管廊隧道在國內(nèi)煉化企業(yè)廠際間的首次規(guī)?；晒?yīng)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(xiàn)資源綜合利用，進一步延伸產(chǎn)業(yè)鏈，提高餾分油產(chǎn)品附加值，提升企業(yè)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(chǎn)的直餾蠟油和常壓渣油為原料，在大榭島規(guī)劃建設(shè)三期餾分油綜合利用項目，新建催化裂解、產(chǎn)品精制、氣體分餾、連續(xù)重整、原料加氫、乙苯、苯乙烯、芳烴抽提、PSA 等15 套生產(chǎn)裝置及部分輔助配套系統(tǒng)。受規(guī)劃用地限制，三期餾分油綜合利用項目新建裝置區(qū)和老廠區(qū)以及原料、產(chǎn)品罐區(qū)分成兩個區(qū)域布置，相隔約2.5 km，中間隔著一座山體。為實現(xiàn)兩個區(qū)域物料相互輸送，需要采用管廊進行連通。根據(jù)項目所在地大榭島現(xiàn)狀，管廊設(shè)置只有沿環(huán)島公路建設(shè)和在山體內(nèi)挖掘隧道建設(shè)管廊兩種方案。若按環(huán)島公路建設(shè)管廊，一是通行車輛較多，在管廊敷設(shè)的眾多?；肺锪瞎芫€存在安全隱患；二是環(huán)島公路兩側(cè)預(yù)留空地不足，且山坡多，不能完全滿足設(shè)計規(guī)范的安全距離要求；三是管廊途經(jīng)區(qū)域較長，需穿越征地紅線外的公共區(qū)域，公共區(qū)域的管廊需由政府出資建設(shè)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(nèi)挖掘隧道建設(shè)管廊方案，不僅能很好地解決上述問題，且管廊建設(shè)距離可由2.5 km 縮短至1.4 km左右，大大節(jié)省了管廊建設(shè)費用、管材費用以及后期生產(chǎn)運行時物料輸送的能耗。經(jīng)踏勘研究和方案比選，最終采用了管廊隧道建設(shè)方案。

1 管廊隧道基本情況

1.1 隧道縱斷面設(shè)計

隧道進口位于山體西側(cè)，出口位于山體東側(cè)，為單洞隧道，縱斷面采用 “一字坡” ，以+5 m 高程進洞，進洞后設(shè)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?？v坡設(shè)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(shè)計

隧道斷面采用三心圓曲墻形式，隧道內(nèi)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(cè)向?qū)挾?3.0 m 檢修車道+0.3 m 檢修車道右側(cè)消控設(shè)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(nèi)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(cè)設(shè)置0.5%的建造橫坡，兩側(cè)邊墻均設(shè)置排水溝。隧道右側(cè)檢修車道考慮行車要求，凈寬保證滿足2.50 m，該側(cè)排水邊溝設(shè)置蓋板。隧道內(nèi)檢修車道主要為大修所用，根據(jù)相關(guān)規(guī)范，車輛寬度按2.50 m 考慮，為保證行車安全和通行能力，結(jié)合隧道開挖斷面寬度，檢修道按3.00 m寬設(shè)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(shè)置

在隧道一側(cè)利用部分空間單獨設(shè)置一條緊急疏散逃生通道，作為火災(zāi)工況下人員疏散逃生使用，并滿足相關(guān)規(guī)范對疏散距離要求。逃生通道寬度設(shè)計為1.0 m，高度2.2 m，采用結(jié)構(gòu)墻與檢修道隔離開，結(jié)構(gòu)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(nèi)部設(shè)置疏散逃生指示燈、火災(zāi)疏散照明和應(yīng)急廣播。疏散逃生通道結(jié)構(gòu)隔離墻上間隔50 m 設(shè)置一處出入口，共設(shè)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(shè)置防止液體流入的措施。

1.4 隧道內(nèi)管廊布置情況

隧道內(nèi)設(shè)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(nèi)共設(shè)有240 排管架。管廊共設(shè)置五層：第一層為地面層，采用管墩敷設(shè)，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(jié)構(gòu)，平臺、走道鋪鋼格板。鋼結(jié)構(gòu)防腐按一般化工大氣及鹽霧腐蝕設(shè)計，所有鋼結(jié)構(gòu)均應(yīng)除銹后刷防腐涂料，防腐年限不小于4 年?；诮Y(jié)構(gòu)安全性、耐久性、防水性能等綜合考慮，管廊支架單側(cè)立柱采用獨立結(jié)構(gòu)設(shè)置，管廊基礎(chǔ)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(qū)和老廠區(qū)的廠際間系統(tǒng)管廊，敷設(shè)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(shè)計

