天然氣管道入廊的設(shè)計(jì)探討

張華南

（無(wú)錫市政設(shè)計(jì)研究院有限公司,江蘇 無(wú)錫214072）

天然氣管道入廊的設(shè)計(jì)探討

張華南

（無(wú)錫市政設(shè)計(jì)研究院有限公司,江蘇 無(wú)錫214072）

在最新頒布的《城市綜合管廊工程技術(shù)規(guī)范》中，天然氣等城市工程管線可納入綜合管廊。對(duì)傳統(tǒng)天然氣管道和天然氣管道入廊進(jìn)行了比較，簡(jiǎn)述了國(guó)內(nèi)外天然氣入廊的發(fā)展概況，介紹了天然氣管道入廊相關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)定，并通過(guò)某工業(yè)園區(qū)地下綜合管廊建設(shè)針對(duì)城市天然氣入廊的相關(guān)設(shè)計(jì)進(jìn)行了探討。

地下綜合管廊；天然氣管道；設(shè)計(jì)

0 背景

為了進(jìn)一步貫徹中央城市工作會(huì)議精神，國(guó)務(wù)院2013年下發(fā)了《關(guān)于加強(qiáng)城市基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的意見(jiàn)》（國(guó)發(fā)[2013]36號(hào)）。其后兩年，國(guó)務(wù)院辦公廳下發(fā)了《關(guān)于加強(qiáng)城市地下管線建設(shè)管理的指導(dǎo)意見(jiàn)》(國(guó)辦發(fā)[2014]27號(hào))及《關(guān)于推進(jìn)城市地下綜合管廊建設(shè)的指導(dǎo)意見(jiàn)》（國(guó)辦發(fā) [2015]61號(hào)）。2016年3月，李克強(qiáng)總理在政府工作報(bào)告中提出，2016年要開工建設(shè)城市地下綜合管廊2 000 km以上。2016年6月17日，住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部召開了全國(guó)電視電話會(huì)議，陳政高部長(zhǎng)提出了大力推進(jìn)綜合管廊建設(shè)的六點(diǎn)要求，其中包括將天然氣管道納入綜合管廊[1]。

1 傳統(tǒng)與現(xiàn)代的比較

傳統(tǒng)的天然氣管道采用直埋方式敷設(shè)。在道路或地塊施工時(shí)，同時(shí)考慮。在施工過(guò)程中，操作空間大，對(duì)管道的安裝長(zhǎng)度及轉(zhuǎn)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(zhì)的腐蝕，有可能對(duì)管道產(chǎn)生破壞。一旦發(fā)現(xiàn)管道泄漏，排查困難。對(duì)管道進(jìn)行維修，要開挖道路，影響交通出行。在新的道路施工時(shí)，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(duì)社會(huì)公共設(shè)施的服務(wù)標(biāo)準(zhǔn)，也在提高。傳統(tǒng)天然氣管道直埋，已經(jīng)不能適應(yīng)現(xiàn)代化居民生活的需要。反復(fù)開挖路面，天然氣管道的使用隱患，給居民生活帶來(lái)諸多不便。

天然氣管道入廊，可有效地解決以上問(wèn)題。將管道布置于地下管廊的結(jié)構(gòu)物中，避免地下水與有害物質(zhì)的侵蝕。同時(shí)，可對(duì)管道實(shí)施全天候監(jiān)控。一旦發(fā)生泄露，會(huì)產(chǎn)生報(bào)警提醒，維修人員可以最快的時(shí)間到達(dá)泄露點(diǎn)，實(shí)施搶修。新道路的施工，不會(huì)對(duì)天然氣管廊的運(yùn)行，產(chǎn)生影響。天然氣管道入廊，受管廊吊裝口限制，長(zhǎng)度不宜太長(zhǎng)。在管廊焊接過(guò)程中，會(huì)產(chǎn)生煙霧和粉塵，對(duì)施工人員傷害大，需打開排風(fēng)系統(tǒng)排煙。

2 國(guó)內(nèi)外天然氣入廊的發(fā)展概況

從國(guó)外已建成的綜合管廊來(lái)看，英國(guó)、德國(guó)、日本等國(guó)家均有燃?xì)夤芫€納入綜合管廊的例子。經(jīng)過(guò)幾十年的運(yùn)行，并沒(méi)有出現(xiàn)重大的安全事故。國(guó)內(nèi)上海浦東張楊路、上海安亭新鎮(zhèn)、北京中關(guān)村西區(qū)及深圳大鹽等地的綜合管廊均有納入燃?xì)夤芫€的先例。這幾處綜合管廊已運(yùn)行多年，并未出現(xiàn)相關(guān)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(guó)、德國(guó)某些城市的共同溝斷面圖。

