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【摘要】本文针对高层建筑燃气管道设计中的存在问题进行了分析探讨，对存在的问题提出了合理的建议。其中涉及到的有消防设计、沉降问题、燃气附加力、应力等。
【关键字】高层建筑、燃气管道、附加压力、沉降
中图分类号： TU97文献标识码： A
前言
随着经济的发展，高层建筑在城市建设中占据了很大的比例。高层建筑的燃气管道设计存在着一些问题，其设计要综合考虑多方面因素才能满足安全要求和使用要求。
高层建筑燃气管道的消防设计
1.紧急切断阀系统
根据《城镇燃气设计规范》的有关要求, 高层建筑管道燃气设计中普遍在上升总管设置紧急切断阀系统。目前使用的紧急切断阀系统基本上是采用气动执行机构实现消防控制操作关闭紧急切断阀。紧急切断阀系统根据紧急切断阀结构和执行机构特点一般有两种形式。
控制原理:氮气瓶将高压氮气经调压使氮气管保持一定压力,依靠氮气压力使紧急切断阀保持常开。氮气瓶等气动控制设备一般设在消防控制室。一但发生火灾等事故,消防控制室值班人员可迅速开启球阀9,放散氮气使之迅速泄压关闭紧急切断阀(泄压后紧急切断阀关闭时间应小于20秒)。设置旁通管及旁通阀门可便于紧急切断阀的检修,保证不间断供气。放散阀门4和16既可作置换及放散使用, 也便于紧急切断阀的调试。
2.防雷、防静电及防腐
高层建筑燃气管道防雷设计必须针对直接雷击、雷电感应和雷电波侵入采取防护措施。设计中一般要求楼顶(包括转换层) 燃气管道及阀门箱应与楼顶墙避雷带连接, 其中楼顶管道与避雷带连接不得小于两处。避雷连接须采用不小于DN8mm的圆钢双面焊接, 焊接长度大于圆钢直径的六倍以上,凡焊接处均须防腐。
3.高层建筑燃气用户安全防护
用户应使用符合安全标准的热水器直排式热水器严禁安装在浴室内。浴室内可安装平衡式、强制排烟式热水器及符合规范要求的烟道式热水器。在实际工作中,一方面要作好安全用气的宣传教育工作,并检查督促整改;另一方面要在设计、工程、验收供气等环节把好关。
在试验、试用的基础上,有步骤、有组织地推广家用燃气用气安全装置。根据以往的燃气事故情况分析, 在使用中因意外熄火后而导致的火灾事故占有相当比例。因此,推广生产、使用配套熄火保护装置的燃具对于安全用气具有十分重要的现实意义。
影响燃气管道的因素
1.燃气附加压力对燃气管道的影响及措施
高层建筑高程较高,燃气立管较长,由于城市燃气的密度与空气密度不同, 在立管中就会产生较大的附加压力。附加压力过大,会造成某些用户燃具前压力波动增大,超出燃具稳定工作范围,影响用户燃具的正常燃烧,造成燃气不完全燃烧,甚至发生离焰、脱火、回火和熄火等现象,增大供气不安全性。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。
对于较低的高层建筑,因为其附加压力小,可以用增加管道阻力的方法。例如缩小立管管径和采用分段阀门来减小附加压力的影响。对于较高的高层建筑,可在用户表前设置低—低压调压器,使燃具前压力接近2000 Pa。对于超高的高层建筑, 采用中压进户表前调压的方式,在每个用户表前设中-低压调压器,使燃具前压力接近2000Pa。引入管、中压进户的流程从中压庭院支管开始,依次通过引入管、中压立管、用户中压支管、阀门、用户调压器、燃气表、低压支管、旋塞,最后到达燃具。
中压进户具有稳定的燃具前压力。燃具全部在接近额定压力条件下工作,保证燃具的最佳燃烧工况。除此之外还可以达到充分利用燃气压力的效果。在相同输气量、相同管径条件下,中压进户方案输送距离最远。立管平均管径较小, 降低成本。
2.高层建筑物沉降对燃气管道的影响及措施
