纳入综合管廊的燃气管道完整性管理探讨

同济大学机械与能源工程学院 周伟国 陈迪波

0 概述

综合管廊是指建于城市地下用于容纳两类及以上城市工程管线的构筑物及附属设施，其将电力、通信、给水、排水、燃气、热力等多种市政管线集中在一体，实行“统一规划、统一建设、统一管理”，以做到地下空间的综合利用和资源共享。随着综合管廊建设的高速发展，城市燃气管道入廊也受到越来越多的重视，但是燃气管道入廊存在较大的安全风险，需要寻求更好的管理模式来有效降低风险。

管道完整性是指管道处于安全可靠的服役状态，包括管道在结构和功能的完整；管道处于风险可控的状态；管道的安全状态可满足当前运行要求。入廊燃气管道作为城市燃气管网的一部分，采用完整性管理模式可以根据不断变化的外界因素，对管道运行中面临的风险进行评价，制定相应的对策降低风险，通过采用合适的监测及检测手段，对管道的完整性进行评估，预防事故的发生，最终达到入廊燃气管的的安全运行。

1 燃气管道入廊优缺点及入廊实例

1.1 燃气管道入综合管廊优点

(1)导致燃气泄露的主要原因有第三方破坏和腐蚀。第三方破坏包括周边设施施工或钻探作业而破坏地下管道、地表荷载如建筑物压力引起的变形破裂、土壤与管道产生相对运动如地表沉降导致管道破损，腐蚀主要包括管道外防腐层破坏、杂散电流影响等造成的管道外腐蚀和由于管道内存在腐蚀介质导致的内腐蚀。燃气管道敷设于管廊舱内，可以减少管道常见破坏方式如土壤腐蚀、第三方施工破坏的影响。

(2)综合管廊内消防、通风、监控与报警等附属设施技术要求较高，可以依靠综合管廊内先进的监控系统和燃气泄漏报警系统，随时掌握管廊内燃气管线运行状况。

(3)避免出现埋地管道在更新维护时引起的道路反复开挖所带来的经济损失和交通拥堵等问题。

1.2 燃气管道入综合管廊缺点

(1)经济性问题。对比于传统方式，施工难度及工程造价高。燃气管道纳入综合管廊后需要设置通风、监测、防爆的附属设施要求高，同时需额外支付入廊费、租赁费、管沟维护费等费用。根据陈元洪等人的《城市燃气管道入综合管廊问题及对策研究》，部分燃气管道入廊预计分摊的综合管廊建设费用将是直埋方式造价的7倍以上。

(2)安全性问题。天然气的主要成分为甲烷，爆炸极限是5%～15%，综合管廊是一个较为密闭的地下空间，一旦燃气泄露导致爆炸易在管廊内扩散，也将直接威胁到管廊内其它管线的安全运行。同时综合管廊大多数建在不允许重新开挖的交通繁忙地段，事故发生将会导致较大的社会、经济风险。

1.3 国内外燃气管道入廊实例

燃气管道是否应该纳入综合管廊从理论上来讲并没有绝对的结论，它和城市的经济发展水平、地下空间的利用效率、技术的发展水平以及风险承受能力等等有着一定的关系。

在日本、英国、德国、俄罗斯等国家，燃气入廊得到了实施，且并未出现重大的安全事故，国外燃气管线入廊主要有两种形式，一种是燃气管道和电力、污水、自来水等管道共同敷设，另一种是将燃气管道单独设置在一个舱室内。以日本为例，日本于 1963年制订了《关于建设共同沟的特别措施法》，1986年制订了《综合管廊设计准则》，燃气管道入廊在日本是有明确法律和规范依据的，要求燃气管道宜设置在单独舱，若与其他设施同舱，应设隔板隔开。近些年来我国也有燃气管道入廊的相关实例见表1。

表1 我国燃气管道纳入综合管廊情况

对于经济性问题，虽然管道入廊带来工程造价提升，但是据郭莹等人的《市政综合廊道费用——效益分析方法和实例研究》，若考虑社会效益、环境效益与防减灾效益等外部效益，与分散直埋形式相比，市政综合廊道的外部效益与其成本比起来是相当可观的，效费比集中在1.5～2.5之间。

对于安全性问题，借鉴管道完整性管理模式，形成适合于入廊燃气管道的完整性管理方案将可以减少安全风险。

2 入廊燃气管道完整性管理流程及原则

2.1 完整性管理流程

入廊燃气管道的完整性管理是一个周而复始的过程(见图1)，主要包括五大项目：

(1)数据的采集与整合分析，包括管道及综合管廊设计建造的原始数据、管道运行过程中的数据、管道维修数据等。

(2)风险评价，通过风险评价确定相关检测的优先级。

(3)基于风险的检测及日常监测，对于高风险管段，及时采取合适的技术手段检测，同时注重管廊内管道的日常监测。

(4)完整性评价，通过监测及检测对管道的完整性进行评价，确定管道适用性。

(5)对完整性评价的响应措施，及时检修和维护不适用管段。完整性管理的整个流程的数据需要纳入到数据库中，作为全生命周期管理的一部分，确保入廊管道的安全运行。

图1 入廊燃气管道完整性管理流程

2.2 完整性管理原则

入廊燃气管道的完整性管理是一个随着时间推进的持续过程，腐蚀、老化、机械损伤等可以导致管道失效的多种因素都随着时间的流逝不断的影响管道的完整性。所以第一原则是必须持续不断的对管道进行风险评价、监测检测、完整性评价、维修维护等动态管理。另外，对于已确定将燃气管道纳入综合管廊的项目，在设计、建设时就应该融入管道完整性管理的理念和做法，并且在随着科技不断进步的同时及时引入新的技术。

