上海能源建設(shè)工程設(shè)計研究有限公司 梁 冬

2015 年，使用了150 年的人工煤氣告別申城，上海市實現(xiàn)城市天然氣化。由于使用年限較長，上海市燃氣管網(wǎng)中的部分鑄鐵管道，目前已出現(xiàn)一些安全隱患。為貫徹落實國務(wù)院安全生產(chǎn)委員會印發(fā)的《全國城鎮(zhèn)燃氣安全排查整治工作方案》(安委〔2021〕9 號)，及住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部、國家發(fā)展和改革委員會印發(fā)的《關(guān)于做好2022 年城市燃氣管道等老化更新改造工作的通知》(建城函〔2022〕15號)等相關(guān)文件精神，對上海市老舊小區(qū)燃氣管網(wǎng)進行改造，使之適應(yīng)當下以天然氣為輸送介質(zhì)的現(xiàn)狀。這已成為燃氣管網(wǎng)運行管理中面臨的一個現(xiàn)實問題。

1 上海市老舊小區(qū)燃氣管網(wǎng)材質(zhì)現(xiàn)狀

目前，上海市老舊小區(qū)的燃氣主干、分支管道多為鑄鐵管，燃氣引入管為絕緣鍍鋅鋼管。

鑄鐵管的壽命一般約為50 a，但鑄鐵屬脆性材料，在外力作用下易產(chǎn)生應(yīng)力集中而發(fā)生斷裂，造成泄漏事故。鑄鐵管的連接方式分為承插式和機械接口兩種，其中承插式接口主要有橡膠圈+油麻繩+膨脹水泥、油麻繩+青鉛兩種接口填料；機械接口的密封材料則采用適用于人工煤氣的丁腈橡膠圈。人工煤氣具有一定的含濕量和芳香烴成分，采用承插式接頭，麻絲遇濕后會發(fā)生膨脹；采用機械接頭，橡膠圈吸收芳香烴使橡膠圈溶脹。因此，鑄鐵管采用上述兩種連接方式輸送人工煤氣時都能保證其密封性。鑄鐵管轉(zhuǎn)輸天然氣后，天然氣中不含液態(tài)水和芳香烴成分，密封填料會因失水和芳香烴類物質(zhì)而干燥、收縮、失去彈性、開裂，進而導(dǎo)致泄漏。

絕緣鍍鋅鋼管因防腐工藝陳舊、質(zhì)量差、接口為螺紋、缺少犧牲陽極保護等原因，腐蝕較為嚴重，易出現(xiàn)泄漏現(xiàn)象。此外，輸送介質(zhì)變?yōu)樘烊粴夂螅斔腿斯っ簹鈺r附著在管道內(nèi)壁上的焦油、灰塵和鐵銹等雜質(zhì)，會因干燥而脫落并隨著氣體流動在管道中飄揚，繼而在閥門、燃氣表、燃氣灶具及管道彎頭上堆積起來，從而導(dǎo)致管道堵塞，降低流通能力，嚴重時還會導(dǎo)致計量表、調(diào)壓器、閥門等裝置失效，對系統(tǒng)的正常運轉(zhuǎn)產(chǎn)生不利影響，甚至造成停氣事故。

20 世紀90 年代，PE 管在國內(nèi)外低(中)壓燃氣管線中被逐漸推廣使用。該管材的優(yōu)點表現(xiàn)在使用壽命長、材質(zhì)輕、耐腐蝕性和耐沖擊性強、焊接工藝可靠、操作簡單、施工強度低、效率高，目前被廣泛應(yīng)用于老舊燃氣管網(wǎng)的改造項目。

2 上海市老舊小區(qū)燃氣管網(wǎng)改造設(shè)計

按照上海市燃氣管網(wǎng)的發(fā)展和規(guī)劃建設(shè)要求，實地調(diào)研上海市老舊小區(qū)燃氣管網(wǎng)的現(xiàn)狀及運行狀況，以配合現(xiàn)代工藝有針對性地對這些燃氣管網(wǎng)進行改造設(shè)計。

