高層住宅燃氣管道設計及施工技術探討

李朝暉

（重慶涪陵燃氣有限責任公司技安科，重慶 408000）

隨著社會的不斷發展，高層建筑的設計施工技工技術也日臻成熟，再加上城市可用土地資源的逐漸減少，城市人口迅猛增長，使高層及超高層建筑越來越多。據調查，截至2011年年初，重慶的高層建筑數為10839棟，其中超100米的超高層建筑就有93棟。因此，高層建筑中的燃氣管線設計及施工工藝也備受人們的重視和關注。

1 高層住宅燃氣管道設計

1.1 高層建筑的附加壓力

重慶地區民用燃氣管線系統多采用樓棟調壓箱后低壓入戶，在計算低壓燃氣管道阻力時，對高層建筑立管應考慮因高程差而引起的燃氣附加壓力。燃氣的附加壓力按下式計算：

ΔH=9.8×（Pk－Pm）×h

式中：ΔH-燃氣的附加壓力（Pa）

Pk；Pm-分別為空氣、燃氣密度（kg/m3）

h-燃氣管道起點至終點高程差（m）

通過上式取Pk；Pm分別為1.205和0.7134可計算出ΔH=4.818h，即高度上升一米，管道附加壓力增加4.818Pa。我國一般民用燃灶具額定壓力Pn為2000Pa，按GB50028-2006《城鎮燃氣設計規范》要求，燃氣設備前（灶前）的燃氣壓力應在0.75-1.5Pn范圍內，即1500Pa-3000Pa范圍內波動，仍能達到灶具燃燒的要求。若超出此范圍，則會出現燃燒不穩定，出現脫火、回火或不完全燃料產生CO氣體，導致發生安全事故。按重慶地區一般調壓箱后壓力為2200-2500Pa，取最不利因素，沿途管線無用氣單位，管阻接近于0，壓力表取100Pa計算，則最高用氣點高程差在124米范圍內灶具前壓力仍小于3000Pa，故在非超高層建筑（高>100米）中，不計燃氣附加壓力作用仍能滿足供氣要求，但為減少用戶灶前壓力波動范圍，平穩供氣，仍需采用分層變徑，縮小立管管徑，增加管道阻力來減少附加壓力的影響。如重慶民安華福花園，為30層近100米高層建筑，通過水力計算，采用變徑設計，1-11樓為φ45管道，12-16樓為φ38管道，17-27樓為φ32管道，28-30樓為φ25管道，有效地將各層灶前額定壓力（正常用氣情況下）控制為100Pa范圍內。對于少數的超高層建筑，可采用分層供氣或采用中壓入戶，用戶表前設中-低壓調壓閥來達到平穩供氣的目地。

1.2 高層建筑地基沉降的影響

對于高層住宅的燃氣引入管除了按《城鎮燃氣設計規范》進行設計外，還應該結合當地地質情況重點考慮高層建筑沉降所引起的燃氣引入管補償問題，以防止燃氣引人管由于建筑物的沉降而被擠壓變形、斷裂從而產生安全事故。燃氣引入管一般和建筑物成垂直布置并穿越建筑物的墻體，受力情況主要是由于建筑物沉降對管道所產生的橫向剪切力。對于普通的民用建筑(10層以下、沉降量在50 mm以下)，一般采用大直徑套管(套管的直徑為燃氣管道直徑的2倍)來抵消建筑物沉降對燃氣引入管所產生的影響。而隨著建筑物高度的增加 (按GB50007-2002《建筑地基基礎設計規范》要求，高層建筑平均沉降量限制為200MM)，顯然，一味地用增大套管直徑的方法來消除建筑物沉降對燃氣引入管的影響是不現實的。必須對燃氣引入管采取必要的補償方法，考慮工作環境下的極限變形，設置補償器，宜采用∏型或設波紋管補償器，不得采用填料型。具體做法如下：根據業主單位提供建筑設計單位核定的建筑物沉降量，根據此沉降量計算出燃氣引入管波紋管補償器的補償量 (一般采用最大沉降量的1.2～1.5倍為補償量)。然后確定波紋管補償器的安裝位置，并在波紋管補償器前(來氣方向)安裝球閥，以便維護和緊急搶修時切斷燃氣。

1.3 高層建筑燃氣立管的溫差影響

高層建筑立管的自重和熱脹冷縮產生有推力，在管道的固定支架和活動支架、管道補償等設計上是必須考慮的，否則燃氣管道可能出現變形或拆斷等安全問題。同時因為高層建筑的燃氣立管長，其伸縮量絕對值受溫差影響也較大。管道的伸縮量按下式計算：

