刘慕云
(上海市政工程设计研究总院(集团)有限公司，上海 200025)
1 概述
随着城市建设的发展，无论是旧城改造还是新建城区，配套建设综合管廊已经越来越多，天然气管道进入综合管廊敷设已势在必行。天然气是易燃易爆气体，具有爆炸危险性。因此，天然气管道纳入综合管廊，应敷设在独立舱室内，天然气舱的防火分隔为200 m，中间设置甲级防火门及监控系统。在发生事故时舱室防火门监控器应联动关闭常开防火门。舱室内应设置天然气探测器和可燃气体报警系统。为了检修人员进入舱室内作业的安全，天然气舱应设置机械通风，目的是排除爆炸性气体，防止爆炸性气体混合物形成或缩短爆炸性气体混合物在舱室内滞留时间。其排风口距离其他舱室排风口、进风口、人员出入口及周边建(构)筑物口部不小于10 m。天然气舱的正常通风换气次数不小于6次/h，事故通风换气次数不小于12次/h。
2 天然气舱通风量确定
2.1 项目概况
江西省新余市高铁新城钟灵大道综合管廊工程，包括综合舱、污水舱和天然气舱三个舱室，进入舱室的有给水管、污水管、电力电缆、通讯、天然气管道等市政管线,总长1.29 km。综合舱断面宽度为3.6 m，高度为2.6 m；污水舱断面宽度为3.0 m，高度为2.6 m；天然气舱断面宽度为2.0 m，高度为2.6 m。污水舱内设置一根DN500的污水管；综合舱内设置一根DN500的给水管、20根10 kV电力电缆和多根通讯电缆；天然气舱内设置一根DN300的中压天然气管道。钟灵大道综合管廊标准段横断面见图1。
钟灵大道天然气舱总长为1.29 km，采用6个防火分隔，划分为一个90 m防火分区和6个200 m防火分区。防火分隔为耐火极限不低于3.0 h的不燃烧防火墙和甲级防火门。
2.2 正常通风量和事故通风量
根据相关规范规定[1]，天然气舱应按防火分区分别设置正常通风和事故通风，其所需计算通风量计算公式为：
L=cV
(1)
其中，L为一个防火分区正常通风或事故通风所需计算风量，m3/h；c为通风换气次数[1]，正常通风取6次/h，事故通风取12次/h；V为一个防火分区体积，m3。
经计算，钟灵大道天然气舱一个90 m防火分区的体积是468 m3，正常通风所需计算通风量为2 808 m3/h,事故通风所需计算通风量为5 616 m3/h；每个200 m防火分区的体积是1 040 m3，正常通风所需计算通风量为6 240 m3/h,事故通风所需计算通风量为12 480 m3/h。
考虑10%的风管和设备的漏风附加系数[2]，钟灵大道天然气舱一个90 m防火分区正常通风所需设计通风量为3 088.8 m3/h，事故通风所需设计通风量为6 177.6 m3/h；每个200 m防火分区正常通风所需设计通风量6 864 m3/h，事故通风所需设计通风量为13 728 m3/h。
3 天然气舱通风系统设计
3.1 通风方式
根据相关规范要求[1]，综合管廊的通风，可以采用自然进风，机械排风方式，来满足综合管廊通风要求。但是，对于天然气舱、污水舱，为了确保舱室内通风换气效果，天然气舱、污水舱应采用强制机械通风。因此，钟灵大道天然气舱的通风系统设计，在舱室的每个防火分区分别设置独立的机械送、排风系统，进行正常通风和事故通风。
3.2 通风机选择
为了满足钟灵大道天然气舱每个防火分区内正常通风和事故通风所需设计通风量要求，每个防火分区选择两台普通型轴流风机作为送风机，选择两台防爆型轴流风机作为排风机。一个90 m防火分区，单台送、排风机风量均为3 410 m3/h，全压为188 Pa；每个200 m防火分区，单台送、排风机风量均为6 817 m3/h，全压为752 Pa。正常通风时，开启一组送、排风机运行，另一组备用；事故通风为两组送、排风机同时开启，进行一个防火分区通风。将所选风机风量分别代入式(1)，一个90 m防火分区对应的正常通风和事故通风换气次数分别为7.3次/h和14.6次/h；每个200 m防火分区对应的正常通风和事故通风换气次数分别为6.6次/h和13.1次/h，符合相关规范要求。
3.3 通风系统
