鋼結構加工廠房管線綜合設計

李繼紅

（蘭州有色冶金設計研究院有限公司，甘肅 蘭州 730000）

1 概述

鋼結構產品已經越來越廣泛地應用于高層建筑、工業廠房及市政橋梁等領域。隨著產品尺寸大型化和精細化，廠房內工藝及公用管線也日益復雜。為了減少各專業之間管線碰撞干涉和二次布線等情況，避免人力、物力的浪費和工期延誤，在各專業系統及管線設計完畢后，以工藝專業為主導，多專業協同，進行廠房內管線的綜合設計。

管線綜合設計是指各專業工程管線的平面布設位置及豎向標高相協調的工作，其重點在于合理布置各專業管線平面位置、控制管線標高以及管線支架設計等。

2 管線類別

在鋼結構生產廠房中，根據工藝生產和建筑自身需要，管線包含工藝、給排水、電氣、弱電和暖通等專業。工藝專業主要管線為壓縮空氣、天然氣、氧氣、保護氣體（二氧化碳和氬氣）管線等。

1）壓縮空氣主要用于數控等離子切割、冷彎成型、組立焊接、拋丸除銹、表面噴漆等工序以及其他鋼構件加工設備中的氣缸用氣，各用氣點壓力0.6～0.8MPa，要求壓縮空氣潔凈干燥無油[1]。

2）天然氣和乙炔等作為可燃氣體，主要用于鋼構件的切割及表面熱處理。天然氣以其安全可靠、潔凈環保、輸送穩定和經濟實惠等優點，在方案比選時，推薦優先選用天然氣。每把割槍天然氣耗量約為 0.3m3/h，壓力為 40～60kPa。

3）氧氣作為助燃氣體，主要用于鋼構件的切割及表面熱處理。氧氣通常由專業供氣廠家供貨，以液態氧存放于儲氣罐中，經氣化、調節裝置處理后，經由廠區外網，進入鋼結構加工車間。每把割槍氧氣耗量約為3m3/h，壓力為0.8MPa。

4）保護氣體主要用于龍門焊、H型鋼組立和梁柱裝、焊、磨等工序中的焊接。保護氣體由氬氣和二氧化碳混合而成，通常由專業供氣廠家供貨，以液態氬氣和二氧化碳存放于儲氣罐中，經氣化、調節、混合（氬氣和二氧化碳以4:1的比例）裝置處理后，經由廠區外網，進入鋼結構加工車間。每臺焊機消耗保護氣體量約為 1.5m3/h，壓力為 0.3～0.4MPa[2]。

各專業主要管線具體見表1。

表1 各專業管線類別表

3 管線綜合設計

3.1 設計原則

鋼結構加工廠房內的主要管線，通常情況下，全部采用架空敷設。管線綜合設計在符合各專業規程規范要求的前提下，在垂直方向和交叉避讓時，遵守以下設計原則[3]。

3.1.1 垂直方向布置原則

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鋼結構加工廠房各種管線在垂直方向布置時，在同一斷面，依據如下原則：

防排煙管等風道在上，電纜橋架等在中間，水管道在下；工藝氣體介質管道在上，水管等液體介質管道在下；采暖水管在上，其余冷水管在下；壓縮空氣等相對較高壓管道在上，地壓管道在下；工藝氣體介質管道等經常檢修的管道在上，其余不經常檢修的管道在下。

3.1.2 交叉避讓原則

鋼結構加工廠房各種管線在交叉時，按照以下原則進行避讓：

1）小管徑管道避讓大管徑管道。大管徑管道造價相對高且安裝難度大，應優先考慮。

2）壓力流管道避讓重力流管道。壓力流管道內介質可克服管道沿程阻力，沿預定方向流動，而重力流管道內介質僅靠重力作用，必須按照設定的坡度，由高向低流動，管道標高調整相對困難。各種管線交叉時，應優先滿足重力流管道。通常情況下，工藝氣體管道、生產、生活及消防供水管和采暖水管等均為壓力流管道，雨水管為重力流管道。

3）低壓管道避讓高壓管道，相對而言，高壓管造價高于低壓管。

4）金屬管道避讓非金屬管道，現場安裝時，金屬管道易彎曲和連接。

6）氣體管道避讓水管道，通常情況下，水管道沿程阻力大于氣管道，動力費用更高，故水管道宜短而直。

7）儀表和閥門等附件少的管道避讓附件多的管道，如此有利于施工安裝和運營期間的保養檢修。

8）臨時管道避讓永久管道，以保證永久管道的穩定性。

9）新增管道避讓已有管道。在改造項目中，新增管道可利用已有管道的支吊架等，但要避免對已有管道造成影響。

10）電纜橋架與輸送液體介質的管道不宜共架敷設，或布置在液體介質管道上部，避免液體介質發生滲漏，損壞電纜釀成事故。若必須共架敷設時，電纜管線應考慮增設保護設施。

3.2 易燃易爆管線與其他管線之間的凈距關系

在鋼結構加工廠房中，氧氣和天然氣管屬于易燃易爆類管道，為確保安全，二者距離其他管道有一定的距離要求，具體凈距要求見表2。

表2 氧氣及天然氣管道與其他管線之間最小凈距要求（m）

由于天然氣為切割和表面熱處理用燃燒氣體，氧氣為助燃氣體，因此二者為同一使用目的，最小平行凈距可減小到0.25m。通常情況下，鋼結構加工廠房內天然氣及其它管道公稱直徑均小于300mm，因此天然氣與其它管道之間平行凈距均為0.10m。另外，除供天然氣管道使用的電纜外，支架上不允許敷設其它動力電纜和電線。

依據上述原則，以工藝專業為主導，進行管線綜合，需注意以下幾點：

1）工藝凈距要求。管線位置需保證工藝要求的安全及生產凈距要求，如鋼結構拋丸機、組立焊接等大型設備的外形尺寸要求，主要通道的凈高及凈寬要求，物料倒運時叉車、汽車、平板車及天車所需的安全距離要求等。

2）廠房鋼結構是否沖突。管線位置不可與柱間支撐、天車梁、鋼爬梯和走道板等沖突。

3）避讓門、窗、邊墻軸流風機等。

3.3 結構專業配合

管線綜合完畢后，需將管線荷載、最大允許跨度等參數提至結構專業，結構專業進行支吊架計算以及支吊架固定方式確定。通常情況下，鋼結構加工廠房中,各管線采用支架固定，支架固定在支架梁上，支架梁固定在牛腿上，牛腿固定廠房鋼結構立柱上[4]。

綜上所述，在某10×104t/a鋼結構生產主廠房中，主要管線支架斷面如圖1和圖2所示。

圖1 車間管線支架斷面圖（一）

圖2 車間管線支架斷面圖（二）

4 結論

管線作為鋼結構加工的主要輔助設施，其重要性不言而喻。文章主要論述了在鋼結構加工廠房中，工藝生產及建筑自身管線的類別，尤其是工藝生產管線相關參數的確定選取，以及各種管線的布置原則。架空管線的合理設計關系到使用安全以及廠房高度的確定。因此，要嚴格遵守相關規程規范，多專業加強協同，力求緊湊，為建設單位節約基建投資和運營成本。