在高层建筑物建成后都会产生大小不同的沉降,高层建筑物的沉降对燃气引人管的影响非常严重。由于建筑物沉降时,燃气引人管是相对静止的,因此燃气引人管要承受建筑物作用产生的切应力,当切应力超过极限时,管道就会断裂,造成燃气泄漏。因此,在燃气设计中要采取一定的措施保护引人管。
可采取的措施有以下几种：在立管(或穿墙管)前的水平管上加设一个波纹管补偿器,利用补偿器的补偿能力来减小引人管的切应力。在立管(或穿墙管)前的水平管上加设几个弯头(最好用偎弯),相当于加设一个方型补偿器,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。还可以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间隙大于建筑物的最大沉降量,下部也应留有一定的间隙。
燃气立管应力对燃气管道的影响及措施
高层建筑因立管(上升管、下降管)较长,管道自重大, 管道上会产生压缩应力。因受环境温度变化影响,立管会产生胀缩变形和热应力。因此,应力在高层建筑设计时均不可忽视,设计不当有可能使管道自身和支架达到破坏的程度,而造成管道弯曲、断裂,致使燃气泄漏, 引发事故。
立管应力的计算：
压缩应力: 高层建筑燃气供应一般采用中压进户方式, 中压立管均为10号或20号无缝钢管。
管道自重产生的压缩应力:
式中表示压缩应力，单位为MPa;表示立管自重，单位为N;表示立管截面积，单位为。
热应力计算：
式中表示管材弹性模量，单位为MPa;表示热应力，单位为MPa;表示立管热膨胀系数，单位为℃。热应力只与管道材质和温度变化有关, 与管长、
管径无关
对于解决上述问题，可以采取以下应力补偿措施：对于压缩应力而言, 为使立管自重得到均匀分摊,可以在设计中要求每一层设一支架, 以免立管底部压缩应力过于集中。此外,在立管底部设置稳定的固定支架, 以进一步承受立管自重。
对于热应力来讲, 设计中可采用安装Z型补偿器、型补偿器等。Z形补偿器补偿量不大,在实际设计中通常在上升管紧急切断阀后采用多个弯头弯曲上升。型补偿器须用优质无缝钢管, 整根补偿器尺寸较小可用一根管子弯制而成。
高层建筑物的燃气计量和安全措施
1.燃气计量
过去采用人工逐户抄表收费的方式,这种方式劳动强度大、效率低、扰民、不便于管理。近年来出现的无线智能型燃气抄表系统,集成了传感计量、无线数据传输技术和单片机控制技术,具有以下优点：一、无需入户收费, 保证了住宅的私密性。二、由于仅用数据采集器采集用户用气量, 提高了收费效率并减轻劳动强度,尤其适用于高层建筑。三、借助计算机收费管理系统, 通过银行自动扣除相应气费,提高整体管理水平。四、传输信号稳定,接受信号快捷,实用可靠。五、实现了计量数据远传、测控及抄读,并具备数据动态分析的功能。
2.安全措施
由于高层建筑的特殊性,因此需采取相应的安全措施。高层建筑高度高,层数多,人员密集,一旦發生火灾,人员疏散困难,因此应合理配置先进设备,采取安全措施。具体措施有:在引人管处设置快速切断阀,每隔6-7层加一个分段阀门。各用户设置燃气报警装置、自动切断装置、送排风系统等。燃气报警装置和自动切断装置、送排风系统应连动。高层建筑的燃气管道、燃气设备应定期检修,保障其安全运行。
五、结束语
高层建筑的天然气管道设计应该综合本文论述的沉降因素、燃气附加压力因素、燃气立管应力、热应力等因素。结合高层建筑的自身特点，综合考虑后，选出最佳的设计方案。
参考文献：
[1] 杨光,尹衍光,谢翔,王晓东.高层建筑燃气管道设计有关问题的探讨[J]. 煤气与热力.2009(01)
[2] 罗义英,尚毅.高层建筑燃气供应系统中附加压头的影响[J]. 河南城建高等专科学校学报.2010(03)
[3] 董丽.高层建筑室内燃气管道设计的探讨[J].河南科技. 2012(04)
[4] 周彦.高层建筑燃气管道设计的探讨[J]. 冶金丛刊. 2012(S1)
[5] 朱艳红,田文中,李英利.高层建筑对燃气管道影响及解决措施[J]. 上海煤气. 2010(01)
