高层燃气管道的人性化设计

高层燃气管道的人性化设计

王利芬

乌鲁木齐金源燃气设计研究院新疆830000

近年来，随着城市建设的不断发展和建筑业的兴盛，大量的高层建筑(十层以上建筑)已经建成和正在建设之中，这类建筑要求燃气的供应必须与之配套。高层建筑户内天然气立管，不仅要考虑管道自重的影响，还要考虑燃气比重与空气比重的差异所产生的附加压头对用户灶具使用的影响，以及环境温度对钢制管道的影响，本文对这些影响因素做了进一步的分析及提出了消除方法。

鉴于高层建筑的特殊性，在进行其燃气管道的设计时，就必须解决在多层建筑中对燃气管和燃气供应影响不大而可以忽略不计、但在高层建筑中却不可忽略的一些因素。其影响因素主要有以下几点：a高层建筑因其体积和自重远大于普通建筑，其地基下沉对燃气引入管的影响。b高层建筑高度较高，因燃气比重与空气比重的差异所产生的附加压头对用户灶具使用的影响。c高层建筑燃气立管的自重引起的压缩应力、管道因环境温度变化所带来伸缩量及热应力的影响。d高层建筑在受到地震和风荷载的影响下，会产生一定量的变形，设于其上的燃气管道随之产生的弯曲应力的影响等。

一、关于燃气立管上附加压头的影响及其消除方式

1.1消除燃气附加压力的必要性

由于城市燃气的密度与空气密度不同，在立管中就会产生较大的附加压力。附加压力过大，会造成某些用户燃具前压力波动增大，超出燃具稳定工作范围，影响用户燃具的正常燃烧，造成燃气不完令燃烧，甚至发生离焰、脱火、回火和熄火等现象，增大供气不安全性。控制和消除附加压力的影响，足保高层供气系统安全正常运行的重要方面。

1.2燃气附加压力的计算

民用天然气燃具的额定压Pn=2000Pa,当灶前压力在0.75Pn～1.5Pn内时，燃具能够正常工作。若超出此范围，燃具的热效率低，燃烧不稳定，燃烧噪声大，甚至出现脱火。由此产生不完全燃烧，烟气中的CO含量超标，用气点卫生状况恶化，严重时引发事故。在计算低压燃气管道的压力损失时，必须考虑因建筑高度而引起的燃气附加压力△H。计算公式如下：

△H=9.8×(ρk-ρm)xh（1）

式中：△H—燃气的附加压力（Pa）；

ρk—空气的密度(kg/m3)；

ρm—燃气的密度(kg/m3)；

h—燃气管道终、起点的高程差（m）。

1.3消除燃气附加压力的措施

随着楼层的升高，附加压力逐渐增大，相当于降低了管道的阻力，要消除附加压力的影响，必须增加管道阻力。由于我市的高层大都建在中压管网已铺就的城区且采用楼栋式调压箱凋压，克服附加压力主要有以下几个措施：

l.3.1通过水力计算使立管逐步变径，即在高层采用较细的立管管径，增大立管的沿程损失；

1.3.2增加表后管损失的方法克服附加压力；

1.3.3每隔若干层设置一调节用阀门，增大局部阻力；

1.3.4减小调压箱低压最大出口压力Pmax。

由于壁挂炉的额定压力Pn=2000Pa，其压力允许波动范围△P=0.75Pn～1.5Pn，对于供应天然气的高层建筑来说，较小的附加压力影响及天然气燃具自身较宽的压力适应性，采取上述几个措施是可以达到供气灶前压力要求的。

二、消除高层建筑的沉降对燃气引人管影响的方法

建筑物建成后，都会有不同程度的沉降，高层建筑由于自重大，其沉降量在建成后的几年内尤为明显。建筑物沉降时，燃气引人管是相对静止的，当建筑物沉降量比较大时，燃气引入管就会受到损坏，甚至断裂漏气。而建筑基础处回填土的沉降也会导致引入管局部悬空，易引发事故。因此在燃气设计时，必须考虑采取有效保护措施。方法一：引入管穿墙前水平或垂直弯曲2次以上(最好用煨弯)；方法二：引入管穿端前设置金属通用型波纹补偿器；方法三：加大引人管穿墙处预留洞尺寸并加设钢套管；方法四：引入管穿墙前在水平管上设置金属软管。

三、消除燃气管道自重给燃气管带来的影响的方法

高层建筑立管的自重和热胀冷缩产生的推力在达到一定程度时，燃气管道会产生变形、扭曲、断裂，引发事故。因此在进行高层燃气管道设计时，必须考虑管道自重产生的压缩应力和环境温度的变化产生的伸缩变型与热应力。

3.1管道自重产生的压缩应力

管道自重产生的压缩应力对管材的破坏可不预考虑，考虑管道自重可能造成的局部应力过大，为此必须采用分层支撑的方法将管道重量预以均摊。

3.2环境温度的变化产生伸缩量与热应力

一般计算温差：室外取70℃，室内无空气调节取40℃，室内有空气调节取20℃。管道伸缩量与管道材质、管长和温度变化有关，而热应力只与管道材质和温度变化有关，与管长、管径无关。立管的伸缩量和热应力是不可忽视的，应采取有效的热补偿措施。立管为低压流体输送用焊接钢管丝接，每隔两层有一活接，可以起到一定热补偿作用，但活接热补偿作用有限，可采用两种方式进行补偿。方式一：在立管采用多个弯头组合进行补偿；方式二：在立管上设置一个或多个波纹补偿器进行补偿。在实际工程中对于高层建筑立管在立管底部设稳定的固定管座，并在每一层用角钢固定立管用以承受立管自重，同时避免底部压缩应力过大。

四、其他安全措施

由于高层建筑高度高，层数多，人员密集，一旦发生火灾，人员疏散困难，因此应合理配置先进没备，采取安全措施。具体措施有：

4.l在引入管处设置快速切断阀。

4.2各用户设置燃气气报警装置、自动切断装置、送排风系统等。燃气报警装置和自动切断装置、送排风系统应连动。

4.3高层建筑的燃气管道、燃气设备应定期检修，保障其安全运行。

总之，燃气设计人员平时需善于观察，发挥想象，在遵守规范、确保安全的前提下，大胆创新，勇于突破，设计出让用户满意放心的燃气管道工程。