高層建筑管道燃氣設計中管道的安全設計

田芯陽(中交煤氣熱力研究設計院有限公司，遼寧 沈陽 110026)

0 引言

近幾年來隨著城鎮化水平的日益提高，人們的生活質量也在提高，高層建筑數量也在不斷地上漲。為了有效緩解城鎮居民人口居住的壓力，在結合當前社會經濟不斷建設發展的基礎上，針對普通低層和建筑高層建筑設計時的特殊性質，需要重視高層建筑設計時的結構。尤其是針對高層設施結構中的燃氣管道設計問題，需要有相關的工作人員具有較高的工作水準，及時應對燃氣供應時存在的部分安全隱患問題，并且做出設計與改良方案，以免設計中存在問題，造成人們的生命財產安全威脅。

1 高層建筑燃氣管道安全問題的影響

1.1 建筑物沉降所造成的影響

由于高層建筑自身的荷載量較大，受到地質條件以及建筑荷載等方面因素影響，會造成高層建筑產生不同程度的基礎沉降問題，而建筑沉降程度也受到很多外部因素的干擾。對于城市高層建筑燃氣管道而言，如果建筑體產生不同程度的沉降，會因為燃氣管道處于一種靜止的狀態造成燃氣管道引入管在建筑體產生基礎沉降過程中形成較大的切應力，很容易造成燃氣管道出現斷裂以及破損等問題，所造成的事故后果非常嚴重[1]。

1.2 建筑結構附加壓力對燃氣管道形成的影響

和普通的建筑物相比，城市內部的高層建筑不但高度較高同時自身的重量更大，因此建筑體自身對地面所形成的附加應力效果也非常復雜，經常會出現高層建筑強大的荷載壓力下，存在燃氣管道破損和破裂等現象，如果建筑內部低壓用戶會直接造成燃氣的供應壓力壓力喪失或是產生壓力過載等多種問題的出現。如果建筑的附加應力過高直接超過燃氣管道的極限承載能力，則會產生不穩定性因素直至出現管道破裂等現象。

1.3 建筑選線問題所產生的影響

高層建筑燃氣管道的設計工作屬于一項基礎性工作，燃氣管道是否可以得到正常的使用，直接影響到整個高層建筑工程的造價情況，同時還直接關系到整個燃氣供應系統的工作安全性和穩定性。因此，在針對高層建筑燃氣管道材料和型號的選擇工作中，需要有效掌握當地區域的實際環境狀況，根據設計工作圖紙當中的要求來進行設計，如果燃氣管道設計工作和實際情況之間存在較大的差異性，則很有可能會引發后續的燃氣供應安全問題。

2 高層建筑管道燃氣安全設計工作要點

2.1 管道附加壓力的計算與消除

經過相關設計工作人員的深入分析和研究之后，在針對高層建筑低壓燃氣灶具的使用過程中，額定壓力大小通常情況下控制在2 000 Pa。由于高層建筑自身所具有的特殊性質，能夠使得灶具的壓力在合理的范圍之內進行適當的波動。比如，灶具工作中比管道的額定壓力高0.75～1.5倍，則可以充分符合高層建筑的燃氣供應使用標準，但是如果人氣的壓力進一步加大，會造成灶具的熱效率下降，燃氣的燃燒程度不足進而會形成回火問題。燃氣在不能夠得到充分燃燒的條件下，煙氣當中的一氧化碳含量會進一步增多，進而很容易出現煤氣中毒現象，嚴重的情況下甚至會造成火災和爆炸事故等。因此，在針對高層建筑燃氣管道設計工作過程中，必須要充分重視建筑體沉降問題對管道線路所產生的影響，需要充分考慮到管道的補償溫差、變形應力補償等多方面問題[2]。

根據我國國內高層建筑燃氣管道的設計工作標準來看，普遍采用的是低壓入戶的管道設計工作方法，針對當前低壓燃氣管道壓力損失不斷加大和負壓值不斷加大的過程中，需要設計者針對高層燃氣管道的設計工作中發現具體的燃氣管道附加壓力過大和超出普通的燃氣管道的額度1.5倍。如果高層建筑設計過程中，燃氣管道安裝時的壓力參數設計為P1，數值為2 000 Pa，此時燃氣管道如果安裝工作沒有達到標準要求，造成只有少數的高層住戶使用管道燃氣的情況，則管道所形成的附加壓力也只是燃氣表阻力和燃氣管道阻力之間的總和，如果住戶灶具前壓力為P2，對附加壓力采用P2=P1+H=150 Pa。如果用戶的灶具前壓力數值為3 000 Pa，那么H的取值則為197 m。具體而言，如果高層建筑的總高度超過197 m，則燃氣管道在工作過程中的附加壓力，會造成灶具前壓力超過燃燒設備的標準運行工作范圍，因此要想將燃氣灶的前壓力波動幅度控制在合理的范圍之內，需要充分保證燃氣系統工作過程中的額定壓力和系統壓力之間沒有過大的差異，需要在高層燃氣管道的設計工作中，通過合理的設計工作方法，有效控制附加壓力對燃氣管到工作所產生的不良影響[3]。