钟灵大道天然气舱送风系统为室外进风百叶—送风机—送风阀—管廊内送风口组成；排风系统为管廊内排风口—排风管—排风阀—排风机—排风管—室外排风百叶风口组成。在钟灵大道天然气舱上部每个防火分区送风机房内并排布置两台送风机，进风由室外百叶窗引入，由送风机送入舱室内；在每个防火分区另一端上部设置排风机房，内部并排布置两台排风机。舱室内排风口通过排风管接至排风机，直接排至室外。室外排风口与其他舱室排风口水平距离10 m以上。进、排风口排放处附近不得有可燃及腐蚀性介质。排风机房内设置燃气泄漏检测和报警装置，排风系统静电接地。钟灵大道天然气舱通风原理图见图2。
3.4 天然气舱通风系统运行控制
3.4.1正常通风运行控制
为了排除天然气舱内爆炸性气体，防止爆炸性气体混合物形成或缩短爆炸性气体混合物在舱内滞留时间，为确保检修或维护人员进入舱室作业的安全，以及舱内环境温度不超过40 ℃的要求，应开启每个防火分区内的一组送、排风机连续运行，进行正常通风换气。送、排风机联锁运行控制。当一组送、排风机出现故障时，另一组送、排风机能自动投入运行。
3.4.2事故通风运行控制
天然气舱属于甲类火灾危险性类别，发生火灾时会引起爆炸危险。当舱内天然气管道发生泄漏，舱内天然气探测装置探测到天然气浓度达到其体积爆炸下限的20%时，可燃气体报警装置报警，由可燃气体报警控制器或消防联动控制器联动启动事故天然气舱及其相邻防火分区舱室的事故通风设备。直至舱内检测不到天然气，抢修人员在确认舱室内安全后，才可以进入舱内进行抢修作业。事故排除后，通风系统恢复正常通风工况运行；当舱内天然气浓度超过其爆炸下限设定值25%时，联锁自动关断进入舱室的天然气管道紧急切断阀，并将信号反馈到消控室。天然气舱通风系统采用就地、集中、远程三种控制方式。
4 建议
4.1 排风机房位置要求
综合管廊通风设计，通常是按照划分的防火分区，把送、排风机房设置在管廊上部覆土内，且送风机进风口和排风机出风口均在机房内，通过管道井百叶窗进、排风。由于天然气有爆炸危险性，建议天然气舱排风机房[3]应设置在地面上，且排风机房也应设置通风系统。排风机出口应直接接至室外安全地点。
4.2 风机形式
综合管廊通风系统采用的风机形式多种多样，有轴流风机、混流风机、离心风机箱、屋顶风机[4]等，有采用单速，也有采用双速。由于天然气舱正常通风需要连续运行排除舱内可燃气体，为了降低造价，少占安装空间，建议天然气舱每个防火分区通风系统的送风机选用两台单速轴流风机，排风机选用两台单速防爆型轴流风机，均为一用一备；事故通风两台同时运行，满足事故通风量需要。另外，排风机房内设置的排风机不宜选用带风帽的屋顶风机。
4.3 天然气易聚积处排风
天然气密度比空气轻，容易聚积在高处。在天然气舱人员出入口、逃生口、吊装口处，都可能会有天然气聚积。尤其在天然气舱内纵坡顶部高处、舱室分支交叉抬高处、管道接出井高处等都是天然气容易聚积的地方。建议在可燃气体容易聚积的地方均应设置排风口，用风管接至排风机，排风机出风口应接至室外安全地方。
4.4 风阀的选择
综合管廊的所有舱室送风机接舱室的风阀，均可采用70 ℃电动防火阀(常开)[5]；需要采用气体灭火，以及气体灭火后需要通风的综合管廊，其排风机与舱室之间应采用具有电动复位功能的70 ℃电动防火阀(常开)，便于与风机联锁启闭；对于需要设置排烟系统的综合管廊，接排风机前的风阀，应采用具有电磁开闭手动复位功能的280 ℃电动排烟防火阀(常开)，其关闭时联锁排烟风机停止运行；由于天然气具有爆炸危险性，很容易着火，建议天然气舱接排风机前的风阀，应采用具有电动复位功能的280 ℃电动排烟防火阀(常开)。
4.5 事故通风关闭常开防火门
综合管廊的防火分隔处通常采用常开甲级防火门，便于检修、维护时通行。在综合管廊舱室顶部的感温火灾探测器或感烟火灾探测器感应到火灾后，防火门监控器联动关闭常开防火门。对于天然气舱，一旦发生泄漏事故时，舱内天然气探测装置探测到天然气浓度达到其体积爆炸下限的20%时，可燃气体报警控制器报警，联动开启事故段防火分区及相邻防火分区的事故风机运行，同时应能联锁关闭相邻防火分区的常开防火门，确保防火门处于关闭状态，把事故范围限定在一个防火分区内，减小危险发生的区域。
5 结语
在进行综合管廊天然气舱通风系统设计时，不仅要考虑舱室的正常通风、事故通风，以及控制方式，还要把天然气舱每个防火分区的排风机房设在地面之上，正确选择合适的排风机和防火阀，在舱室内天然气容易聚积的地方设置排风口，排风直接接至室外安全地方排放。
