上海市老舊小區(qū)燃?xì)夤芫W(wǎng)改造實(shí)例

上海能源建設(shè)工程設(shè)計(jì)研究有限公司 梁 冬

2015 年，使用了150 年的人工煤氣告別申城，上海市實(shí)現(xiàn)城市天然氣化。由于使用年限較長(zhǎng)，上海市燃?xì)夤芫W(wǎng)中的部分鑄鐵管道，目前已出現(xiàn)一些安全隱患。為貫徹落實(shí)國(guó)務(wù)院安全生產(chǎn)委員會(huì)印發(fā)的《全國(guó)城鎮(zhèn)燃?xì)獍踩挪檎喂ぷ鞣桨浮?安委〔2021〕9 號(hào))，及住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部、國(guó)家發(fā)展和改革委員會(huì)印發(fā)的《關(guān)于做好2022 年城市燃?xì)夤艿赖壤匣赂脑旃ぷ鞯耐ㄖ?建城函〔2022〕15號(hào))等相關(guān)文件精神，對(duì)上海市老舊小區(qū)燃?xì)夤芫W(wǎng)進(jìn)行改造，使之適應(yīng)當(dāng)下以天然氣為輸送介質(zhì)的現(xiàn)狀。這已成為燃?xì)夤芫W(wǎng)運(yùn)行管理中面臨的一個(gè)現(xiàn)實(shí)問(wèn)題。

1 上海市老舊小區(qū)燃?xì)夤芫W(wǎng)材質(zhì)現(xiàn)狀

目前，上海市老舊小區(qū)的燃?xì)庵鞲?、分支管道多為鑄鐵管，燃?xì)庖牍転榻^緣鍍鋅鋼管。

鑄鐵管的壽命一般約為50 a，但鑄鐵屬脆性材料，在外力作用下易產(chǎn)生應(yīng)力集中而發(fā)生斷裂，造成泄漏事故。鑄鐵管的連接方式分為承插式和機(jī)械接口兩種，其中承插式接口主要有橡膠圈+油麻繩+膨脹水泥、油麻繩+青鉛兩種接口填料；機(jī)械接口的密封材料則采用適用于人工煤氣的丁腈橡膠圈。人工煤氣具有一定的含濕量和芳香烴成分，采用承插式接頭，麻絲遇濕后會(huì)發(fā)生膨脹；采用機(jī)械接頭，橡膠圈吸收芳香烴使橡膠圈溶脹。因此，鑄鐵管采用上述兩種連接方式輸送人工煤氣時(shí)都能保證其密封性。鑄鐵管轉(zhuǎn)輸天然氣后，天然氣中不含液態(tài)水和芳香烴成分，密封填料會(huì)因失水和芳香烴類物質(zhì)而干燥、收縮、失去彈性、開(kāi)裂，進(jìn)而導(dǎo)致泄漏。

絕緣鍍鋅鋼管因防腐工藝陳舊、質(zhì)量差、接口為螺紋、缺少犧牲陽(yáng)極保護(hù)等原因，腐蝕較為嚴(yán)重，易出現(xiàn)泄漏現(xiàn)象。此外，輸送介質(zhì)變?yōu)樘烊粴夂?，原輸送人工煤氣時(shí)附著在管道內(nèi)壁上的焦油、灰塵和鐵銹等雜質(zhì)，會(huì)因干燥而脫落并隨著氣體流動(dòng)在管道中飄揚(yáng)，繼而在閥門(mén)、燃?xì)獗怼⑷細(xì)庠罹呒肮艿缽濐^上堆積起來(lái)，從而導(dǎo)致管道堵塞，降低流通能力，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)導(dǎo)致計(jì)量表、調(diào)壓器、閥門(mén)等裝置失效，對(duì)系統(tǒng)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)產(chǎn)生不利影響，甚至造成停氣事故。

