探索綜合管廊內(nèi)天然氣管道的安全性

郭旺民

摘 要：伴隨著綜合管廊在我國的迅速普及，各試點(diǎn)城市紛紛在其城區(qū)的主干路網(wǎng)下鋪設(shè)起地下的綜合管廊，由于天然氣管道自身的特性，必須對其安全問題作出相應(yīng)的防范。對此，本文將從天然氣形成及其物性特征、天然氣管道入綜合管廊的相關(guān)要求和安全風(fēng)險，以及有關(guān)的安全措施方面展開探究和討論。

關(guān)鍵詞：天然氣管道;綜合管廊;管道安全

隨著城市人口日益密集，為了更為有效地利用天然氣資源，需要積極推廣綜合管廊的建設(shè)，同時，由于天然氣管道所輸送的介質(zhì)屬于易燃?xì)怏w，因而，必須在入廊之后對其采取有效的安全措施以使其符合相關(guān)安全標(biāo)準(zhǔn)，從而確保管道的安全運(yùn)行。

1 天然氣的形成及其物性特點(diǎn)

天然氣作為一種化石能源，就形成問題來說，是經(jīng)過遠(yuǎn)古時代的動、植物在經(jīng)歷一系列的化學(xué)、生物以及地質(zhì)變化作用之后形成的一種埋藏于地層之中的清潔可燃?xì)怏w。并且，根據(jù)不同的形成條件，可以將其劃分為油田伴生氣、煤層氣、氣田氣、礦井氣、凝析氣田氣。剛被開采出來的天然氣往往會含有各種雜質(zhì)，因此，在投入使用之前，需要對其進(jìn)行一系列的處理，通常是通過脫硫和脫水來使其組分能夠符合國家的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，然后儲存運(yùn)輸并投入民用，或是作為化工原料以及工業(yè)燃料進(jìn)行使用。天然氣的主要成為是甲烷（CH4），同時也含有少量的乙烷（C2H6）、丙烷（C3H8）、丁烷（C4H10）以及戊烷（C5H12）。除此之外，還含有微量的一氧化碳、二氧化碳、氫氣、氮?dú)狻⒘蚧瘹?、水蒸氣、以及惰性氣體。之所以稱之為清潔能源，是因?yàn)樘烊粴獾闹饕煞旨淄樵谌紵笊傻漠a(chǎn)物是水和二氧化碳，對環(huán)境造成的污染極小[1]。

近年來，天然氣在民用和工業(yè)使用中正在逐漸取代煤炭、重油一類的能源，并且受到了廣泛的歡迎。天然氣的密度低于空氣，通常是0.75～0.82kg/m3，相對密度是0.55～ 0.62kg/m3;沸點(diǎn)為-162.49℃，可以在低溫下發(fā)生液化，常溫下則會呈現(xiàn)氣體狀態(tài)。此外，天然氣易燃易爆，其爆炸極限為空氣中占比5%～15%，在國家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理總局等十部委所頒發(fā)的危險化學(xué)品目錄中屬于類別1的易燃?xì)怏w，加壓氣體。

2 天然氣管道入綜合管廊的相關(guān)要求及安全風(fēng)險

綜合管廊建是一種建設(shè)于城市地下的構(gòu)筑物，可以用于容納兩類及以上工程管線，其內(nèi)部一般設(shè)有不止一個艙室，這些艙室的作用是用來收納各種不同類別的市政管線。綜合管廊的每一個艙室斷面尺寸都應(yīng)該足以滿足入廊管道的安裝以及操作人員日常巡檢和維護(hù)的通行需要。在實(shí)際的建設(shè)之中，綜合管廊通常是按照城市路網(wǎng)的規(guī)劃鋪設(shè)并深埋于城區(qū)的主干道路之下。綜合管廊各個艙室的內(nèi)部依靠電力設(shè)計實(shí)現(xiàn)照明;采用強(qiáng)制通風(fēng)，在每個艙室都設(shè)有高于地面的進(jìn)、排風(fēng)口，通風(fēng)口下設(shè)有用來維持艙室內(nèi)部空氣流通和更新的風(fēng)機(jī)。并且，管廊中每100m～400m之間會設(shè)置通往地面的逃生口，以確保在緊急狀況之下操作人員能夠及時逃生。天然氣在我國被廣泛作為燃料應(yīng)用于居民的日常生活和冬季采暖。城市內(nèi)輸送天然氣通常是通過密封管道的方式進(jìn)行的，用于輸送天然氣的管道一般選用PE管道或者是鋼管。在市區(qū)進(jìn)行城市管網(wǎng)鋪設(shè)的時候，要使用直埋的形式將管道鋪設(shè)與土壤之中，并用中性細(xì)砂將管道的四周填實(shí)。

