管廊隧道在國內煉化企業廠際間的首次規模化成功應用

顧朝紅

（中海石油寧波大榭石化有限公司，浙江 寧波 315812）

0 引言

大榭石化為實現資源綜合利用，進一步延伸產業鏈，提高餾分油產品附加值，提升企業競爭力，利用兩套已建成的300 萬t/a 瀝青裝置一次加工生產的直餾蠟油和常壓渣油為原料，在大榭島規劃建設三期餾分油綜合利用項目，新建催化裂解、產品精制、氣體分餾、連續重整、原料加氫、乙苯、苯乙烯、芳烴抽提、PSA 等15 套生產裝置及部分輔助配套系統。受規劃用地限制，三期餾分油綜合利用項目新建裝置區和老廠區以及原料、產品罐區分成兩個區域布置，相隔約2.5 km，中間隔著一座山體。為實現兩個區域物料相互輸送，需要采用管廊進行連通。根據項目所在地大榭島現狀，管廊設置只有沿環島公路建設和在山體內挖掘隧道建設管廊兩種方案。若按環島公路建設管廊，一是通行車輛較多，在管廊敷設的眾多危化品物料管線存在安全隱患；二是環島公路兩側預留空地不足，且山坡多，不能完全滿足設計規范的安全距離要求；三是管廊途經區域較長，需穿越征地紅線外的公共區域，公共區域的管廊需由政府出資建設公共管廊，公共管廊管位長期租賃租金費用較高。而采用在山體內挖掘隧道建設管廊方案，不僅能很好地解決上述問題，且管廊建設距離可由2.5 km 縮短至1.4 km左右，大大節省了管廊建設費用、管材費用以及后期生產運行時物料輸送的能耗。經踏勘研究和方案比選，最終采用了管廊隧道建設方案。

1 管廊隧道基本情況

1.1 隧道縱斷面設計

隧道進口位于山體西側，出口位于山體東側，為單洞隧道，縱斷面采用 “一字坡” ，以+5 m 高程進洞，進洞后設置0.81%的坡度至出洞口，最終以高程+16 m 出洞，由西至東穿越山體，全長1 358.088 m，縱斷面如圖1 所示。縱坡設置主要考慮滿足邊溝水自然排泄、避免洞外路基水倒灌進入隧道以及滿足管廊工藝要求為原則。

圖1 管廊隧道縱斷面布置圖

1.2 隧道橫斷面設計

隧道斷面采用三心圓曲墻形式，隧道內輪廓尺寸為15.7 m×10.5 m（寬×高）。

有效凈寬：5.25 m×2 管廊寬度+0.6 m 左側向寬度+3.0 m 檢修車道+0.3 m 檢修車道右側消控設備空間+0.3 m 疏散通道隔離墻厚度+1 m 疏散通道寬度。

有效凈高：10.5 m（管廊立柱高度+ 管道檢修空間+仰拱）。

隧道內路面采用耐久性良好的C35 素混凝土路面，隧道路面板以中心線為分界往兩側設置0.5%的建造橫坡，兩側邊墻均設置排水溝。隧道右側檢修車道考慮行車要求，凈寬保證滿足2.50 m，該側排水邊溝設置蓋板。隧道內檢修車道主要為大修所用，根據相關規范，車輛寬度按2.50 m 考慮，為保證行車安全和通行能力，結合隧道開挖斷面寬度，檢修道按3.00 m寬設置，橫斷面如圖2 所示。

圖2 管廊隧道橫斷面布置圖

1.3 隧道逃生通道設置

在隧道一側利用部分空間單獨設置一條緊急疏散逃生通道，作為火災工況下人員疏散逃生使用，并滿足相關規范對疏散距離要求。逃生通道寬度設計為1.0 m，高度2.2 m，采用結構墻與檢修道隔離開，結構墻不考慮防爆及防沖擊功能，耐火極限不低于3.0 h。通道內部設置疏散逃生指示燈、火災疏散照明和應急廣播。疏散逃生通道結構隔離墻上間隔50 m 設置一處出入口，共設置26 個出入口，出入口安裝甲級防火密閉門，防火門入口處設置防止液體流入的措施。