隧道設(shè)計基本地震加速度為0.10g，抗震設(shè)防烈度為7 度。具體抗震措施為：洞門與二襯環(huán)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(jié)構(gòu)，設(shè)防范圍適當向兩端圍巖質(zhì)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(jié)構(gòu)設(shè)計使用年限為50 年。

2 管廊隧道安全配置

2.1 電氣系統(tǒng)設(shè)置

隧道內(nèi)主要負荷類型有隧道照明、射流風(fēng)機、加壓送風(fēng)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(cè)間隔200 m 左右設(shè)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(shè)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(tǒng)采用三相四線制，接地型式采用TN-S 系統(tǒng)。

表1 管廊隧道內(nèi)負荷一覽表

隧道內(nèi)設(shè)置安全運行、檢修用照明，照明光源采用節(jié)能熒光燈和高壓鈉燈，照明標準值暫按15 lx 進行設(shè)計。隧道內(nèi)人員通道設(shè)置應(yīng)急照明燈和逃生指示燈，應(yīng)急照明燈照明標準值按0.5 lx 設(shè)計，逃生指示燈按每隔20 m 一處進行設(shè)置。

根據(jù)隧道內(nèi)設(shè)備使用場所的危險介質(zhì)及其所處的區(qū)域，分區(qū)劃分為2 區(qū)，防爆等級不小于Ⅱ級。因隧道內(nèi)有氫氣管線，所有電氣設(shè)備均采用ⅡC 類等級防爆型設(shè)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(shè)沿危險性低的一側(cè)或一方沿橋架或穿管保護敷設(shè)，電氣敷設(shè)管路采用防腐、防爆型。

2.2 通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)置

管廊隧道內(nèi)配置SDS（R）-10-4P-8-27°防爆型雙 向 射 流 風(fēng) 機8臺（推 力730 N/ 臺，18.5 kW/臺），前后側(cè)配置2D 長度的消聲器。管廊隧道內(nèi)每150 m 設(shè)置一臺射流風(fēng)機，射流風(fēng)機直接懸掛在隧道頂部。為考慮設(shè)備的防火防腐條件，選擇耐腐蝕的不銹鋼防爆風(fēng)機和防爆電機，并要求風(fēng)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(shè)置正壓送風(fēng)防煙系統(tǒng)，送風(fēng)量按維持疏散通道正壓25～30 Pa 設(shè)置，疏散通道正壓送風(fēng)機配置HTF-10 型混流風(fēng)機2臺（風(fēng)量37 000 m3/h，風(fēng)壓920 Pa，15 kW/臺），分別設(shè)置在隧道兩洞口，火災(zāi)時直接從室外新鮮空氣處進風(fēng)。

風(fēng)機控制要求：管廊隧道正常運行工況下，可根據(jù)有害氣體報警濃度，定時或按需進行機械通風(fēng)換氣；管廊隧道火災(zāi)工況時，原則上隧道通風(fēng)系統(tǒng)停止運行，滅火后啟動通風(fēng)系統(tǒng)換氣排除煙霧。平時換氣次數(shù)不小于6次/h，事故換氣次數(shù)不小于12次/h。疏散通道的正壓送風(fēng)機應(yīng)能與消防報警系統(tǒng)聯(lián)動啟動，風(fēng)機的控制和聯(lián)動均受控于火災(zāi)報警監(jiān)控系統(tǒng)。

2.3 消防系統(tǒng)設(shè)置

（1）消防設(shè)施。隧道內(nèi)每間隔30 m 左右設(shè)1 個消火栓箱，消火栓箱內(nèi)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(shè)備箱體均采用不銹鋼鋼板制作。

（2）消火栓給水系統(tǒng)。隧道消防管分別從隧道進出口裝置區(qū)域的消防主管上接出2 條 DN150 的管道，架設(shè)在隧洞右側(cè)檢修通道側(cè)墻上部的橋架處，在隧道內(nèi)形成環(huán)狀管網(wǎng)[1]，當其中1 條進水管發(fā)生事故時，另1 條進水管仍能供應(yīng)全部消防用水量。該給水系統(tǒng)消防主管每隔5 個消火栓設(shè)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(nèi)任何一點均有2 股水柱同時到達。管網(wǎng)內(nèi)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(wěn)壓消火栓，在隧道的進出口各設(shè)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(tǒng)。除隧道內(nèi)每處消火栓箱內(nèi)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(nèi)各設(shè)置高倍數(shù)泡沫發(fā)生裝置，并在出入口外各設(shè)置一個與高倍數(shù)泡沫發(fā)生裝置連接的水泵接合器。