一旦管道出現(xiàn)泄漏，天然氣就會立即擴(kuò)散到大氣之中，進(jìn)而降低形成爆炸極限混合物的概率。當(dāng)在綜合管廊中鋪設(shè)天然氣管道時，采用支架架空的方式將管道鋪設(shè)于艙室之中，同時，在管道旁邊預(yù)留出用于通行和檢修的空間。然而，由于地下管廊處于密閉的運(yùn)行環(huán)境，艙室和大氣之間僅靠面積有限的進(jìn)、出風(fēng)口進(jìn)行聯(lián)通，這就導(dǎo)致了可燃?xì)怏w泄漏后無法立即擴(kuò)散于大氣之中，從而非常容易造成氣體在艙內(nèi)流動積聚，然后，當(dāng)可燃?xì)怏w同艙內(nèi)的空氣混合并達(dá)到爆炸極限范圍，就會在遇到火源時發(fā)生爆炸[2]。

3 天然氣管道入廊應(yīng)采用的安全措施

為了確保綜合管廊內(nèi)天然氣管道的運(yùn)營安全、消除爆炸、火災(zāi)等隱患，必須要對天然氣艙室的安全措施加以強(qiáng)化，具體可以從以下幾個方面著手：

首先，是要對管道本體的安全性進(jìn)行提升。針對這一點(diǎn)，可以在進(jìn)行天然氣管道入廊設(shè)計的時候，對管道本體進(jìn)行強(qiáng)化其安全性的專門設(shè)計，對此，需要根據(jù)《城市綜合管廊工程技術(shù)規(guī)范》中的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)來實(shí)施。用于入廊的天然氣管道應(yīng)當(dāng)選用無縫鋼管，并且要保證管道的壁厚符合《城鎮(zhèn)燃?xì)庠O(shè)計規(guī)范》的具體要求。要根據(jù)管廊的實(shí)際走向，以及管艙斷面的尺寸來對管道支架的數(shù)量和設(shè)置位置做出合理的規(guī)劃。并且，在安裝管道和管架的位置旁要留出一定的空間以便維護(hù)和檢修。與此同時，還要充分考慮到管廊內(nèi)部的溫度變化問題，將管道的熱伸縮量考慮在內(nèi)，并為其設(shè)置相應(yīng)的補(bǔ)償方式，從而確保管道不會因?yàn)槌鰬?yīng)力范圍而受到破壞。在天然氣艙室中，管道間和管道、管件間要通過焊接來進(jìn)行連接，這是因?yàn)椋噍^于法蘭連接，焊接可以更好地保證管道連接處的密閉性，進(jìn)而減少發(fā)生氣體泄漏的危險。要盡可能地將天然氣的管道閥門設(shè)置在管廊外部，并設(shè)置可以對管道進(jìn)行遠(yuǎn)程切斷的緊急切斷閥門，從而保證能夠在緊急狀況發(fā)生時及時切斷入口閥門，以減少氣體的泄放量、降低氣體泄漏造成的影響。除此之外，在實(shí)際施工的過程之中，還要嚴(yán)格把控管道的焊接與防腐質(zhì)量。對于入廊的天然氣管道，為了確保管道的每一道焊接縫都能滿足相關(guān)的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，需要對焊接縫做100%射線檢測和100%超聲波檢測。此外，由于地下管廊內(nèi)的空氣相對濕度較高，為了避免管道受到腐蝕，應(yīng)當(dāng)在入廊管道的外表面做相應(yīng)的防腐處理，并且，由于管艙內(nèi)空間有限，施工較為困難，因此，可以考慮在管道出廠時為其做好防腐涂裝，在施工現(xiàn)場僅需對焊接縫做補(bǔ)口防腐即可。同時，管廊內(nèi)部的鋼制管架同樣需要做防腐處理。