1.4 隧道內管廊布置情況

隧道內設10.5 m 寬管廊，為3 柱2 跨，固定管架間距為4 m，其余管架間距均為6 m，隧道內共設有240 排管架。管廊共設置五層：第一層為地面層，采用管墩敷設，管墩高出隧道地面0.4 m；第二層為管架一層，標高為2.5 m；第三層為管架二層，標高為4.0 m；第四層為管架三層，標高為5.5 m；第五層為管架四層，標高為7.0 m。管架采用鋼結構，平臺、走道鋪鋼格板。鋼結構防腐按一般化工大氣及鹽霧腐蝕設計，所有鋼結構均應除銹后刷防腐涂料，防腐年限不小于4 年。基于結構安全性、耐久性、防水性能等綜合考慮，管廊支架單側立柱采用獨立結構設置，管廊基礎與隧道仰拱回填一并考慮。隧道管廊是連接大榭石化新建裝置區和老廠區的廠際間系統管廊，敷設的工藝管道包括原料管道、中間原料管道、成品管道、可燃氣體管道、燃料氣管道、堿液、氫氣、蒸汽、氮氣、污水、污油、消防水等共計80 根管道，管徑從DN50～DN1300 不等。

1.5 隧道抗震設計

隧道設計基本地震加速度為0.10g，抗震設防烈度為7 度。具體抗震措施為：洞門與二襯環向采用鋼筋連接；隧道洞口段、淺埋偏壓段、軟弱圍巖段、斷層破碎段采用C30 鋼筋混凝土結構，設防范圍適當向兩端圍巖質量較好的地段延伸10～20 m；襯砌背后空洞壓注水泥砂漿進行充填。結構設計使用年限為50 年。

2 管廊隧道安全配置

2.1 電氣系統設置

隧道內主要負荷類型有隧道照明、射流風機、加壓送風機、檢修用電等，總用電負荷約為200 kW，如表1 所示。沿檢修通道一側間隔200 m 左右設置一個檢修插座電源箱，由低壓配電柜提供一路電源供電。隧道負荷等級按一級負荷考慮，在隧道兩端洞口外適當位置分別設置雙電源動力柜接引2 路0.4 kV 電源集中供電。低壓配電系統采用三相四線制，接地型式采用TN-S 系統。

表1 管廊隧道內負荷一覽表

隧道內設置安全運行、檢修用照明，照明光源采用節能熒光燈和高壓鈉燈，照明標準值暫按15 lx 進行設計。隧道內人員通道設置應急照明燈和逃生指示燈，應急照明燈照明標準值按0.5 lx 設計，逃生指示燈按每隔20 m 一處進行設置。

根據隧道內設備使用場所的危險介質及其所處的區域，分區劃分為2 區，防爆等級不小于Ⅱ級。因隧道內有氫氣管線，所有電氣設備均采用ⅡC 類等級防爆型設備，同時滿足隧道防潮、防塵、防腐蝕等特殊要求，防護及防腐等級均采用苛刻條件等級要求。

電氣線路均采用額定電壓不低于750 V 的阻燃A 類耐火銅芯鎧裝電力電纜，電纜要求防潮、防油污。線路敷設沿危險性低的一側或一方沿橋架或穿管保護敷設，電氣敷設管路采用防腐、防爆型。

2.2 通風系統設置

管廊隧道內配置SDS（R）-10-4P-8-27°防爆型雙 向 射 流 風 機8臺（推 力730 N/ 臺，18.5 kW/臺），前后側配置2D 長度的消聲器。管廊隧道內每150 m 設置一臺射流風機，射流風機直接懸掛在隧道頂部。為考慮設備的防火防腐條件，選擇耐腐蝕的不銹鋼防爆風機和防爆電機，并要求風機在280 ℃時運行時間不小于1 h。

為防止疏散時煙霧侵入疏散通道，對疏散通道設置正壓送風防煙系統，送風量按維持疏散通道正壓25～30 Pa 設置，疏散通道正壓送風機配置HTF-10 型混流風機2臺（風量37 000 m3/h，風壓920 Pa，15 kW/臺），分別設置在隧道兩洞口，火災時直接從室外新鮮空氣處進風。

