談高層民用建筑室內燃氣管道的設計

邢月萍

(晉城市煤氣開發利用中心，山西 晉城 048026)

隨著城市化進程的加快，晉城市區高層民用建筑由開始的小高層，如鳳鳴高層公寓(12層)，發展到目前的整個高層住宅小區，如蘭煜花園(30多層)，聚龍苑(30多層)等。根據GB 50494-2009城鎮燃氣技術規范的規定:當高層建筑內使用燃氣作燃料時，應采用管道供氣。高層建筑在用氣類型上別無選擇，文中根據國家及行業有關規范，對高層民用建筑引入管、室內燃氣立管兩方面的設計問題及相應的安全防范措施做一簡單論述。

1 高層民用建筑室內燃氣管道的設計

1.1 引入管的設計

引入管是指室外配氣支管與用戶室內燃氣進口管總閥門之間的管道，當無總閥門時，指支管至距室內地面1 m高處。根據《城鎮燃氣設計規范》的規定:燃氣引入管不得敷設在臥室、衛生間、易燃或易爆品的倉庫、有腐蝕性介質的房間、發電間、配電間、變電室、不使用燃氣的空調機房、通風機房、計算機房、電纜溝、煙道和進風道、垃圾道等地方。住宅燃氣引入管宜設在廚房、外走廊、與廚房相連的陽臺內等便于檢修的非居住房間內，引入管可埋地穿過建筑外墻或基礎引入室內，但進入建筑物后應在短距離內出室內地面，不得在室內地面下水平敷設。高層建筑不得從樓梯間引入，宜沿外墻地面上穿墻引入。燃氣引入管穿墻時應設置在套管中，并應考慮沉降的影響。而且，由于高層民用建筑物建成后因自身重量會產生大小不同的沉降，同時建筑物在修建時，樓基礎一般開挖放坡達3 m～6 m，回填土密實度往往達不到0.9以上，故回填區域在一定時間內可能有相當程度的沉降，而煤氣引入管大多要穿越該區域，所以在建筑物或回填區域沉降時，燃氣引入管要承受因此作用而產生的切向應力，當切向應力超過極限時，管道就會斷裂，造成燃氣泄漏。所以沉降對燃氣引入管的影響所造成的后果非常嚴重，在高層民用建筑燃氣引入管的設計時應予以考慮。

我市目前采用沿外墻地面上穿墻引入的方式，在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。

1.2 室內立管的設計

1)燃氣附加壓力的分析。由于煤氣和空氣的密度不同，煤氣(液化石油氣除外)一般比空氣輕，因此當管道有高程變化時就會產生附加壓力。特別是在高層建筑中燃氣立管較長，附加壓力的作用較大，設計中是不可忽視的。目前我市高層民用建筑的燃氣設計主要采用低壓進戶，根據GB 50028-2006城鎮燃氣設計規范第10.2.13條，燃氣的附加壓力可按下式計算:

其中，ΔH為燃氣的附加壓力，Pa;ρk為空氣的密度，取ρk=1.293 kg/m3;ρm為晉城本地煤層氣的密度，ρm=1.052 kg/m3;h為燃氣管道終起點的高程差，m。

計算可得燃氣每升高1 m，附加壓力將增加2.36 Pa。

根據GB 50028-2006城鎮燃氣設計規范第6.2.8條:城鎮燃氣低壓管道從調壓站到最遠燃具管道允許阻力損失，可按下式計算:

其中，ΔPd為從調壓站到最遠燃具的管道允許阻力損失，Pa;Pn為低壓燃具的額定壓力，Pa。

則調壓器出口壓力設定為1 650 Pa，在最不利工況時(用氣低峰時段，例如深夜)，阻力僅為戶內管道及燃氣表的阻力(按300 Pa計)，設用戶燃氣具前的壓力為P，則P=1 650+ΔP－300=1 350+2.36h，當P=1 500 Pa時，h=64 m。因此當樓層高度大于64 m時，附加壓力的影響會使灶前壓力超過燃燒器的允許波動范圍。