[6] 李红梅.高层建筑燃气管道设计中的若干问题[J].湖南冶金. 2011(06)
【关键字】高层建筑、燃气管道、附加压力、沉降
中图分类号： TU97文献标识码： A
前言
随着经济的发展，高层建筑在城市建设中占据了很大的比例。高层建筑的燃气管道设计存在着一些问题，其设计要综合考虑多方面因素才能满足安全要求和使用要求。
高层建筑燃气管道的消防设计
1.紧急切断阀系统
根据《城镇燃气设计规范》的有关要求, 高层建筑管道燃气设计中普遍在上升总管设置紧急切断阀系统。目前使用的紧急切断阀系统基本上是采用气动执行机构实现消防控制操作关闭紧急切断阀。紧急切断阀系统根据紧急切断阀结构和执行机构特点一般有两种形式。
控制原理:氮气瓶将高压氮气经调压使氮气管保持一定压力,依靠氮气压力使紧急切断阀保持常开。氮气瓶等气动控制设备一般设在消防控制室。一但发生火灾等事故,消防控制室值班人员可迅速开启球阀9,放散氮气使之迅速泄压关闭紧急切断阀(泄压后紧急切断阀关闭时间应小于20秒)。设置旁通管及旁通阀门可便于紧急切断阀的检修,保证不间断供气。放散阀门4和16既可作置换及放散使用, 也便于紧急切断阀的调试。
2.防雷、防静电及防腐
高层建筑燃气管道防雷设计必须针对直接雷击、雷电感应和雷电波侵入采取防护措施。设计中一般要求楼顶(包括转换层) 燃气管道及阀门箱应与楼顶墙避雷带连接, 其中楼顶管道与避雷带连接不得小于两处。避雷连接须采用不小于DN8mm的圆钢双面焊接, 焊接长度大于圆钢直径的六倍以上,凡焊接处均须防腐。
3.高层建筑燃气用户安全防护
用户应使用符合安全标准的热水器直排式热水器严禁安装在浴室内。浴室内可安装平衡式、强制排烟式热水器及符合规范要求的烟道式热水器。在实际工作中,一方面要作好安全用气的宣传教育工作,并检查督促整改;另一方面要在设计、工程、验收供气等环节把好关。
在试验、试用的基础上,有步骤、有组织地推广家用燃气用气安全装置。根据以往的燃气事故情况分析, 在使用中因意外熄火后而导致的火灾事故占有相当比例。因此,推广生产、使用配套熄火保护装置的燃具对于安全用气具有十分重要的现实意义。
影响燃气管道的因素
1.燃气附加压力对燃气管道的影响及措施
高层建筑高程较高,燃气立管较长,由于城市燃气的密度与空气密度不同, 在立管中就会产生较大的附加压力。附加压力过大,会造成某些用户燃具前压力波动增大,超出燃具稳定工作范围,影响用户燃具的正常燃烧,造成燃气不完全燃烧,甚至发生离焰、脱火、回火和熄火等现象,增大供气不安全性。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。
对于较低的高层建筑,因为其附加压力小,可以用增加管道阻力的方法。例如缩小立管管径和采用分段阀门来减小附加压力的影响。对于较高的高层建筑,可在用户表前设置低—低压调压器,使燃具前压力接近2000 Pa。对于超高的高层建筑, 采用中压进户表前调压的方式,在每个用户表前设中-低压调压器,使燃具前压力接近2000Pa。引入管、中压进户的流程从中压庭院支管开始,依次通过引入管、中压立管、用户中压支管、阀门、用户调压器、燃气表、低压支管、旋塞,最后到达燃具。
中压进户具有稳定的燃具前压力。燃具全部在接近额定压力条件下工作,保证燃具的最佳燃烧工况。除此之外还可以达到充分利用燃气压力的效果。在相同输气量、相同管径条件下,中压进户方案输送距离最远。立管平均管径较小, 降低成本。
2.高层建筑物沉降对燃气管道的影响及措施
在高层建筑物建成后都会产生大小不同的沉降,高层建筑物的沉降对燃气引人管的影响非常严重。由于建筑物沉降时,燃气引人管是相对静止的,因此燃气引人管要承受建筑物作用产生的切应力,当切应力超过极限时,管道就会断裂,造成燃气泄漏。因此,在燃气设计中要采取一定的措施保护引人管。
