿舍、車庫等功能。食堂使用城市天然氣作為氣源，設計要點分析如下。

2.1 設計參數及用氣量

設計壓力：中壓燃氣管道設計壓力0.4MPa，低壓燃氣管道設計壓力9500Pa。本工程設計壓力管道屬于公用管道GB1級。

根據食堂用氣設備參數，最大小時耗氣量約為120Nm3/h；設計小時最大耗氣量取150Nm3/h。

2.2 管材及管件

（1）中壓及庭院管網。本工程選用公稱外徑＜de110的聚乙烯管（PE80、SDR11）應符合現行國家標準GB15558.1-2015的規定，管件應符合現行國家標準GB15558.2-2005的規定。鋼塑轉換管件應符合現行國家標準GB26255.1-2010的規定。聚乙烯管件嚴禁采用焊制管件，聚乙烯管材和管件存放期不得超過《聚乙烯燃氣管道工程技術標準》CJJ63-2018的要求。鋼塑轉換管件應符合現行國家標準GB26255.1-2010的規定。

（2）室內燃氣管道。室內低壓燃氣管道選用熱鍍鋅鋼管，其質量應符合現行國家標準《低壓流體輸送用焊接鋼管》GB/T 3091-2015的規定。

（3）在下列場所敷設燃氣管道時采用無縫鋼管焊接。調壓箱（柜）進出口處、地下室、半地下室內、地上密閉房間（含無直通室外的通風窗口的房間）、設備層及豎井，住宅汽車庫、室內中壓管道、地上架空中壓燃氣管道，在避雷保護范圍以外的屋面上的燃氣管道和沿食堂外墻架設的燃氣管道。

2.3 閥門

（1）室外燃氣管道上閥門的選用。室外埋地鋼制燃氣管道上選用直埋焊接式閘閥，室外埋地PE燃氣管道上選用直埋PE球閥。

（2）室內燃氣管道上閥門的選用。室內燃氣絲扣連接的管道上選用絲扣球閥（內螺紋）、焊接連接的管道上選用法蘭球閥。

（3）中壓燃氣干管埋地閥門兩側設置放散管。

2.4 管道敷設要求

（1）《城鎮燃氣設計規范(2020年版)》GB50028-2006第6.3.3條規定了地下燃氣管道與建筑物、構筑物或相鄰管道之間的水平和垂直凈距，設計時應滿足相關要求[1]。

（2）地下燃氣管道穿過排水管（溝）、熱力管溝、聯合地溝、隧道及其他各種用途溝槽內穿過時，應將燃氣管道敷設于套管內，套管伸出構筑物外壁不應小于《城鎮燃氣設計規范》GB50028-2006（2020年版）表6.3.3-1中燃氣管道與該構筑物的水平凈距。套管兩端應采用柔性的防腐、防水材料密封。

（3）燃氣管道穿越機動車道時，采用“車行道管溝”保護。

（4）室外燃氣管網支狀布管,車行道下干管覆土不小于0.9m。地下燃氣管道與給水管道距離不小于0.5m，與排水管道距離不小于1.2m，與電力電纜距離不小于0.5m，距街樹中心距離不小于0.75m，建筑物基礎距離不小于1m，并應盡量避開或遠離上、下水井及化糞池。

（5）警示帶及聚乙烯管示綜線的設置。埋地聚乙烯管道在管頂上方300～500mm 處（但不得敷設在路面結構層內）敷設專用聚乙烯薄膜警示帶，緊貼管道上方敷設雙金屬示蹤線。

（6）標志樁（牌）的設置。1）埋地管線標志樁（牌）的設置位置：設計燃氣管道起點及終點；新舊燃氣管道連接點；主管分支點；支管末端、管線轉折點及切點；直線管段和圓弧管段上每隔40～50m設置一個。2）設置在人行道和車行道的標志牌和地面平齊，設置在綠化帶的標志樁樁頂高出地面不小于150mm。

2.5 管道防腐

室外埋地鋼質管道采用三層PE加強級防腐，埋地PE管不另作防腐。室內熱鍍鋅鋼管防腐做法：切除外露的密封材料后，外露的螺紋、管道表面或配件鍍鋅層受損之處，先涂富鋅漆一道、再涂面漆兩道[2]。

2.6 調壓裝置的設置

本工程選用調壓箱（懸掛式），自然條件允許的情況下，宜設置在露天，但應設置護欄、車檔等措施，且需做靜電接地。

圖1 調壓箱流程示意圖

安裝在用氣建筑物（食堂）的外墻壁上或懸掛在專用的支架上。箱底距地坪的高度宜為1.0～1.2m。（進口管徑不大于DN50）。但不得安裝在建筑物的窗下和陽臺的墻下及室內通風機進風口的墻上；距離建筑物的門、窗及其它通往室內的孔槽的水平凈距不得小于1.5m，安裝調壓箱的墻體應為永久性的實體圍墻，其建筑物耐火等級不得小于二級。

