摘要：城市综合管廊是指在城市道路下面建造1个市政管线共用隧道，将电力、通信、给排水、天然气等多种市政管线集中于一体，实行“统一规划、统一建设、统一管理”，以实现地下空间的综合利用和资源共享。城市地下综合管廊是消除城市“马路拉链”、“空中蜘蛛网”等问题的重大基础设施工程。从国外已建成的综合管廊来看，英国、德国、日本等国家均有天然气管道纳入综合管廊的例子。经过几十年的运行，没有出现重大的安全事故。本文对综合管廊中纳入天然气管道的难点及技术措施进行分析，进而以某6根天然气管道入综合管廊工程为例提出设计方案。
关键词：天然气管道；综合管廊；热补偿；应力分析；截断阀
1天然气管道入综合管廊难点与技术措施
1.1管道截断阀设置
根据GB50838—2015《城市综合管廊工程技术规范》，天然气管道进出管廊时应设置具有远程操作功能的紧急切断阀；天然气管道的阀门、阀件系统设计压力应按提高一个压力等级设计。另外，为减少发生事故时的天然气泄漏量，且便于截断抢修，一般在天然气主干管上设置分段阀门。如何合理选择及布置截断阀(即紧急切断阀或分段阀门)是天然气管道入综合管廊的又一难点。如果分段阀门设置在管廊外部的阀门井里，天然气管道引出、引入管廊均需设置绝缘接头，而且会产生管道结构不连续效应，施工难度也较大。如果用截断阀室，不仅存在与设置阀门井同样的问题，还存在需要较大的占地面积和防火安全间距。综合管廊一般布置在城市的市政主干道路下方，道路周边人口比较密集，很难找出空地布置截断阀室。截断阀设置在廊内部，既可节约用地，还能避免天然气管道引出、引入管廊产生的结构不连续效应。出于本质安全原则，截断阀推荐采用电液联动全焊接球阀。其由电液执行机构和球阀组装而成，操作简便、易于实现远距离控制。一旦发生泄漏，截断阀可根据管道的压降速度来判断工作状态，并自动关闭。截断阀上下游各设置一根放散支管，两根放散支管引出管廊至绿化带内，分别设置手动放散球阀，然后汇合成一路引至合适位置放空。
1.2天然气管道热补偿问题
综合管廊设有机械进、排风系统，随着室外温度变化，廊内温度也会变化。天然气管道在廊内采用支架架空敷设，由热胀、冷缩和其他位移受到约束而产生二次应力，可能会造成管道破裂、损坏。为了避免管道由于温度变化而引起的应力破坏，保证管道在热状态下的稳定和安全，必须在管道上合理设置补偿器，以补偿管道的热伸长及减弱或消除因热膨胀而产生的应力。如何合理布置固定支架、选择补偿器类型及数量以减小二次应力对天然气管道的影响是天然气管道入综合管廊的难点。架空敷设的天然气管道经常选用的补偿器有波纹管补偿器和方形补偿器。波纹管补偿器管壁较薄，不能承受扭力及振动、安全性差、投资高、设计要求严格、施工安装精度要求比较高，波纹管补偿器轴线与管道轴线需要处于同一直线上。而且，长时间使用也容易产生疲劳失效。敷设在廊内的天然气管道，处于较为密闭的狭小空间内，在平面和纵断方向有较多转角，不利于波纹管补偿器的设计选用。方形补偿器是最常用的一种补偿器，而且具有以下优点：制作简单，常用无缝钢管煨制或机制弯头组合；安装方便，可以水平安装，也可以垂直安装；轴向推力较小；补偿能力大，运行可靠、方便，不需要经常维修，使用期限长，使用寿命等于管道使用年限；不需要设置管道检修平台或检查室；适用范围广，可以适用任何工作压力的天然气管道。因此，管廊内天然气管道推荐采用方形补偿器进行热补偿。方形补偿器和固定支架的敷设位置、间距和数量等需根据实际工程数据，经分析计算确定。
2某6根天然气管道入综合管廊设计实例
2.1工程概况
某工程中地下综合管廊为3舱结构。其中，天然气舱位于西侧。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆规划5根设计压力为1．6MPa的次高压天然气管道和1根设计压力0．4MPa的中压天然气管道进入该天然气舱。管廊全长8．3km，一期建设长度3．28km。该道路中间设计4m宽的绿化带，绿化带两侧分别为轻轨车道、机动车道和人行道。综合管廊位于道路中部地下，其中，天然气舱位于绿化带下方，天然气舱净宽3．2m，净高5．4m。管廊上皮距离道路路面约3．5m。
