大型石油化工隧道管廊的安全消防設(shè)計(jì)

朱旭東

摘 要：隨著石油化工企業(yè)生產(chǎn)規(guī)模和廠區(qū)占地面積的不斷壯大，作為轉(zhuǎn)運(yùn)石油化工物料關(guān)鍵設(shè)施的管道管廊，也從一般的地面建設(shè)開始向隧道內(nèi)建設(shè)這種形式發(fā)展。隧道管廊作為一種特殊形式的構(gòu)筑物和化工生產(chǎn)設(shè)施，與一般意義上的交通隧道和一般意義上的管廊截然不同，其綜合具有封閉性、情況不明性、聯(lián)絡(luò)與救援困難、局部狹長(zhǎng)范圍內(nèi)危險(xiǎn)化學(xué)品高度集中、結(jié)構(gòu)和管道設(shè)施交錯(cuò)復(fù)雜、通風(fēng)照明及交通救援受限、基礎(chǔ)設(shè)施維護(hù)不便、火災(zāi)消防安全隱患極大，且事故后果嚴(yán)重等多重特點(diǎn)。目前我國(guó)對(duì)于這種特殊類型生產(chǎn)設(shè)施的安全消防設(shè)計(jì)規(guī)范尚未成熟，研究較少，中海石油大榭石化在2016年建成投產(chǎn)的廠際間隧道管廊工程，在這個(gè)領(lǐng)域總結(jié)出一定設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，為今后繼續(xù)開展石油化工隧道管廊及類似城市地下通廊等大型封閉式公用工程、儲(chǔ)運(yùn)設(shè)施的安全消防設(shè)計(jì)提供了很好的借鑒與參考。

關(guān)鍵詞：隧道 管廊 石油化工 安全 消防

中圖分類號(hào)：TU990 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2017）01（c）-0033-05

2016年3月中海石油寧波大榭石化建成投產(chǎn)了一座大型石油化工廠內(nèi)物料隧道管廊，該項(xiàng)目的順利運(yùn)行，標(biāo)志了多個(gè)跨專業(yè)工程技術(shù)難題的重大突破。為今后繼續(xù)開展隧道管廊及類似地下通廊等大型封閉式公用工程、儲(chǔ)運(yùn)設(shè)施的消防設(shè)計(jì)提供了很好的借鑒與參考。大榭石化隧道管廊作為餾分油綜合利用項(xiàng)目的子項(xiàng)目，是大榭石化為化解用地限制，連通分布在山區(qū)兩側(cè)布置的廠區(qū)和罐區(qū)，進(jìn)行物料輸送的重要工程。一方面解決了沿環(huán)島社會(huì)公路建設(shè)管廊，風(fēng)險(xiǎn)隱患多，安全間距不滿足設(shè)計(jì)規(guī)范要求的問(wèn)題，同時(shí)將管廊建設(shè)距離由2.5 km縮短至1.3 km左右。

1 隧道管廊基本設(shè)計(jì)情況

1.1 隧道本體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)情況

該隧道進(jìn)口位于大榭島開發(fā)區(qū)太平村東，出口位于環(huán)島北路及原大榭廠區(qū)西側(cè)，全長(zhǎng)1326 m，寬度16.2 m，高度為10.5 m，開挖斷面225 m2。隧道縱坡為“一”字坡，坡度為：0.81%。隧道進(jìn)口高程：+5.000m，出口高程：16.000 m。采用復(fù)合式襯砌，二次襯砌采用C35防水鋼筋混凝土（大于45 cm）。隧道穿越出露地層為中生界侏羅系上統(tǒng)西山頭組（J3x）含角礫凝灰?guī)r，穩(wěn)定性較好，以Ⅱ～Ⅳ級(jí)為主。隧道采用復(fù)合式襯砌，設(shè)計(jì)支護(hù)參數(shù)選擇以工程類比為主，并進(jìn)行理論分析計(jì)算（有限元、荷載-結(jié)構(gòu)法）進(jìn)行校核；主體結(jié)構(gòu)耐火極限不應(yīng)低于2 h，復(fù)合式襯砌按照新奧法原理進(jìn)行設(shè)計(jì)和施工。初期支護(hù)：由工字鋼拱架，徑向錨桿（管）、小導(dǎo)管、鋼筋網(wǎng)及噴射混凝土組成；鋼拱架之間用縱向鋼筋連接，并與徑向錨桿及鋼筋網(wǎng)焊為一體，與圍巖密貼，形成承載結(jié)構(gòu)。二次襯砌：C35、P10模筑鋼筋混凝土（大于45 cm）。

