地下综合管廊设置燃气管舱的风险分析与应对

发布时间：2021-12-29

　　摘 要: 从燃气管道的防泄漏、管道泄漏后的防扩散与防燃爆、发生燃爆后的逃生防护及安全泄爆等三个层次进行风险分析，提出应对措施。

　　关键词: 综合管廊; 燃气管舱; 风险分析; 应对措施

　　1 概述

　　城市综合管廊的推广应用，可以集约利用城市建设用地，提高城市工程管线建设的安全标准，合理规划、统筹安排城市工程管线的敷设，可有效避免传统的分别敷设方式占用道路地下空间较多、道路频繁开挖、管线运行与维护安全性较差等诸多弊端。

　　燃气管道是城市基础设施的重要组成部分，是保证人民生活和城市机能正常运转的设施，是生命线工程。燃气管道敷设于综合管廊内，可以改善管道的运行环境，提高管道的日常巡检维护水准。

　　由于燃气具有易扩散、易燃及易爆特性，笔者认为，在综合管廊内设置燃气管舱，具备在地下有限作业空间内布设燃气管道的特殊危险性，应该满足以下三个层次的安全保障条件: 首先是提高燃气管道的自身安全水准，有效防止燃气管道泄漏; 其次是发生管道泄漏时，燃气管舱应具有良好的防扩散与防燃爆性能; 再次是当燃气管舱内发生燃爆事故时，管舱应具有良好的逃生防护及安全泄爆功能。本文针对上述安全保障条件进行风险分析，并提出应对措施。

　　2 燃气管道的防泄漏

　　设置在综合管廊内的燃气管道，其运行环境优于直埋在土壤内，甚至可以达到室内环境水平。直埋管道较为常见的破坏方式如第三方施工破坏、路面塌陷破坏、管道锈蚀破坏等，可以避免或明显改善。防止管道泄漏的关键控制要素，以管道的产品质量和工程安装质量为主。另外，地震、管廊进水、防腐蚀不当等因素导致的燃气管道破坏，也需要应对。

　　2. 1 风险因素分析

　　① 管材选择

　　燃气管道工程中选用的钢管，根据 GB 50028— 2006《城镇燃气设计规范》，中、低压燃气管道可采用焊接钢管、镀锌钢管或无缝钢管，相应管材标准为 GB /T 3091—2015《低压流体输送用焊接钢管》、GB /T 8163—2008《输送流体用无缝钢管》; 次高压燃气 管 道 应 采 用 钢 管，相应管材标准为 GB /T 9711—2011《石油天然气工业管线输送系统用钢管》，地下次高压 B 燃气管道也可采用 Q235B 的焊接钢管。上述几类钢管的材料强度及其他指标高低不一，抗风险能力也不一致。

　　② 管道焊缝质量

　　焊接人员操作水平参差不齐、焊接材料与焊接工艺的适用性不好、焊接施工环境条件不符合规定等诸多因素，均可导致管道焊接出现瑕疵，加之如有抽检比例较低、质量检测不严等情况，则存在发生焊缝处泄漏的风险。

　　③ 管道三通

　　管道三通部位受力复杂，材料所受应力值往往较高且不均匀，特别是施工现场在主管道上开孔接管三通处，受条件所限，工艺精度不高，角焊缝的内部质量检验手段缺乏，导致该部位质量可靠性不高。

　　④ 阀门、管件等产品质量、安装质量

　　燃气工程选用的阀门及管件，其产品质量、安装质量对于整条管道至关重要，主要涉及到选用的产品标准和质量、施工中产品进场检验采取的抽样送检方式、安装质量满足规范要求情况、阀门与管件等密封部位的安装精度等，任何一个环节出现瑕疵，都会影响管道投入运行后的安全可靠性。

　　⑤ 管道支管出管舱后直埋段沉降

　　管舱外肥槽回填质量普遍不高，特别是管廊结构高度较大时，采用常规的肥槽回填方法，回填土的长期固结沉降量较大，而管廊结构沉降量相对很小，从而导致从管廊引出的分支燃气管道在肥槽内的沉降量与管廊结构沉降量之差超过允许值，引起破裂泄漏。

　　⑥ 地震

　　管廊内的管道均为架空管道，地震造成管道掉落或管廊结构破坏，从而造成管道损坏。

　　⑦ 管廊进水

　　洪水或强降雨灌入管廊或结构严重漏水，导致管道损坏。

　　⑧ 管道防腐层

　　管道防腐层破损或老化，导致管道损坏。

　　2. 2 应对措施

　　① 提高管材选用标准，建议选用符合 GB /T 9711—2011《石油天然气工业管线输送系统用钢管》标准的钢管。如选用符合 GB /T 8163—2008《输送流体用无缝钢管》标准的钢管，应增加韧性指标。

　　② 提高焊接工艺标准，优化焊接工艺，加强焊接质量检测，确保焊缝的安全度水准。

　　③ 尽量采用成品三通管件。需要现场进行管道开口接管时，应通过严谨的受力分析，采取可靠的加强措施，提高安全裕量。

　　④ 选用高标准的成品设备、管件，加强产品进场检测力度，确保成品设备、管件具有足够的可靠性。

　　⑤ 提高肥槽回填质量标准，优化回填材料与方法，加强施工现场监督管理，确保肥槽回填层的沉降量与管廊沉降量之差不超过燃气管道的允许值。同时，建议在肥槽回填区域，出舱分支管道敷设采取管沟或套管等方式。