△L＝103×aL（t2-t1）

式中：△L-為管道伸縮量（mm）

a-為管材結膨脹系數

L-為管道長度（M）

（t2-t1）-為安裝時與最冷或最熱時溫差。介于重慶地區最冷溫度為零下3-5度，最高溫度為40度，取溫差為30度，仍以上例30層100米建筑計算，管道伸縮量約36mm，以波紋補償器一個波節補償能力20mm計算，在16樓左右設計一個雙波節補償器就可消除立管因溫差導致的影響。若想更大限度地消除溫度應力，也可再增加補償器數量，在10層和20層中各加設一個補償器，效果更好。

1.4 安全措施及其它

由于高層建筑消防安全的特殊性，燃氣管道也因此需采用相應的安全措施，引入管宜加裝快速切斷閥，高層用戶室內宜加設帶自動載斷功能的燃氣泄漏報警裝置，以避免燃氣泄漏引起的安全事故。

在高層民用建筑設計中，設計人員也應充分考慮燃氣管線的預備通道和燃氣使用房屋的通風和換氣性能。如在我市最近修建的雙子星高樓，因建筑設計人員將廚房設計于內側不通風房間，再加上因為錯層房屋設計，造成廚房上為居室，再上層又為廚房這種情況，導致通樓根本無燃氣立管通道而無法安裝天然氣設施。

2 高層住宅燃氣管道施工技術

2.1 燃氣入戶引入管的布置方式

燃氣入戶引入管是室外燃氣管道與室內燃氣管道的連接管。其布置方式分為地下引入法和地上引入法兩種。

2.1.1 地下引入法。地下引入法是室外燃氣管道從地下穿過房屋基礎和首層廚房地面直接引入室內。

在竄內的引入管上，離地面0.5m處，安裝三通作為清掃口。引入管穿墻和地面時需加套管。地下管道采用無縫鋼管，地上采用鍍鋅鋼管，套管采用普通鋼管。這種引入方式比較隱蔽、美觀，但需與土建專業人員密切協作，因不便于維修，此法往往采用不多。

地上引入法又分為低立管和高立管引入兩種。低立管引入法是距離竄外地面0.5～0.8m處引入室內。高立管引入法是將燃氣立管完全敷設于外墻上，通過用戶分支管分別進入各個用氣點或燃氣立管。室外管道采用無縫鋼管，室內采用鍍鋅鋼管，套管采用普通鋼管。地上燃氣管道必須具有良好的保護措施，確保安全。這種引入方式不美觀，特別是高立管引入法易破壞建筑物的整體美觀，但便于維修。我們在實際工程中，一般采用的是地上低立管引入法。

2.1.2 地上引入法。在引入管無法從地下引入，尤其是采用天然氣作為氣源、常常是在建筑物建成后再引入燃氣管道時，常采用地上引入法。燃氣管道穿過竄外地面沿外墻敷設到一定高度，然后穿過建筑物外墻進入室內。

2.1.3 引入管安裝時應注意的問題。①燃氣引入管不得敷設在臥竄、浴室、地下室，易燃或易爆物的倉庫，有腐蝕性介質的房間、配電室、變電室，煙道和進風道等地方。②燃氣引入管應設在廚房或走廊等便于維修的非居住房間內。如有困難，可從樓梯間引入，閥門設在室外。③燃氣引入管進入密閉室時，密閉室應設置換氣口，通風換氣次數每小時不得小于3次。④燃氣引入管穿建筑物基礎、墻或管溝時，均應設置在套管內，并應考慮沉降和補償的措施。⑤燃氣引入管總管上應設置閥門和清掃口。

2.2 室內燃氣立管的布置方式

2.2.1 室內燃氣管道不得穿過防火分區、臥室及衛生間。

2.2.3 室內燃氣鋼管與墻面的凈距，當管徑小于DN25時為3cm，管徑在DN25～DN40時為5cm，管徑等于DN50時為7cm，管徑大于DN50時為9cm。

2.2.4 室內燃氣管道一個活接頭的安裝位置及要求如下：①活接頭內的墊片應為不小于1.5mm厚的丁晴橡膠或聚四氟乙烯材料，嚴禁用天然橡膠或石棉類墊片。②絲扣球閥后應加活接頭，間距不應大于30cm，安裝時應注意活接頭的方向性。③主立管每隔兩層加一個活接頭，離地面高度在1.5m左右，如遇主管有球閥時活接頭應在球閥后20cm左右為宜。④水平干管的支管應加活接頭，管道在走廊、門廳內嚴禁加活接頭。

