化工園區(qū)公共管廊及其管道設(shè)計(jì)

胡佳煜

（湖北省緣達(dá)化工工程有限公司，湖北武漢 430074）

化工園區(qū)是化工行業(yè)發(fā)展的重要載體，近年來全國各地都在不斷推進(jìn)化工園區(qū)的認(rèn)定與評價(jià)工作，并且對化工園區(qū)安全整治提升工作提出了更高的要求。化工園區(qū)公共管廊作為園區(qū)配套工程設(shè)施的重要環(huán)節(jié)，對減少化工園區(qū)碳排放，提高基礎(chǔ)設(shè)施利用效率，增加園區(qū)的環(huán)境容量，避免基礎(chǔ)設(shè)施的重復(fù)建設(shè)等問題有重要意義。高質(zhì)量的公共管廊設(shè)計(jì)理念，能促進(jìn)園區(qū)企業(yè)的資源共享和循環(huán)利用，高效率、低成本地提升園區(qū)整體管理水平，助力園區(qū)可持續(xù)發(fā)展。

化工園區(qū)公共管廊上的管道設(shè)計(jì)要重點(diǎn)考慮與園區(qū)長期發(fā)展規(guī)劃的匹配性、與園區(qū)其他公用工程的協(xié)調(diào)性以及管道運(yùn)行管理的安全可靠性。

1 公共管廊設(shè)計(jì)原則

化工園區(qū)管廊是連接園區(qū)內(nèi)部各企業(yè)及配套工程的重要紐帶，在園區(qū)規(guī)劃之初，要充分明確“安全第一”和“經(jīng)濟(jì)合理”的首要原則，在具體設(shè)計(jì)時(shí)，對照相關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)規(guī)范將設(shè)計(jì)原則落實(shí)到位。

1.1 安全性

化工園區(qū)公共管廊上管道輸送的介質(zhì)大多具有高溫、高壓、可燃、易爆、有毒等特性，若在管道運(yùn)行過程中發(fā)生介質(zhì)泄漏，很可能發(fā)生人員中毒、火災(zāi)爆炸、環(huán)境污染等事故，危及園區(qū)企業(yè)和人員的安全?？紤]到園區(qū)管廊的公共屬性，必須高度重視管廊區(qū)域的安全風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)以及相關(guān)安全設(shè)施設(shè)計(jì)[1]，特別要做好公共管廊的安全防護(hù)距離設(shè)計(jì)，防撞警示設(shè)施設(shè)計(jì)以及檢修設(shè)施設(shè)計(jì)。

1.2 經(jīng)濟(jì)合理性

化工園區(qū)公共管廊規(guī)劃應(yīng)納入到園區(qū)總體規(guī)劃中，根據(jù)產(chǎn)業(yè)規(guī)劃與布局，實(shí)施統(tǒng)一的分期、分批規(guī)劃建設(shè)計(jì)劃，使公共管廊建設(shè)規(guī)模與園區(qū)開發(fā)進(jìn)度相匹配，并留有一定余量。管廊敷設(shè)路徑應(yīng)利于與各企業(yè)之間的銜接，使多數(shù)管線布置合理，少繞行，盡量減少管線長度[2]，提高管廊上管位的利用率。

1.3 可持續(xù)性

化工園區(qū)公共管廊的建設(shè)工作具有周期長、批次多、變化大的特點(diǎn)。公共管廊上不同時(shí)期的管道，其設(shè)計(jì)、施工單位都有可能變化，因此，在管廊規(guī)劃初期，不僅要根據(jù)化工園區(qū)滾動(dòng)發(fā)展的需求，適度超前的布局公共管廊系統(tǒng)[3]，而且要從園區(qū)長期發(fā)展的角度全盤考慮，注意管廊設(shè)計(jì)資料的收集整理，特別是管廊的結(jié)構(gòu)計(jì)算書、管道應(yīng)力計(jì)算資料，以及施工資料和竣工資料[4]。公共管廊的設(shè)計(jì)單位是管廊“全生命周期”管理的重要參與者，對于公共管廊上的管道設(shè)計(jì)變更，應(yīng)及時(shí)校核管廊管位與管廊荷載，變更設(shè)計(jì)文件。