1.2 管廊管架及工藝管道設(shè)計(jì)情況

1.2.1 管架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)情況

管架總長(zhǎng)1360 m，橫軸240個(gè)軸線，每36 m設(shè)1處伸縮縫，每80 m設(shè)1處固定架水平推力按15 t設(shè)計(jì)，間距4 m，活動(dòng)架間距6 m水平推力按1 t設(shè)計(jì)?？v軸3個(gè)軸線間距5 m。管架斷面及地面管墩共5層布置，管架層間距1.5 m，管墩層高2.2 m，管架頂標(biāo)高7 m。管架基礎(chǔ)及管墩采用C30混凝土澆筑，管墩間采用8 cm厚C30混凝土填灌，地腳螺栓材質(zhì)為未經(jīng)熱加工的Q235-B，螺母和墊片材質(zhì)與地腳螺栓相同，地腳螺栓均帶雙螺母。管架基礎(chǔ)頂面露出隧道面層200 mm，管架基礎(chǔ)地基承載力>300 kPa。管架結(jié)構(gòu)材料采用Q235-B，焊條采用E43系列，焊縫高度≥6 mm，對(duì)接焊縫的質(zhì)量等級(jí)為II級(jí)，角焊縫質(zhì)量等級(jí)為III級(jí)，H型鋼主要規(guī)格H350×350×12×19、H294×200×8×12、H244×175×7×11，管架鋼結(jié)構(gòu)總量2 300 t。管架檢修通道采用鋼格板，型號(hào)G255/30/100FG。

1.2.2 工藝管道設(shè)計(jì)情況

隧道內(nèi)管廊鋪設(shè)煉油廠工藝及熱力、給排水、消防管道共80根，管徑范圍DN50-DN1300管道內(nèi)介質(zhì)操作壓力范圍0.05～2.2 MPa，介質(zhì)火災(zāi)危險(xiǎn)性范圍，乙類占70%、甲類占16%、丙類占9%，其余為蒸汽、消防水等非危險(xiǎn)化學(xué)品。

隧道管廊中火災(zāi)危險(xiǎn)性質(zhì)為乙A類以上關(guān)鍵危險(xiǎn)性的物料介質(zhì)管道共30根，見表1。

整個(gè)隧道管廊上管道的管徑設(shè)計(jì)按SH/T3108-2000經(jīng)濟(jì)流速選取?？扇冀橘|(zhì)管道按SH3501-2011進(jìn)行施工及驗(yàn)收、其余管道按GB50235-2010、GB50184-2011進(jìn)行施工及驗(yàn)收。防腐保溫設(shè)計(jì)方面，甲醇管道采用外涂防曬防腐涂料，苯管道采用熱水伴熱保溫，常壓渣油、催化油漿、蠟油、重污油等管道采用蒸汽伴熱保溫，苯乙烯管道采用保冷材料?？扇夹詺怏w放空管道坡向隧道管廊入口設(shè)置的凝液罐，坡度不小于2‰，隧道內(nèi)其它位置不設(shè)置分液罐，隧道內(nèi)可燃易燃介質(zhì)管道不設(shè)閥門、法蘭及膨脹節(jié)，全部采用自然補(bǔ)償。所有管道焊縫除按照相關(guān)規(guī)范進(jìn)行檢測(cè)以外，全部進(jìn)行100%無(wú)損超聲波探傷檢測(cè)，以保障施工質(zhì)量。蒸汽伴熱管道的凝結(jié)水回收處理。為提高管道安全性，隧道內(nèi)管道設(shè)計(jì)均采用加厚管道，隧道通過(guò)液體管道兩端均設(shè)截?cái)嚅y。

另外為避免隧道內(nèi)管道長(zhǎng)期運(yùn)行，發(fā)生因管道固有設(shè)施設(shè)計(jì)薄弱而產(chǎn)生的泄漏隱患，對(duì)于管道自然補(bǔ)償器前后管段上設(shè)置的低點(diǎn)放凈倒淋管接頭，本管廊管道采用了特殊設(shè)計(jì)的配等長(zhǎng)絲堵的帶內(nèi)螺紋的加強(qiáng)管嘴，規(guī)格形式為：DN25 SCH80 L=80mm PE/M ENR STD，DN20 SCH80 L=80mm PE/M ENR STD。由于設(shè)置了內(nèi)置絲堵，該種管嘴可以有效避免普通油品儲(chǔ)運(yùn)管道經(jīng)常發(fā)生的：因物料長(zhǎng)期積存在管道底部放凈短管中形成腐蝕物積累盲腸，而出現(xiàn)的腐蝕泄漏問(wèn)題，大大降低了隧道管廊的運(yùn)行安全風(fēng)險(xiǎn)，此種管嘴的制造圖見圖2。

