褚 震 杰

[上海市城市建設(shè)設(shè)計(jì)研究總院(集團(tuán))有限公司, 上?！?00125]

0　引　言

城市綜合管廊又叫共同溝,是實(shí)施統(tǒng)一規(guī)定、設(shè)計(jì)、施工和維護(hù),建于城市地下用于敷設(shè)所有的給排水、熱力、燃?xì)狻㈦娏?、通信及廣電等基礎(chǔ)市政管線的市政公共設(shè)施,有著避免道路重復(fù)開挖、延長(zhǎng)各類管線使用壽命、減少資源損耗等優(yōu)勢(shì)。隨著國(guó)家大力推行城市綜合管廊的建設(shè),全國(guó)各地新建項(xiàng)目此起彼伏,但針對(duì)城市地下綜合管廊設(shè)計(jì)的規(guī)范方面還有所欠缺,尤其是燃?xì)馀撝蟹笤O(shè)的燃?xì)夤艿?其存在威脅人身安全的可能性。

本文結(jié)合國(guó)家防爆安全的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn),對(duì)城市綜合管廊中燃?xì)馀摰碾姎庠O(shè)計(jì)進(jìn)行探討和研究。

1　設(shè)計(jì)依據(jù)

城市綜合管廊電氣設(shè)計(jì)的國(guó)家規(guī)范依據(jù)是GB 50838—2015《城市綜合管廊工程技術(shù)規(guī)范》[1],關(guān)于防爆設(shè)計(jì)的描述在第7.3.4條第4項(xiàng)“天然氣管道艙內(nèi)的電氣設(shè)備應(yīng)符合現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《爆炸危險(xiǎn)環(huán)境電力裝置設(shè)計(jì)規(guī)范》GB 50058有關(guān)爆炸性氣體環(huán)境 2區(qū)的防爆規(guī)定”。

2　電氣專業(yè)在劃分爆炸危險(xiǎn)區(qū)域時(shí)責(zé)任

在設(shè)計(jì)階段嚴(yán)格按照規(guī)范要求,避免設(shè)計(jì)上的隱患。電氣設(shè)計(jì)在整個(gè)項(xiàng)目的爆炸危險(xiǎn)區(qū)域劃分中起到承上啟下的樞紐作用。首先是接收、分析工藝專業(yè)提供的有關(guān)可燃?xì)怏w性能、設(shè)備及環(huán)境條件等專業(yè)性的技術(shù)參數(shù);然后嚴(yán)格按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行防爆區(qū)域圖的繪制,在得到工藝專業(yè)的確認(rèn)后將此防爆區(qū)域圖提供給其他相關(guān)專業(yè),給其他設(shè)備防爆選型提供依據(jù);最后在會(huì)簽階段,確認(rèn)其他專業(yè)防爆設(shè)備選型的準(zhǔn)確性。

3　爆炸危險(xiǎn)區(qū)域劃分電氣設(shè)計(jì)的一般步驟

(1) 城市綜合管廊設(shè)計(jì)中爆炸危險(xiǎn)區(qū)域劃分的必要性。爆炸危險(xiǎn)區(qū)域劃分是為了保障人身和財(cái)產(chǎn)的安全,應(yīng)因地制宜地采取防范措施。城市綜合管廊燃?xì)馀撟鳛榈叵旅芊饨Y(jié)構(gòu),一旦發(fā)生爆炸事故,將會(huì)產(chǎn)生大量的能量;其作為一個(gè)貫通城市的市政建筑,發(fā)生事故時(shí)容易對(duì)人身和財(cái)產(chǎn)造成巨大的危害?；诜辣O(shè)計(jì)的初衷,貫徹預(yù)防為主的方針,對(duì)城市綜合管廊燃?xì)馀撨M(jìn)行爆炸危險(xiǎn)區(qū)域劃分設(shè)計(jì)有利于保障人身和財(cái)產(chǎn)的安全。