2 公共管廊設(shè)計(jì)要點(diǎn)

2.1 管廊敷設(shè)路徑選擇

化工園區(qū)公共管廊最主要的作用就是通過集約化的管道系統(tǒng)，將園區(qū)內(nèi)的公用工程和企業(yè)串聯(lián)起來，因此，選擇管廊規(guī)模與路徑時(shí)，需要結(jié)合園區(qū)總體規(guī)劃中的道路交通系統(tǒng)、污水工程、供熱工程、工業(yè)氣體工程、給排水工程、供電工程、通信工程等相關(guān)內(nèi)容，合理制定方案。為了敷設(shè)路徑的合規(guī)性和經(jīng)濟(jì)性，應(yīng)充分收集園區(qū)內(nèi)各方面的資料。了解園區(qū)各企業(yè)的入駐進(jìn)度和公用工程配套需求，明確園區(qū)內(nèi)供氣企業(yè)、熱電中心、污水處理站等設(shè)施的空間位置，綜合考慮公共管廊的敷設(shè)路徑上可能穿越或跨越的山體、公路、鐵路、輸電線路、地下管線等的位置。

化工園區(qū)的主要公共管廊應(yīng)設(shè)置在園區(qū)公用設(shè)施與用戶企業(yè)集中區(qū)域的串聯(lián)路徑上。公共管廊在規(guī)劃路徑時(shí)，需要評估管廊輸送的介質(zhì)對周邊人員、企業(yè)、環(huán)境的影響，并對規(guī)劃路徑進(jìn)行安全預(yù)評價(jià)。公共管廊宜與鐵路、道路等中心線平齊，減少與鐵路、道路的交叉[5]。對于輸送易燃、易爆、有毒介質(zhì)的管廊，應(yīng)避免穿越高速公路、鐵路[6–7]。在管廊的敷設(shè)路徑上，應(yīng)盡量避免開挖山體和地質(zhì)情況差的區(qū)域，這樣可以大幅降低公共管廊建設(shè)成本。

2.2 管廊主體設(shè)計(jì)

2.2.1 管廊高度

化工園區(qū)公共管廊選擇凈空高度，要優(yōu)先保證園區(qū)道路在消防車輛通行和大件運(yùn)輸方面的功能需要；其次，管廊下穿電力線路時(shí)，要考慮與輸電線路的垂直凈空高度；最后，要考慮管廊與企業(yè)或現(xiàn)有管廊的銜接順暢。在人流較少的地段或園區(qū)邊緣地帶不影響擴(kuò)建時(shí)，可采用低管廊或管墩。多層管廊相鄰層之間的垂直距離，可根據(jù)管架寬度、結(jié)構(gòu)形式、管架上敷設(shè)管道的直徑或檢修通行要求等因素決定，但一般不小于1.5m。

2.2.2 管廊跨度

管廊最小跨度應(yīng)根據(jù)管廊結(jié)構(gòu)形式和管廊所敷設(shè)管道的允許跨距決定。當(dāng)管廊跨越河流、道路等設(shè)施時(shí)，可采用大跨度桁架。管廊下穿鐵路或高速公路涵洞時(shí)，應(yīng)注意預(yù)留足夠的桁架跨度，防止管廊基礎(chǔ)施工時(shí)破壞已有設(shè)施的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)。對于在園區(qū)道路交叉路口附近跨越道路的桁架，應(yīng)注意調(diào)整跨距，避讓地下市政、電信設(shè)施。

2.2.3 管廊寬度

管廊寬度一般根據(jù)管道數(shù)量、管徑以及管道附件的最大外形尺寸、儀表和電氣電纜橋架寬度等因素來決定管架寬度，對于園區(qū)公共管廊的寬度，一般應(yīng)考慮20%~30%擴(kuò)建的預(yù)留量。雙柱管廊寬度不宜大于10m，當(dāng)管廊寬度大于12m時(shí)，應(yīng)采用多柱形式。管廊立柱的外側(cè)可設(shè)置挑梁，用于設(shè)置電纜橋架與檢修通道?？紤]到管廊上管道的數(shù)量、種類、輸送介質(zhì)的性質(zhì)等因素，可設(shè)置單層或多層管廊。

