新余市鐘靈大道綜合管廊天然氣艙通風設計

劉慕云

(上海市政工程設計研究總院(集團)有限公司，上海 200025)

1 概述

隨著城市建設的發展，無論是舊城改造還是新建城區，配套建設綜合管廊已經越來越多，天然氣管道進入綜合管廊敷設已勢在必行。天然氣是易燃易爆氣體，具有爆炸危險性。因此，天然氣管道納入綜合管廊，應敷設在獨立艙室內，天然氣艙的防火分隔為200 m，中間設置甲級防火門及監控系統。在發生事故時艙室防火門監控器應聯動關閉常開防火門。艙室內應設置天然氣探測器和可燃氣體報警系統。為了檢修人員進入艙室內作業的安全，天然氣艙應設置機械通風，目的是排除爆炸性氣體，防止爆炸性氣體混合物形成或縮短爆炸性氣體混合物在艙室內滯留時間。其排風口距離其他艙室排風口、進風口、人員出入口及周邊建(構)筑物口部不小于10 m。天然氣艙的正常通風換氣次數不小于6次/h，事故通風換氣次數不小于12次/h。

2 天然氣艙通風量確定

2.1 項目概況

江西省新余市高鐵新城鐘靈大道綜合管廊工程，包括綜合艙、污水艙和天然氣艙三個艙室，進入艙室的有給水管、污水管、電力電纜、通訊、天然氣管道等市政管線,總長1.29 km。綜合艙斷面寬度為3.6 m，高度為2.6 m；污水艙斷面寬度為3.0 m，高度為2.6 m；天然氣艙斷面寬度為2.0 m，高度為2.6 m。污水艙內設置一根DN500的污水管；綜合艙內設置一根DN500的給水管、20根10 kV電力電纜和多根通訊電纜；天然氣艙內設置一根DN300的中壓天然氣管道。鐘靈大道綜合管廊標準段橫斷面見圖1。

鐘靈大道天然氣艙總長為1.29 km，采用6個防火分隔，劃分為一個90 m防火分區和6個200 m防火分區。防火分隔為耐火極限不低于3.0 h的不燃燒防火墻和甲級防火門。

2.2 正常通風量和事故通風量

根據相關規范規定[1]，天然氣艙應按防火分區分別設置正常通風和事故通風，其所需計算通風量計算公式為：

L=cV

(1)

其中，L為一個防火分區正常通風或事故通風所需計算風量，m3/h；c為通風換氣次數[1]，正常通風取6次/h，事故通風取12次/h；V為一個防火分區體積，m3。

經計算，鐘靈大道天然氣艙一個90 m防火分區的體積是468 m3，正常通風所需計算通風量為2 808 m3/h,事故通風所需計算通風量為5 616 m3/h；每個200 m防火分區的體積是1 040 m3，正常通風所需計算通風量為6 240 m3/h,事故通風所需計算通風量為12 480 m3/h。

考慮10%的風管和設備的漏風附加系數[2]，鐘靈大道天然氣艙一個90 m防火分區正常通風所需設計通風量為3 088.8 m3/h，事故通風所需設計通風量為6 177.6 m3/h；每個200 m防火分區正常通風所需設計通風量6 864 m3/h，事故通風所需設計通風量為13 728 m3/h。

3 天然氣艙通風系統設計

3.1 通風方式

根據相關規范要求[1]，綜合管廊的通風，可以采用自然進風，機械排風方式，來滿足綜合管廊通風要求。但是，對于天然氣艙、污水艙，為了確保艙室內通風換氣效果，天然氣艙、污水艙應采用強制機械通風。因此，鐘靈大道天然氣艙的通風系統設計，在艙室的每個防火分區分別設置獨立的機械送、排風系統，進行正常通風和事故通風。

3.2 通風機選擇

為了滿足鐘靈大道天然氣艙每個防火分區內正常通風和事故通風所需設計通風量要求，每個防火分區選擇兩臺普通型軸流風機作為送風機，選擇兩臺防爆型軸流風機作為排風機。一個90 m防火分區，單臺送、排風機風量均為3 410 m3/h，全壓為188 Pa；每個200 m防火分區，單臺送、排風機風量均為6 817 m3/h，全壓為752 Pa。正常通風時，開啟一組送、排風機運行，另一組備用；事故通風為兩組送、排風機同時開啟，進行一個防火分區通風。將所選風機風量分別代入式(1)，一個90 m防火分區對應的正常通風和事故通風換氣次數分別為7.3次/h和14.6次/h；每個200 m防火分區對應的正常通風和事故通風換氣次數分別為6.6次/h和13.1次/h，符合相關規范要求。

3.3 通風系統

鐘靈大道天然氣艙送風系統為室外進風百葉—送風機—送風閥—管廊內送風口組成；排風系統為管廊內排風口—排風管—排風閥—排風機—排風管—室外排風百葉風口組成。在鐘靈大道天然氣艙上部每個防火分區送風機房內并排布置兩臺送風機，進風由室外百葉窗引入，由送風機送入艙室內；在每個防火分區另一端上部設置排風機房，內部并排布置兩臺排風機。艙室內排風口通過排風管接至排風機，直接排至室外。室外排風口與其他艙室排風口水平距離10 m以上。進、排風口排放處附近不得有可燃及腐蝕性介質。排風機房內設置燃氣泄漏檢測和報警裝置，排風系統靜電接地。鐘靈大道天然氣艙通風原理圖見圖2。