(2) 釋放源?？舍尫懦瞿苄纬杀ㄐ曰旌衔锏奈镔|(zhì)所在的部位或地點(diǎn)稱為釋放源。城市綜合管廊燃?xì)馀撝蟹笤O(shè)的燃?xì)夤艿来鎯?chǔ)、輸送大量可燃?xì)怏w,其管道連接的法蘭、接口等連接和轉(zhuǎn)彎處容易不密封或損壞,可認(rèn)為其為釋放源;出于安全考慮,結(jié)合城市綜合管廊燃?xì)馀撏ㄩL(zhǎng)密封的特性,將整個(gè)燃?xì)夤芏x為釋放源更安全、可靠。

(3) 防爆危險(xiǎn)區(qū)域的劃分。根據(jù)GB 50058—2014《爆炸危險(xiǎn)環(huán)境電力裝置設(shè)計(jì)規(guī)范》[2]中第1.0.4條“爆炸危險(xiǎn)區(qū)域的劃分應(yīng)由負(fù)責(zé)生產(chǎn)工藝加工介質(zhì)性能、設(shè)備和工藝性能的專業(yè)人員和安全、電氣專業(yè)的工程技術(shù)人員共同商議完成”。而GB 3836.14—2014《爆炸性環(huán)境 第14部分:場(chǎng)所分類 爆炸性氣體環(huán)境》[3]中提到“場(chǎng)所分類應(yīng)由懂得可燃性物料性能的相關(guān)性和重要性、熟悉設(shè)備和工藝性能的專業(yè)人員進(jìn)行”。

因此,電氣專業(yè)進(jìn)行爆炸危險(xiǎn)區(qū)域的設(shè)計(jì)時(shí)需由工藝專業(yè)提供可燃性物料性能和環(huán)境等資料(GB 3836.14—2014中危險(xiǎn)場(chǎng)所分類數(shù)據(jù)表C.1、表C.2)作為設(shè)計(jì)依據(jù)

根據(jù)GB 50058—2014《爆炸危險(xiǎn)環(huán)境電力裝置設(shè)計(jì)規(guī)范》中第3.2.3條釋放源分級(jí)規(guī)定,燃?xì)夤艿婪系?項(xiàng)“二級(jí)釋放源應(yīng)為在正常運(yùn)行時(shí),預(yù)計(jì)不可能釋放,當(dāng)出現(xiàn)釋放時(shí),僅是偶爾和短期釋放的釋放源。”

燃?xì)夤艿乐锌扇夹晕镔|(zhì)通常為天然氣,其主要成分為甲烷,還含有少量乙烷、丁烷、戊烷、二氧化碳、一氧化碳、硫化氫等,根據(jù)GB 50058—2014續(xù)表C,甲烷可燃性氣體分級(jí)級(jí)別為IIA,引燃溫度組別為T1;少量混合氣體中,硫化氫級(jí)別最高,為IIB,引燃溫度組別為T3,出于安全考量,可按照混合氣體考慮燃?xì)饧?jí)別為IIB,引燃溫度組別為T3。

通風(fēng)等級(jí)的評(píng)定應(yīng)由暖通專業(yè)進(jìn)行界定,通風(fēng)的有效性影響到危險(xiǎn)區(qū)域等級(jí)的劃分。燃?xì)馀摓榈叵陆ㄖ?其自然通風(fēng)忽略不計(jì),故燃?xì)馀摰耐L(fēng)有效性取決于其人工通風(fēng)的可靠性和有效性。一般在設(shè)計(jì)上考慮有效臺(tái)數(shù)的備用風(fēng)機(jī);在電氣設(shè)計(jì)上考慮采用就地雙切箱進(jìn)行供電;在故障情況下風(fēng)機(jī)能繼續(xù)正常工作,且設(shè)計(jì)時(shí)滿足規(guī)范要求的每平方米地板每分鐘至少提供0.3 m3的空氣或至少1 h換氣6次(假定燃?xì)馀摰耐L(fēng)有效性良好)。