2 隧道管廊的消防安全相關(guān)設(shè)施設(shè)計(jì)情況

該隧道管廊的具體設(shè)計(jì)按照《石油化工企業(yè)設(shè)計(jì)防火規(guī)范GB50160-2008》廠內(nèi)管廊執(zhí)行。同時(shí)為了提高的本質(zhì)安全性，參照《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范GB50016-2006》。

2.1 隧道管廊的防火設(shè)計(jì)與引用規(guī)范條文

主要參照《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范GB 50016-2006》中的有關(guān)條例。具體的設(shè)計(jì)關(guān)鍵點(diǎn)見表2。

2.2 隧道管廊的通風(fēng)設(shè)計(jì)

主要設(shè)計(jì)依據(jù)為《公路隧道通風(fēng)設(shè)計(jì)細(xì)則JTG/TD70/2-02-2014》《采暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)規(guī)范GB50019-2003》《爆炸危險(xiǎn)環(huán)境電力裝置設(shè)計(jì)規(guī)范GB50058-2014》。具體的設(shè)計(jì)關(guān)鍵點(diǎn)見表3。

隧道通風(fēng)系統(tǒng)風(fēng)機(jī)運(yùn)行模式為：（1）隧道正常通風(fēng)工況，射流風(fēng)機(jī)一般為單向運(yùn)行，24 h開啟，隧道斷面風(fēng)速不應(yīng)小于2.3 m/s，可根據(jù)自然風(fēng)速的大小，開啟部分射流風(fēng)機(jī)，送風(fēng)方向洞內(nèi)自然風(fēng)向相同。（2）當(dāng)隧道檢修或安裝通風(fēng)時(shí)，應(yīng)開啟全部射流風(fēng)機(jī)，送風(fēng)方向與洞內(nèi)自然風(fēng)方向相同。（3）火災(zāi)時(shí)，關(guān)閉隧道內(nèi)射流風(fēng)機(jī)，開啟疏散通道兩端正壓送風(fēng)機(jī)。隧道通風(fēng)設(shè)備的基本數(shù)據(jù)見表4。

2.3 隧道管廊的電氣設(shè)計(jì)

主要設(shè)計(jì)依據(jù)為《供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范GB50052-2009》《低壓配電設(shè)計(jì)規(guī)范GB50054-2011》《公路隧道通風(fēng)照明設(shè)計(jì)規(guī)范GB50016-2006》《爆炸危險(xiǎn)環(huán)境電力裝置設(shè)計(jì)規(guī)范GB50058-2014》《交流電氣裝置的接地設(shè)計(jì)規(guī)范GB/T50065-2011》。具體的設(shè)計(jì)關(guān)鍵點(diǎn)見表5。

2.4 隧道管廊的火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警和有毒有害氣體報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)

在隧道內(nèi)設(shè)置光纖光柵感溫探測(cè)系統(tǒng)和手動(dòng)報(bào)警按鈕。光纖光柵感溫探測(cè)器間距6 m，在隧道頂部設(shè)置2根光纜，當(dāng)隧道內(nèi)有火情發(fā)生時(shí)，火災(zāi)報(bào)警控制器聯(lián)動(dòng)關(guān)閉隧道頂部風(fēng)機(jī)，同時(shí)開啟疏散通道內(nèi)的風(fēng)機(jī)。手動(dòng)報(bào)警按鈕設(shè)置在靠近檢修通道一側(cè)的管廊立柱上，間距約50 m。根據(jù)《石油化工可燃?xì)怏w和有毒氣體檢測(cè)報(bào)警設(shè)計(jì)規(guī)范GB50493-2009》，在隧道內(nèi)設(shè)計(jì)可燃?xì)怏w報(bào)警（17臺(tái)）和有毒氣體檢測(cè)報(bào)警器（17臺(tái)）每隔200 m設(shè)置一處。

2.5 隧道管廊的電視監(jiān)控、電信及線路設(shè)計(jì)