3.4 天然氣艙通風系統運行控制

3.4.1正常通風運行控制

為了排除天然氣艙內爆炸性氣體，防止爆炸性氣體混合物形成或縮短爆炸性氣體混合物在艙內滯留時間，為確保檢修或維護人員進入艙室作業的安全，以及艙內環境溫度不超過40 ℃的要求，應開啟每個防火分區內的一組送、排風機連續運行，進行正常通風換氣。送、排風機聯鎖運行控制。當一組送、排風機出現故障時，另一組送、排風機能自動投入運行。

3.4.2事故通風運行控制

天然氣艙屬于甲類火災危險性類別，發生火災時會引起爆炸危險。當艙內天然氣管道發生泄漏，艙內天然氣探測裝置探測到天然氣濃度達到其體積爆炸下限的20%時，可燃氣體報警裝置報警，由可燃氣體報警控制器或消防聯動控制器聯動啟動事故天然氣艙及其相鄰防火分區艙室的事故通風設備。直至艙內檢測不到天然氣，搶修人員在確認艙室內安全后，才可以進入艙內進行搶修作業。事故排除后，通風系統恢復正常通風工況運行；當艙內天然氣濃度超過其爆炸下限設定值25%時，聯鎖自動關斷進入艙室的天然氣管道緊急切斷閥，并將信號反饋到消控室。天然氣艙通風系統采用就地、集中、遠程三種控制方式。

4 建議

4.1 排風機房位置要求

綜合管廊通風設計，通常是按照劃分的防火分區，把送、排風機房設置在管廊上部覆土內，且送風機進風口和排風機出風口均在機房內，通過管道井百葉窗進、排風。由于天然氣有爆炸危險性，建議天然氣艙排風機房[3]應設置在地面上，且排風機房也應設置通風系統。排風機出口應直接接至室外安全地點。

4.2 風機形式

綜合管廊通風系統采用的風機形式多種多樣，有軸流風機、混流風機、離心風機箱、屋頂風機[4]等，有采用單速，也有采用雙速。由于天然氣艙正常通風需要連續運行排除艙內可燃氣體，為了降低造價，少占安裝空間，建議天然氣艙每個防火分區通風系統的送風機選用兩臺單速軸流風機，排風機選用兩臺單速防爆型軸流風機，均為一用一備；事故通風兩臺同時運行，滿足事故通風量需要。另外，排風機房內設置的排風機不宜選用帶風帽的屋頂風機。

4.3 天然氣易聚積處排風

天然氣密度比空氣輕，容易聚積在高處。在天然氣艙人員出入口、逃生口、吊裝口處，都可能會有天然氣聚積。尤其在天然氣艙內縱坡頂部高處、艙室分支交叉抬高處、管道接出井高處等都是天然氣容易聚積的地方。建議在可燃氣體容易聚積的地方均應設置排風口，用風管接至排風機，排風機出風口應接至室外安全地方。

4.4 風閥的選擇

綜合管廊的所有艙室送風機接艙室的風閥，均可采用70 ℃電動防火閥(常開)[5]；需要采用氣體滅火，以及氣體滅火后需要通風的綜合管廊，其排風機與艙室之間應采用具有電動復位功能的70 ℃電動防火閥(常開)，便于與風機聯鎖啟閉；對于需要設置排煙系統的綜合管廊，接排風機前的風閥，應采用具有電磁開閉手動復位功能的280 ℃電動排煙防火閥(常開)，其關閉時聯鎖排煙風機停止運行；由于天然氣具有爆炸危險性，很容易著火，建議天然氣艙接排風機前的風閥，應采用具有電動復位功能的280 ℃電動排煙防火閥(常開)。

4.5 事故通風關閉常開防火門

綜合管廊的防火分隔處通常采用常開甲級防火門，便于檢修、維護時通行。在綜合管廊艙室頂部的感溫火災探測器或感煙火災探測器感應到火災后，防火門監控器聯動關閉常開防火門。對于天然氣艙，一旦發生泄漏事故時，艙內天然氣探測裝置探測到天然氣濃度達到其體積爆炸下限的20%時，可燃氣體報警控制器報警，聯動開啟事故段防火分區及相鄰防火分區的事故風機運行，同時應能聯鎖關閉相鄰防火分區的常開防火門，確保防火門處于關閉狀態，把事故范圍限定在一個防火分區內，減小危險發生的區域。

5 結語

在進行綜合管廊天然氣艙通風系統設計時，不僅要考慮艙室的正常通風、事故通風，以及控制方式，還要把天然氣艙每個防火分區的排風機房設在地面之上，正確選擇合適的排風機和防火閥，在艙室內天然氣容易聚積的地方設置排風口，排風直接接至室外安全地方排放。