印春喜

摘要：近年来,为提高现代城市的魅力和文化,许多集居住、商贸、办公、景观为一体的新高层建筑拔地而起,上百米的高层建筑在各大城市中都能看的见。但是由于燃气的特殊性、安全性,对工程设计也随之带来了许多难题。本文主要從高层建筑燃气工程的供气方式、管线布局、温差补偿、管材选择以及相关设计要点等方面探讨了高层建筑燃气工程设计技术。

关键词：高层建筑；燃气工程；设计技术；调压；温差补偿；附加压头

中图分类号：TU97 文献标识码：A 文章编号：

Abstract: in recent years, to improve the modern city of charm and culture, many residential, commercial, office, landscape as one of the new high-rise buildings, and hundreds of meters tall buildings in major cities in all can see. But because of the particularity of gas, safety, and the engineering design has brought many problems. This article mainly from the high building the fuel gas projects gas supply mode, pipeline layout, temperature compensation, pipes and related design key points of the selection, this paper discussed the high-rise building gas engineering design technology.

Keywords: high building; The fuel gas projects; Design technology; Pressure regulating; Temperature compensation; Attached head pressure

高层建筑燃气供应系统由于用气点和用途方式，以及以消除附加压力的调压没备技术工况等诸多，如供气方式、压力级制、管线布局、附加压力、安全运行等,同时,建筑开发商们还要求燃气设施和居住建筑造就一种协和的美感,这都成为了工程设计中必须综合考虑、反复推敲的关键问题。

一、高层建筑燃气工程的供气方式和管线布局

1.1调压系统选择

由于燃气要通过分户立管从底层上升到最高层,因此,对于砼25层以上的高层建筑,无论是密度大于空气的液化石油气,或小于空气轻的天然气,附加压头都较大,为便于调节,高层建筑的调压系统一般独立设置,根据庭院管网小时计算流量的1.2倍值选择一调压箱代替调压柜,以平台方式露天安装在小区安全的绿地中,既方便维修操作,又兼顾环境美观。

1.2管线布局

高层建筑的结构不同于多层建筑,后者坐北朝南,呈一条长矩形,厨房大都朝北排列,燃气楼前管顺势沿其北面东西向地下敷设,见厨房留一个三通,就地接引入管出土入户。而高层建筑的外轮廓线基本形成一个几乎正方形的六面体,下面几层为商贸、办公、会所中心区,上面数十层为高档商住楼,六面体上部的东、西、南、北面中间从居住的第一层至最高层都分别切割了2~3米宽的天井槽,天井槽的地面就是商贸最高层的顶板。高层建筑的厨房布局有两种形式:第一种形式的厨房投影点基本都落于天井槽两侧旁,如雁城世家、江山景园高楼,厨房窗外就是室外天井;

另一种形式的厨房布于建筑内各层电梯出口后的公共楼道两侧,厨房外墙与公共楼道相邻,如都市春天砼32层建筑。高层建筑燃气分配管网只能和其建筑结构相互协调、安全布局,选择架空线位,南方城市冬季室外气温高,燃气设施勿需防冰冻，北方城市冬季也要考虑这方面的问题。

二、高层建筑燃气工程温差补偿及管材选择

2.1补偿选择：实际立管下部设承重支撑,上端未固定,为减少立管因温差长度变化,轴向移动,对管卡产生的摩擦力,所以在设计中选用自然补偿法,立管中部插入焊接了用无缝钢管煨弯而成的方形补偿器,补偿立管的热胀冷缩极限变形。

2.2管材选择:当管道两端固定时温度应力为σ=Eδ,式中σ———Eδ———温度应力；E———弹性模量(MPa),钢材为2.1×105Pa;δ管道的相对变形。因△L=0.1米,计算得:σ=2.1×105×0.1=175Pa,查有关资料,镀锌钢管的许用应力为315Pa,所以可以选择其作为高层建筑的室外架空管,为提高工程质量和强度等级,安装中采用焊接和法兰接。

三、高层建筑燃气设计要点分析

3.1消除高层建筑的沉降对燃气引入管的影响的方式

高层建筑因自重会产生一定量的沉降，燃气引入管自室外进入室内时，此段管道在建筑物沉降过大时会受到损坏，为此必须在燃气引入管处采取沉降量的补偿措施。通常是在紧贴建筑物基础外侧设沉降箱，在沉降箱内再采取如下方式：（1）采用多个丝扣联接的弯头按顺时针方向组合，利用丝扣一定量的可旋转性产生的管道上下位移进行沉降量的补偿。多个弯头埋于地下，其螺纹部分软管道易于腐蚀，且在施工过程中极易形成反时针现象。当管道下沉时，某些丝扣会反时针方向转动，从而影响其气密性。（2）利用铅管的可挠性进行补偿。但是铅管在弯曲过程中易于扁平，从而影响管道的通过能力（3）选择不锈钢金属波纹软管，利用其可挠性进行补偿。（4）将通用型波纹补偿器垂直安装于引入管上，利用其伸缩能力进行沉降量的补偿。通用补偿器可通过计算选择满足沉降量的补偿，但对其他方向位移的补偿能力有限。另外，波纹补偿器的安装要求也高于其他几种方式。