2.1 燃氣管道改造設(shè)計

庭院燃氣管道的布置需遵循GB 50028—2006《城鎮(zhèn)燃氣設(shè)計規(guī)范(2020 版)》(以下簡稱《設(shè)計規(guī)范》)。結(jié)合《設(shè)計規(guī)范》相關(guān)要求及設(shè)計經(jīng)驗總結(jié)一下，即燃氣管道允許鋪設(shè)在人行道、綠化帶、車行道下，可以根據(jù)以下不同情況進行綜合考慮后再確定管位：

(1) 根據(jù)輸氣管道中天然氣的壓力(一般進入庭院燃氣管道的壓力級制為低壓、中壓)確定與建筑物的安全間距。

(2) 根據(jù)其他地下管道設(shè)施的布置情況，確定燃氣管道與之安全間距。

(3) 街道、小區(qū)內(nèi)交通量和路面結(jié)構(gòu)情況、運輸干線的分布情況。

(4) 與燃氣管道相連接的樓棟內(nèi)用戶數(shù)量及用氣需求量情況。

(5) 庭院燃氣管道在施工過程及日常運行維護中，對該地區(qū)交通和居民生活的影響程度大小等。

2.2 燃氣管件及附屬設(shè)備改造設(shè)計

隨著城市的發(fā)展建設(shè)，使用年限較長的燃氣管網(wǎng)很多情況下已不能滿足當前的使用條件和設(shè)計規(guī)范要求，改造設(shè)計時需采取合理的措施對已淘汰的老舊燃氣管件及附屬設(shè)備進行改造。

(1) 燃氣閥門井改造設(shè)計。上海市部分老舊小區(qū)的雨、污、廢水、電力管網(wǎng)等多種市政管網(wǎng)分布較為密集，天然氣管道與各類市政管線的間距無法滿足設(shè)計規(guī)范的要求，且燃氣閥門井占地大、與各類管線之間的距離過近。近年來引進和開發(fā)了具有遙測遙控功能、接口為焊接、不需井下維護、可直埋的新型閘閥。安裝此新型閘閥的井體只需滿足工人在地面操作閥門開關(guān)及維護的要求，井體尺寸可相應(yīng)減少并可預(yù)制拼裝。改造后可節(jié)約閥門井占地空間、減輕勞動強度、縮短工期，還可避免因原閥門井體內(nèi)積水可能造成的安全隱患。

(2) 燃氣調(diào)壓器改造設(shè)計。上海市老舊小區(qū)燃氣調(diào)壓器改造前多為雷諾式調(diào)壓器。這種調(diào)壓器雖然具有調(diào)壓精度高、穩(wěn)定性好等優(yōu)點，但該產(chǎn)品年代久遠，在維護保養(yǎng)方面缺少相應(yīng)的零配件更換，且雷諾式調(diào)壓器只設(shè)置旁通管路，而未設(shè)置備用工藝管路，導(dǎo)致后續(xù)檢測和維修中存在正常供氣困難的問題。調(diào)壓器改造設(shè)計采用拆除原調(diào)壓站內(nèi)雷諾式調(diào)壓器，安裝中-低壓調(diào)壓撬(不含箱體，體積相對較小，設(shè)置為一開一備)的方案，保證正常供氣的同時也保留了原調(diào)壓站房屋，可省去新設(shè)調(diào)壓器選址的環(huán)節(jié)，同時方便日后的管理與維護。

(3) 燃氣管道保護溝改造設(shè)計。在改造設(shè)計方案制訂中，地下燃氣管道管頂距路面的最小距離應(yīng)滿足DG/TJ 08-10—2022《城鎮(zhèn)天然氣管道工程技術(shù)標準》中第3.2.1 條的規(guī)定。對不滿足第3.2.1 條要求埋深的管段，還需要設(shè)置燃氣管保護溝。保護溝內(nèi)部尺寸需滿足燃氣管四周各100 mm 的操作空間，保護溝采用Mu10 磚構(gòu)筑，M5 水泥砂漿鉤縫，墊層為C20 混凝土，墊層下為素土填實。管道焊接檢驗完畢后，燃氣保護溝內(nèi)回填干砂。保護溝頂部為預(yù)制鋼筋混凝土蓋板，一般設(shè)置在道路結(jié)構(gòu)層的下方，如果需要與道路路面平齊，則蓋板的強度、類型需結(jié)合道路設(shè)計一并考慮。