2.2 高層建筑沉降分析和安全設計

在高層建筑正式投入使用之后，由于自身自重問題的影響會造成基礎結構所產生的荷載量逐漸加大，進而會產生高層建筑基礎沉降問題。通過相關研究工作人員的分析和研究之后發現，在工程建設完工之后的三年時間內，高層建筑的沉降速率相對較快，沉降量可以達到5～10 cm。高層建筑的沉降會造成對于燃氣管道的破壞，主要原因在于高層建筑的燃氣管道會因沉降式產生拉應力，造成燃氣管道內部在安裝過程中的切口不斷加大。隨著高層建筑的沉降量進一步加大，燃氣管道所承受的拉力會進一步加大，當達到極限值條件下很容易造成燃氣管道的斷裂造成燃氣泄漏等危險事故。在高層建筑內部燃氣管道的立管長度相對較長，因此在具體的設計工作中，會受到外部環境和溫度因素的影響而產生性指變化。燃氣管道的溫差會形成相應的額定力作用，造成燃氣管道出現整體下沉問題。除此之外，由于管道的軸向方向很容易產生變形問題，通常情況下在不產生特殊問題的條件下，高層內部的燃氣管道所使用的器材主要是以鋼材為主，在工作人員工作時需要建立起相應的補償方案，首先要根據高層管道建筑設計師的具體要求和標準設置相應的參數并進行實時計算，根據高層建筑燃氣管道的相關設計工作要求和標準，對立管的設計參數數值進行全面計算和融合，以此來有效獲取濾管的最大變形量大小，然后通過使用分段波紋管的設計方法，要進一步的消除管道溫度差和應力作用的影響下，首先要在管道部位設置相應的支撐結構，有效控制外部結構和內部結構之間造成的差異性，所引發的管道變形等相應的問題。最后，通過使用撓變補償裝置進一步控制高層建筑所產生的振動影響問題[4]。

2.3 燃氣管道的安全設施

燃氣屬于一種易燃易爆物品，會造成比較嚴重的爆炸和火災事故，同時高層建筑內部的人員聚集量較大，同時在疏散過程中存在較大的困難，如果產生比較嚴重的火災事故，對人們的生命財產安全會造成重大影響。因此，針對高層建筑燃氣安全管道設計，需要相關設計人員充分重視高層建筑的設計原則和設計標準，要依據高層建筑安全生產工作標準和實際的建筑生產情況。采取有效的防護措施進行控制，比如說給燃氣引入建筑室內設計出燃氣供應快快速切換閥門，如圖1，同時在高層建筑內部需要在燃氣的供應點和燃氣管道，通過高層建筑的安全位置設置出相應的報警裝置，將其和自動切斷系統之間和機械通風設備之間進行有效銜接，可以保證在產生燃氣泄漏的條件下系統可以實現自動報警，可以實現第一時間切斷燃氣的供應，并且及時開啟相應的通風和安全防護裝置。

2.4 要做好高層建筑的防雷防靜電與防腐蝕處理工作

圖1 燃氣供應快速切斷閥門

在針對高層建筑的燃氣管道安全設計工作中，必須要考慮照鏡體的防雷設計，需要對雷電感應、直接雷擊等問題做出相應的防護設計方案。在建筑防雷設計工作期間，樓頂的燃氣管道與閥門箱以及和樓頂的女兒墻之間，需要通過避雷針直接進行連接，同時連接位置需要超過兩次以上。與此同時，在對避雷針進行設計過程中，通常選用圓鋼的結構形式采取雙面焊接，并且焊接長度需要超過圓鋼直徑的6倍以上，在焊接位置需要采取針對性的防腐蝕處理工作。除此之外，在進行燃氣管道的防雷工作當中，防雷接地裝置的沖擊接地電阻需要小于10 Ω，同時燃氣管道的靜電接地電阻通常不能超過100 Ω，可以通過使用鋼片跨接的方法，將管道和設備法蘭之間直接進行連接，并且還需要使用圓鋼對螺紋采取接地處理。除此之外，在針對高層建筑室內無縫鋼管需要采取針對性的防腐蝕處理工作，徹底清理燃氣鋼管表面的銹跡，讓鋼管表面更加光滑，通過涂刷防腐蝕油漆等方法進行進一步防護，避免出現燃氣管道受到嚴重的腐蝕問題。

3 結語

綜上所述，在高層建筑燃氣管道的設計工作中，必須要充分考慮到管道的安全設計工作內容，對高層建筑的燃氣管道展開全面的安全設計和防護，有效保證燃氣管道的工作穩定性，對人們的日常生活安全性打下良好的基礎。