20 世紀(jì)90 年代，PE 管在國(guó)內(nèi)外低(中)壓燃?xì)夤芫€中被逐漸推廣使用。該管材的優(yōu)點(diǎn)表現(xiàn)在使用壽命長(zhǎng)、材質(zhì)輕、耐腐蝕性和耐沖擊性強(qiáng)、焊接工藝可靠、操作簡(jiǎn)單、施工強(qiáng)度低、效率高，目前被廣泛應(yīng)用于老舊燃?xì)夤芫W(wǎng)的改造項(xiàng)目。

2 上海市老舊小區(qū)燃?xì)夤芫W(wǎng)改造設(shè)計(jì)

按照上海市燃?xì)夤芫W(wǎng)的發(fā)展和規(guī)劃建設(shè)要求，實(shí)地調(diào)研上海市老舊小區(qū)燃?xì)夤芫W(wǎng)的現(xiàn)狀及運(yùn)行狀況，以配合現(xiàn)代工藝有針對(duì)性地對(duì)這些燃?xì)夤芫W(wǎng)進(jìn)行改造設(shè)計(jì)。

2.1 燃?xì)夤艿栏脑煸O(shè)計(jì)

庭院燃?xì)夤艿赖牟贾眯枳裱璆B 50028—2006《城鎮(zhèn)燃?xì)庠O(shè)計(jì)規(guī)范(2020 版)》(以下簡(jiǎn)稱《設(shè)計(jì)規(guī)范》)。結(jié)合《設(shè)計(jì)規(guī)范》相關(guān)要求及設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)總結(jié)一下，即燃?xì)夤艿涝试S鋪設(shè)在人行道、綠化帶、車(chē)行道下，可以根據(jù)以下不同情況進(jìn)行綜合考慮后再確定管位：

(1) 根據(jù)輸氣管道中天然氣的壓力(一般進(jìn)入庭院燃?xì)夤艿赖膲毫?jí)制為低壓、中壓)確定與建筑物的安全間距。

(2) 根據(jù)其他地下管道設(shè)施的布置情況，確定燃?xì)夤艿琅c之安全間距。

(3) 街道、小區(qū)內(nèi)交通量和路面結(jié)構(gòu)情況、運(yùn)輸干線的分布情況。

(4) 與燃?xì)夤艿老噙B接的樓棟內(nèi)用戶數(shù)量及用氣需求量情況。

(5) 庭院燃?xì)夤艿涝谑┕み^(guò)程及日常運(yùn)行維護(hù)中，對(duì)該地區(qū)交通和居民生活的影響程度大小等。

2.2 燃?xì)夤芗案綄僭O(shè)備改造設(shè)計(jì)

隨著城市的發(fā)展建設(shè)，使用年限較長(zhǎng)的燃?xì)夤芫W(wǎng)很多情況下已不能滿足當(dāng)前的使用條件和設(shè)計(jì)規(guī)范要求，改造設(shè)計(jì)時(shí)需采取合理的措施對(duì)已淘汰的老舊燃?xì)夤芗案綄僭O(shè)備進(jìn)行改造。

(1) 燃?xì)忾y門(mén)井改造設(shè)計(jì)。上海市部分老舊小區(qū)的雨、污、廢水、電力管網(wǎng)等多種市政管網(wǎng)分布較為密集，天然氣管道與各類市政管線的間距無(wú)法滿足設(shè)計(jì)規(guī)范的要求，且燃?xì)忾y門(mén)井占地大、與各類管線之間的距離過(guò)近。近年來(lái)引進(jìn)和開(kāi)發(fā)了具有遙測(cè)遙控功能、接口為焊接、不需井下維護(hù)、可直埋的新型閘閥。安裝此新型閘閥的井體只需滿足工人在地面操作閥門(mén)開(kāi)關(guān)及維護(hù)的要求，井體尺寸可相應(yīng)減少并可預(yù)制拼裝。改造后可節(jié)約閥門(mén)井占地空間、減輕勞動(dòng)強(qiáng)度、縮短工期，還可避免因原閥門(mén)井體內(nèi)積水可能造成的安全隱患。