选择何种方式，必须根据当地的具体情况。本文中认为，方式三是进行燃气引入管沉降量补偿的最佳方式。

3.2燃气立管上附加压头的影响的消除方式

因燃气与空气的容重有差异，燃气或轻于空气或重于空气，造成燃气立管上附加压头的产生。

ΔP=H（Ra-Rg）g.

式中：ΔP———附加压头，Pa；

H——管道始末端的高程差，对于上升管段，H值取正值，反之取负值，m；

Ra———空气密度，1.293kg/m3；

Rg———燃气密度，kg/m3；

g———重力加速度，取9.81m/s2。

以上升管段为例，当燃气容重小于空气容重时，ΔP值为负，反之ΔP值为正值。对家用燃气灶来说，其灶前允许压力波动范围是灶具额定工作压力的0.5～1.5倍。在家用燃气灶的颁布标准（CJ-83）中也列出了与灶具工作压力有关的灶具性能参数，即必须以灶具额定工作压力的0.5～1.5倍压力进行测试并符合要求的规定。当灶具在灶前压力大于1.5倍额定工作压力下使用时，将会使灶具的热效率下降，火焰的稳定性（离焰、脱火）下降，带电子点火装置的灶的点火成功率下降；同时使灶具的燃烧噪声加大，烟气中一氧化碳的含量也会有所增加。

当整个低压管网只有极少数用户在用气，而高层建筑又离调压房较近时，自调压房出口管至表前的整个管段的压降微乎其微，可认为引入管前压力接近于调压房出口压力，附加压头的叠加就极易使某些层次以上的用户灶前压力超过其最高允许压力波动范围。这种工况是高层建筑燃气管网的最不利运行工况。把这种运行工况作为考虑对象，用户灶前压力按下述公式计算：P2=P1-ΔP1-ΔP2-ΔP附.（1）

式中：P2———灶前压力，Pa；

P1———调压房（器）出口压力，Pa；

ΔP1———主干管及庭院支管压降，Pa；

ΔP2———立管至灶前分支管压力降，取200Pa（表压降为150Pa左右）；

P附———附加压头，Pa。

在最不利工况下，ΔP1忽略不计，当灶前压力达到灶具额定工作压力的1.5倍时，式（1）变为：1.5Pn=P1-200-ΔP附.（2）

式（2）可用于确定附加压头增加至多少时，灶前压力会超过其额定工作压力。

以南京市燃气供应为例，人工煤气的灶具额定工作压力为1000帕，调压房出口压力为1500帕。取式二中P1=1500帕(低压管网处于最不利运行工况)，当附加压头大于200帕时，灶前压力会超出最高允许压力。因此附加压头的允许极限取200帕为宜。

南京市煤气容重为0.42～0.59公斤/立方米(一般取0.55)，每米附加压头约为6帕。当住宅高度超过33米时，就应考虑附加压头的影响。

消除附加压头影响的方式有：

（1）通过管道水力计算，用增加管道阻力的方式来消除附加压头的影响，如改变立管口径、立管上增加阀门等。当高层建筑自顶层开始有极少数用户用气时，其附加压头几乎未有所减少。

（2）在附加压头超过200帕的层次开始在立管上设置低一低压调压器，使灶前压力稳定在额定工作压力范围内。但是当调压器出现故障时，其后的用户将受其影响。

（3）在附加压头超过200帕的层次开始，在用户表前设置用户低一低压调压器，使灶前压力稳定在额定工作压力范围内，是消除附加压头的最理想的方式。

4结论

随着房地产业的发展，对室内燃气管道的设计提出了许多新要求。我们应树立以人为本的设计理念。考虑到燃气设计和住宅设计的相互影响,应将二者作为一个整体考虑。借鉴国外室内燃气管道设计的先进技术和新材料,结合国内的情况,改进高层建筑燃气工程的设计。

参考文献：

[1]魏亮。高层建筑燃气供应系统的设计与建造[J]。煤气与热力,2011,(5)。

[2]燕日权。超高层建筑燃气供应系统设计研究[J]。山西焦煤科技,2007,(12)。

[3]董丽。高层建筑室内燃气管道设计的探讨[J]。河南科技,2007,(4)。

注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。