【论文精选】城市综合管廊预先危险性分析法

原创 王亮，等 煤气与热力杂志

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微信号 GAS-HEAT1978

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作 者： 王亮，王莹

第一作者单位：中国市政工程华北设计研究总院有限公司第十设计研究院

摘自《煤气与热力》2021年12月刊

1    概述

城市综合管廊（以下简称管廊）内部设备众多，各类管道齐聚，为保障管廊的安全运行，需要对与其相关的危险因素进行分析评价，做到防患于未然。

 

预先危险性分析 ^{［ 1 ］} （ Preliminary Hazard Analysis ， PHA ）是在某项工程开始之前，对系统存在的危险因素出现的条件和事故可能造成的后果，进行宏观、概略分析的系统安全分析方法。其主要目的是识别与系统有关的主要危险因素，鉴别产生危险的原因，估计事故发生对人员和系统的影响，判别危险等级并提出消除或控制危险性的对策措施。

 

分析的步骤如下：

 

①收集相关的工艺、装置的资料，充分了解要进行分析的系统的工艺过程、操作条件以及周围环境等。

 

②通过经验判断、技术诊断或其他方法找出危险因素，划分危险性等级（详见表 1 ^{［ 2 ］} ），研究危险因素转变成事故的触发条件。

 

表 1    危险性等级划分 ^{［ 2 ］}

 

③进行预先危险性分析，提出防范措施。

 

2    管廊总体概况

管廊主体埋在地下，顶部覆土根据当地环境和地下管线情况各有不同。管廊内部安装有电力、通信、燃气、给水、中水、污水等专业的一种或多种管线。管廊结构本体由钢筋混凝土结构的立柱、横梁以及桁架所构成，管廊内根据舱室内管线不同可分为电力舱室、燃气舱室、热力舱室、污水舱室等。管廊内部是一个封闭的空间，设有专门的送风和排风装置，运行人员在设备舱室内通过巡检通道对管线、检测仪表、排水泵等进行维护。

 

3    危险因素识别、等级划分、触发条件

 

根据管廊内管线的特点，结合系统安全工程的原理，采用预先危险性分析法对管廊内管线及其附属设施进行分析，从事故的成因入手，辨识其中的危险因素，划分危险性等级，分析其转化为事故的触发条件。总体来说，管廊的危险因素可以根据源头位置的不同，分为外部危险因素和内部危险因素两种。

 

3.1   外部危险因素

 

外部危险因素就是源自管廊以外的危险因素，包括：环境因素，例如极端天气（暴雨）、地质灾害（地面沉降、地震）等；人为因素，例如蓄意对管廊外部设施造成破坏的行为、偷盗电缆的行为、人为造成的失火等。

 

①管廊位于地下，极端天气（暴雨）可能导致管廊被雨水浸泡或淹没，造成管廊内电气及电子设备损坏。根据程度不同，危险性等级为Ⅲ级或Ⅳ级。事故触发条件是管廊的出入口、通风口设计标高低于雨水水位，无防水措施。

 

②地质灾害（地面沉降、地震）可能导致管廊结构本体断裂、内部管道断裂等。危险性等级为Ⅳ级。事故触发条件是管廊结构本体未充分考虑地质灾害的影响。

 

③蓄意对管廊外部设施的破坏会导致设施的损毁。危险性等级为Ⅱ级。事故触发条件是管廊外部设施外形突出，易于识别。

 

④偷盗电缆的行为可能会导致电力故障甚至设备停运，影响管廊的正常运行。危险性等级为Ⅲ级。事故触发条件是有外部人员从非正常通道进出管廊。

 

⑤人为造成的失火导致火源进入管廊，例如行人乱扔烟头、爆竹、烟花等，可能会引发管廊内的火灾，造成管廊内管线及附属设备的损坏。危险性等级为Ⅱ级。事故触发条件是外部火源进入管廊且与管廊内可燃物接触。

 

3.2   内部危险因素

 

内部危险因素即管廊内部运行引起的危险因素，既包括管廊本身结构引起的危险因素，又包括管廊内的管线及其附属设施带来的危险因素，以及管廊运维不当引起的危险因素。可按照一般危险因素和各内部舱室的危险因素分别进行分析。

 

3.2.1  一般危险因素

 

管廊内的一般危险因素主要指由管廊的结构引起的危险因素。

 

①管廊是地下封闭空间，通风不良，环境中含氧量低，可能导致人员呼吸困难。危险性等级为Ⅱ级。事故触发条件是送风和排风系统故障。

 

②管廊位于地下，地下水的水位高于廊体，管廊廊体为预制混凝土或现浇混凝土结构，存在结构伸缩缝，若结构伸缩缝密封不严，可能造成地下水渗漏。危险性等级为Ⅱ级。事故触发条件是管廊结构沉降不均匀。

