上海市老旧小区燃气管网改造实例

上海能源建设工程设计研究有限公司 梁 冬

2015 年，使用了150 年的人工煤气告别申城，上海市实现城市天然气化。由于使用年限较长，上海市燃气管网中的部分铸铁管道，目前已出现一些安全隐患。为贯彻落实国务院安全生产委员会印发的《全国城镇燃气安全排查整治工作方案》(安委〔2021〕9 号)，及住房和城乡建设部、国家发展和改革委员会印发的《关于做好2022 年城市燃气管道等老化更新改造工作的通知》(建城函〔2022〕15号)等相关文件精神，对上海市老旧小区燃气管网进行改造，使之适应当下以天然气为输送介质的现状。这已成为燃气管网运行管理中面临的一个现实问题。

1 上海市老旧小区燃气管网材质现状

目前，上海市老旧小区的燃气主干、分支管道多为铸铁管，燃气引入管为绝缘镀锌钢管。

铸铁管的寿命一般约为50 a，但铸铁属脆性材料，在外力作用下易产生应力集中而发生断裂，造成泄漏事故。铸铁管的连接方式分为承插式和机械接口两种，其中承插式接口主要有橡胶圈+油麻绳+膨胀水泥、油麻绳+青铅两种接口填料；机械接口的密封材料则采用适用于人工煤气的丁腈橡胶圈。人工煤气具有一定的含湿量和芳香烃成分，采用承插式接头，麻丝遇湿后会发生膨胀；采用机械接头，橡胶圈吸收芳香烃使橡胶圈溶胀。因此，铸铁管采用上述两种连接方式输送人工煤气时都能保证其密封性。铸铁管转输天然气后，天然气中不含液态水和芳香烃成分，密封填料会因失水和芳香烃类物质而干燥、收缩、失去弹性、开裂，进而导致泄漏。

绝缘镀锌钢管因防腐工艺陈旧、质量差、接口为螺纹、缺少牺牲阳极保护等原因，腐蚀较为严重，易出现泄漏现象。此外，输送介质变为天然气后，原输送人工煤气时附着在管道内壁上的焦油、灰尘和铁锈等杂质，会因干燥而脱落并随着气体流动在管道中飘扬，继而在阀门、燃气表、燃气灶具及管道弯头上堆积起来，从而导致管道堵塞，降低流通能力，严重时还会导致计量表、调压器、阀门等装置失效，对系统的正常运转产生不利影响，甚至造成停气事故。

20 世纪90 年代，PE 管在国内外低(中)压燃气管线中被逐渐推广使用。该管材的优点表现在使用寿命长、材质轻、耐腐蚀性和耐冲击性强、焊接工艺可靠、操作简单、施工强度低、效率高，目前被广泛应用于老旧燃气管网的改造项目。

2 上海市老旧小区燃气管网改造设计

按照上海市燃气管网的发展和规划建设要求，实地调研上海市老旧小区燃气管网的现状及运行状况，以配合现代工艺有针对性地对这些燃气管网进行改造设计。

2.1 燃气管道改造设计

庭院燃气管道的布置需遵循GB 50028—2006《城镇燃气设计规范(2020 版)》(以下简称《设计规范》)。结合《设计规范》相关要求及设计经验总结一下，即燃气管道允许铺设在人行道、绿化带、车行道下，可以根据以下不同情况进行综合考虑后再确定管位：