為滿足安全保衛(wèi)、防火監(jiān)視、生產(chǎn)調(diào)度指揮和生產(chǎn)操作、維修、搶修、巡回檢查、消防、急救等需要，管廊內(nèi)設(shè)置電視監(jiān)視、無(wú)線電對(duì)講通信、擴(kuò)音對(duì)講系統(tǒng)，保證對(duì)生產(chǎn)全過(guò)程監(jiān)控通信的管控。

電視監(jiān)控?cái)z像儀為一體化彩色攝像儀主要設(shè)置在隧道頂上，間距100 m，且在隧道兩端出入口設(shè)置攝像儀，用于記錄出入隧道的人員。配套變焦鏡頭8～120 mm、電動(dòng)云臺(tái)、防爆型式ExibIICT6。

擴(kuò)音對(duì)講系統(tǒng)采用分散放大式，對(duì)講話站為25 W內(nèi)置放大，防爆型式ExibIICT6，設(shè)置在檢修通道附件，兩臺(tái)話站間距不超過(guò)200 m，安裝高度一般為中心距地坪1.3～1.5 m面向操作通道。對(duì)講機(jī)柜設(shè)置在現(xiàn)廠區(qū)控制室內(nèi)，電源由儀表用UPS提供。揚(yáng)聲器15 W，防爆型式iExibIICT6，一般設(shè)置在噪聲源附件，相鄰的揚(yáng)聲器同向設(shè)置，揚(yáng)聲器高度一般不低于2.5 m，揚(yáng)聲器聲壓級(jí)別選擇按距離每增減1倍，輸出聲壓減弱6 dB考慮。

隧道管廊電信線路包括擴(kuò)音對(duì)講線路、電視監(jiān)視線路及火災(zāi)報(bào)警線路，各系統(tǒng)線路獨(dú)立組網(wǎng)。擴(kuò)音對(duì)接系統(tǒng)電纜采用配套專用電纜，線路沿電纜槽盒敷設(shè)。電視監(jiān)視系統(tǒng)信號(hào)線路采用單模光纜，沿電纜槽盒敷設(shè)?；鹁€路采用阻燃系列雙絞屏蔽電纜，手動(dòng)報(bào)警按鈕主電纜采用多芯電纜，適當(dāng)位置設(shè)接線箱，至設(shè)備采用放射式配線，主線路沿電纜槽盒敷設(shè)。主電源采用AC220V 50Hz（UPS），對(duì)火警設(shè)備配置專用蓄電池及聯(lián)動(dòng)電源后備時(shí)間8 h。

3 需要進(jìn)一步完善的方面

大榭石化隧道管廊工程在生產(chǎn)運(yùn)行工況下，還需要重點(diǎn)開展以下一些方面的探索和努力：（1）應(yīng)用CFD技術(shù)對(duì)隧道管廊進(jìn)行火災(zāi)過(guò)程中溫度傳播、煙霧傳播、火區(qū)發(fā)展的數(shù)值模擬研究，以找出系統(tǒng)性缺陷，提高本質(zhì)安全；（2）完善通風(fēng)控溫手段，增設(shè)風(fēng)速、風(fēng)向、溫感測(cè)控設(shè)施，保證設(shè)計(jì)換氣次數(shù)和通風(fēng)質(zhì)量，滿足正常工況下預(yù)防高溫老化影響和減少有害氣體積聚的需要；（3）提高監(jiān)控設(shè)施標(biāo)準(zhǔn)，研究實(shí)施連續(xù)軌道式實(shí)景、紅外熱成像一體化監(jiān)控裝置的可行性和安裝方案，實(shí)現(xiàn)可追溯、全方位、無(wú)死角的管理；（4）加強(qiáng)火災(zāi)、泄漏、中毒、環(huán)境污染等事故應(yīng)急演練和狹小空間管道、隧道頂棚、鋼結(jié)構(gòu)、照明、防火涂料等設(shè)施的施工檢維修技術(shù)裝備的投入，滿足正常運(yùn)行和事故處置的需要。

4 結(jié)語(yǔ)

隧道管廊與城市地下通廊等設(shè)施一樣是集多種風(fēng)險(xiǎn)于一體的重要特殊生產(chǎn)系統(tǒng)，有較為廣闊的應(yīng)用擴(kuò)展空間，保證它們的安全可靠運(yùn)行，還需要從設(shè)計(jì)、施工、選材、運(yùn)維、管理等個(gè)方面不斷提高標(biāo)準(zhǔn)、加大投入、總結(jié)經(jīng)驗(yàn)、深入研究。

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