2.7 其他

廚房設置必要的泄壓設施，泄壓面積不得小于廚房面積的10%，且泄壓方向不得朝向人員聚集的場所、房間和人行通道，泄壓處也不得與這些地方相鄰[3～4]。

燃氣放散管管口應高出屋脊(或平屋頂)1m以上或設置在地面上安全處，并應采取防止雨雪進入管道和放散物進入房間的措施。

3 市政焦爐煤氣埋地管道設計要點

以新余鋼鐵股份有限公司科創中心項目為例，本項目含新建7#食堂燃氣外網工程，原有管道與改道后的新焦爐煤氣管道連通后，經環山區中壓管道供應新鋼公司生活區各用戶。食堂氣源接自擬建的DN400后中壓焦爐煤氣管道(工作壓力35kPa左右)，長度約600m。設計總用氣量為100m3/h，無其他預留。本工程新建1座RX120/0.4C落地式調壓柜，出口壓力設定約3300Pa，用氣灶具額定壓力為3000Pa。燃氣管道的設計工作年限為30年。

3.1 輸送介質及性質

輸送介質：焦爐煤氣；氣源（接駁點）壓力：約35kPa；相對密度：0.3624(空氣≈1)；低熱值：約17.2MJ/Nm3；設計壓力：調壓器前為0.1MPa，調壓器后為9500Pa。

3.2 管材及管件

本工程中壓庭院管道選用無縫鋼管，應符合現行國家標準《輸送流體用無縫鋼管》GB/T8163-2018的規定。

管件采用《鋼制對焊管件類型與參數》GB/T12459-2017、《鋼制對焊管件技術規范》GB/T13401-2017和《可鍛鑄鐵管路連接件》GB/T3287-2011。

3.3 管道安裝

（1）無縫鋼管采用焊接連接。

（2）焊接施工前，應制定詳細的焊接工藝指導書， 并據此進行焊接工藝評定，然后根據評定合格的焊接工藝編制焊接工藝規程[5]。

（3）管道焊縫位置、坡口形式及加工、對接焊件的組對要求等均應符合《現場設備、工業管道焊接工程施工規范》GB50236-2011的要求。

（4）焊條焊絲材質應與母材材質性質相同或相近。

（5）室外管道焊縫外觀質量不得低于現行國家標準現《場設備、工業管道焊接工程施工質量驗收規范》GB50683-2011要求的Ⅱ級質值要求，焊縫100%外觀檢查；室外焊縫內部質量應符合《承壓設備無損檢測第2部分：射線檢測》NB/T47013.2-2015規定的Ⅲ級質量要求，焊縫X射線探傷的數量不小于焊縫總量的30%。

室內焊縫內部質量應符合《承壓設備無損檢測笫2部分：射線檢測》NB/T47013.2-2015規定的Ⅱ級質量要求；固定焊口為100%；活動焊口為10%。焊縫X射線探傷的數量不小于焊縫總量的30%。

（6）明敷的燃氣管道應采用支（吊）架固定，燃氣鋼管的固定件間距不應大于《城鎮燃氣室內工程施工與質量驗收規范》CJJ94-2009中4.3.27.5的規定，焊縫距支、吊架凈距不應小于50mm[6]。

（7）管道下溝前必須對防腐層進行100%的外觀檢查，回填前應進行100%電火花檢漏[7]。

（8）施工時應保證地下燃氣管道與相鄰管道及建、構筑物之間的水平和垂直距離滿足規范及安全要求。

（9）燃氣管道穿墻、出地面均應加保護套管。

3.4 管道防腐

鋼管防腐前應清除被涂表面的鐵銹、焊渣、毛刺、油、水等污物；管道除銹至Sa2.5級；焊縫處的防腐，應在壓力試驗合格后進行。

（1）埋地鋼管防腐

1）埋地鋼管應采用聚乙烯膠粘帶加強級防腐，應滿足《鋼制管道聚烯烴粘膠帶防腐層技術標準》SY/T0414-2017的要求。防腐層厚度不應小于1.4mm，搭接寬度為防腐膠帶寬度的50%-55%。

2）鋼制彎頭及三通等附件、鋼套管的防腐層不應低于管體的防腐等級和性能要求。

3）管道補口采用熱伸縮套進行補口防腐；管道對接焊縫采用熱伸縮套防腐；對法蘭連接處采用牛油布和牛油膩子進行防腐后方可埋地。

4）鋼塑過渡連接完成后，其金屬部分應按照上述要求采用聚乙烯膠粘帶進行加強級防腐。

（2）明敷鋼管防腐

明敷鋼管先刷紅丹底漆兩道然后再外罩面漆兩道。

3.5 閥門安裝

閥門安裝前應按設計要求核對型號，公稱直徑，公稱壓力，檢查閥體、零件等有無砂眼、裂紋等。

閥門安裝前應按要求試壓，應按其產品的標準要求單獨進行強度和嚴密性試驗，經試驗合格的設備、附件應做好標記，并應填寫試驗記錄。

3.6 防雷及其他

燃氣管不得布置在屋面上的檐角，屋檐，屋脊等易受雷擊的部位，并按照《城鎮燃氣室內工程施工與質量驗收規范》CJJ94-2009連接建筑物避雷網，如在保護范圍外另設避雷設施。

燃氣設備必須具有點火、再點火和燃燒火焰（意外）熄火時自動切斷氣源的保護裝置。

根據《工業企業煤氣安全規程》（GB6222-2005）第7.3.1.2條設置，燃氣放散管口高出食堂屋面不小于4.0m，且離地面不小于10m。

4 結論與建議

在設計過程中，需要提升其安全性、合理性、美觀性，提升居民生活的便利性、舒適性。本文通過介紹市政天然氣和焦爐煤氣管道設計要點，以期為燃氣工程設計提供參考。建議在燃氣工程設計中，設計人員要對多個方面的內容進行分析，運用科學的設計方案提升燃氣工程的設計質量，確保管道運行安全。