可采取的措施有以下几种：在立管(或穿墙管)前的水平管上加设一个波纹管补偿器,利用补偿器的补偿能力来减小引人管的切应力。在立管(或穿墙管)前的水平管上加设几个弯头(最好用偎弯),相当于加设一个方型补偿器,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。还可以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间隙大于建筑物的最大沉降量,下部也应留有一定的间隙。
燃气立管应力对燃气管道的影响及措施
高层建筑因立管(上升管、下降管)较长,管道自重大, 管道上会产生压缩应力。因受环境温度变化影响,立管会产生胀缩变形和热应力。因此,应力在高层建筑设计时均不可忽视,设计不当有可能使管道自身和支架达到破坏的程度,而造成管道弯曲、断裂,致使燃气泄漏, 引发事故。
立管应力的计算：
压缩应力: 高层建筑燃气供应一般采用中压进户方式, 中压立管均为10号或20号无缝钢管。
管道自重产生的压缩应力:
式中表示压缩应力，单位为MPa;表示立管自重，单位为N;表示立管截面积，单位为。
热应力计算：
式中表示管材弹性模量，单位为MPa;表示热应力，单位为MPa;表示立管热膨胀系数，单位为℃。热应力只与管道材质和温度变化有关, 与管长、
管径无关
对于解决上述问题，可以采取以下应力补偿措施：对于压缩应力而言, 为使立管自重得到均匀分摊,可以在设计中要求每一层设一支架, 以免立管底部压缩应力过于集中。此外,在立管底部设置稳定的固定支架, 以进一步承受立管自重。
对于热应力来讲, 设计中可采用安装Z型补偿器、型补偿器等。Z形补偿器补偿量不大,在实际设计中通常在上升管紧急切断阀后采用多个弯头弯曲上升。型补偿器须用优质无缝钢管, 整根补偿器尺寸较小可用一根管子弯制而成。
高层建筑物的燃气计量和安全措施
1.燃气计量
过去采用人工逐户抄表收费的方式,这种方式劳动强度大、效率低、扰民、不便于管理。近年来出现的无线智能型燃气抄表系统,集成了传感计量、无线数据传输技术和单片机控制技术,具有以下优点：一、无需入户收费, 保证了住宅的私密性。二、由于仅用数据采集器采集用户用气量, 提高了收费效率并减轻劳动强度,尤其适用于高层建筑。三、借助计算机收费管理系统, 通过银行自动扣除相应气费,提高整体管理水平。四、传输信号稳定,接受信号快捷,实用可靠。五、实现了计量数据远传、测控及抄读,并具备数据动态分析的功能。
2.安全措施
由于高层建筑的特殊性,因此需采取相应的安全措施。高层建筑高度高,层数多,人员密集,一旦發生火灾,人员疏散困难,因此应合理配置先进设备,采取安全措施。具体措施有:在引人管处设置快速切断阀,每隔6-7层加一个分段阀门。各用户设置燃气报警装置、自动切断装置、送排风系统等。燃气报警装置和自动切断装置、送排风系统应连动。高层建筑的燃气管道、燃气设备应定期检修,保障其安全运行。
五、结束语
高层建筑的天然气管道设计应该综合本文论述的沉降因素、燃气附加压力因素、燃气立管应力、热应力等因素。结合高层建筑的自身特点，综合考虑后，选出最佳的设计方案。
参考文献：
[1] 杨光,尹衍光,谢翔,王晓东.高层建筑燃气管道设计有关问题的探讨[J]. 煤气与热力.2009(01)
[2] 罗义英,尚毅.高层建筑燃气供应系统中附加压头的影响[J]. 河南城建高等专科学校学报.2010(03)
[3] 董丽.高层建筑室内燃气管道设计的探讨[J].河南科技. 2012(04)
[4] 周彦.高层建筑燃气管道设计的探讨[J]. 冶金丛刊. 2012(S1)
[5] 朱艳红,田文中,李英利.高层建筑对燃气管道影响及解决措施[J]. 上海煤气. 2010(01)
[6] 李红梅.高层建筑燃气管道设计中的若干问题[J].湖南冶金. 2011(06)