3 入廊燃气管道完整性管理实施关键点分析

管道完整性管理是一个覆盖燃气管道设计、施工、运营、维护等全周期的过程。入廊燃气管道与埋地燃气管道的差异主要在其敷设环境。对于入廊燃气管道在完整性管理主要考虑以下几个关键点：

3.1 建立完善的数据库

完善的数据库是管道完整性管理的核心基础。管道完整性数据库不仅包含管道本身数据，还涵盖了管道完整性管理全生命周期内的数据以及管廊相关数据，数据种类繁多，数据来源主要包括以下几个方面：

(1)特征数据：管道原始数据、敷设环境数据、管廊相关数据等。

(2)设计施工数据：设计安装日期、管道连接方法、防腐层情况、阴极保护、管廊的消防、照明、通风、报警、排水等的设计施工数据等。

(3)运行操作数据：作业人员操作记录、管内流量、调压泄压等。

(4)检测和监测数据：管廊内监测数据、管道防腐层检测、阴极保护检测、附属设施检查等。

(5)事故和风险数据：事故发生记录、风险评价数据等。对于入廊燃气管道而言，综合管廊是在近几年开始新兴发展，管道原始资料可得性较好，但是企业也应注意全周期中保存好相关的数据资料，建立完善的数据库。

3.2 选择合适的风险评价方法

管道完整性管理的风险评价目的是根据风险评价的结果将管理的优先级合理排序，降低管道管理运行成本。一般的风险评估方法有专家打分法、相对评价法、情景评价法和概率评价法。专家打分法是定性分析方法，以专家经验判断为主；相对评价法是半定量方法，是根据管理经验和数据的评价手段；情景评价法和概率评价法是定量评价方法，所需要的数据较多。

《城市综合管廊工程技术规范》(GB 50838—2015)，明确规定天然气管道应在独立舱室内敷设，所以除了可以采用常规风险评价方法外，是可以通过软件模拟的方式对舱室内的燃气管道进行风险评估的。相关企业有采用二维PHAST软件进行火灾模拟分析，采用三维 FLACS软件进行爆炸模拟分析的案例，通过假设不同的工况进行爆炸及火灾后果的对比分析确定管道入廊风险。采用软件模拟的方式相较于其他评价方法更加直观，所以对于入廊燃气管道建议结合模拟的方式进行风险评价。

3.3 选择合适的检测及监测技术

管道检测技术是完整性管理的重要环节。传统的管道完整性检测技术主要包括管道内检测、外检测和其他检测，见图2。

图2 常见的管道检测技术

管道内检测技术是指检测仪器进入管道内部，仪器沿管道进行实施检测，记录测量结果经处理后输出一整套数据来反应管道状态。管道内检测需要停气，城市燃气管道停气的社会影响较大，一般不进行运营期的内检测。皮尔逊(Pearson)检测法、直流电位梯度(DCVG)检测法、多频管中电流(PCM/PCM+)检测法、密间隔电位(CIPS)检测法等需要土壤介质来判断破损点在土壤形成的电势场或电流从破损点流入土壤后的变化，一般适用于埋地燃气管道的防腐层破损点的检测。

对于入廊燃气管道，建议可以采用超声导波检测技术，超声导波在管的内、外表面和中部都有质点的振动,声场遍及整个壁厚,既可以检测管道的内部缺陷也可以检测管道的表面缺陷。另外入廊管道焊缝检测还要求次高压管道为100%射线、100%超声波检验，中压管道为100%射线检验或100%超声波检验。对于管道的接口、阀门等连接处也要作为重点检查对象，加密检查频次。根据规范，天然气管道舱应设置可燃气体探测报警系统。入廊燃气管道除了定期检测外，更重要的是进行日常的监测。综合管廊监测的系统功能包含两部分：

(1)环境监测。对于燃气管道而言主要是对管廊舱内可燃气体的监测，当管廊内的可燃气体浓度出现异常时及时切断阀门。

(2)管廊自身变形监测。在管廊内壁墙壁内埋设多点位移计、倾斜仪等传感器，管廊本身出现异常也应及时切断阀门。

3.4 基于完整性评价制定及时的响应措施

根据风险评价和完整性评价的结果，对发现影响管道安全运行的隐患，应及时采取各种措施来进行消除或减缓，通过维修或更换使管道的缺陷到下个完整性检测周期不会发展成高危险性缺陷。另外，由于综合管廊存在多家单位的设施运行，对于燃气管道的责任单位要积极协调，同时制定燃气管道设施应急预案，明确应急措施，要求作业人员熟悉综合管廊及其相关附属设施的位置，特别是控制阀门和综合管廊逃生口的位置，确保一旦出现险情，可以迅速响应。

4 结语

燃气管道随着技术的进步及地下空间利用的要求会越来越多地进入综合管廊。而管道完整性管理可以实现入廊燃气管道运行管理由事后响应变事前检测预防，防止管道失效或事故发生，降低运营风险，使管道始终处于受控状态，在一定程度上体现了入廊管道的管理水平提升，从而达到管道安全运行的目的。