2.2.4 管廊荷載

化工園區(qū)公共管廊總是在擴(kuò)建和新增管道，管廊荷載的變化很大。影響管廊荷載的主要因素有：熱電中心的熱負(fù)荷、企業(yè)的入駐數(shù)量、企業(yè)改擴(kuò)建情況、污水收集處理需求等。管廊水平橫向推力荷載主要來自壓力管道，尤其是熱力管道。隨著園區(qū)規(guī)模的擴(kuò)大，公共管廊上的管道總體將呈現(xiàn)增加的趨勢，因此在管廊設(shè)計(jì)之初，應(yīng)充分預(yù)留管廊荷載，以便將來敷設(shè)新增管道。管廊沿敷設(shè)方向間隔一定的距離應(yīng)設(shè)置固定支架，水平推力較大的熱力管道應(yīng)將管道固定點(diǎn)設(shè)置在管廊的固定支架上?？紤]到公共管廊上荷載的逐步累積，有的研究者提出管廊應(yīng)力負(fù)載率一般不應(yīng)超過80%，對于化工園區(qū)公共管廊，這一比例還應(yīng)適當(dāng)降低。

2.3 管廊主要危險(xiǎn)因素辨識與防護(hù)

2.3.1 火災(zāi)爆炸

化工園區(qū)公共管廊上管道輸送的物料，大部分為易燃易爆介質(zhì)，具有一定的爆炸危險(xiǎn)性，一旦發(fā)生泄漏，不僅會(huì)影響泄漏管道自身的正常運(yùn)行，而且會(huì)危及整個(gè)公共管廊的安全。一般通過劃定管廊的火災(zāi)危險(xiǎn)性分級，以及管廊相鄰公用設(shè)施或相鄰企業(yè)建筑的火災(zāi)危險(xiǎn)性分級來確定管廊防火間距。對于布置在爆炸危險(xiǎn)區(qū)域內(nèi)的鋼結(jié)構(gòu)公共管廊，管廊的鋼結(jié)構(gòu)梁、柱均應(yīng)該設(shè)置相應(yīng)的耐火層。

2.3.2 地震災(zāi)害

化工園區(qū)的公共管廊抗震設(shè)計(jì)方針以預(yù)防為主，為取得“小震不壞，基本地震可修，大震不倒”的抗震設(shè)防目標(biāo)。作為工藝設(shè)計(jì)人員，在設(shè)計(jì)公共管廊時(shí)，應(yīng)選擇對抗震有利地段，避開不利地段，應(yīng)避免將管廊設(shè)置于可能因地震或雨水沖刷，引發(fā)滑坡、崩塌、陷落及斷層等地質(zhì)災(zāi)害的區(qū)域。在土建提資時(shí)，公共管廊結(jié)構(gòu)形式應(yīng)優(yōu)先考慮采用抗震性能較好的鋼結(jié)構(gòu)及鋼筋砼結(jié)構(gòu)，不應(yīng)采用磚混結(jié)構(gòu)。

2.3.3 撞擊、墜落

化工園區(qū)公共管廊一般沿道路紅線邊沿敷設(shè)，存在車輛駛?cè)牍芾葏^(qū)域撞擊管廊主體結(jié)構(gòu)的危險(xiǎn)。當(dāng)管廊穿越鐵路、公路涵洞或電力線路時(shí)，管廊上的管道有可能被石塊或下落電線擊中，造成有毒可燃物質(zhì)泄漏甚至爆炸的危險(xiǎn)。管廊靠近園區(qū)道路一側(cè)應(yīng)設(shè)置防護(hù)欄，局部重點(diǎn)區(qū)域應(yīng)設(shè)置預(yù)制混凝土防護(hù)墩，管廊靠近道路側(cè)應(yīng)設(shè)置照明設(shè)置，對于跨路桁架，應(yīng)在面向車輛通行方向設(shè)置限高與警示設(shè)施。公共管廊穿越鐵路、公路涵洞時(shí)，應(yīng)在涵洞兩側(cè)一定范圍內(nèi)的管廊頂部設(shè)置防止管道被撞擊損壞的保護(hù)措施。公共管廊與架空高壓線路交叉時(shí)，應(yīng)根據(jù)架空高壓線電力參數(shù)控制兩者的垂直間距。