危險(xiǎn)場(chǎng)所的區(qū)域范圍一般根據(jù)GB 50058—2014附錄B的典型示意圖進(jìn)行劃分,或由工藝專業(yè)直接提供。燃?xì)馀撫尫旁礊槿細(xì)夤艿?可燃性介質(zhì)為比空氣輕的天然氣,在假定其通風(fēng)良好的情況下,危險(xiǎn)場(chǎng)所的區(qū)域范圍可參考典型示意圖中第13及15項(xiàng)進(jìn)行劃分。其他艙室為無釋放源的生產(chǎn)裝置區(qū)與燃?xì)馀撻g,采用非燃燒體的實(shí)體墻隔開,結(jié)合典型示意圖的前置條件以及劃分規(guī)定,綜合燃?xì)馀摰膶?shí)際環(huán)境條件及特性。以某兩艙管廊項(xiàng)目為例,綜合管廊標(biāo)準(zhǔn)段爆炸危險(xiǎn)區(qū)域劃分如圖1所示。

圖1　綜合管廊標(biāo)準(zhǔn)段爆炸危險(xiǎn)區(qū)域劃分

綜合管廊標(biāo)準(zhǔn)斷面爆炸危險(xiǎn)區(qū)域劃分如圖2所示。

綜合管廊的標(biāo)準(zhǔn)段有實(shí)體墻隔開,僅燃?xì)馀撜搫潪?區(qū),其他艙室按照非爆炸危險(xiǎn)區(qū)域考慮。對(duì)于聯(lián)通燃?xì)馀摰倪M(jìn)排風(fēng)口,除了燃?xì)馀搫潪?區(qū),上部的通風(fēng)井同樣劃為2區(qū)考慮;而地面以上為露天部分,自然通風(fēng)良好;進(jìn)風(fēng)口處地表以上類似于正壓空間,可燃?xì)怏w不易溢出[4-5];排風(fēng)口處其內(nèi)部的機(jī)械通風(fēng)持續(xù)運(yùn)行,可燃?xì)怏w排出后在地表以上被吹散,不易聚集,所以爆炸危險(xiǎn)區(qū)域劃分圖中將地表以上劃為非爆炸危險(xiǎn)區(qū)域。標(biāo)準(zhǔn)段內(nèi)部分節(jié)點(diǎn)會(huì)考慮設(shè)置排水泵,泵坑根據(jù)GB 50058—2014中“在障礙物、凹坑和死角處,應(yīng)局部提高爆炸危險(xiǎn)區(qū)域等級(jí)”條款,將其局部提高為1區(qū),其余區(qū)域均按照2區(qū)考慮。

圖2　綜合管廊標(biāo)準(zhǔn)斷面爆炸危險(xiǎn)區(qū)域劃分

爆炸危險(xiǎn)區(qū)域劃分圖由電氣專業(yè)繪制完成后,由提資的工藝專業(yè)進(jìn)行確認(rèn)可燃?xì)怏w的相關(guān)參數(shù)運(yùn)用的正確性,確認(rèn)無誤后,爆炸危險(xiǎn)區(qū)域劃分圖將作為整個(gè)項(xiàng)目防爆區(qū)域劃分以及防爆設(shè)備選擇的依據(jù)。

(4) 對(duì)爆炸危險(xiǎn)區(qū)域劃分圖的后續(xù)設(shè)計(jì)運(yùn)用。爆炸危險(xiǎn)區(qū)域劃分圖完成后,由電氣專業(yè)以提資的形式給到各個(gè)設(shè)計(jì)專業(yè),各個(gè)專業(yè)以此為基礎(chǔ)進(jìn)行后續(xù)相關(guān)設(shè)計(jì)。

電氣專業(yè)在綜合管廊設(shè)計(jì)中,整個(gè)電氣系統(tǒng)包含變壓器、配電箱、就地雙切箱、檢修插座箱、照明燈具和各種開關(guān)、操作按鈕等設(shè)備。根據(jù)GB 50058—2014中第5.1.1條“爆炸性環(huán)境的電力裝置設(shè)計(jì)宜將設(shè)備和線路,特別是正常運(yùn)行時(shí)能發(fā)生火花的設(shè)備布置在爆炸性環(huán)境以外。當(dāng)需設(shè)在爆炸性環(huán)境內(nèi)時(shí),應(yīng)布置在爆炸危險(xiǎn)性較小的地點(diǎn)”,設(shè)備布置時(shí)將變壓器、配電箱、就地雙切箱等變配電設(shè)備設(shè)置在爆炸危險(xiǎn)區(qū)域劃分圖的非爆炸危險(xiǎn)區(qū)域。