 

③管廊内设有集水坑，会存留一些渗漏的地下水和污物，可能会产生有毒有害气体，例如硫化氢，导致运维人员巡检时中毒。危险性等级为Ⅱ级。事故触发条件是有一定量的地下水渗漏且长时间静置。

 

3.2.2  电力舱室危险因素

 

管廊电力舱室主要用于高压电力线路的敷设，电压等级通常为 10 、 35 、 110 、 220 kV 。

 

①电缆绝缘层破损，金属导体外露，可能导致巡检人员触电。危险性等级为Ⅲ级，事故触发条件为电缆受到机械损伤。

 

②电缆过度发热，导致电缆接头处绝缘老化，金属导体外露，可能导致巡检人员触电。危险性等级为Ⅲ级。事故触发条件是电缆截面积不足。

 

③ 35 kV 以上电缆支架受力后变形，三相电缆夹角改变，在电力舱室的金属管线上产生感应电动势，可能导致巡检人员触电。危险性等级为Ⅲ级。事故触发条件是未考虑长距离输电电缆应力。

 

④运维人员检修电缆时违反操作规定，可能导致巡检人员触电。危险性等级为Ⅲ级。事故触发条件是岗前培训不到位，防护措施不完善。

 

⑤电缆发热，可能导致舱室内火灾。危险性等级为Ⅱ级。事故触发条件是电力舱室有易燃杂物堆放且靠近电缆。

 

⑥电缆短路产生高压电弧，可能导致舱室内火灾。危险性等级为Ⅳ级。事故触发条件是电力舱室有易燃杂物堆放且与电弧接触。

 

⑦运维人员在舱室内违规动火或吸烟，可能导致舱室内火灾。危险性等级为Ⅳ级。事故触发条件是电力舱室有易燃杂物堆放且与火源接触。

 

3.2.3  燃气舱室危险因素

 

管廊燃气舱室主要用于 燃气管道 的敷设，管道内输送的介质为天然气，主要组分为甲烷，运行压力在 0.4 MPa 左右。

 

①燃气管道法兰、 阀门 处发生燃气泄漏后积聚，与空气混合形成爆炸性混合物，可能引发爆炸。危险性等级为Ⅳ级。事故触发条件是燃气管道法兰、阀门密封不严，燃气泄漏后未能及时切断气源，未能及时将已 泄漏 的燃气排出舱室外。

 

②燃气管道受力变形，发生管道破裂，导致燃气泄漏后积聚，与空气混合形成爆炸性混合物，可能引发爆炸。危险性等级为Ⅳ级。事故触发条件是燃气管道未考虑应力补偿。

 

3.2.4  热力舱室危险因素

 

管廊热力舱室主要用于 热力管道 的敷设，一般为热水管道，运行压力在 1.6 MPa 左右。

 

①管道长期受力不均，疲劳后发生管道破裂。危险性等级为Ⅳ级。事故触发条件是管道支架设置不当，未设置补偿器。

 

②热力管道漏水，危险性等级为Ⅱ级，事故触发条件是管道腐蚀。

 

③热力舱室内温度高，影响运维人员巡检。危险性等级为Ⅱ级。事故触发条件是管道保温层材料隔热性能差，或者存在破损。

 

3.2.5  污水舱室危险因素

 

①检查井与管道接口漏水，危险性等级为Ⅱ级，事故触发条件是密封不严。

 

②管道腐蚀后破损或接缝密封不严，泄漏出有毒有害气体（例如硫化氢），可能导致运维人员巡检时中毒。危险性等级为Ⅲ级。触发条件是缺少有毒有害气体检测，舱室内通风不良。

 

4    防范措施  

4.1  外部危险因素防范措施

 

①针对极端天气（暴雨）引发的危险因素，可结合管廊区域的实际情况，做好管廊外地面排水，适当提高管廊通风口及人员出入口的标高，降低雨水倒灌风险。

 

②针对地质灾害引发的危险因素，可根据管廊所处的地理位置，进行合理的地震设防。

 

③针对人为侵入的危险因素，可加强管廊的安防监控，在管廊人员出入口设置门禁系统，刷卡入内，同时设置摄像机对通风口、检修口进行视频监视，设置被动型入侵检测报警器，当有人员非法侵入时，及时发现并处理，避免造成事故。

 

④针对外部火源进入管廊引发的危险因素，可在管廊的通风口百叶处设置防火隔离网，清空通风口附近放置的易燃材料。

 

4.2   内部危险因素防范措施  

4.2.1  一般危险因素防范措施

 