風機控制要求：管廊隧道正常運行工況下，可根據有害氣體報警濃度，定時或按需進行機械通風換氣；管廊隧道火災工況時，原則上隧道通風系統停止運行，滅火后啟動通風系統換氣排除煙霧。平時換氣次數不小于6次/h，事故換氣次數不小于12次/h。疏散通道的正壓送風機應能與消防報警系統聯動啟動，風機的控制和聯動均受控于火災報警監控系統。

2.3 消防系統設置

（1）消防設施。隧道內每間隔30 m 左右設1 個消火栓箱，消火栓箱內分別配備一套消火栓、一套水成膜泡沫裝置、2 支開花/直流兩用水槍、2 卷消防水帶以及3 具4 kg ABC 類干粉滅火器，所有滅火器消防設備箱體均采用不銹鋼鋼板制作。

（2）消火栓給水系統。隧道消防管分別從隧道進出口裝置區域的消防主管上接出2 條 DN150 的管道，架設在隧洞右側檢修通道側墻上部的橋架處，在隧道內形成環狀管網[1]，當其中1 條進水管發生事故時，另1 條進水管仍能供應全部消防用水量。該給水系統消防主管每隔5 個消火栓設閥門以利于檢修。水槍充實水柱不小于10 m，保證隧道檢修道內任何一點均有2 股水柱同時到達。管網內的壓力除了滿足消火栓所需壓力外，還需維持水成膜泡沫滅火裝置的壓力要求，消火栓栓口處出水壓力大于0.5 MPa 采用減壓、穩壓消火栓，在隧道的進出口各設2 個DN150 消防水泵接合器和2 個室外消火栓。

（3）水成膜泡沫滅火系統。除隧道內每處消火栓箱內配備水成膜泡沫滅火裝置外，在管廊隧道兩端距出入口15 m 范圍內各設置高倍數泡沫發生裝置，并在出入口外各設置一個與高倍數泡沫發生裝置連接的水泵接合器。

（4）蒸汽滅火系統。在隧道內設有半固定式蒸汽滅火系統，用于對初期火災的控制及小火災的撲滅，直接從隧道內的蒸汽總管上每隔30 m 引出一個DN20 的分支作為蒸汽快速接頭，用耐熱膠管進行連接。

（5）光纖光柵感溫探測系統。隧道內安裝光纖光柵感溫探測系統，光纖光柵感溫探測器敷設在隧道頂部，探測器間距為6 m，控制器設置在廠區控制室內，光纖光柵控制器和火災報警控制器聯網。在檢修通道一側的管廊立柱上，每隔50 m 設置1 個手動報警按鈕。

2.4 視頻安防監控系統設置

為便于控制室的值班人員能清楚地觀察隧道出、入口情況，及時獲得進出隧道人員及檢修車輛的信息，在隧道出入口處分別設置一臺帶有彩色/黑白自動轉換、自動光圈、變焦鏡頭、全天候防護罩的低照度攝像儀。為保證圖像質量，采用光纖傳輸，配置相應的光纜和光端機，將視頻信息統一上傳至廠區控制中心，進行集中監控。控制中心可發出指令遙控云臺轉動，可調節光圈、焦距，用以全面了解隧道洞口處的實時狀況。

2.5 可燃氣體、有毒氣體報警系統設置

隧道內管廊上每隔200 m 設置一處可燃氣體及有毒氣體濃度檢測報警器[2]和火災危險報警儀，在隧道兩端入口設置現場PLC 控制箱，控制箱設置報警蜂鳴器及報警燈，并與消防控制室連鎖，納入全廠的火災、可燃氣體檢測系統，一旦發生事故，便于啟動應急預案。

2.6 防物料泄漏設置

為避免出現物料泄漏點，減少事故發生，隧道內所有管道采用焊接連接方式，管道補償采用自然補償方式。管道在隧道內不設導淋、排液、放空等釋放點，隧道內危險化學品管道選擇相對較高安全等級材料，焊口進行100%無損檢測。在管廊隧道兩端設置切斷閥[3]，可在事故狀態下切斷管廊物料，切斷閥具備手動、電動關閉功能，切斷閥信號引入DCS 系統，可由DCS 控制閥門開關。