從以上管廊斷面圖可以看出，國(guó)內(nèi)及日本的天然氣管廊，基本布設(shè)在獨(dú)立艙室，而英國(guó)、德國(guó)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(shè)計(jì)規(guī)定

天然氣管道入廊，除滿足一般管廊的相關(guān)規(guī)定外，還需滿足天然氣管道艙室的特殊技術(shù)要求。結(jié)合《城市綜合管廊工程技術(shù)規(guī)范》（GB 50838-2015）（以下簡(jiǎn)稱《規(guī)范》），對(duì)天然氣管道艙室的設(shè)計(jì)問(wèn)題，進(jìn)行探討研究。

圖1 深圳大鹽綜合管廊斷面圖

圖3 英國(guó)倫敦共同溝斷面圖

圖4 德國(guó)漢堡共同溝斷面圖

（1）規(guī)劃設(shè)計(jì)：根據(jù)《規(guī)范》4.3.4條，天然氣管道應(yīng)在獨(dú)立艙室內(nèi)敷設(shè)。

（2）總體設(shè)計(jì)：根據(jù)《規(guī)范》5.1.5條，含天然氣管道艙室的綜合管廊不應(yīng)與其他建（構(gòu)）筑物合建；5.1.11條，天然氣管道艙室地面應(yīng)采用撞擊時(shí)不產(chǎn)生火花的材料。

（3）節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì):根據(jù)《規(guī)范》5.4.4條，敷設(shè)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(fēng)口與其他艙室排風(fēng)口、進(jìn)風(fēng)口、人員出入口，以及周邊建（構(gòu)）筑物口部距離不應(yīng)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(yīng)設(shè)置明顯的安全警示標(biāo)識(shí)。

（4）管線設(shè)計(jì)：根據(jù)《規(guī)范》6.4.1條，天然氣管道設(shè)計(jì)應(yīng)符合現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《城鎮(zhèn)燃?xì)庠O(shè)計(jì)規(guī)范》GB 50028的有關(guān)規(guī)定。6.4.2條，天然氣管道應(yīng)采用無(wú)縫鋼管等。

（5）消防系統(tǒng)設(shè)計(jì)：根據(jù)《規(guī)范》7.1.6條，天然氣管道及容納電力電纜的艙室應(yīng)每隔200 m采用耐火極限不低于3.0h的不燃性墻體進(jìn)行防火分隔。防火分隔處的門應(yīng)采用甲級(jí)防火門，管線穿越防火隔斷部位應(yīng)采用阻火包等防火封堵措施進(jìn)行嚴(yán)密封堵。

（6）通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)：根據(jù)《規(guī)范》7.2.1條，綜合管廊宜采用自然進(jìn)風(fēng)和機(jī)械排風(fēng)相結(jié)合的通風(fēng)方式。天然氣管道艙室和含有污水管道的艙室應(yīng)采用機(jī)械進(jìn)、排風(fēng)的通風(fēng)方式。7.2.2條，綜合管廊的通風(fēng)量應(yīng)根據(jù)通風(fēng)區(qū)間、截面尺寸并經(jīng)計(jì)算確定，且應(yīng)符合下列規(guī)定：1.正常通風(fēng)換氣次數(shù)，不應(yīng)小于2次/h，事故通風(fēng)換氣次數(shù)不應(yīng)小于6次/h；2.天然氣管道艙室正常通風(fēng)換氣次數(shù)不應(yīng)小于6次/h，事故通風(fēng)換氣次數(shù)不應(yīng)小于12次/h；3.艙室內(nèi)天然氣濃度大于其爆炸下限濃度值（體積分?jǐn)?shù)）20%時(shí)，應(yīng)啟動(dòng)事故段分區(qū)及其相鄰分區(qū)的事故通風(fēng)設(shè)備。7.2.5條，綜合管廊的通風(fēng)設(shè)備應(yīng)符合節(jié)能環(huán)保要求。天然氣管道風(fēng)機(jī)應(yīng)采用防爆風(fēng)機(jī)等。

（7）供電系統(tǒng)設(shè)計(jì)：根據(jù)《規(guī)范》7.3.4條，天然氣管道艙內(nèi)的電氣設(shè)備應(yīng)符合現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《爆炸危險(xiǎn)環(huán)境電力裝置設(shè)計(jì)規(guī)范》GB 50058有關(guān)爆炸性氣體環(huán)境2區(qū)的防爆規(guī)定。7.3.5條，天然氣管道艙內(nèi)的檢修插座應(yīng)滿足防爆要求，且應(yīng)在檢修環(huán)境安全的狀態(tài)下送電。7.3.8條，含天然氣管道艙室的接地系統(tǒng)尚應(yīng)符合現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《爆炸危險(xiǎn)環(huán)境電力裝置設(shè)計(jì)規(guī)范》GB 50058的有關(guān)規(guī)定。

