浅析安全、可持续发展市政燃气的工程设计

王 勇 吴天宇 陈 龙

1. 中冶南方城市建设工程技术有限公司 湖北 武汉 430223

2. 中冶南方工程技术有限公司 湖北 武汉 430223

3. 武汉市江汉区行政审批局 湖北 武汉 430015

随着新型城镇化、工业化发展速度加快，我国的城市规模越来越大、高层建筑密集、经济产业集聚等特征日渐明显，新兴产业和商业模式快速增长形势下带来的城镇燃气储配系统安全存量风险和增量风险交织并存、复杂多样；市政燃气工程的风险管控目前也已纳入城市生命线系统重点监管，基于市政燃气工程安全长寿、可持续发展的设计是确保城市生命线运行安全的前提。

现针对典型市政燃气输配气源特征，在分析市政燃气输事故原因的基础上，总结不同应用场景条件下实际工程案例应关注的设计要点，为市政燃气工程建设的可持续性、安全性、经济性提供理论依据和优化建议。

1 典型市政燃气特性及常见事故原因分析

典型城镇燃气气源种类归纳起来主要为天然气和人工煤气两大类，根据气源不同，其有毒和可燃组分各异。天然气毒性以其气态存在的硫化氢为主，人工燃气则以其中所含的一氧化碳、硫化氢、焦油、萘以及氨等为主要毒性组分。燃气中低级烃类的可燃组分以甲烷、乙烷、丙烷等为主，非烃类包括氢、一氧化碳。经调研分析发生于居民住宅区、饭店商户、学校、工地及燃气场站等地点的事故类型，多以单纯泄漏引起中毒窒息、火灾爆炸引起的燃气管网失效为主；引起管网失效原因主要为：材料本身缺陷、焊接等施工缺陷、设备故障、内外腐蚀、误操作、土体移动等自然力损坏等。

从市政燃气运营安全长寿、低耗节能可持续发展的需求出发，有必要归纳总结市政燃气输配的本质安全设计要求，强化设计合规性要求下应重点关注的问题，现以实际工程设计案例具体阐述如下。

2 市政天然气管道设计要点

下面以资阳市城东中学项目为例。该项目位于资阳市雁江区（城东新区）白沙片区城南大街与中兴街交汇处。东临中兴街，南临城南大街。拟建60班高级中学，每班50人，共计学生人数4000人。包含教学楼、综合楼、体育馆、食堂、宿舍、车库等功能。食堂使用城市天然气作为气源，设计要点分析如下。

2.1 设计参数及用气量

设计压力：中压燃气管道设计压力0.4MPa，低压燃气管道设计压力9500Pa。本工程设计压力管道属于公用管道GB1级。

根据食堂用气设备参数，最大小时耗气量约为120Nm³/h；设计小时最大耗气量取150Nm³/h。

2.2 管材及管件

（1）中压及庭院管网。本工程选用公称外径＜de110的聚乙烯管（PE80、SDR11）应符合现行国家标准GB15558.1-2015的规定，管件应符合现行国家标准GB15558.2-2005的规定。钢塑转换管件应符合现行国家标准GB26255.1-2010的规定。聚乙烯管件严禁采用焊制管件，聚乙烯管材和管件存放期不得超过《聚乙烯燃气管道工程技术标准》CJJ63-2018的要求。钢塑转换管件应符合现行国家标准GB26255.1-2010的规定。

（2）室内燃气管道。室内低压燃气管道选用热镀锌钢管，其质量应符合现行国家标准《低压流体输送用焊接钢管》GB/T 3091-2015的规定。

（3）在下列场所敷设燃气管道时采用无缝钢管焊接。调压箱（柜）进出口处、地下室、半地下室内、地上密闭房间（含无直通室外的通风窗口的房间）、设备层及竖井，住宅汽车库、室内中压管道、地上架空中压燃气管道，在避雷保护范围以外的屋面上的燃气管道和沿食堂外墙架设的燃气管道。

