高層建筑管道燃氣設計中管道的安全設計

唐弢

摘要：高層建筑是當前城市建筑的主流，可以對有限的土地資源進行充分利用，緩解城市規模擴大引發的人地矛盾沖突。不過，高層建筑內部結構一般比較復雜，加上使用人員眾多，對于安全有著相當嚴格的要求，燃氣管道設計就是其中一個不容忽視的組成部分，如果燃氣管道設計缺乏安全性，則可能會引發相當嚴重的后果。本文就高層建筑管道燃氣設計中管道的安全設計進行了討論。

關鍵詞：高層建筑；管道燃氣；管道；安全設計

城市化進程的加快，使得高層建筑的數量不斷增長，對于建筑整體的安全也提出了更加嚴格的要求。與常規建筑相比，高層建筑高度大、內部結構復雜，人員密度大，一旦出現火災隱患，可能造成相當嚴重的后果。基于此，相關人員需要高度重視燃氣設計中管道的安全設計，提升設計方案的合理性和有效性，切實保證管道燃氣使用安全。

1 管道附加壓力計算與消除

相關研究指出，民用低壓燃氣灶具在設計過程中，額定壓力為2000Pa，高層建筑本身相對特殊，引出允許灶具使用壓力在一定范圍內波動，當灶具壓力超出額定壓力0.75倍1.5倍時，能夠滿足高層建筑的使用要求，不過如果壓力繼續增大，則會導致灶具熱效率偏低，燃燒不充分，出現回火或者脫火的問題。不僅如此，在無法充分燃燒的情況下，煙氣中的一氧化碳濃度增大，可能會引發煤氣中毒甚至火災、爆炸問題。因此，在高層建筑燃氣管道設計中，需要關注的問題有幾個，包括附加壓頭、建筑沉降對于管道的補償、溫差變形的應力補償等。以我國某地高層建筑燃氣管道設計為例，采用的多是低壓入戶模式，在針對低壓燃氣管道壓力損失進行計算的過程中，還需要將高層建筑本身較大高度導致的管道附加壓力考慮在內。

高層建筑燃氣管道設計中，如果管道附加壓力過高，會使得灶具前壓力超出額定壓力1.5倍以上，假定高層建筑在引入燃氣管道后，壓力為p1，數值為標準的2000Pa，假定燃氣管道安裝狀況最不利，即僅有極少用戶使用管道燃氣，則附加壓力僅為燃氣表阻力和燃氣管道阻力之和。當用戶灶具前壓力為p2時，依照《城市燃氣設計規范》的相關標準，可以對附加壓力進行計算，存在

p2=p1+△H150Pa=1850Pa+5.83h

如果用戶灶具前壓力的數值達到3000Pa，則h的取值為197m。換言之，如果高層建筑本身的高度超過197m，燃氣管道附加壓力才會使得灶具前壓力超過燃燒器的運行范圍。因此，為了將燃氣灶前壓力的波動范圍控制到最小，確保燃氣系統壓力與額定壓力接近，在對燃氣管道進行設計安裝時，需要采取切實有效的措施和方法，減少附加壓力對于燃氣管道的負面影響。

對于一些高度較低的高層建筑，考慮燃氣管道附加壓力數值較小，在管道安全設計中，可以通過縮小立管直徑、設置分段閥門等方式，減少乃至消除管道附加壓力的影響；對于高度較大的高層建筑，在進行燃氣管道設計的過程中，可以將高層供氣系統分離出來，以滿足不同用戶需求，或者在燃氣表前設置低壓調壓器；對于超高層建筑，可以采用中壓進戶、設置低壓調壓器的方式，將灶具前壓力控制在2000Pa左右。

2 建筑沉降分析與應對

高層建筑在使用過程中，受自身自重的影響，會對基礎產生較大的靜動荷載，從而引發基礎沉降問題，相關調查數據顯示，在竣工后三年內，高層建筑的沉降速度較快，沉降量最大可以達到510cm，之后沉降的速度回有所減緩。高層建筑沉降會對燃氣管道造成破壞，主要是因為建筑內部的燃氣管道會隨著建筑沉降而出現下沉，但是建筑外部的地埋管或者架空管靜止，在管道接口位置會產生應力，伴隨著沉降量的增大，燃氣引入管受到的抗力也會隨之增加，當沉降達到一定程度后，就會導致燃氣管道的嚴重變形甚至斷裂，影響燃氣的正常供應。

高層建筑中，燃氣管道立管長度達，從安裝到投運，受環境溫度變化的影響，管道內部的溫差會引發相應的應力，其自重也會對下層管道產生壓迫，引發管道的下沉問題，在管道軸向還可能出現變形現象。一般情況下，如果沒有特殊要求，高層建筑室內燃氣管道采用的多是鋼管，管道變形量的計算公式為：△L=0.012△t×L。這里的L是燃氣立管長度，△t表示燃氣管道安裝及使用過程中的最大溫差。立管應力補償設計環節，需要關注三個方面的問題：一是必須依照高層建筑燃氣設計相關標準和規范，結合具體數值計算，得到立管最大變形量，通過設置分段波紋管的方式，對立管溫差應力進行抵消；二是應該在立管底部設置支撐墩，減少溫度差異引發的管道變形問題；三是可以利用撓變補償裝置，減少高層建筑振動的影響。

3 燃氣管道安全設施

燃氣本身屬于易燃易爆品，如果其管道出現泄漏，可能引發火災甚至爆炸事故，而高層建筑本身的人員密集，疏散難度大，一旦發生上述事故，造成的財產損失和人員傷亡是難以估量的。對此，在高層建筑燃氣管道設計中，必須高度重視安全設計，嚴格依照相關標準和規范進行設計，從建筑具體情況著眼采取相應的安全措施，例如，可以在燃氣引入建筑室外設置相應的燃氣供應快速切斷閥門，在室內燃氣管道中設置自動切斷閥，也可以在燃氣供應點以及在燃氣管道經過高層建筑的位置，設置相應的安全報警系統，并將其與自動切斷系統和機械通風裝置實現連鎖，確保在出現燃氣泄漏時，系統能夠自動發出告警信息，切斷燃氣供應的同時啟動通風裝置，避免安全事故的發生。

4 結語

總而言之，高層建筑本身的特殊性使得其對于燃氣管道設計有著相當嚴格的要求，對于設計人員而言，應該充分考慮建筑高度、建筑沉降、管道壓力、環境溫度、消防安全等因素的影響，確定科學合理的燃氣管道設計方案，切實保證管道運行安全。另外，高層建筑燃氣管道應該與建筑主體結構同步設計施工，避免重復施工的現象，必須認識到，安全問題是燃氣管道設計中必須關注的核心問題，在充分認識安全問題的基礎上，才能保證燃氣管道設計的安全性。

參考文獻：

[1]孔令云.高層建筑燃氣管道設計有關問題的探討及應用[J].上海煤氣，2013，（1）.

[2]王淑靜.超高層建筑燃氣管道設計及安全措施[J].煤氣與熱力，2013，33（10）.