（8）照明系統(tǒng)設(shè)計(jì)：根據(jù)《規(guī)范》7.4.2條，安裝在天然氣管道艙內(nèi)的燈具應(yīng)符合現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《爆炸危險(xiǎn)環(huán)境電力裝置設(shè)計(jì)規(guī)范》GB 50058的有關(guān)規(guī)定。

（9）監(jiān)控與報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)：根據(jù)《規(guī)范》7.5.8條，天然氣管道艙應(yīng)設(shè)置可燃?xì)怏w探測(cè)報(bào)警系統(tǒng)，并應(yīng)符合下列規(guī)定：1.天然氣報(bào)警濃度設(shè)定值（上限值）不應(yīng)大于其爆炸下限值（體積分?jǐn)?shù)）的20%；2.天然氣探測(cè)器應(yīng)接入可燃?xì)怏w報(bào)警控制器；3.當(dāng)天然氣管道艙天然氣濃度超過(guò)報(bào)警濃度設(shè)定值（上限值）時(shí)，應(yīng)由可燃?xì)怏w報(bào)警控制器或消防聯(lián)動(dòng)控制器聯(lián)動(dòng)啟動(dòng)天然氣艙事故分區(qū)及其相鄰分區(qū)的事故通風(fēng)設(shè)備；4.緊急切斷濃度設(shè)定值（上限值）不應(yīng)大于其爆炸下限值（體積分?jǐn)?shù)）的25%；5.應(yīng)符合國(guó)家現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)《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》GB 50493、《城鎮(zhèn)燃?xì)庠O(shè)計(jì)規(guī)范》GB 50028和《火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》GB 50116的有關(guān)規(guī)定。

（10）排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)：根據(jù)《規(guī)范》7.6.6條，天然氣管道艙應(yīng)設(shè)置獨(dú)立集水坑。

4 工程實(shí)例分析

某工業(yè)園區(qū)亟待開發(fā)，為提高地下空間利用率，實(shí)現(xiàn)園區(qū)可持續(xù)發(fā)展的目標(biāo)，在響應(yīng)國(guó)家綜合管廊政策導(dǎo)向下，全面推進(jìn)園區(qū)核心地塊范圍內(nèi)的地下綜合管廊建設(shè)。

4.1 天然氣管道種類

該項(xiàng)工程敷設(shè)DN300燃?xì)夤芤桓?，中?.4 MPa，管材采用無(wú)縫鋼管。

4.2 斷面設(shè)計(jì)

園區(qū)綜合管廊主體結(jié)構(gòu)為3艙，分別為1個(gè)電力艙，1個(gè)綜合艙，1個(gè)燃?xì)馀摚ㄒ?jiàn)圖5）。

圖5 園區(qū)管廊斷面圖

根據(jù)《規(guī)范》，天然氣管道應(yīng)在獨(dú)立艙室內(nèi)敷設(shè)。綜合管廊標(biāo)準(zhǔn)斷面內(nèi)部?jī)舾邞?yīng)根據(jù)容納管線的種類、規(guī)格、數(shù)量、安裝要求等綜合確定，不宜小于2.4 m。單側(cè)設(shè)置支架或管道時(shí)，檢修通道凈寬不宜小于0.9 m。

該項(xiàng)工程天然氣管道艙室防火門選用GFM-1021(A1.50甲級(jí))（國(guó)家建筑標(biāo)準(zhǔn)圖集12J609防火門窗），單側(cè)通道寬度不小于1.0 m。艙室頂部設(shè)置消防噴淋設(shè)施，側(cè)壁設(shè)置橋架盒，為自用電氣、通訊、監(jiān)控設(shè)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(cè)壁厚30 cm，底板厚40 cm。

4.3 閥門設(shè)計(jì)

天然氣管道的閥門、閥件系統(tǒng)設(shè)計(jì)壓力應(yīng)按提高一個(gè)壓力等級(jí)設(shè)計(jì)。天然氣調(diào)壓裝置不應(yīng)設(shè)置在綜合管廊內(nèi)。天然氣管道分段閥宜設(shè)置在綜合管廊外部。當(dāng)分段閥設(shè)置在綜合管廊內(nèi)部時(shí)，應(yīng)具有遠(yuǎn)程關(guān)閉功能。天然氣管道進(jìn)出綜合管廊時(shí)應(yīng)設(shè)置具有遠(yuǎn)程關(guān)閉功能的緊急切斷閥[3]。