(2) 燃?xì)庹{(diào)壓器改造設(shè)計(jì)。上海市老舊小區(qū)燃?xì)庹{(diào)壓器改造前多為雷諾式調(diào)壓器。這種調(diào)壓器雖然具有調(diào)壓精度高、穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)，但該產(chǎn)品年代久遠(yuǎn)，在維護(hù)保養(yǎng)方面缺少相應(yīng)的零配件更換，且雷諾式調(diào)壓器只設(shè)置旁通管路，而未設(shè)置備用工藝管路，導(dǎo)致后續(xù)檢測(cè)和維修中存在正常供氣困難的問(wèn)題。調(diào)壓器改造設(shè)計(jì)采用拆除原調(diào)壓站內(nèi)雷諾式調(diào)壓器，安裝中-低壓調(diào)壓撬(不含箱體，體積相對(duì)較小，設(shè)置為一開(kāi)一備)的方案，保證正常供氣的同時(shí)也保留了原調(diào)壓站房屋，可省去新設(shè)調(diào)壓器選址的環(huán)節(jié)，同時(shí)方便日后的管理與維護(hù)。

(3) 燃?xì)夤艿辣Ｗo(hù)溝改造設(shè)計(jì)。在改造設(shè)計(jì)方案制訂中，地下燃?xì)夤艿拦茼斁嗦访娴淖钚【嚯x應(yīng)滿足DG/TJ 08-10—2022《城鎮(zhèn)天然氣管道工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》中第3.2.1 條的規(guī)定。對(duì)不滿足第3.2.1 條要求埋深的管段，還需要設(shè)置燃?xì)夤鼙Ｗo(hù)溝。保護(hù)溝內(nèi)部尺寸需滿足燃?xì)夤芩闹芨?00 mm 的操作空間，保護(hù)溝采用Mu10 磚構(gòu)筑，M5 水泥砂漿鉤縫，墊層為C20 混凝土，墊層下為素土填實(shí)。管道焊接檢驗(yàn)完畢后，燃?xì)獗Ｗo(hù)溝內(nèi)回填干砂。保護(hù)溝頂部為預(yù)制鋼筋混凝土蓋板，一般設(shè)置在道路結(jié)構(gòu)層的下方，如果需要與道路路面平齊，則蓋板的強(qiáng)度、類型需結(jié)合道路設(shè)計(jì)一并考慮。

上海市現(xiàn)有的一些老舊小區(qū)內(nèi)，地下管線非常復(fù)雜，常常無(wú)法達(dá)到設(shè)計(jì)規(guī)范的安全要求。所以燃?xì)夤芫W(wǎng)改造設(shè)計(jì)時(shí)，需要采取增加套管、砌筑管溝、要求其他管線局部改線配合等措施。為保證燃?xì)庥脩舻恼９?，改造設(shè)計(jì)時(shí)提出兩種施工方法：一種是原管位拆排，即先在不妨礙交通的位置安裝臨時(shí)管替代待改造管供氣，然后拆除老舊管，原管位敷設(shè)新管，新管道通氣后拆除臨時(shí)管；另一種是新管位敷設(shè)管道，原老舊管道廢除，新管道通氣后，將廢棄的管線各斷口封堵，用氮?dú)膺M(jìn)行置換[1]。

3 上海市老舊小區(qū)燃?xì)夤芫W(wǎng)改造實(shí)例

對(duì)上海市某老舊小區(qū)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行實(shí)地踏勘，根據(jù)現(xiàn)有燃?xì)鈭D檔資料及測(cè)繪院提供的地形圖，分析該小區(qū)低壓燃?xì)夤芫W(wǎng)的運(yùn)行現(xiàn)狀，確定改造范圍，復(fù)核用氣量，重新調(diào)整管徑，制訂改造方案，繪制設(shè)計(jì)藍(lán)圖。目前此項(xiàng)工程已經(jīng)順利施工驗(yàn)收。

3.1 燃?xì)夤芫W(wǎng)概況

上海市某老舊小區(qū)進(jìn)行低壓燃?xì)夤芫W(wǎng)改造，整個(gè)小區(qū)共7 棟6 層樓房，居民252 戶，燃?xì)夤芫W(wǎng)建設(shè)于1998 年，總長(zhǎng)約400 m，干、支管的材質(zhì)為低壓機(jī)械接口灰口鑄鐵管。改造前后的燃?xì)夤芫W(wǎng)平面布置圖，如圖1 所示。

