浅析高层建筑天然气管道设计

程长青 付敏

摘要：随着我国经济快速发展，城市建设日新月異，高层建筑、超高层建筑在居住和商业建设越来越多，高层建筑的供气安全也越来越重要。本文就在高层建筑燃气设计，探讨高层建筑的各种不利因素，选择一个经济、安全的方式为用户提供燃气服务。

关键词：建筑沉降、附加压头、热位移

1高层建筑沉降对燃气管道的影响

1.1高层建筑沉降对燃气管道的危害

一般来讲，高层建筑在竣工后的5年内沉降速度最大，以后沉降速度逐渐降低。燃气管道在建筑完工初期就进行安装，后期高层建筑沉降，由于高层建筑自重大，在引入管穿墙处产生很大的切向应力。另外，建筑基础处回填土的沉降也会导致引入管局部悬空，管道一旦变形过大便会漏气。因此，应采用一定手段达到补偿沉降的目的。

1.2高层建筑沉降对燃气管道产生破坏的原因

（l）高层建筑物较室外地面沉降大，两者的不均匀沉降使燃气引入管局部产生较大应力，当采用螺纹连接镀锌钢管时，会造成管道转动，当转动角度较大时，管道燃气产生泄漏；

（2）室外地面较高层建筑物沉降大，这种情况主要是高层建筑物建造地下车库或地下室实行大面积开挖，建成后回填土夯实不够。燃气管道敷设在虚土上，长时问后地面受各种荷载影响而下沉，燃气引入管随之下沉，引入管局部产生较大应力，甚至破坏管道或相关附属设备，从而导致漏气。

因此，在燃气设计中要采取一定的措施保护引入管。

1.3燃气管道沉降补偿的方法

《城镇燃气设计规范》10.2.17规定[1]：“建筑物设计沉降量大于50mm时，可对燃气引入管采取如下补偿措施：1加大引入管穿墙处的预留洞尺寸；2力引入管穿墙前水平或垂直弯曲2次以上；3引入管穿墙前设置金属柔性管或波纹补偿器。

（l）在立管（或穿墙管）前的水平管上加设一个波纹管补偿器或金属柔性管，利用补偿器的补偿能力来减小引人管的切应力。燃规建议（1）与（2）有损建筑外立面效果。因此，目前高层设计多采用在立管穿墙前的水平管段加金属柔性软管的防沉降措施。在安装金属柔性软管时应注意：软管前出地燃气管道不得进行固定；软管必须水平安装，不得有扭曲和弯曲现象，并使其处于自然伸展状态。

（2）在立管（或穿墙管）前的水平管上加设几个弯头（最好用煨弯），相当于加设一个π型补偿器，用弯头的自然补偿来减少引人管的受力，此种方法简单易行，但是受位置的限制。

（3）在引人管穿越墙体时加设钢套管，钢套管保证燃气管道的上部与钢套管的问隙大于建筑物的最大沉降量，下部也应留有一定的问隙。

2高层建筑燃气的附加压力

2.1高层建筑附加压头产生原因

目前我国大部分地区采用天然气作为气源，天然气相对密度比为0.58～0.62[2]，高层建筑高程较高，燃气立管较长，在立管中就会产生较大的附加压力。控制和消除附加压力的影响，是保证高层供气系统安全正常运行的重要方面。随着楼层升高，附加压力对燃具燃烧效果影响增大，在高层建筑供气系统中不能不考虑其影响。

以漳州市碧湖公园某小区为例。该小区地上最高建筑共45层，高146m，其附加压头计算：

P=（ρ1-ρ2）*g*H

ρ1表示标况下空气密度1.293kg/ m?

ρ2表示标况下天然气密度0.746kg/m?（该密度根据中海油莆田接收站提供）

g为重力加速度9.8m/s2

H为地上建筑高度

经计算的P=782Pa

普通民用灶具用气压力范围0.75Pn～1.5Pn（Pn取值为2000Pa）即1500～3000Pa

漳州市燃气公司调压装置一般给居民供气压力为2400Pa，当整个调压后供气压力为2400Pa时，第45层的供气压力为P=2400+782-150=3032Pa高于1.5Pn，此时45层居民处于超压状态，造成无法通气，且通气压力过高也会造成一定的安全风险。

2.2消除燃气管道附加压头措施

（1）采用用户低低压调压器

在采用区域调压，当高层用户最不利工况下无法通气时，将区域调压器调压后压力调至4000～9000Pa，再在用户处安装低低压调压器，将压力降至2400Pa。

（2）采用中低压调压器

当居民供气采用区域调压时，区域调压器将市政中压（0.3MPa）调压至0.1MPa左右，在用户处安装中低压调压器，将压力降至2400Pa

（3）采用楼栋调压箱

将中压燃气管道引至各高层建筑外，每栋楼采用楼栋调压箱调压供气，经计算后，保证每栋楼最底层和最高层分别在最不利工况下的压力保证在1500～3000Pa之间。

以上三种措施各有利弊，设计人员在设计时，应在赢充分考虑安全经济的情况下进行选择。

3高层建筑燃气管道热位移

3.1高层建筑燃气管道热位移产生原因

高层建筑燃气管道在安装时温度可能是常温，也有可能是40℃，当其安装好后，随着季节的变化，温差变大，安装温度和使用温度可能相差60℃，就会造成燃气管道的热胀冷缩，这样燃气管道就产生了热位移。如果热位移过大，会对管道产生破坏，有可能致使燃气泄漏，产生危险。

第2节中提到45层建筑，高146m，假如安装时温度与最高使用温度相差60℃，其产生的热位移量：

△L=αtL△t[3]

αt 管材线性膨胀系数11.2x10-6

L为管道长度

△t安装运行时最高温差

△L=98mm

因此，消除热位移对燃气管道十分有必要的。

3.2高层建筑燃气管道热位移减少

1采用π型自然补偿器

在燃气管道上，根据计算将管道立管分成几段，每段立管中间加入煨弯管形成π型补偿器，在每段立管下端对立管进行固定，上端不固定。这种方法特点是经济安全，不美观

2在燃气立管上安装波纹补偿器

在燃气管道设计，根据立管长度，计算出温差最大情况下热位移量，根据热位移量选择长度合适波纹补偿器，分段安装在燃气立管上。此做法的特点是美观，简单；但随着通气时间增长，波纹补偿器容易锈蚀、老化，可能产生燃气泄露。

3将燃气管道立管安装在室内

燃气管道立管在设计时，将管道设计在室内，管道安装时的温度和使用的温度就不会相差太大，产生的热位移量也小，能够被管道本身所吸收。此设计优点是简单、经济，缺点是用户为了美观将燃气管道用包装起来，给燃气公司带来检修等安全隐患。

4结论

燃气作为清洁、高效、绿色的能源，已逐渐进入到了干家万户，对保护及改善环境，节能减排，低碳生活发挥着重要的作用。高层燃气管道设计必然会遇到建筑沉降、附加压头、热位移、燃气泄漏等情况，设计时，首先要以安全供气为主，再在综合考虑经济性、美观性、施工难易程度、运营可靠性等确定设计方案。

参考文献：

[1]金石坚，李颜强，徐良，城镇燃气设计规范，2006，北京，中国建筑工业出版社，142

[2]城市燃气管道事故应急抢修方案的决策分析.于培林，姚安林，李又绿，刘晓艳.中国安全科学学报，2008第1期.

[3]浅谈住宅楼室内外燃气管道的设计与施工.曾海静.中国科技信息，2005第12C期.