(1) 根据输气管道中天然气的压力(一般进入庭院燃气管道的压力级制为低压、中压)确定与建筑物的安全间距。

(2) 根据其他地下管道设施的布置情况，确定燃气管道与之安全间距。

(3) 街道、小区内交通量和路面结构情况、运输干线的分布情况。

(4) 与燃气管道相连接的楼栋内用户数量及用气需求量情况。

(5) 庭院燃气管道在施工过程及日常运行维护中，对该地区交通和居民生活的影响程度大小等。

2.2 燃气管件及附属设备改造设计

随着城市的发展建设，使用年限较长的燃气管网很多情况下已不能满足当前的使用条件和设计规范要求，改造设计时需采取合理的措施对已淘汰的老旧燃气管件及附属设备进行改造。

(1) 燃气阀门井改造设计。上海市部分老旧小区的雨、污、废水、电力管网等多种市政管网分布较为密集，天然气管道与各类市政管线的间距无法满足设计规范的要求，且燃气阀门井占地大、与各类管线之间的距离过近。近年来引进和开发了具有遥测遥控功能、接口为焊接、不需井下维护、可直埋的新型闸阀。安装此新型闸阀的井体只需满足工人在地面操作阀门开关及维护的要求，井体尺寸可相应减少并可预制拼装。改造后可节约阀门井占地空间、减轻劳动强度、缩短工期，还可避免因原阀门井体内积水可能造成的安全隐患。

(2) 燃气调压器改造设计。上海市老旧小区燃气调压器改造前多为雷诺式调压器。这种调压器虽然具有调压精度高、稳定性好等优点，但该产品年代久远，在维护保养方面缺少相应的零配件更换，且雷诺式调压器只设置旁通管路，而未设置备用工艺管路，导致后续检测和维修中存在正常供气困难的问题。调压器改造设计采用拆除原调压站内雷诺式调压器，安装中-低压调压撬(不含箱体，体积相对较小，设置为一开一备)的方案，保证正常供气的同时也保留了原调压站房屋，可省去新设调压器选址的环节，同时方便日后的管理与维护。

(3) 燃气管道保护沟改造设计。在改造设计方案制订中，地下燃气管道管顶距路面的最小距离应满足DG/TJ 08-10—2022《城镇天然气管道工程技术标准》中第3.2.1 条的规定。对不满足第3.2.1 条要求埋深的管段，还需要设置燃气管保护沟。保护沟内部尺寸需满足燃气管四周各100 mm 的操作空间，保护沟采用Mu10 砖构筑，M5 水泥砂浆钩缝，垫层为C20 混凝土，垫层下为素土填实。管道焊接检验完毕后，燃气保护沟内回填干砂。保护沟顶部为预制钢筋混凝土盖板，一般设置在道路结构层的下方，如果需要与道路路面平齐，则盖板的强度、类型需结合道路设计一并考虑。

上海市现有的一些老旧小区内，地下管线非常复杂，常常无法达到设计规范的安全要求。所以燃气管网改造设计时，需要采取增加套管、砌筑管沟、要求其他管线局部改线配合等措施。为保证燃气用户的正常供气，改造设计时提出两种施工方法：一种是原管位拆排，即先在不妨碍交通的位置安装临时管替代待改造管供气，然后拆除老旧管，原管位敷设新管，新管道通气后拆除临时管；另一种是新管位敷设管道，原老旧管道废除，新管道通气后，将废弃的管线各断口封堵，用氮气进行置换[1]。

3 上海市老旧小区燃气管网改造实例

对上海市某老旧小区现场进行实地踏勘，根据现有燃气图档资料及测绘院提供的地形图，分析该小区低压燃气管网的运行现状，确定改造范围，复核用气量，重新调整管径，制订改造方案，绘制设计蓝图。目前此项工程已经顺利施工验收。

3.1 燃气管网概况

上海市某老旧小区进行低压燃气管网改造，整个小区共7 栋6 层楼房，居民252 户，燃气管网建设于1998 年，总长约400 m，干、支管的材质为低压机械接口灰口铸铁管。改造前后的燃气管网平面布置图，如图1 所示。