上海市現(xiàn)有的一些老舊小區(qū)內(nèi)，地下管線非常復(fù)雜，常常無法達到設(shè)計規(guī)范的安全要求。所以燃氣管網(wǎng)改造設(shè)計時，需要采取增加套管、砌筑管溝、要求其他管線局部改線配合等措施。為保證燃氣用戶的正常供氣，改造設(shè)計時提出兩種施工方法：一種是原管位拆排，即先在不妨礙交通的位置安裝臨時管替代待改造管供氣，然后拆除老舊管，原管位敷設(shè)新管，新管道通氣后拆除臨時管；另一種是新管位敷設(shè)管道，原老舊管道廢除，新管道通氣后，將廢棄的管線各斷口封堵，用氮氣進行置換[1]。

3 上海市老舊小區(qū)燃氣管網(wǎng)改造實例

對上海市某老舊小區(qū)現(xiàn)場進行實地踏勘，根據(jù)現(xiàn)有燃氣圖檔資料及測繪院提供的地形圖，分析該小區(qū)低壓燃氣管網(wǎng)的運行現(xiàn)狀，確定改造范圍，復(fù)核用氣量，重新調(diào)整管徑，制訂改造方案，繪制設(shè)計藍圖。目前此項工程已經(jīng)順利施工驗收。

3.1 燃氣管網(wǎng)概況

上海市某老舊小區(qū)進行低壓燃氣管網(wǎng)改造，整個小區(qū)共7 棟6 層樓房，居民252 戶，燃氣管網(wǎng)建設(shè)于1998 年，總長約400 m，干、支管的材質(zhì)為低壓機械接口灰口鑄鐵管。改造前后的燃氣管網(wǎng)平面布置圖，如圖1 所示。

圖1 某老舊小區(qū)改造前后燃氣管網(wǎng)平面布置

3.2 燃氣管網(wǎng)隱患排查

根據(jù)實地調(diào)研踏勘，在匯總該老舊小區(qū)基本情況后，發(fā)現(xiàn)小區(qū)燃氣管網(wǎng)目前存在的隱患分別為：

(1) 該老舊小區(qū)原燃氣管網(wǎng)針對人工煤氣設(shè)計，燃氣主干、分支管采用機械接口灰口鑄鐵管，其使用壽命已過，腐蝕嚴重。

(2) 該老舊小區(qū)原燃氣管道與其他專業(yè)的管道已不滿足《設(shè)計規(guī)范》第6.3.3 條關(guān)于地下燃氣管道與建筑物、構(gòu)筑物或相鄰管道之間的水平和垂直凈距要求。

該老舊小區(qū)原有的燃氣管網(wǎng)已無法滿足正常運行和安全供氣，故管網(wǎng)改造勢在必行。

3.3 燃氣管網(wǎng)改造要點

針對該老舊小區(qū)原有燃氣管網(wǎng)存在的隱患提出以下改造要點：

(1) 更新已超過使用年限的老舊管線。

(2) 該燃氣管網(wǎng)改造工程設(shè)計時，缺少小區(qū)地下綜合管線圖，所以現(xiàn)場踏勘時應(yīng)盡量觀察其他專業(yè)管線的地面設(shè)施與標識，遇到與燃氣管網(wǎng)距離過近或占壓的實際情況，需根據(jù)現(xiàn)場重新選擇新管位。施工時先開挖樣洞，摸清地下管線資料，各有關(guān)管線單位嚴格現(xiàn)場監(jiān)護，以便安全生產(chǎn)。