　　⑥ 在管廊内敷设的管道，自身受地震作用造成应力过大而破坏的可能性并不大，通常是由于管道从支架上滑落或管廊结构受损，造成管道破坏。应加强管道支架结构与管廊结构的抗震性能。另外，在直埋分支管道的穿墙出舱部位，受管道约束刚度突变、土质变化较大等因素影响，往往成为地震易损部位，需要严格依照相关标准要求妥善处理。

　　⑦ 洪涝灾害造成雨水灌入，或管廊结构严重漏水，会引起管道漂浮而损坏。应适当提高管廊结构的防洪、防水设计标准。

　　⑧ 管道防腐防护是确保管道长期安全运行的保证，需要适当提高防腐防护材料的耐老化性能。

　　3 燃气泄漏后的防扩散与防燃爆

　　3. 1 风险因素分析

　　城市综合管廊往往位于城市主要道路下，可能会途经重要建筑及人员密集场所，且管廊较长。为便于管线的日常巡检维护，燃气管舱内部净空间应满足正常的人员通行及管材、设备运输要求。鉴于燃气具有易扩散、易燃及易爆特性，需要有效预防以下几类风险:

　　① 燃气从一处泄漏点不受控制地扩散至整个管廊空间。

　　② 管廊内燃气逐渐聚积，未采取紧急关断、强制排风等应急措施，进而达到爆炸极限。

　　③ 管廊结构变形缝处混凝土密实性差，燃气泄漏后窜入相邻管舱。

　　④ 管廊内泄漏燃气达到爆炸极限后，遇明火燃爆; 或者燃气从位于地面上的通风口溢出，遇明火引发燃爆。

　　3. 2 应对措施

　　① 建议将阀门、三通等易泄漏点集中布置在井室内，井室与管道舱之间设置实体墙隔离，形成相互独立的井室与管道舱。隔离墙上的检修通道位置设置密闭门，防止燃气在井室内泄漏后向管道舱扩散。

　　② 在每处井室和管道舱内，分别设置独立的燃气报警器、自动关闭阀和强制排风系统。在燃气管道泄漏后，一旦达到报警浓度，报警并自动关断燃气阀门，启动强制排风。

　　③ 管廊结构变形缝处混凝土应具有良好的密实性。

　　④ 燃气管舱位于地面上的通风口，应与车行道、人行道等有明火区域保持一定的安全距离，通风口距离地面应保持一定的安全高度。

　　4 燃气管舱的逃生防护及安全泄爆

　　4. 1 逃生防护措施

　　① 在井室与管道舱之间采用实体墙隔离，防止燃气泄漏后在管道舱内大范围扩散。在每一处井室与管道舱内，分别独立设置可直接通向廊外的逃生通道。

　　② 井室及管道舱内的逃生爬梯，应与检修通道设在管道的同一侧。

　　③ 爬梯应采用不燃烧材料。

　　④ 现场条件许可时宜采用斜爬梯，如采用直爬梯，高度超过 4 m 时应设防护围栏。

　　⑤ 建议采用远程操控或专业机器人进行管道的现场操作。

　　4. 2 安全泄爆措施

　　① 采用实体墙隔离的每一处独立的井室与管道舱，根据现场条件分别设置泄爆装置( 如泄爆口、泄压板等) ，通过适当的方向引导或直接泄压，减小爆炸冲击波对管廊主体结构、地面人员及周围环境的伤害与破坏。由于井室内设备的泄漏风险相对较大，建议适当从严确定泄爆装置的设置标准; 井室之间管廊内管道泄漏的风险较小，泄爆装置的设置标准可适当放宽。

　　② 泄爆口可与管道设备下料口、通风口等结合设置。泄爆口避免朝向人员密集区域，采用安全性较好的轻质材料覆盖。

　　5 结语

　　① 燃气管舱的风险源头，是燃气管道破损导致的燃气泄漏，提高管道的自身安全性是燃气管舱风险控制的关键。

　　② 管道自身安全性的主要控制要素，一方面是采用标准高、质量好的管材、管件及设备，另一方面是严格把控施工质量。

　　③ 建议将阀门、三通等易泄漏点集中布置在井室内，井室与管道舱之间采用实体墙隔离，防止燃气泄漏后在管道舱内大范围扩散。

　　④ 燃气管舱内一旦出现燃气泄漏，及时的阀门关断和有效的通风换气，防止燃气在有限空间内不断聚积直至达到爆炸极限，是防止发生燃爆事故的关键。建议在每个井室和管道舱内，设置独立的燃气报警器、自动关闭阀和强制排风系统。

　　⑤ 建议在每一处井室与管道舱内，分别设置独立的可直接通向室外地面的逃生通道，并根据现场条件设置足够的安全泄爆装置。——论文作者：陆景慧， 杨永慧， 赵德春， 李慧梅， 常延辉