圖1 某老舊小區(qū)改造前后燃?xì)夤芫W(wǎng)平面布置

3.2 燃?xì)夤芫W(wǎng)隱患排查

根據(jù)實(shí)地調(diào)研踏勘，在匯總該老舊小區(qū)基本情況后，發(fā)現(xiàn)小區(qū)燃?xì)夤芫W(wǎng)目前存在的隱患分別為：

(1) 該老舊小區(qū)原燃?xì)夤芫W(wǎng)針對(duì)人工煤氣設(shè)計(jì)，燃?xì)庵鞲伞⒎种Ч懿捎脵C(jī)械接口灰口鑄鐵管，其使用壽命已過(guò)，腐蝕嚴(yán)重。

(2) 該老舊小區(qū)原燃?xì)夤艿琅c其他專業(yè)的管道已不滿足《設(shè)計(jì)規(guī)范》第6.3.3 條關(guān)于地下燃?xì)夤艿琅c建筑物、構(gòu)筑物或相鄰管道之間的水平和垂直凈距要求。

該老舊小區(qū)原有的燃?xì)夤芫W(wǎng)已無(wú)法滿足正常運(yùn)行和安全供氣，故管網(wǎng)改造勢(shì)在必行。

3.3 燃?xì)夤芫W(wǎng)改造要點(diǎn)

針對(duì)該老舊小區(qū)原有燃?xì)夤芫W(wǎng)存在的隱患提出以下改造要點(diǎn)：

(1) 更新已超過(guò)使用年限的老舊管線。

(2) 該燃?xì)夤芫W(wǎng)改造工程設(shè)計(jì)時(shí)，缺少小區(qū)地下綜合管線圖，所以現(xiàn)場(chǎng)踏勘時(shí)應(yīng)盡量觀察其他專業(yè)管線的地面設(shè)施與標(biāo)識(shí)，遇到與燃?xì)夤芫W(wǎng)距離過(guò)近或占?jí)旱膶?shí)際情況，需根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)重新選擇新管位。施工時(shí)先開(kāi)挖樣洞，摸清地下管線資料，各有關(guān)管線單位嚴(yán)格現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)護(hù)，以便安全生產(chǎn)。

(3) 查清小區(qū)燃?xì)夤芫W(wǎng)的氣源點(diǎn)、氣源方向(單氣源或雙氣源)，在施工說(shuō)明中提出施工期間的供氣保障方案以及氣源點(diǎn)鑲接方案。

(4) 根據(jù)燃?xì)鈭D檔資料確認(rèn)氣源點(diǎn)及用氣量，設(shè)計(jì)優(yōu)化管網(wǎng)。

3.4 水力計(jì)算

天然氣的運(yùn)行壓力相對(duì)人工煤氣較高，鑄鐵管轉(zhuǎn)輸天然氣后管道口徑相對(duì)偏大。從設(shè)計(jì)的合理性和經(jīng)濟(jì)性出發(fā)，老舊小區(qū)燃?xì)夤芫W(wǎng)改造時(shí)，依據(jù)設(shè)計(jì)圖紙及《設(shè)計(jì)規(guī)范》要求，應(yīng)進(jìn)行水力計(jì)算(即對(duì)管道阻力損失進(jìn)行計(jì)算)，確定設(shè)計(jì)管道口徑，在保證正常供氣的情況下對(duì)管道口徑做出相應(yīng)的調(diào)整。

根據(jù)《設(shè)計(jì)規(guī)范》第6.2.5 條、附錄C 燃?xì)夤艿滥Σ磷枇τ?jì)算，低壓燃?xì)夤艿懒髁亢蛦挝婚L(zhǎng)度的摩擦阻力損失分別按式(1)、式(2)計(jì)算：