（4）蒸汽滅火系統(tǒng)。在隧道內(nèi)設(shè)有半固定式蒸汽滅火系統(tǒng)，用于對初期火災(zāi)的控制及小火災(zāi)的撲滅，直接從隧道內(nèi)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(tǒng)。隧道內(nèi)安裝光纖光柵感溫探測系統(tǒng)，光纖光柵感溫探測器敷設(shè)在隧道頂部，探測器間距為6 m，控制器設(shè)置在廠區(qū)控制室內(nèi)，光纖光柵控制器和火災(zāi)報警控制器聯(lián)網(wǎng)。在檢修通道一側(cè)的管廊立柱上，每隔50 m 設(shè)置1 個手動報警按鈕。

2.4 視頻安防監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)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(shè)置一臺帶有彩色/黑白自動轉(zhuǎn)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(zhì)量，采用光纖傳輸，配置相應(yīng)的光纜和光端機，將視頻信息統(tǒng)一上傳至廠區(qū)控制中心，進行集中監(jiān)控?？刂浦行目砂l(fā)出指令遙控云臺轉(zhuǎn)動，可調(diào)節(jié)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(tǒng)設(shè)置

隧道內(nèi)管廊上每隔200 m 設(shè)置一處可燃氣體及有毒氣體濃度檢測報警器[2]和火災(zāi)危險報警儀，在隧道兩端入口設(shè)置現(xiàn)場PLC 控制箱，控制箱設(shè)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(zāi)、可燃氣體檢測系統(tǒng)，一旦發(fā)生事故，便于啟動應(yīng)急預(yù)案。

2.6 防物料泄漏設(shè)置

為避免出現(xiàn)物料泄漏點，減少事故發(fā)生，隧道內(nèi)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(nèi)不設(shè)導(dǎo)淋、排液、放空等釋放點，隧道內(nèi)危險化學(xué)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(shè)置切斷閥[3]，可在事故狀態(tài)下切斷管廊物料，切斷閥具備手動、電動關(guān)閉功能，切斷閥信號引入DCS 系統(tǒng)，可由DCS 控制閥門開關(guān)。

2.7 結(jié)構(gòu)防火設(shè)置

隧道側(cè)墻和內(nèi)壁采用防火涂料進行飾面，隧道耐火等級為一級，主體結(jié)構(gòu)耐火極限不低于3.0 h，管廊鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件設(shè)置防火層，耐火涂層采用無機厚涂型鋼結(jié)構(gòu)防火隔熱涂料，耐火極限不低于1.5 h。結(jié)構(gòu)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(shè)置

為使隧道洞內(nèi)達到干燥要求，洞門邊坡外的雨水或山泉水等根據(jù)地形條件順地勢設(shè)置截水溝引流排走，兩端洞口朝洞外均設(shè)置下坡，避免路基水流入隧道內(nèi)。隧道暗洞防排水采用防水板、環(huán)向排水管、縱向排水管、橫向引水管與兩側(cè)邊溝相連，具體做法均參考常規(guī)隧道防排水。防洪設(shè)計按當?shù)?00 年一遇洪水位設(shè)防。

3 管廊隧道安全運行管理措施

由于隧道內(nèi)管路布置較密集且隧道較長，火災(zāi)危險性較高，存在人員中毒窒息風(fēng)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(wèi)生，對管廊隧道的運行制定了相關(guān)安全管理規(guī)定，具體如下：

（1）管廊隧道納入生產(chǎn)區(qū)域進行管控，嚴禁外來人員和無關(guān)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(qū)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(nèi)的風(fēng)機、照明、監(jiān)控、消防設(shè)備等的控制，均通過隧道洞口配電柜內(nèi)預(yù)留的遠方控制端口控制，接入遠方控制和聯(lián)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(chǎn)期間原則上嚴禁任何明火作業(yè)，確需動火的按特級動火作業(yè)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(tǒng)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(nèi)氣體泄漏、人員違規(guī)行為、設(shè)備狀態(tài)異常和環(huán)境不安全等因素，將巡檢數(shù)據(jù)實時傳回中控室，實現(xiàn)巡檢可視化管控。

4 結(jié)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(fā)生介質(zhì)泄漏及報警情況。隧道內(nèi)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(jié)果來看，管道沖刷減薄現(xiàn)象均在允許范圍之內(nèi)，基本上不存在焊口缺陷。鋼結(jié)構(gòu)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(yīng)力存在過輕微移位，經(jīng)大檢修期間消缺已復(fù)位。在管廊隧道運行期間，因后續(xù)新建項目建設(shè)需要，隧道內(nèi)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(yīng)急消防演習(xí)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(zāi)撲救，保護消防人員安全。存在的不足是管廊隧道內(nèi)設(shè)有渣油類高溫物料管線，在夏季時因散熱不良會導(dǎo)致隧道內(nèi)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(yè)，需采取人員輪流作業(yè)。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(jīng)過從建成投用到目前正常運行的時間檢驗，管廊隧道的經(jīng)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(shè)了新的管廊隧道。