其次，要消除火源，根據(jù)有關(guān)規(guī)范的要求，天然氣管道在入廊后應(yīng)當(dāng)被設(shè)置于獨(dú)立的艙室之中，并且艙室的耐火等級要高于二級，并且，天然氣艙與其他艙室的進(jìn)風(fēng)口之間凈距要在10m以上，這是為了保證一旦天然氣管道出現(xiàn)狀況，泄漏的天然氣不會進(jìn)入電力艙等非防爆艙室，從而避免發(fā)生爆炸等危險。除此之外，天然氣艙地面需要采用不發(fā)火花地面，以預(yù)防因工具、管材與地面發(fā)生撞擊而產(chǎn)生火花。要為鋼制管材做好防靜電接地，以避免出現(xiàn)由于天然氣在管道中流動而產(chǎn)生能夠引發(fā)火花的靜電積聚問題。與此同時，天然氣艙室內(nèi)的通訊、照明設(shè)備，以及儀表監(jiān)控設(shè)備都應(yīng)當(dāng)采用防爆電氣，并且艙室的風(fēng)機(jī)以及積液池內(nèi)的潛水泵也應(yīng)當(dāng)為防爆風(fēng)機(jī)和防爆水泵，這樣做可以在最大程度上降低因電氣設(shè)備運(yùn)行與泄漏的可燃?xì)怏w相遇而產(chǎn)生火花的可能性，進(jìn)而降低發(fā)生危險的概率。

最后，要進(jìn)一步加強(qiáng)監(jiān)測管理，并且建立起一套科學(xué)、有效的風(fēng)險排除機(jī)制。可以在天然氣艙室內(nèi)部設(shè)置報警器，一旦艙室內(nèi)的溫濕度、水位、氧氣，或是可燃性氣體的情況異常，報警器就會發(fā)出警告，并將信號檢測數(shù)據(jù)傳輸至燃?xì)夤镜谋O(jiān)控部門和綜合管廊的監(jiān)控中心，進(jìn)而幫助工作人員進(jìn)行日常的檢測和險情的排除[3]。此外，天然氣艙室內(nèi)的溫度要低于40℃，如果溫度超過這個限制，就要啟動防爆風(fēng)機(jī)來以通風(fēng)的方式來進(jìn)行降溫。在天然氣艙室內(nèi)設(shè)置可燃?xì)怏w報警裝置，報警時，啟動報警區(qū)間段艙室的事故風(fēng)機(jī)，同時啟動相鄰兩個防火分區(qū)內(nèi)的事故風(fēng)機(jī)，并且將管道的緊急切斷閥斷開，通過事故風(fēng)機(jī)來將泄漏的天然氣迅速排放到大氣之中。除此之外，還需要在天然氣管道艙內(nèi)部設(shè)置疏散指示燈、應(yīng)急燈、滅火器以及通訊電話等消防設(shè)備，并且，要有專人對綜合管廊內(nèi)的消防設(shè)備進(jìn)行維護(hù)和看管，定期進(jìn)行檢驗(yàn)、及時更換過期設(shè)備。

綜上所述，由于天然氣易燃易爆，在日常的運(yùn)營中，要始終把安全問題放在首位，綜合管廊作為城市運(yùn)轉(zhuǎn)的樞紐干線，其安全問題至關(guān)重要，特別是在天然氣管道的敷設(shè)問題上必須做好相應(yīng)的安全措施，進(jìn)而為人們提供更為安全、便利的生活。

參考文獻(xiàn)：

[1]趙然.管廊中天然氣管道泄漏擴(kuò)散模擬分析[D].北京：北京建筑大學(xué)，2018.

[2]李昭陽.天然氣管道入綜合管廊的風(fēng)險評價[D].廣州：華南理工大學(xué)，2018.

[3]龔燚.燃?xì)夤芫€入綜合管廊的抗爆防護(hù)技術(shù)研究[D].南京：南京理工大學(xué)，2018.