2.3 阀门

（1）室外燃气管道上阀门的选用。室外埋地钢制燃气管道上选用直埋焊接式闸阀，室外埋地PE燃气管道上选用直埋PE球阀。

（2）室内燃气管道上阀门的选用。室内燃气丝扣连接的管道上选用丝扣球阀（内螺纹）、焊接连接的管道上选用法兰球阀。

（3）中压燃气干管埋地阀门两侧设置放散管。

2.4 管道敷设要求

（1）《城镇燃气设计规范(2020年版)》GB50028-2006第6.3.3条规定了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，设计时应满足相关要求[1]。

（2）地下燃气管道穿过排水管（沟）、热力管沟、联合地沟、隧道及其他各种用途沟槽内穿过时，应将燃气管道敷设于套管内，套管伸出构筑物外壁不应小于《城镇燃气设计规范》GB50028-2006（2020年版）表6.3.3-1中燃气管道与该构筑物的水平净距。套管两端应采用柔性的防腐、防水材料密封。

（3）燃气管道穿越机动车道时，采用“车行道管沟”保护。

（4）室外燃气管网支状布管,车行道下干管覆土不小于0.9m。地下燃气管道与给水管道距离不小于0.5m，与排水管道距离不小于1.2m，与电力电缆距离不小于0.5m，距街树中心距离不小于0.75m，建筑物基础距离不小于1m，并应尽量避开或远离上、下水井及化粪池。

（5）警示带及聚乙烯管示综线的设置。埋地聚乙烯管道在管顶上方300～500mm 处（但不得敷设在路面结构层内）敷设专用聚乙烯薄膜警示带，紧贴管道上方敷设双金属示踪线。

（6）标志桩（牌）的设置。1）埋地管线标志桩（牌）的设置位置：设计燃气管道起点及终点；新旧燃气管道连接点；主管分支点；支管末端、管线转折点及切点；直线管段和圆弧管段上每隔40～50m设置一个。2）设置在人行道和车行道的标志牌和地面平齐，设置在绿化带的标志桩桩顶高出地面不小于150mm。

2.5 管道防腐

室外埋地钢质管道采用三层PE加强级防腐，埋地PE管不另作防腐。室内热镀锌钢管防腐做法：切除外露的密封材料后，外露的螺纹、管道表面或配件镀锌层受损之处，先涂富锌漆一道、再涂面漆两道[2]。

2.6 调压装置的设置

本工程选用调压箱（悬挂式），自然条件允许的情况下，宜设置在露天，但应设置护栏、车档等措施，且需做静电接地。

图1 调压箱流程示意图

安装在用气建筑物（食堂）的外墙壁上或悬挂在专用的支架上。箱底距地坪的高度宜为1.0～1.2m。（进口管径不大于DN50）。但不得安装在建筑物的窗下和阳台的墙下及室内通风机进风口的墙上；距离建筑物的门、窗及其它通往室内的孔槽的水平净距不得小于1.5m，安装调压箱的墙体应为永久性的实体围墙，其建筑物耐火等级不得小于二级。

2.7 其他

厨房设置必要的泄压设施，泄压面积不得小于厨房面积的10%，且泄压方向不得朝向人员聚集的场所、房间和人行通道，泄压处也不得与这些地方相邻[3～4]。

燃气放散管管口应高出屋脊(或平屋顶)1m以上或设置在地面上安全处，并应采取防止雨雪进入管道和放散物进入房间的措施。

3 市政焦炉煤气埋地管道设计要点

以新余钢铁股份有限公司科创中心项目为例，本项目含新建7#食堂燃气外网工程，原有管道与改道后的新焦炉煤气管道连通后，经环山区中压管道供应新钢公司生活区各用户。食堂气源接自拟建的DN400后中压焦炉煤气管道(工作压力35kPa左右)，长度约600m。设计总用气量为100m3/h，无其他预留。本工程新建1座RX120/0.4C落地式调压柜，出口压力设定约3300Pa，用气灶具额定压力为3000Pa。燃气管道的设计工作年限为30年。

3.1 输送介质及性质

输送介质：焦炉煤气；气源（接驳点）压力：约35kPa；相对密度：0.3624(空气≈1)；低热值：约17.2MJ/Nm3；设计压力：调压器前为0.1MPa，调压器后为9500Pa。

3.2 管材及管件

本工程中压庭院管道选用无缝钢管，应符合现行国家标准《输送流体用无缝钢管》GB/T8163-2018的规定。

管件采用《钢制对焊管件类型与参数》GB/T12459-2017、《钢制对焊管件技术规范》GB/T13401-2017和《可锻铸铁管路连接件》GB/T3287-2011。