①针对管廊通风不良，导致运维人员呼吸困难的危险因素，可在舱室内设置含氧量探测器，当环境含氧量过低时，就地和控制中心发出报警，提示运维人员处理，也可自动连锁开启管廊内风机，强制通风换气。

 

②针对管廊渗水的危险因素，可在管廊伸缩缝处设置双层密封圈，加强密封；同时采用钢筋将相邻的舱室连接，减少相邻舱室之间的不均匀沉降；在管廊内设置集水坑，用于管廊渗水收集。

 

③针对管廊内产生的有毒有害气体，可采取上述针对管廊渗水的危险因素所采取的措施，减少甚至避免管廊内渗水；同时定期清理集水坑中的残留物，从源头上解决有毒有害气体的产生；另外可在管廊内设置环境气体浓度探测器（例如硫化氢探测器）进行实时监测，当探测器检测到的气体浓度超标时自动连锁开启管廊内风机，强制通风换气。

 

4.2.2  电力舱室

 

①线路施工前应核对电缆外观，确保无因外力产生的破损，发现破损应更换该段电缆。设置绝缘监测设备，当绝缘破坏时在控制中心发出报警。

 

②为了避免电缆过度发热，应合理选择电缆截面积。

 

③根据传输距离和电缆规格核算支架应力，确定支架托臂宽度和支架立柱安装间隔，避免发生支架应力变形。

 

④做好岗前培训，严格按照操作规程运维，做好绝缘措施，按规定停、送电。

 

⑤针对火灾危险因素，在电力舱室内设置感温电缆或感温光缆，对电力线路进行温度监控，当温度超标时在控制中心发出报警，由运维人员处理。禁止在舱室内堆放易燃杂物。

 

⑥在电力舱室内设置感烟探测器，检测由电弧引起的烟气，当烟气浓度超标时在控制中心发出报警，自动启动消防灭火系统。

 

⑦做好岗前培训，严格按照操作规程运维，在管廊内禁止违规动火或吸烟。

 

4.2.3  燃气舱室

 

①定期检测燃气管道法兰和阀门处的密封，在管道沿线设置固定式可燃气体探测器，当探测器检测天然气体积分数达到爆炸下限的 25% 时连锁开启风机，强制通风换气，同时连锁切断管道阀门 ^{［ 3 ］} 。燃气舱室内的用电设备均选用防爆型产品，避免设备运行时产生的火花引爆燃气泄漏后与空气混合形成的爆炸性混合物。

 

②对管道支架进行动载荷计算、静载荷计算、管道推力计算，设置方形补偿器平衡管道应力。

 

4.2.4  热力舱室

 

①针对热力管道破裂危险因素，对管道支架进行动载荷计算、静载荷计算、管道推力计算，设置补偿器平衡管道应力。

 

②针对热力管道漏水危险因素，在舱室内沿管道敷设方向设置温度监测，例如采用感温光缆，检测到局部温度异常时在控制中心发出报警，提示运维人员及时处理。

 

③针对热力舱室高温危险因素，在舱室内设置环境温湿度探测器，当温度超标时在控制中心发出报警，提示运维人员及时处理，同时可自动连锁开启管廊内风机进行强制通风，降低管廊内温度。

 

4.2.5  污水舱室

 

①施工管道接口时，做好外观检查，水泥砂浆应均匀，保证密封效果；在舱室内设置集水坑，做好污水收集，集水坑内配置排水泵和液位开关，高液位时启动排水泵，将污水排至管廊外污水管网。

 

②在污水舱室设置硫化氢气体探测器，当检测到硫化氢含量超标时，就地和控制中心发出报警，提示运维人员处理，同时连锁开启风机，强制通风换气，降低有毒有害气体浓度 ^{［ 4 ］} 。

 

5    结语

 

城市综合管廊的建设和运行存在多种危险因素，能够最大限度地预见危险因素，并提前做出改进或增加防范措施，无疑是对管廊运维安全性的一个有效提升。

参考文献：

［ 1 ］王湘宁，张连彬，张姝，等 .  CNG 加气站预先危险性分析法评价与防范措施［ J ］ .   煤气与热力， 2013  （ 11 ）： A18-A20.

 

［ 2 ］王显政，杨富，王新，等 .   安全评价［ M ］ .  3 版 .   北京：煤炭工业出版社， 2005 ： 419-420.

 

［ 3 ］张书豪，彭世尼，杜建梅，等 .   国内综合管廊燃气舱安全研究综述［ J ］ .   煤气与热力， 2019  （ 11 ）： B01-B09.

 

［ 4 ］许楠，张礼敬，陶刚 .   受限空间作业危险性分析及安全防范措施［ J ］ .   中国安全生产科学技术， 2011  （ 10 ）： 160-165.

 

（本文责任编辑：鲁德宏）

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