图1 某老旧小区改造前后燃气管网平面布置

3.2 燃气管网隐患排查

根据实地调研踏勘，在汇总该老旧小区基本情况后，发现小区燃气管网目前存在的隐患分别为：

(1) 该老旧小区原燃气管网针对人工煤气设计，燃气主干、分支管采用机械接口灰口铸铁管，其使用寿命已过，腐蚀严重。

(2) 该老旧小区原燃气管道与其他专业的管道已不满足《设计规范》第6.3.3 条关于地下燃气管道与建筑物、构筑物或相邻管道之间的水平和垂直净距要求。

该老旧小区原有的燃气管网已无法满足正常运行和安全供气，故管网改造势在必行。

3.3 燃气管网改造要点

针对该老旧小区原有燃气管网存在的隐患提出以下改造要点：

(1) 更新已超过使用年限的老旧管线。

(2) 该燃气管网改造工程设计时，缺少小区地下综合管线图，所以现场踏勘时应尽量观察其他专业管线的地面设施与标识，遇到与燃气管网距离过近或占压的实际情况，需根据现场重新选择新管位。施工时先开挖样洞，摸清地下管线资料，各有关管线单位严格现场监护，以便安全生产。

(3) 查清小区燃气管网的气源点、气源方向(单气源或双气源)，在施工说明中提出施工期间的供气保障方案以及气源点镶接方案。

(4) 根据燃气图档资料确认气源点及用气量，设计优化管网。

3.4 水力计算

天然气的运行压力相对人工煤气较高，铸铁管转输天然气后管道口径相对偏大。从设计的合理性和经济性出发，老旧小区燃气管网改造时，依据设计图纸及《设计规范》要求，应进行水力计算(即对管道阻力损失进行计算)，确定设计管道口径，在保证正常供气的情况下对管道口径做出相应的调整。

根据《设计规范》第6.2.5 条、附录C 燃气管道摩擦阻力计算，低压燃气管道流量和单位长度的摩擦阻力损失分别按式(1)、式(2)计算：

式中：Qh——燃气管道的计算流量，m3/h；

k——燃气具同时工作系数，居民生活用燃气具可按《设计规范》中附录F 确定；

N——同种燃气具或成组燃气具的数目，按照居民户数来确定；

Qn——燃具的额定流量，m3/h，设计时取值为2.87 m3/h。

式中：△p——燃气管道摩擦阻力损失，Pa；

l——燃气管道计算长度，m；

K——管壁内表面的当量绝对粗糙度；

d——管道内径，mm；

Re——雷诺数，式(1)要求Re＞3 500；

Q——取式(1)得出的燃气管道计算流量Qh，m3/h；

ρ——燃气的密度，kg/m3，设计时取值为0.803 kg/m3；

T——燃气温度，K，设计时取值为273.15 K；

T0——273.15 K。

钢管输送天然气和气态液化石油气时K取0.1 mm，输送人工煤气时K取0.15 mm；PE 管道输送天然气时K取0.01 mm。PE 管道dn200，内径取163 mm；dn160，内径取131 mm；dn110，内径取90 mm。

因该改造工程气源点位于市政道路DN300 低压管起点，根据其与调压站的间距，按式(2)计算出用气高峰时段节点压力不小于2 250 Pa；根据设计规范要求，控制6 层居民楼户外燃气立管最低节点压力为1 950 Pa；所以该小区管线末端最远点的允许阻力损失△p为300 Pa。计算出改造起始点至小区最末端阻力损失△p为40 Pa，满足设计规范要求。

经现场踏勘、管网分析、方案制订和计算，得出该小区改造后的燃气管网平面布置图，见图1。

3.5 改造实施效果

通过此次改造，将该小区原来老旧的铸铁管更换为PE 管，同时进行水力计算后调整管网管径、管线路由(即管线的走向位置)等，满足了高峰供气时末端燃气压力位于合理区间的要求，进而提高了燃气管网的供气保障能力和安全水平。以尽量少的费用投入，如优化燃气管网、适当减小燃气干管管径、保留更换时间不长的PE 引入管等，在保障不影响居民正常供气的情况下，圆满完成此次老旧小区燃气管网改造。

4 结语

老旧小区燃气管网改造是一项重大民生工程，关系到人们的生命和财产安全，关系到城市的正常运转。本文阐述了上海市老旧小区燃气管网改造的必要性，总结了老旧小区燃气管网改造设计的要点，从管道和设备选择、工程设计等方面对上海市老旧小区燃气管网进行技术分析，希望能为各地实施此类工程提供一定思路。