3.3 管道安装

（1）无缝钢管采用焊接连接。

（2）焊接施工前，应制定详细的焊接工艺指导书， 并据此进行焊接工艺评定，然后根据评定合格的焊接工艺编制焊接工艺规程[5]。

（3）管道焊缝位置、坡口形式及加工、对接焊件的组对要求等均应符合《现场设备、工业管道焊接工程施工规范》GB50236-2011的要求。

（4）焊条焊丝材质应与母材材质性质相同或相近。

（5）室外管道焊缝外观质量不得低于现行国家标准现《场设备、工业管道焊接工程施工质量验收规范》GB50683-2011要求的Ⅱ级质值要求，焊缝100%外观检查；室外焊缝内部质量应符合《承压设备无损检测第2部分：射线检测》NB/T47013.2-2015规定的Ⅲ级质量要求，焊缝X射线探伤的数量不小于焊缝总量的30%。

室内焊缝内部质量应符合《承压设备无损检测笫2部分：射线检测》NB/T47013.2-2015规定的Ⅱ级质量要求；固定焊口为100%；活动焊口为10%。焊缝X射线探伤的数量不小于焊缝总量的30%。

（6）明敷的燃气管道应采用支（吊）架固定，燃气钢管的固定件间距不应大于《城镇燃气室内工程施工与质量验收规范》CJJ94-2009中4.3.27.5的规定，焊缝距支、吊架净距不应小于50mm[6]。

（7）管道下沟前必须对防腐层进行100%的外观检查，回填前应进行100%电火花检漏[7]。

（8）施工时应保证地下燃气管道与相邻管道及建、构筑物之间的水平和垂直距离满足规范及安全要求。

（9）燃气管道穿墙、出地面均应加保护套管。

3.4 管道防腐

钢管防腐前应清除被涂表面的铁锈、焊渣、毛刺、油、水等污物；管道除锈至Sa2.5级；焊缝处的防腐，应在压力试验合格后进行。

（1）埋地钢管防腐

1）埋地钢管应采用聚乙烯胶粘带加强级防腐，应满足《钢制管道聚烯烃粘胶带防腐层技术标准》SY/T0414-2017的要求。防腐层厚度不应小于1.4mm，搭接宽度为防腐胶带宽度的50%-55%。

2）钢制弯头及三通等附件、钢套管的防腐层不应低于管体的防腐等级和性能要求。

3）管道补口采用热伸缩套进行补口防腐；管道对接焊缝采用热伸缩套防腐；对法兰连接处采用牛油布和牛油腻子进行防腐后方可埋地。

4）钢塑过渡连接完成后，其金属部分应按照上述要求采用聚乙烯胶粘带进行加强级防腐。

（2）明敷钢管防腐

明敷钢管先刷红丹底漆两道然后再外罩面漆两道。

3.5 阀门安装

阀门安装前应按设计要求核对型号，公称直径，公称压力，检查阀体、零件等有无砂眼、裂纹等。

阀门安装前应按要求试压，应按其产品的标准要求单独进行强度和严密性试验，经试验合格的设备、附件应做好标记，并应填写试验记录。

3.6 防雷及其他

燃气管不得布置在屋面上的檐角，屋檐，屋脊等易受雷击的部位，并按照《城镇燃气室内工程施工与质量验收规范》CJJ94-2009连接建筑物避雷网，如在保护范围外另设避雷设施。

燃气设备必须具有点火、再点火和燃烧火焰（意外）熄火时自动切断气源的保护装置。

根据《工业企业煤气安全规程》（GB6222-2005）第7.3.1.2条设置，燃气放散管口高出食堂屋面不小于4.0m，且离地面不小于10m。

4 结论与建议

在设计过程中，需要提升其安全性、合理性、美观性，提升居民生活的便利性、舒适性。本文通过介绍市政天然气和焦炉煤气管道设计要点，以期为燃气工程设计提供参考。建议在燃气工程设计中，设计人员要对多个方面的内容进行分析，运用科学的设计方案提升燃气工程的设计质量，确保管道运行安全。