2.3.4 腐蝕

公共管廊鋼結(jié)構(gòu)的腐蝕環(huán)境主要是化工園區(qū)大氣的腐蝕，管廊的鋼結(jié)構(gòu)必須采取良好的防止化工氣體腐蝕的措施。管廊鋼結(jié)構(gòu)采用涂料防腐，鋼結(jié)構(gòu)工廠制作時(shí)表面進(jìn)行噴沙或拋丸處理，除銹等級需達(dá)Sa2.5級。采用與鋼結(jié)構(gòu)表面結(jié)合性較好、防腐蝕性能較強(qiáng)的防腐涂料方案。對于有防火要求的管廊，尤其要注意防火涂料和防腐涂料兩者的相容性問題。實(shí)際工程經(jīng)驗(yàn)中，管廊涂漆往往難以達(dá)到很好的施工和維護(hù)效果，而且后期維護(hù)成本高，建議位于強(qiáng)腐蝕性區(qū)域的公共管廊可優(yōu)先采用混凝土結(jié)構(gòu)，能極大節(jié)省后期維護(hù)成本。

2.4 管廊附屬設(shè)施

2.4.1 巡檢通道和操作平臺

公共管廊巡檢通道一般用于管道和電纜橋架的安全巡視和檢查維修。巡檢通道的兩側(cè)應(yīng)設(shè)置安全護(hù)欄，而且間隔一定的間距應(yīng)設(shè)置直通地面的鋼制直爬梯。在管廊上設(shè)置的閥門如需要操作和檢修時(shí)，應(yīng)在閥門附近設(shè)置局部操作平臺或人行走道。巡檢通道和操作平臺宜布置在管廊上層。

2.4.2 靜電接地設(shè)施

公共管廊上間隔一定距離應(yīng)設(shè)置靜電接地設(shè)施，并且對公共管廊上的管道設(shè)置靜電接地，靜電接地電阻應(yīng)滿足防雷要求。

2.4.3 視頻監(jiān)控與廣播系統(tǒng)

化工園區(qū)的公共管廊與園區(qū)公共區(qū)域一般無法完全分隔，難以實(shí)現(xiàn)封閉性管理，而且管廊輸送介質(zhì)多，關(guān)聯(lián)企業(yè)廣，是保障園區(qū)物料傳輸?shù)闹匾O(shè)施。為保證公共管廊的運(yùn)行安全，管廊應(yīng)全程設(shè)置視頻監(jiān)控系統(tǒng)，同時(shí)，應(yīng)在公共管廊沿線設(shè)置大功率揚(yáng)聲器，用于緊急情況下的疏散廣播。

3 管廊上管道的設(shè)計(jì)

化工園區(qū)的公共管廊作為區(qū)域性的管廊，其入廊管道種類不同于廠區(qū)裝置管廊，管道種類大致如下：熱力管道（蒸汽、回水、熱水等），燃?xì)夤艿溃ㄌ烊粴狻⒚簹獾龋?，其他公用工程壓力管道（氮?dú)?、氧氣、空氣等），污水管道，工藝物料管道等。公共管廊管道設(shè)計(jì)時(shí)，將管道進(jìn)行分類布置，避免管道無序建設(shè)，浪費(fèi)管位資源。在設(shè)計(jì)入廊管道時(shí)，及時(shí)校核管廊荷載并更新設(shè)計(jì)資料，保障管廊上管道建設(shè)持續(xù)安全可控。

