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規范》中，天然氣等城市工程管線可納入綜合管廊。對傳統天然氣管道和天然氣管道入廊進行了比較，簡述了國內外天然氣入廊的發展概況，介紹了天然氣管道入廊相關設計規定，并通過某工業園區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年下發了《關于加強城市基礎設施建設的意見》（國發[2013]36號）。其后兩年，國務院辦公廳下發了《關于加強城市地下管線建設管理的指導意見》(國辦發[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 [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 傳統與現代的比較

傳統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。

地下水及有害物質的腐蝕，有可能對管道產生破壞。一旦發現管道泄漏，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。傳統天然氣管道直埋，已經不能適應現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構物中，避免地下水與有害物質的侵蝕。同時，可對管道實施全天候監控。一旦發生泄露，會產生報警提醒，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，會產生煙霧和粉塵，對施工人員傷害大，需打開排風系統排煙。

2 國內外天然氣入廊的發展概況

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。經過幾十年的運行，并沒有出現重大的安全事故。國內上海浦東張楊路、上海安亭新鎮、北京中關村西區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定

天然氣管道入廊，除滿足一般管廊的相關規定外，還需滿足天然氣管道艙室的特殊技術要求。結合《城市綜合管廊工程技術規范》（GB 50838-2015）（以下簡稱《規范》），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）規劃設計：根據《規范》4.3.4條，天然氣管道應在獨立艙室內敷設。

（2）總體設計：根據《規范》5.1.5條，含天然氣管道艙室的綜合管廊不應與其他建（構）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生火花的材料。

（3）節點設計:根據《規范》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）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《規范》6.4.1條，天然氣管道設計應符合現行國家標準《城鎮燃氣設計規范》GB 50028的有關規定。6.4.2條，天然氣管道應采用無縫鋼管等。

（5）消防系統設計：根據《規范》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）通風系統設計：根據《規范》7.2.1條，綜合管廊宜采用自然進風和機械排風相結合的通風方式。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通風區間、截面尺寸并經計算確定，且應符合下列規定：1.正常通風換氣次數，不應小于2次/h，事故通風換氣次數不應小于6次/h；2.天然氣管道艙室正常通風換氣次數不應小于6次/h，事故通風換氣次數不應小于12次/h；3.艙室內天然氣濃度大于其爆炸下限濃度值（體積分數）20%時，應啟動事故段分區及其相鄰分區的事故通風設備。7.2.5條，綜合管廊的通風設備應符合節能環保要求。天然氣管道風機應采用防爆風機等。

（7）供電系統設計：根據《規范》7.3.4條，天然氣管道艙內的電氣設備應符合現行國家標準《爆炸危險環境電力裝置設計規范》GB 50058有關爆炸性氣體環境2區的防爆規定。7.3.5條，天然氣管道艙內的檢修插座應滿足防爆要求，且應在檢修環境安全的狀態下送電。7.3.8條，含天然氣管道艙室的接地系統尚應符合現行國家標準《爆炸危險環境電力裝置設計規范》GB 50058的有關規定。

（8）照明系統設計：根據《規范》7.4.2條，安裝在天然氣管道艙內的燈具應符合現行國家標準《爆炸危險環境電力裝置設計規范》GB 50058的有關規定。

（9）監控與報警系統設計：根據《規范》7.5.8條，天然氣管道艙應設置可燃氣體探測報警系統，并應符合下列規定：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）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動控制器聯動啟動天然氣艙事故分區及其相鄰分區的事故通風設備；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）的25%；5.應符合國家現行標準《石油化工可燃氣體和有毒氣體檢測報警設計規范》GB 50493、《城鎮燃氣設計規范》GB 50028和《火災自動報警系統設計規范》GB 50116的有關規定。

（10）排水系統設計：根據《規范》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

某工業園區亟待開發，為提高地下空間利用率，實現園區可持續發展的目標，在響應國家綜合管廊政策導向下，全面推進園區核心地塊范圍內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

園區綜合管廊主體結構為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 園區管廊斷面圖

根據《規范》，天然氣管道應在獨立艙室內敷設。綜合管廊標準斷面內部凈高應根據容納管線的種類、規格、數量、安裝要求等綜合確定，不宜小于2.4 m。單側設置支架或管道時，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），單側通道寬度不小于1.0 m。艙室頂部設置消防噴淋設施，側壁設置橋架盒，為自用電氣、通訊、監控設施提供空間。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、閥件系統設計壓力應按提高一個壓力等級設計。天然氣調壓裝置不應設置在綜合管廊內。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作為一個防護區，選用熱氣溶膠自動滅火系統，同時以手提式磷酸銨鹽干粉滅火器為輔助滅火設施。每個防護區內氣溶膠的設計滅火密度140 g/m3，單臺氣溶膠預制滅火系統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。以單個防火分區作為一個通風分區，每個通風分區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，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。平時通風系統兼作事故通風系統，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，百葉窗均內襯10 mm×10 mm鋼絲網。

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

4.6 供電系統設計

艙室內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）、監控及檢修設施等。其中風機、排水泵、應急照明、監控、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（200 m）內設置一臺普通照明動力柜，布置于逃生口上層，負責單個防火分區內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，負責單個防火分區內的應急照明、自控電源、火災報警電源的配電。燃氣艙內的箱柜均采用防爆型。

4.7 照明設計

綜合管廊內設一般照明、應急照明、疏散照明，綜合管廊內應急照明兼做一般照明。

燃氣管道艙室的綜合管廊內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 可燃氣體報警系統設計

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

可燃氣體探測報警系統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組成。

5 設想

根據《規范》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。

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，轉彎部位較多，交叉口位置，直角轉彎也很多見。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，節約造價。聚乙烯管，為柔性材質，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，控制管廊內溫度，做好消防噴淋措施[4]。

6 結語

天然氣管道入廊，牽涉專業較多。在設計過程中，需與各相關單位深入細致地溝通，做好管線單項與結構及總體的配合。天然氣入廊，與傳統直埋相比，優勢明顯。隨著國家的大力推廣和管廊建設經驗的不斷累積，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, 2015,6（1）:128-130.

[3]GB 50838-2015，城市綜合管廊工程技術規范[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。