2.2.2 室內燃氣管道的固定支承不得設在管件，焊口、螺紋連接處。

2.2.5 安裝在地下室內燃氣管道應用無縫鋼管手工電弧焊連接和法蘭連接。

2.2.6 管道、設備法蘭連接時應符合以下規定：①法蘭連接：法蘭的材料與鋼管要相同；公稱壓力應與球閥的額定公稱壓力符合；一般用平焊法蘭。口徑要與連接的鋼管相符。法蘭盤與管道連接應采用電焊并應雙面焊接。②管道與設備、閥門進行法蘭連接前，應檢查法蘭密封面及密封墊片，不得有影響密封性能的劃痕、凹陷、斑點等缺陷。③閥門應在關閉狀態下安裝。④法蘭連接應與管道同心，法蘭螺孔應對正，管道與設備、閥門的法蘭端而應平行，不得用螺栓強力對口。⑤法蘭墊片尺寸應與法蘭密封面相符，墊片安裝必須放在中心位置，嚴禁放偏。法蘭墊片在設計文件無要求時宜采用聚四氟乙烯墊片也可采用耐油石棉墊片。⑥應使用同一規格螺栓，安裝方向應一致，螺栓的緊固應對稱均勻，螺栓緊固后宜伸出螺母2～3扣，涂上機油或黃油，以防銹蝕。

2.2.7 管道、設備螺紋連接時應符合以下規定：①管道與設備、閥門螺紋連接應同心，不得用管接頭強力對口。②管道螺紋接頭宜采用聚四氟乙烯帶做密封材料。擰緊螺紋時，不得將密封材料擠入管內。③鋼管套絲要求：螺紋連接時，螺紋應加工成錐型管螺紋，不得加工成圓柱螺紋或混合形羅紋。管徑DN20以下的管道可一次套成，管徑DN25～DN40的管道可分二次套成。管徑DN50的管道應分三次套成。套絲時應以機油冷卻、潤滑。絲扣應光滑端正，無斜絲亂絲，無毛刺，斷絲或破絲的缺口長度不得超過絲扣的10%。松緊程度適當，用連接管件試配時，能用手將管件擰入2～3扣，再上緊就需要管鉗子，最后上緊后，還能外露2～3扣為宜。不得出現長絲和絕絲。

2.2.8 燃氣管道穿越樓板的孔洞應從最高層向下打孔，逐層以重錘垂足確定下層孔洞位置。因下層與下層墻壁壁厚不同而無法垂于一線時，應作乙字彎使之靠墻避免用管件轉向。

3 室內管線試驗

3.1 強度試驗

3.1.1 試驗范圍：居民用戶室內燃氣管道試驗范圍為在安裝燃氣表前，從進氣總主閥門到表前閥門的管段(進氣總閥門到引入口管段的強度和嚴密性試驗壓力和庭院線試驗壓力一致，并與庭院線試驗一起進行)。

3.1.2 進行強度試驗前管道應吹掃干凈，吹掃介質宜采用空氣。

3.1.3 試驗壓力：①設計壓力≤5kPa時，試驗壓力為0.1MPa。②設計壓力>5kPa時，試驗壓力為設計壓力的1.5倍，且不得小于0.1MPa。

3.1.4 進行強度試驗時，壓力應緩慢升高，達到試驗壓力后，穩壓l小時，用肥皂水涂刷所有接頭，閥門、法蘭不漏氣無壓降為合格。

3.2 嚴密性試驗

居民用戶室內燃氣管道嚴密性試驗分兩步進行：

3.2.1 在未接通燃氣表前，用7kPa的壓力對總進氣管閥門到表前閥門的管段進行嚴密性試驗，采用U型壓力計觀測l0mins，壓力不降為合格。

3.2.2 接通煤氣表后，用3kPa的壓力從總進氣管閥門到燃氣用具閥門前的管道系統進行嚴密性試驗，采用U型壓力計觀N5mins，壓力不降為合格。

結束語

隨著高層建筑居民管道燃氣的快速發展，如何確保燃氣工程建設質量，保證居民的用氣安全，維護社會的和諧穩定，已經成為燃氣行業技術管理中的重中之重。因此，我們必須在設計、施工和運行的工程中避免安全隱患的存在，保證用戶安全、可靠、滿意地用氣，使燃氣工程成為真正的放心工程。

[1]城鎮燃氣技術規范GB50494-2009.[S].

[2]城鎮燃氣設計規范GB50028-2006.[S].

[3]城鎮燃氣設施運行、維護和搶修安全技術規程CJJ51-2006.[S].