2.7 結構防火設置

隧道側墻和內壁采用防火涂料進行飾面，隧道耐火等級為一級，主體結構耐火極限不低于3.0 h，管廊鋼結構構件設置防火層，耐火涂層采用無機厚涂型鋼結構防火隔熱涂料，耐火極限不低于1.5 h。結構的耐火涂層與其底層的防腐涂層配套使用。

2.8 隧道防排水設置

為使隧道洞內達到干燥要求，洞門邊坡外的雨水或山泉水等根據地形條件順地勢設置截水溝引流排走，兩端洞口朝洞外均設置下坡，避免路基水流入隧道內。隧道暗洞防排水采用防水板、環向排水管、縱向排水管、橫向引水管與兩側邊溝相連，具體做法均參考常規隧道防排水。防洪設計按當地100 年一遇洪水位設防。

3 管廊隧道安全運行管理措施

由于隧道內管路布置較密集且隧道較長，火災危險性較高，存在人員中毒窒息風險。另外，檢修和巡檢人員進入后時間較長，為了保障工作人員的勞動安全衛生，對管廊隧道的運行制定了相關安全管理規定，具體如下：

（1）管廊隧道納入生產區域進行管控，嚴禁外來人員和無關人員私自進入，操作人員每個班次對管廊隧道開展一次巡檢；

（2）本隧道為廠區工藝管廊隧道，建成后僅通行檢修及巡檢車輛，平時不允許任何車輛進入，檢修車輛進入時必須安裝防火罩并配備ABC 類干粉滅火器；

（3）進入管廊隧道時嚴禁攜帶打火機、香煙、易燃易爆及有毒物品，必須穿戴所需勞動保護用品，對講機防爆等級必須選用ⅡC 類；

（4）管廊隧道內的風機、照明、監控、消防設備等的控制，均通過隧道洞口配電柜內預留的遠方控制端口控制，接入遠方控制和聯動自動控制，由值班操作室進行運行管理；

（5）管廊隧道正常生產期間原則上嚴禁任何明火作業，確需動火的按特級動火作業票進行審批；

（6）管廊隧道每年對所有管道進行壁厚檢測和外觀腐蝕[4]檢查，防止管道沖刷減薄超標。

（7）部署智能特種機器人系統對管廊隧道進行巡檢來替代人工巡檢，能精準識別管廊隧道內氣體泄漏、人員違規行為、設備狀態異常和環境不安全等因素，將巡檢數據實時傳回中控室，實現巡檢可視化管控。

4 結語

管廊隧道在大榭石化從建成到目前已安全運行超過2 個裝置大檢修周期，在這期間，未發生介質泄漏及報警情況。隧道內的管線進行了2 次吹掃置換并進行了壓力管道定檢及返修，從壓力管道檢測結果來看，管道沖刷減薄現象均在允許范圍之內，基本上不存在焊口缺陷。鋼結構及管道表面腐蝕均與隧道外管線一致，無明顯異常，管道因吹掃及熱脹應力存在過輕微移位，經大檢修期間消缺已復位。在管廊隧道運行期間，因后續新建項目建設需要，隧道內又新增了2 根物料管線。新增的智能管廊巡檢機器人，既減少了人工巡檢勞動強度，又提高了巡檢效率、精準度和巡檢頻率。在平時對管廊隧道的應急消防演習中，又引進了消防機器人，用消防機器人替代人員進入隧道進行火災撲救，保護消防人員安全。存在的不足是管廊隧道內設有渣油類高溫物料管線，在夏季時因散熱不良會導致隧道內溫度較高，達不到人員長時間動火檢修條件，如必須進行焊接動火等高溫作業，需采取人員輪流作業。管廊隧道與隧道外管廊在維護上無明顯差別，無需采取額外維護措施。經過從建成投用到目前正常運行的時間檢驗，管廊隧道的經濟性和安全性均達到了要求，大榭石化四期項目又重新建設了新的管廊隧道。