在設(shè)計(jì)照明系統(tǒng)的燈具和開關(guān)以及必要的檢修插座箱等時(shí),在爆炸危險(xiǎn)區(qū)域內(nèi)應(yīng)選用防爆設(shè)備。防爆設(shè)備的選用應(yīng)確定保護(hù)級(jí)別(EPL)、設(shè)備類別及溫度組別等要求: ① EPL根據(jù)GB 50058—2014中表5.2.2-1,按照危險(xiǎn)區(qū)域等級(jí)進(jìn)行選擇;確定EPL后,再根據(jù)GB 50058—2014表5.2.2-2對(duì)產(chǎn)品的防爆形式進(jìn)行確認(rèn),確保電氣設(shè)備防爆結(jié)構(gòu)能滿足項(xiàng)目的實(shí)際需求;② 防爆電氣設(shè)備的級(jí)別和組別不應(yīng)低于該爆炸性氣體環(huán)境內(nèi)爆炸性氣體混合物的級(jí)別和組別,利用爆炸危險(xiǎn)區(qū)域劃分圖中可燃性氣體分級(jí)級(jí)別等參數(shù),根據(jù)GB 50058—2014表5.2.2-3-1、表5.2.2-3-2來確定電氣設(shè)備的類別和溫度組別。

設(shè)計(jì)電氣線路時(shí),應(yīng)參考爆炸危險(xiǎn)區(qū)域劃分圖中的爆炸危險(xiǎn)區(qū)域與非爆炸危險(xiǎn)區(qū)域的邊界劃分,對(duì)穿越不同區(qū)域的線路應(yīng)進(jìn)行保護(hù)、封堵和特殊處理;針對(duì)爆炸危險(xiǎn)區(qū)域內(nèi)的線路敷設(shè),設(shè)計(jì)應(yīng)滿足GB 50058—2014中5.4章節(jié)的條款要求。

4　實(shí)際設(shè)計(jì)中遇到的困難

在城市綜合管廊設(shè)計(jì)中,燃?xì)夤艿缹儆谌細(xì)夤矩?fù)責(zé),工藝專業(yè)無法得到、提供相關(guān)參數(shù);管廊項(xiàng)目由土建專業(yè)主導(dǎo),無工藝系統(tǒng)上的設(shè)計(jì)需求,因而危險(xiǎn)場(chǎng)所分類表制作比較困難;由于規(guī)范的不完善以及現(xiàn)場(chǎng)案例的不足,爆炸危險(xiǎn)區(qū)域的劃分只能按照化工裝置的典型案例進(jìn)行類比參考。綜合管廊屬于地下空間設(shè)施,類比地上的建筑進(jìn)行設(shè)計(jì)無疑很多數(shù)據(jù)、狀況無法吻合,影響電氣設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確性;通風(fēng)的有效性在規(guī)范GB 3836.14—2014中附錄B有相關(guān)的計(jì)算公式進(jìn)行計(jì)算,目前實(shí)際設(shè)計(jì)中僅按照至少1 h換氣6次來確定通風(fēng)狀況良好。

5　結(jié)　語

城市綜合管廊電氣系統(tǒng)比較簡(jiǎn)單,在爆炸危險(xiǎn)區(qū)域設(shè)計(jì)時(shí)僅需考慮燃?xì)馀?各項(xiàng)目的釋放源、可燃?xì)怏w也基本類同,認(rèn)為可以在制定防爆規(guī)范時(shí)新增燃?xì)馀摰牡湫蛣澐謭D或在國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB 50838—2015《城市綜合管廊工程技術(shù)規(guī)范》中增加燃?xì)馀摰姆辣唧w針對(duì)性條款。

隨著城市、社會(huì)的不斷發(fā)展,城市綜合管廊將會(huì)大量地建設(shè)、服務(wù)于更多的城市和地區(qū),而最近提倡的智慧城市、人工智能的理念和技術(shù)將運(yùn)用到綜合管廊中,而對(duì)爆炸區(qū)域的劃分這些新技術(shù)將會(huì)提供更多的檢測(cè)、預(yù)防和防范措施和條件,讓電氣設(shè)計(jì)時(shí)有更多的手段規(guī)避危險(xiǎn)。