2)減小附加壓力采取的防范措施。GB 50028-2006城鎮燃氣設計規范的規定，礦井氣燃具的額定壓力Pn=1 kPa。低壓民用燃氣具前的燃氣壓力范圍為0.75Pn～1.5Pn。當燃氣壓力超出該范圍，供氣的不安全性必然會增大。

為了使高層建筑用戶燃具都能在允許的壓力波動范圍內正常工作，可采取下列措施以減小附加壓力的影響:

a.通過水力計算選擇適當的立管管徑或在立管上每隔一定層數設節流閥來增加管道阻力，這種方法簡便、經濟、易操作，故在實際應用中較多采用，我中心目前就采用了該節流方式。

b.對于高層建筑可設置低—低壓調壓器，由于一個城市的燃氣用戶數量很多，投資很大;調壓器需要定期維修，就要花費大量人力、物力、財力，所以我國大部分城市的燃氣用戶均未采用。

3)燃氣立管熱脹冷縮的影響及防范措施。燃氣管道在安裝時往往環境溫度與工作溫度不同，而管道工作溫度又是變化的，這樣會產生熱脹冷縮。熱膨脹冷縮量可按下式計算:

其中，ΔL為管道的熱膨脹冷縮量，mm;α1為管材的線膨脹系數，K－1，對普通鋼管在 20 ℃時，取 1.2 ×10－5m/(℃·m);L 為管道的長度，m;Δt為管道安裝時與運行中的最大溫差，℃。

由上式可以看出，隨著Δt增大，ΔL增大;隨著管長增大，ΔL也增大。

根據GB 50028-2006城鎮燃氣設計規范第10.2.29條:補償量計算溫差的選取條件:a.有空氣調節的建筑物內取20℃;b.無空氣調節的建筑物內取40℃;c.沿外墻和屋面敷設時可取70℃。

例如對100 m的高層(見表1)，通常采用的措施為在立管中間安裝補償裝置來吸收變形。

表1 100 m長立管的伸縮量與溫差對照表

為了解決高層民用建筑內燃氣立管的重量及因熱膨脹而產生的推力，必須在燃氣立管的底部設置承重支承，如圖1所示。并在每隔幾層設置中間支架，防止因管道下沉而引起引入管受力折斷或變形引起倒坡。為了補償由于溫差產生的膨脹變形，需將管道兩端固定，并在中間安裝吸收變形的撓性管道或波紋管補償器。

圖1 燃氣立管底部設置承重支承示意圖

用波紋補償器進行補償的管段每個補償器兩端必須固定。通過計算，在立管上設計若干個波紋補償器并設定相應固定支架。

2 其他防范措施

1)在室外燃氣引入管上宜設緊急自動切斷閥，一般我們選用球閥或旋塞閥，閥門高度距室外地坪為1.2 m左右。

2)廚房內應設置燃氣泄漏報警裝置。

3)高層民用建筑的燃氣管道、燃氣設備應定期檢修。

4)燃氣立管應采用無縫鋼管，并采用焊接連接方式。

5)為確保供氣系統的安全可靠，超高層建筑的管道安裝，在采用焊接方式連接的地方應進行超聲波探傷或x射線照相檢驗，檢查結果應達到Ⅱ級片的要求。

總之，高層民用建筑的室內燃氣管道設計應綜合考慮，尤其是對于高度逐漸增加的高層建筑，除確定切實可行的設計方案外，還要考慮管道的走向及連接方式等。

[1] 劉松林.高層建筑燃氣系統設計指南[M].北京:機械工業出版社，2010.

[2] 段常貴.燃氣輸配[M].第3版.北京:中國建筑工業出版社，2009.

[3] 朱艷紅.高層建筑對燃氣管道影響及解決措施[J].上海煤氣，2010(1):39-40.

[4] GB 50028-2006，城鎮燃氣設計規范[S].

[5] GB 50494-2009，城鎮燃氣技術規范[S].