式中：Qh——燃?xì)夤艿赖挠?jì)算流量，m3/h；

k——燃?xì)饩咄瑫r(shí)工作系數(shù)，居民生活用燃?xì)饩呖砂础对O(shè)計(jì)規(guī)范》中附錄F 確定；

N——同種燃?xì)饩呋虺山M燃?xì)饩叩臄?shù)目，按照居民戶數(shù)來(lái)確定；

Qn——燃具的額定流量，m3/h，設(shè)計(jì)時(shí)取值為2.87 m3/h。

式中：△p——燃?xì)夤艿滥Σ磷枇p失，Pa；

l——燃?xì)夤艿烙?jì)算長(zhǎng)度，m；

K——管壁內(nèi)表面的當(dāng)量絕對(duì)粗糙度；

d——管道內(nèi)徑，mm；

Re——雷諾數(shù)，式(1)要求Re＞3 500；

Q——取式(1)得出的燃?xì)夤艿烙?jì)算流量Qh，m3/h；

ρ——燃?xì)獾拿芏?，kg/m3，設(shè)計(jì)時(shí)取值為0.803 kg/m3；

T——燃?xì)鉁囟?，K，設(shè)計(jì)時(shí)取值為273.15 K；

T0——273.15 K。

鋼管輸送天然氣和氣態(tài)液化石油氣時(shí)K取0.1 mm，輸送人工煤氣時(shí)K取0.15 mm；PE 管道輸送天然氣時(shí)K取0.01 mm。PE 管道dn200，內(nèi)徑取163 mm；dn160，內(nèi)徑取131 mm；dn110，內(nèi)徑取90 mm。

因該改造工程氣源點(diǎn)位于市政道路DN300 低壓管起點(diǎn)，根據(jù)其與調(diào)壓站的間距，按式(2)計(jì)算出用氣高峰時(shí)段節(jié)點(diǎn)壓力不小于2 250 Pa；根據(jù)設(shè)計(jì)規(guī)范要求，控制6 層居民樓戶外燃?xì)饬⒐茏畹凸?jié)點(diǎn)壓力為1 950 Pa；所以該小區(qū)管線末端最遠(yuǎn)點(diǎn)的允許阻力損失△p為300 Pa。計(jì)算出改造起始點(diǎn)至小區(qū)最末端阻力損失△p為40 Pa，滿足設(shè)計(jì)規(guī)范要求。

經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)踏勘、管網(wǎng)分析、方案制訂和計(jì)算，得出該小區(qū)改造后的燃?xì)夤芫W(wǎng)平面布置圖，見(jiàn)圖1。

3.5 改造實(shí)施效果

通過(guò)此次改造，將該小區(qū)原來(lái)老舊的鑄鐵管更換為PE 管，同時(shí)進(jìn)行水力計(jì)算后調(diào)整管網(wǎng)管徑、管線路由(即管線的走向位置)等，滿足了高峰供氣時(shí)末端燃?xì)鈮毫ξ挥诤侠韰^(qū)間的要求，進(jìn)而提高了燃?xì)夤芫W(wǎng)的供氣保障能力和安全水平。以盡量少的費(fèi)用投入，如優(yōu)化燃?xì)夤芫W(wǎng)、適當(dāng)減小燃?xì)飧晒芄軓?、保留更換時(shí)間不長(zhǎng)的PE 引入管等，在保障不影響居民正常供氣的情況下，圓滿完成此次老舊小區(qū)燃?xì)夤芫W(wǎng)改造。

4 結(jié)語(yǔ)

老舊小區(qū)燃?xì)夤芫W(wǎng)改造是一項(xiàng)重大民生工程，關(guān)系到人們的生命和財(cái)產(chǎn)安全，關(guān)系到城市的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。本文闡述了上海市老舊小區(qū)燃?xì)夤芫W(wǎng)改造的必要性，總結(jié)了老舊小區(qū)燃?xì)夤芫W(wǎng)改造設(shè)計(jì)的要點(diǎn)，從管道和設(shè)備選擇、工程設(shè)計(jì)等方面對(duì)上海市老舊小區(qū)燃?xì)夤芫W(wǎng)進(jìn)行技術(shù)分析，希望能為各地實(shí)施此類工程提供一定思路。