淺談高層建筑室內燃氣管道設計

【摘 要】隨著人口的增長，外來人口的涌入，樓房的高度越來越高，為了滿足高層的燃氣需要，高層室內燃氣管道設計也越來越重要，本文通過對東莞市現對高層建筑的燃氣管道分析，試對高層室內燃氣管道設計做一個探索。

【關鍵詞】高層建筑；管道壓力

隨著人口的增長，外來人口的涌入，樓房的高度越來越高，前幾年上20層都屬于鳳毛麟角，現在超過30層的都已數不勝數，像城區的景湖豪庭，長安的地王廣場等等，為了滿足高層的燃氣需要，現對高層室內燃氣管道做一個探索，不對之處，歡迎指點

1 高層建筑的附加壓力

1.1 附加壓力的計算

GB50028—2006《城鎮燃氣設計規范》規定，天然氣燃具的額定壓力Pn=2000Pa。由于低壓管網沿程阻力和局部阻力的影響，允許燃具前壓力在一定范圍內波動。當燃具前壓力在0.75Pn~1.5Pn內波動時，仍能達到燃具燃燒的要求。若超出此范圍，燃具的熱效率低，燃燒不穩定，燃燒噪聲大，出現脫火和回火等現象。另外由于不完全燃燒，煙氣中的CO含量超標，導致引發事故。

東莞市高層建筑的燃氣設計主要采用低壓進戶，在計算低壓高層建筑的壓力損失時，應考慮因建筑高度而引起的燃氣附加壓力ΔPadd。計算公式如下：

ΔPadd=9.81（PairPgas）h（1）

ΔPadd——燃氣的附加壓力，Pa；

Pair——空氣的密度，kg/m3；

Pgas——燃氣的密度，kg/m3；

h——燃氣管道終、起點的高程差，m。

以大港油田天然氣為例，Pgas=0.839kg/ m3，Pair-1.293kg/m3，由式（1），得：

ΔPadd=4.45h

下面分析一個特例。由于附加壓力的作用，當超過一定高度時，必然使燃具前壓力超過3000Pa。例如某高層引入管處壓力P1=2000Pa，設定最不得工況，即只有幾戶用氣，管道沿程阻力接近于0，而局部阻力僅為燃氣表的阻力（約100Pa）。設用戶燃具前的壓力為P2，則

P2=P1+ΔPadd—100Pa=1900Pa+4.45h

當P2=3000Pa時，h=247m。但為了使用戶燃具前的壓力波動范圍變小，更接近Pn，有必要用取措施，減小附加壓力的影響。

1.2 附加壓力影響的消除

（1）對于較低的高層建筑，因附加壓力小，可以用增加管道阻力的方法，如縮小立管管徑和采用分段閥門來減小附加壓力的影響。

（2）對于較高的高層建筑，可在用戶表前設置低—低壓調壓器，使燃具前壓力接近2000Pa。

（3）對于超高的高層建筑，采用中壓進戶表前調壓的方式，在每個用戶表前設中—低壓調壓器，使燃具前壓力接近2000Pa。引入管、中壓進戶的流程從中壓庭支管開始，依次通過引入管、中壓立管、用戶中壓支管、閥門、用戶調壓器、燃氣表、低壓支管、旋塞，最后到達燃具。中壓進戶的優點：①具有穩定的燃具前壓力。燃具全部在接近額定壓力條件下工作，保證燃具的最佳燃燒工況。②充分利用燃氣壓力。在相同輸氣量、相同管徑條件下，中壓進戶方案輸送距離最遠。③立管平均管徑較小，降低成本。

2 高層建筑沉降的影響

隨著市政建設的發展，在原來的許多低洼地、魚池興建了高層建筑。由于地基松軟，高層建筑在竣工后的5年內沉降速度最大，以后沉降速度逐漸降低。高層建筑自重大，所以沉降量也比較大，可能導致引入管的切向應力大。而建筑基礎處回填土地沉降也會導致引入管局部懸空，易引發事故。應在引入管上設置補償器，利用自身隨外力發生撓變的特點，減少燃氣引入管處承受的應力，達到補償沉降的目的。

3 燃氣立管的應力計算與熱補償

3.1 管道應力計算

高層建筑立管長，自重和環境溫度的變化導致管道受到重力產生的應力和熱應力的作用。當應力達到一定程度時，造成管道扭曲、斷裂、引發事故。

（1）管道自重產生的壓縮應力

K——比值，按經驗取1；

L1——補償器開口長度，mm；

當設計溫差取20°C時，經計算，Ls=906mm。可選擇一個補償器伸出長度為906mm的Π形補償器。

（2）波紋管補償器的計算公式

n=ΔL/Lcom（6）

式中：n——波節數；

Lcom——個波節的補償能力，mm，一般取20mm。

當設計溫差取20°C時，100m的高層建筑需在15層處設1個雙波節的補償器，即可消除立管伸縮的影響。若更大限度地消除熱應力，需適當增加補償器的數量。

（3）補償措施

在實際工程中，每隔5~7層設穩定的固定管座，以承受立管自重，同時避免底部壓縮應力過大。并設1個波紋管補償器和1個分段閥門，克服管道因溫差而引起的應力和形變，便于維修。

4 高層建筑的燃氣計量和安全措施

4.1 計量

東莞市過去采用人工逐戶抄表收費的方式，這種方式勞動強度大、效率低、擾民、不便于管理。近年來出現的無線智能型燃氣抄表系統，集成了傳感計量、無線數據傳輸技術和單片機控制技術，具有以下優點。

①無需入戶收費，保證了住宅的私密性。

②由于僅用數據采用集用戶用氣量，提高收費效率并減輕勞動強度，尤其適用于高層建筑。

③借助計算機收費管理系統，通過銀行自動扣除相應氣費，提高整體管理水平。

④傳輸信號穩定，接受信號快捷，實用可靠。

⑤實現了計量數據遠傳、測控及抄讀，并具備數據動態分析的功能。

4.2 安全措施

由于高層建筑的特殊性，因此需采用相應的安全措施。引入管宜設快速切斷閥，管道上宜設自動世斷閥、燃氣泄漏報警器和送排風系統等自動切斷聯鎖裝置。尤其是25層以上的高層建筑，宜設燃氣泄漏集中監視裝置和壓力控制裝置。

5 結語

高層建筑的天然氣管道設計應綜合考慮，尤其是對于高度逐步增加的高層建筑，更應根據當地的氣源、壓力、建筑、安全、地理、環境等特點綜合考慮，選擇最佳的設計方案。

參考文獻

[1]李公番燃氣工程便攜手冊[M].北京：機械工業出版社，2004

[2]燃氣設計手冊編寫組燃氣設計手冊[M].北京：中國建筑出版社，1993