2.26根天然气管道管廊内布置方案
①布置方案概述
四平的气候属欧亚大陆东部中温带大陆性半湿润半干旱季风气候，历史最高气温39．2℃，最低气温－34．6℃。经计算分析，管道采用无缝钢管，材质选用Q345E。管材执行GB/T8163—2008《输送流体用无缝钢管》。中压管道规格D219×6．4，次高压管道规格D323．9×7．1。管道定尺长度6m。经过对该工程实际情况调研及分析论证，入综合管廊的1根中压管道及5根次高压管道采用钢支架架空敷设，采用方形补偿器进行热补偿。上下分3层，每层2根管道。由于中压管道每隔200m左右引出支管，次高压管道引出支管较少，为方便引出，中压管道布置在最上层。
②节点设计
a．方形补偿器设计。由于管廊内空间狭小，为保证天然气管道敷设安全且兼顾美观，天然气管道竖向设计净距0．5m，方形补偿器竖直方向嵌套布置。b．引出口设计。根据GB50838—2015，综合管廊内两侧设置支架或管道时，检修通道净宽不宜小于1．0m。天然气舱标准段下层管道距离管廊内底部设计净距0．6m，为保证下层管道引出支管不占用检修通道，次高压引出支管处管道整体抬高1．9m。。c．截断阀及放散管设计。本工程次高压管道为工厂专用线，自门站引出然后进入综合管廊，引出管廊后进入工厂，门站和工厂距离四梨大街都比较近。因此，次高压管道进出管廊的截断阀分别与门站和工厂结合设置。中压管道在管廊内敷设距离较长，为保证供气安全，每隔约2km设置截断阀1个，阀门采用全焊接电液联动球阀，截断阀两侧设置放散管，放散管引出管廊后穿越至道路西侧放空。
③应力分析
a建立物理模型．当3根管道的固定点间距相同时，最下层的这根管道对固定点的推力最大。因此，本工程根据最下层的次高压天然气管道的应力分析结果布置管道支吊架。根据最下层次高压管道在管廊内的详细安装尺寸、材质参数，建立数学模型。截取计算管系典型段，A510处为固定支架，其余为滑动支架。b．结果分析对整个管系进行应力分析，经计算，设计工况下计算管系应力最大点位于A502节点处，比值为0．67。即，设计管系所承受的应力不超过钢材许用应力的67%。根据GB50316—2000《工业金属管道设计规范》(2008年版)第3．2．3．1款，对于焊接管道组成件用材料，许用拉应力采用规范附录A的许用应力时，应计入焊接接头系数(根据条文说明第3．2．5条，焊接接头系数取0．9)，即，许用拉应力为附录A许用应力的0．9倍；根据3．2．3．2款，许用剪切应力为附录A许用应力的0．8倍。对照管系应力分析的结果，管系整体受力符合规范要求。
4结语
天然气管道在管廊内架空敷设时，推荐采用方形补偿器进行热补偿，方形补偿器和管道支吊架的类型、敷设位置、间距和数量等需根据工程实际数据，经分析计算确定。进出管廊的截断阀可以设置在管廊内部，但应根据工程实际情况合理选择、设计截断阀的敷设位置、类型和放散管。为方便施工，保证综合管廊运行安全，建议天然气管道专项设计与综合管廊设计同步进行，天然气管道支墩及引出管与管廊同步施工。
参考文献
［1］李世毅．天然气管线纳入综合管廊研究［J］．智能城市，2017，59(1):93．
［2］马丹．吉林省综合管廊建设存在的问题及对策研究(硕士学位论文)［D］．长春:长春工程学院，2016:2－4．
论文作者:何立胜
论文发表刊物:《电力设备》2018年第11期
论文发表时间:2018/8/6
标签：管道论文; 天然气论文; 应力论文; 补偿器论文; 方形论文; 高压论文; 工程论文; 《电力设备》2018年第11期论文;