3.1 管道布置

（1）較大直徑的管道應(yīng)盡量靠近管廊柱布置或敷設(shè)在管廊底層。輸送腐蝕性介質(zhì)的管道、非金屬管道、低溫管道、污水管道，原則上布置在管廊下層。氣體管道、熱管道、公用工程管道、儀表和電纜橋架宜布置在管廊上層。低溫管道、液化烴管道不應(yīng)靠近熱管道布置，不應(yīng)布置在熱管道正上方。

（2）公共管廊立柱與管道外壁或管道隔熱層外壁之間凈距應(yīng)大于100mm。對于法蘭連接管道或帶閥門的管道，法蘭與相鄰管道的距離不應(yīng)小于25mm。

（3）當(dāng)熱力管道需要設(shè)置熱力補(bǔ)償措施時(shí)，優(yōu)先采用自然補(bǔ)償方式。在管道轉(zhuǎn)彎處，可采用L型自然補(bǔ)償器，但需控制管道轉(zhuǎn)角處的位移不宜過大；管廊在跨越道路、企業(yè)大門處，可采用立式π型補(bǔ)償器。對于長距離直線布置的管段，應(yīng)根據(jù)介質(zhì)性質(zhì)，取適當(dāng)間隔設(shè)置π型補(bǔ)償器或立體補(bǔ)償器。多根需要設(shè)置π型補(bǔ)償器的管道宜并排布置，管徑較大、補(bǔ)償量較大的π型補(bǔ)償器宜布置在外側(cè)，反之放在內(nèi)側(cè)，以便成組設(shè)置補(bǔ)償器，節(jié)約空間。

3.2 管道管件設(shè)計(jì)

（1）化工園區(qū)公共管廊上的管件應(yīng)盡量精簡，同時(shí)保證管道盡量少拐彎、少變標(biāo)高。對集中進(jìn)出管廊的管道，應(yīng)保證側(cè)進(jìn)側(cè)出的管道與管廊梁柱保持同等距離，并使管道彎頭排列整齊。管道建設(shè)階段因施工或檢驗(yàn)需要設(shè)計(jì)的臨時(shí)排氣口、排液口應(yīng)在管道施工結(jié)束后移除。

（2）管廊上的管道閥門宜集中布置，閥門可水平排列或垂直排列，并在閥門集中布置處上方或側(cè)面設(shè)置操作平臺。集中布置的閥門應(yīng)交錯(cuò)布置，使管道布置緊湊。從總管上引出的閥門應(yīng)盡量靠近總管水平布置，為方便在同一操作平臺操作閥門，可將閥門手輪中心線對齊布置。

（3）公共管廊上的管道應(yīng)盡量選用焊接方式連接，盡量少用內(nèi)襯管道，以減少管道泄漏可能，減少安全隱患和運(yùn)行維護(hù)成本。

（4）管廊上的管道一般不設(shè)坡度，對于要求無袋形且有坡度的管道，宜布置在管廊頂部，支管道應(yīng)在頂部斜向上45°沿流動(dòng)方向引出。

（5）蒸汽管道疏水點(diǎn)應(yīng)設(shè)置在管道低點(diǎn)、端點(diǎn)或補(bǔ)償器之前，疏水管道宜沿著管廊立柱引至地面安全處排放。

4 結(jié)束語

化工園區(qū)公共管廊的設(shè)計(jì)和建設(shè)周期長，管理運(yùn)營涉及面廣，是園區(qū)內(nèi)一項(xiàng)重要的配套功能設(shè)施。本文通過對國家政策、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范以及實(shí)際工程經(jīng)驗(yàn)的梳理、總結(jié)，明確了管廊設(shè)計(jì)“安全第一”“經(jīng)濟(jì)合理”的首要原則，辨識出公共管廊運(yùn)行過程中的危險(xiǎn)因素，并提出了相應(yīng)的防護(hù)措施，同時(shí)整理了管廊上管道設(shè)計(jì)工作的若干注意事項(xiàng)。