(3) 查清小區(qū)燃氣管網(wǎng)的氣源點、氣源方向(單氣源或雙氣源)，在施工說明中提出施工期間的供氣保障方案以及氣源點鑲接方案。

(4) 根據(jù)燃氣圖檔資料確認氣源點及用氣量，設(shè)計優(yōu)化管網(wǎng)。

3.4 水力計算

天然氣的運行壓力相對人工煤氣較高，鑄鐵管轉(zhuǎn)輸天然氣后管道口徑相對偏大。從設(shè)計的合理性和經(jīng)濟性出發(fā)，老舊小區(qū)燃氣管網(wǎng)改造時，依據(jù)設(shè)計圖紙及《設(shè)計規(guī)范》要求，應(yīng)進行水力計算(即對管道阻力損失進行計算)，確定設(shè)計管道口徑，在保證正常供氣的情況下對管道口徑做出相應(yīng)的調(diào)整。

根據(jù)《設(shè)計規(guī)范》第6.2.5 條、附錄C 燃氣管道摩擦阻力計算，低壓燃氣管道流量和單位長度的摩擦阻力損失分別按式(1)、式(2)計算：

式中：Qh——燃氣管道的計算流量，m3/h；

k——燃氣具同時工作系數(shù)，居民生活用燃氣具可按《設(shè)計規(guī)范》中附錄F 確定；

N——同種燃氣具或成組燃氣具的數(shù)目，按照居民戶數(shù)來確定；

Qn——燃具的額定流量，m3/h，設(shè)計時取值為2.87 m3/h。

式中：△p——燃氣管道摩擦阻力損失，Pa；

l——燃氣管道計算長度，m；

K——管壁內(nèi)表面的當量絕對粗糙度；

d——管道內(nèi)徑，mm；

Re——雷諾數(shù)，式(1)要求Re＞3 500；

Q——取式(1)得出的燃氣管道計算流量Qh，m3/h；

ρ——燃氣的密度，kg/m3，設(shè)計時取值為0.803 kg/m3；

T——燃氣溫度，K，設(shè)計時取值為273.15 K；

T0——273.15 K。

鋼管輸送天然氣和氣態(tài)液化石油氣時K取0.1 mm，輸送人工煤氣時K取0.15 mm；PE 管道輸送天然氣時K取0.01 mm。PE 管道dn200，內(nèi)徑取163 mm；dn160，內(nèi)徑取131 mm；dn110，內(nèi)徑取90 mm。

因該改造工程氣源點位于市政道路DN300 低壓管起點，根據(jù)其與調(diào)壓站的間距，按式(2)計算出用氣高峰時段節(jié)點壓力不小于2 250 Pa；根據(jù)設(shè)計規(guī)范要求，控制6 層居民樓戶外燃氣立管最低節(jié)點壓力為1 950 Pa；所以該小區(qū)管線末端最遠點的允許阻力損失△p為300 Pa。計算出改造起始點至小區(qū)最末端阻力損失△p為40 Pa，滿足設(shè)計規(guī)范要求。

經(jīng)現(xiàn)場踏勘、管網(wǎng)分析、方案制訂和計算，得出該小區(qū)改造后的燃氣管網(wǎng)平面布置圖，見圖1。

3.5 改造實施效果

通過此次改造，將該小區(qū)原來老舊的鑄鐵管更換為PE 管，同時進行水力計算后調(diào)整管網(wǎng)管徑、管線路由(即管線的走向位置)等，滿足了高峰供氣時末端燃氣壓力位于合理區(qū)間的要求，進而提高了燃氣管網(wǎng)的供氣保障能力和安全水平。以盡量少的費用投入，如優(yōu)化燃氣管網(wǎng)、適當減小燃氣干管管徑、保留更換時間不長的PE 引入管等，在保障不影響居民正常供氣的情況下，圓滿完成此次老舊小區(qū)燃氣管網(wǎng)改造。

4 結(jié)語

老舊小區(qū)燃氣管網(wǎng)改造是一項重大民生工程，關(guān)系到人們的生命和財產(chǎn)安全，關(guān)系到城市的正常運轉(zhuǎn)。本文闡述了上海市老舊小區(qū)燃氣管網(wǎng)改造的必要性，總結(jié)了老舊小區(qū)燃氣管網(wǎng)改造設(shè)計的要點，從管道和設(shè)備選擇、工程設(shè)計等方面對上海市老舊小區(qū)燃氣管網(wǎng)進行技術(shù)分析，希望能為各地實施此類工程提供一定思路。