4.4 消防設(shè)計(jì)

該項(xiàng)工程以單個(gè)防火分區(qū)作為一個(gè)防護(hù)區(qū)，選用熱氣溶膠自動(dòng)滅火系統(tǒng)，同時(shí)以手提式磷酸銨鹽干粉滅火器為輔助滅火設(shè)施。每個(gè)防護(hù)區(qū)內(nèi)氣溶膠的設(shè)計(jì)滅火密度140 g/m3，單臺(tái)氣溶膠預(yù)制滅火系統(tǒng)裝置的保護(hù)容積不大于160 m3；設(shè)置多臺(tái)裝置時(shí)，其相互間的距離不得大于10 m。熱氣溶膠自動(dòng)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(dòng)滅火系統(tǒng)示意圖

敷設(shè)燃?xì)夤艿赖膶Ｓ门撌?，滅火器配置按火?zāi)等級(jí)中危級(jí)C類火災(zāi)配置：在管廊內(nèi)防火門處及投料口附近各設(shè)置一組手提式磷酸銨鹽干粉滅火器，其余部分間隔15 m設(shè)置一組滅火器，每處設(shè)置2具，型號(hào)為MF/ABC5，充裝5 kg滅火劑。

4.5 通風(fēng)設(shè)計(jì)

該工程燃?xì)馀摬捎脵C(jī)械通風(fēng)的通風(fēng)方式，沿著管廊長(zhǎng)度方向進(jìn)行縱向式通風(fēng)。以單個(gè)防火分區(qū)作為一個(gè)通風(fēng)分區(qū)，每個(gè)通風(fēng)分區(qū)設(shè)一個(gè)機(jī)械進(jìn)風(fēng)口和一個(gè)機(jī)械排風(fēng)口。

燃?xì)鈧}(cāng)的機(jī)械通風(fēng)系統(tǒng)，其排風(fēng)量以不小于6次/h計(jì)，事故排風(fēng)以不小于12次/h計(jì)，并在管廊內(nèi)外皆設(shè)置事故通風(fēng)控制裝置；機(jī)械補(bǔ)風(fēng)，補(bǔ)風(fēng)量按排風(fēng)量的80%計(jì)。平時(shí)通風(fēng)系統(tǒng)兼作事故通風(fēng)系統(tǒng)，排風(fēng)機(jī)和送風(fēng)機(jī)均采用防爆型雙速風(fēng)機(jī)，平時(shí)通風(fēng)時(shí)低速運(yùn)行，事故通風(fēng)時(shí)切換至高速運(yùn)行。風(fēng)機(jī)風(fēng)管段設(shè)70℃電動(dòng)防火閥，閥門均為常開閥。進(jìn)風(fēng)口和排風(fēng)口處均設(shè)置普通防雨百葉窗，百葉窗均內(nèi)襯10 mm×10 mm鋼絲網(wǎng)。

管廊內(nèi)設(shè)計(jì)溫度＜40℃，并設(shè)溫度探測(cè)系統(tǒng)；同時(shí)燃?xì)馀搩?nèi)設(shè)可燃?xì)怏w探測(cè)報(bào)警系統(tǒng)。

4.6 供電系統(tǒng)設(shè)計(jì)

艙室內(nèi)主要用電設(shè)備為風(fēng)機(jī)、排水泵、照明（含應(yīng)急照明、疏散指示照明）、監(jiān)控及檢修設(shè)施等。其中風(fēng)機(jī)、排水泵、應(yīng)急照明、監(jiān)控、火災(zāi)報(bào)警用電為二級(jí)負(fù)荷，其余為三級(jí)負(fù)荷。

燃?xì)馀撁總€(gè)防火分區(qū)（200 m）內(nèi)設(shè)置一臺(tái)普通照明動(dòng)力柜，布置于逃生口上層，負(fù)責(zé)單個(gè)防火分區(qū)內(nèi)各設(shè)備的配電及控制；另設(shè)置一臺(tái)消防應(yīng)急照明箱，布置于逃生口上層，負(fù)責(zé)單個(gè)防火分區(qū)內(nèi)的應(yīng)急照明、自控電源、火災(zāi)報(bào)警電源的配電。燃?xì)馀搩?nèi)的箱柜均采用防爆型。

4.7 照明設(shè)計(jì)

