高層建筑燃氣管道設計需要注意的幾個問題

隨著城市建設的發展，高層建筑越來越多。由于高層建筑自身的特殊性，其供氣與多層建筑供氣有一定的差別。本文就高層建筑的特點，討論高層建筑燃氣管道設計 需要注意的幾個問題。

1、燃氣的附加壓力

1.1 消除燃氣附加壓力的必要性

高層建筑高程較高，燃氣立管較長，由于城市燃氣的密度與空氣密度不同，在立管中就會產生較大的附加壓力。附加壓力過大，會造成某些用戶燃具前壓力波動增大，超出燃具穩定工作范圍，影響用戶燃具的正常燃燒，造成燃氣不完全燃燒，甚至發生離焰、脫火、回火和熄火等現象，增大供氣不安全性[1]?？刂坪拖郊訅毫Φ挠绊?，是保證高層供氣系統安全正常運行的重要方面。

假設人工煤氣密度約0.46kg/m3，天然氣密度約0.74kg/m3，液化石油氣密度約2.5kg/m3，空氣密度取1.293k/m3，那么高程每升高1m，產生的附加壓力為：人工煤氣為8.16Pa，天然氣為5.42Pa，液化石油氣為-11.83Pa。附加壓力為正值，說明燃氣自下而上流動時，附加壓力相當于上浮力；若附加壓力為負值，則說明燃氣自下而上流動時，附加壓力相當于阻力。各種氣源不同建筑物高度時的附加壓力見表1。

表1 不同建筑物高度時附加壓力

燃氣種類 燃具額定壓力/Pa 室內管道允許壓力降/Pa 附加壓力/Pa 建筑物高度為24m 建筑物高度為40m 建筑物高度為60m 建筑物高度為80m 人工煤氣 1000 300 196 326 490 653 天然氣 2000 400 130 217 325 434 液化石油氣 2800 500 -284 -473 -710 -946 注：室內管道允許壓力降包括燃氣表壓力降(約120～200Pa)。

隨著樓層升高，附加壓力對燃具燃燒效果影響增大，在高層建筑供氣系統中不能不考慮其影響。

1.2 消除燃氣附加壓力的措施

1.2.1 人工煤氣和天然氣系統

隨著樓層升高，附加壓力逐漸增大，相當于降低了管道阻力。對由下而上的燃氣供應方式，要消除附加壓力的影響，須增加管道阻力。具體措施有：

① 每隔一定層數設一節流閥，這種方法簡便、經濟、易操作。但是，當只有頂層極少數用戶用氣時，附加壓力減少不明顯；管內流量隨用戶數的多少而變化，流量的變化致使立管的阻力也隨之變化，造成用戶燃具前壓力波動。

② 在立管上設置低-低壓調壓器。通常將調壓器裝設在附加壓力超過200Pa的樓層。通過調壓器調壓，穩定燃具前壓力，消除附加壓頭影響。

③ 每戶裝設閥門，根據各樓層不同的燃氣壓力，分別調整閥門的開度，節流調壓，克服附加壓力的影響，從而滿足每戶燃具所需正常工作壓力。但由于閥門開度不好控制，故這種做法很少采用。

④ 在用戶表前設置用戶低-低壓調壓器，使燃具前壓力穩定在額定工作壓力范圍內。

⑤ 采用中壓管道直接進入建筑物，在戶內燃氣表前加中-低壓調壓器，這樣用戶之間的影響較小，用氣高峰時壓力波動也不明顯，而且調壓器后的低壓管段較短，燃具基本上是處在額定壓力下工作，運行工況較佳，比較好地消除附加壓力的影響。但是戶內有一部分中壓管道，安全性比低壓管道有所降低，并且工程造價也較高，所以一般不主張采用。

在實際應用中，樓層不超過20層時，一般采用在立管上加節流閥的方法；樓層超過20層時，一般采用在用戶表前設置用戶低-低壓調壓器的方法。這樣，既有效地消除了附加壓力，保證了燃具前壓力的穩定性，同時在一定程度上也降低了工程造價。

1.2.2 液化石油氣系統

由下而上的燃氣供應方式，要消除附加壓頭的影響，須降低管道阻力，或提高供氣系統壓力。具體措施有：

① 根據管道水力計算，可采用較大管徑的立管，以減小管道阻力。

② 采用中壓進戶的供應方式。由于液化石油氣的密度較大，極易形成不同樓層用戶壓力差別，影響燃具的正常燃燒。用中壓直接進入建筑物，消除了附加壓力的影響。但戶內有一部分中壓管道，安全性比低壓管道有所降低，并且工程造價也較高。

2、對燃氣管道自重的處理

隨著建筑物層數的增加，燃氣立管的長度也變長，管道的自重變大，所以應設置管道的固定支架，使固定支架與建筑物成為一體，防止因管道下沉而引起引入管受力折斷或變形引起倒坡。一般固定管道的做法有：

① 對于室內立管，在每隔7～10層的穿樓板處加設固定支撐，使燃氣管道、套管以及建筑物成為一體。具體做法見圖1(圖中單位為mm)。

② 對于室外立管 ，在每隔 7 ～ 10 層的高度處加設固定支撐，見圖 2( 圖中單位為 mm) ?；蚣右欢嗡焦芏?，在水平管段上加支架。

3、建筑物的沉降對燃氣管道的影響

建筑物建成后都會產生大小不同的沉降，建筑物的沉降對燃氣引入管的影響非常嚴重。由于建筑物沉降時，燃氣引入管是相對靜止的，因此燃氣引入管要承受建筑物作用產生的切應力，當切應力超過極限時，管道就會斷裂，造成燃氣泄漏。因此，在燃氣設計中要采取一定的措施保護引入管。

① 在立管(或穿墻管)前的水平管上加設一個波紋管補償器，利用補償器的補償能力來減小引入管的切應力。

② 在立管(或穿墻管)前的水平管上加設幾個彎頭(最好用煨彎)，相當于加設一個方型補償器，用彎頭的自然補償來減少引入管的受力。此種方法簡單易行，但是受位置的限制。

③ 在引入管穿越墻體時加設鋼套管，鋼套管保證燃氣管道的上部與鋼套管的間隙大于建筑物的最大沉降量，下部也應留有一定的間隙。

4、其他安全措施

由于高層建筑高度高，層數多，人員密集，一旦發生火災，人員疏散困難，因此應合理配置先進設備，采取安全措施。具體措施有：

① 在引入管處設置快速切斷閥，每隔6～7層加一個分段閥門。

② 各用戶設置燃氣報警裝置、自動切斷裝置、送排風系統等。燃氣報警裝置和自動切斷裝置、送排風系統應連動。

③ 高層建筑的燃氣管道、燃氣設備應定期檢修，保障其安全運行。