綜合管廊內(nèi)設(shè)一般照明、應(yīng)急照明、疏散照明，綜合管廊內(nèi)應(yīng)急照明兼做一般照明。

燃?xì)夤艿琅撌业木C合管廊內(nèi)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(yīng)急照明燈具，應(yīng)急時(shí)間不少于60 min。應(yīng)急照明燈具和一般照明燈具均勻交叉布置。

4.8 可燃?xì)怏w報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)

設(shè)置在燃?xì)馀摃r(shí)火災(zāi)報(bào)警區(qū)域控制器、感溫光纜測(cè)溫主機(jī)、消防廣播主機(jī)、消防電話主機(jī)、防火門監(jiān)控分機(jī)、消防電源監(jiān)控分機(jī)、電氣火災(zāi)監(jiān)控分機(jī)箱體均為隔爆型。

可燃?xì)怏w探測(cè)報(bào)警系統(tǒng)由可燃?xì)怏w報(bào)警控制器、可燃?xì)怏w探測(cè)器和火災(zāi)聲光報(bào)警系統(tǒng)組成。

5 設(shè)想

根據(jù)《規(guī)范》6.4.2條，天然氣管道應(yīng)采用無(wú)縫鋼管。

無(wú)縫鋼管入廊，受吊裝口限制較大。為保證無(wú)縫鋼管接縫減少，則需提高單根鋼管的長(zhǎng)度，加大吊裝口的尺寸。吊裝口尺寸加大，為蓋板防水帶來(lái)挑戰(zhàn)。

無(wú)縫鋼管的設(shè)計(jì)年限，通常為20～30 a，管廊的設(shè)計(jì)年限為100 a。在管廊投入使用過(guò)程中，需對(duì)鋼管反復(fù)更換，增加造價(jià)，為用戶的使用，帶來(lái)諸多不便。

天然氣管道安裝初期，在焊接過(guò)程中，產(chǎn)生的煙霧和粉塵，對(duì)施工人員傷害較大。加大排風(fēng)，又會(huì)帶走焊接過(guò)程中的保護(hù)氣體，使得安裝過(guò)程中的排風(fēng)，陷入兩難境地。

無(wú)縫鋼管，剛度大，柔性小，抵抗地震等自然災(zāi)害能力較小。

城市綜合管廊，全線范圍內(nèi)，轉(zhuǎn)彎部位較多，交叉口位置，直角轉(zhuǎn)彎也很多見(jiàn)。無(wú)縫鋼管，無(wú)法隨管廊走向，自由改變方向，為管道的安裝帶來(lái)困難。

鑒于無(wú)縫鋼管以上的諸多不足，特建議采用聚乙烯管取代無(wú)縫鋼管。聚乙烯管使用壽命長(zhǎng)，可達(dá)到50 a，且不需要防腐處理，節(jié)約造價(jià)。聚乙烯管，為柔性材質(zhì)，單根長(zhǎng)度不受吊裝口限制，從而減小吊裝口尺寸。聚乙烯管敷設(shè)，可與管廊走向保持一致，且能很好地抵御地震等自然災(zāi)害。聚乙烯管的連接方式有電熔和熱熔兩種，施工起來(lái)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(chǎn)生靜電積聚導(dǎo)致危險(xiǎn)，以及塑料本身的易燃性都可能成為使用過(guò)程中的安全隱患。

因此，若聚乙烯管入廊，需做好防護(hù)措施，對(duì)靜電采取接地處理，控制管廊內(nèi)溫度，做好消防噴淋措施[4]。

6 結(jié)語(yǔ)

天然氣管道入廊，牽涉專業(yè)較多。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，需與各相關(guān)單位深入細(xì)致地溝通，做好管線單項(xiàng)與結(jié)構(gòu)及總體的配合。天然氣入廊，與傳統(tǒng)直埋相比，優(yōu)勢(shì)明顯。隨著國(guó)家的大力推廣和管廊建設(shè)經(jīng)驗(yàn)的不斷累積，天然氣管道入廊設(shè)計(jì)，一定會(huì)更加成熟與完善。

[1]陳元洪,董寧.城市燃?xì)夤艿廊司C合管廊問(wèn)題及對(duì)策研究[J].煤氣與電力,2006，（10）:A15-A18.

[2]陶子明，張?jiān)粕?天然氣管線納入城市管廊探討[J].市政技術(shù), 2015,6（1）:128-130.

[3]GB 50838-2015，城市綜合管廊工程技術(shù)規(guī)范[S].

[4]蔡瑩.綜合管廊中納入天然氣管道的設(shè)計(jì)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(wú)錫人，工程師，從事橋梁工程設(shè)計(jì)工作。