高层建筑对燃气管道影响及解决措施WORD

高层建筑对燃气管道影响及解决措施
在高层建筑室内燃气管道设计中，附加压头、建筑沉降、室内立管的热胀冷缩和自重等都是设计人员必须考虑解决的问题。

1高层建筑供气的特点
高层建筑各类用户多供气要求高，与一般的建筑的供气系统相比高层供气的安全性问题突出。

高层建筑供气主要特点如下:
(1)高层建筑自重大，楼本身自然沉降量大，对燃气进户引入管危害很大。

建筑物基础外围回填土沉降也对进户管有影响。

(2)燃气立管及支管较长，自重较大，很容易引起管道压缩和弯曲应力突变，而环境温度变化易引起的管道内应力突变，使管道沉降断裂、扭曲，致使燃气泄露，发生事故。

(3)供气的高度高，产生的附加压力很大，会引起燃具燃烧不稳定，燃气泄露，以至导致火灾。

(4)风载荷和地震(主要针对安阳地区)均使管道产生较大侧位移，使管道发生弯曲沉降，危害极大。

(5)发生火灾时，由于报警系统自动化程度较低，会造成很大的财产损失及人员伤亡。

2高层建筑的影响因素及解决措施
2.1附加压头的影响及消除措施
民用天然气燃具的额定压力p,,=2 000 Pa，燃具范围内波动(参见《城镇燃气设计规范》(GB 50028-2006))。

当天然气压力超出此范围，燃具的热效率降低，燃烧不稳定，燃烧噪声大，出现脱火或者回火等现象。

目前，安阳市高层建筑的燃气设计主要采用低压入户，在计算低压燃气管道的压力损失时，应考虑因建筑高度而引起的燃气附加压力△p，计算如下:
△p=9.8(P1-P2)h
式中: △p —为燃气的附加压力，Pa;
P1—空气的密度，取1.293 kg/m3 ;
P2—为燃气的密度，取0.717 kg/m3;
h—为燃气管道终、起点的高程差，m.
若庭院压力损失按300 Pa考虑，高层室内立管管径按用气高峰时最高层用气点沿程阻力损失抵消附加压力设计，用户灶前压力为2 000 Pa，燃气表压力损失按100 Pa计，则调压箱出口压力应设定为2 400 Pa。

在最不利工况时(用气低峰时段)，假设只有几户用气，管道沿程阻力接近0，局部阻力仅为燃气表的阻力。

设用户燃具前的压力为p，则:p=2 400+ △p -100=2 300+5.64h，当p=3 000 Pa时，h=124 m。

因此当楼层高度超过124 m时，附加压力的影响会使灶前压力超过燃烧器的允许波动范围。

为了使用户燃具前的压力波动范围变
小，更接近额定压力pn，有必要采取措施，减小附加压力的影响。

(1)增大管道阻力损失:对20层左右的高层建筑，可采取6-8层变一次管径，增大立管的沿程损失:并在立管上分段设置调节用阀门，增大局部阻力。

(2)设置低一低压调压器:对30层以上的高层建筑，可以在立管适当位置或在高层用户表前设置低一低压调压器，使燃具前压力接近2 000 Pa.
(3)设置中一低压调压器:对于超高层建筑，可采用中压B级压力入户，表前安装中一低压调压器，使燃具前压力接近2 000 Pa.
2.2高层的建筑沉降的影响及补偿措施
高层建筑因自重会产生一定的沉降量，从而可能导致引入管的切向应力大，而建筑基础处回填土的沉降也会导致引入管局部悬空，容易引发事故。

一般情况下，高层建筑在竣工后5年内的沉降速度最大，以后沉降速度逐渐降低。

《城镇燃气设计规范》中规定:“建筑物设计沉降量大于50 mm时，可对燃气引入管采取如下补偿措施:(1)加大引入管穿墙处的预留洞尺寸;(2)引入管穿墙前水平或垂直弯曲2次以上;(3)引入管穿墙前设置金属柔性管或波纹补偿器。

”其中方式(1)和(2)有损建筑外立面效果，一般采用方式((3)，但(3)中安装金属柔性软管时应注意，软管前出地燃气管道不得进行固定;软管必须水平安装，不得有扭曲和弯曲现象，并使其处于自然伸展状态。

2.3燃气立管的应力影响及热补偿
高层建筑室内立管较长，自重产生的应力和环境温度变化产生的热应力都很大，两种内力共同作用，达到一定程度时，会造成主立管接口扭曲、断裂，表前管变形破坏，表接头松动，引发安全事故。

2.3.1管道自重产生的压缩应力
σ=G/A
式中:σ—压缩应力，MPa;
G—为燃气管道自重，N;
A—为立管截面积，mm²
表1常规燃气管道的压缩应力
由表可知:当管长超过1 400 m时，因管重引起的压缩应力才会超过管材的允许应力，而如此高的立管长度对一般高层建筑是不可能的。

一般钢管的许用应力为127 MPa，因此对于100 m的高层，其立管自重产生的压缩应力很小，通常
不致发生破坏。

但为了维修方便，我们仍需考虑分解管道自重的措施。

2.3.2管道因温差产生的伸缩量
△L=10³ X CL△t
式中: △L—为管道的伸缩量，m m；
C—为管材线膨胀系数，对普通钢管在20℃时，取12x 10־³mm/(℃.m);
L—为管道长度，m;
△t—为环境温差，℃。

表2不同温差与管长下的热应力和伸缩量
2.3.3管道的热应力
如果管道的伸缩完全受到约束，则管道的热应力计算公式为:σt= CE△t
式中:σt—热应力，MPa;
C—为管材的线膨胀系数;
△t—环境温差，℃;
E—管材的弹性模量，MPa，普通钢在20℃时2.1x1O5 MPa .
对100 m的高层，随着△t提高，△L提高，σt也提高。

随着管长提高，△L也提高。

可见在春秋两季安装管道时，△t最小，管道的伸缩量和热应力也最小。

2.3.4补偿措施
(1)加设波纹管，加设波纹管，补偿管道由温差产生的伸缩量，从而消除应力。

波纹管补偿范围的两端应固定，中间部分支架全部设计为活动支架。

整根立管波纹管的数量根据管道的长度和可能达到的最大温差确定。

此方法的缺点在于增加了漏气点，另外，还要防止波纹管受用户碰撞，造成波纹管失效。

(2)采用自然补偿，两个固定支架间的管道就是一个“L”型自然补偿器. 若取室内温差取20℃，每层楼高度按3 m计算，管道外径假设为60mm，按下式来计算短臂L的大小: L=1.1 x(0.012x△txHxD w/300)0.5
式中:L—“L”型补偿器短臂长度，m;
△t—环境温差，℃;
H—“L”型补偿器长臂长度，m;
D w—管道外径，mm。

计算可知L≈0.42 m，可见“L”型补偿器短臂的长度较小，不会影响用户的整体装修，在实际工程安装中也是切实
可行的。

采用此方法应注意立管采用焊接连接，因为如果采用丝口连接，由于长期进行伸缩量的补偿，将造成弯头处的丝口松动，容易引起漏气。

(3)在实际工程中，每隔6-8层在主立管上设一个门型弯，并在各分段立管底部设固定支撑，以承受立管自重，同时避免立管底部压缩应力过大。

如遇建设方不同意在室内设置门型弯，则可以U型螺栓配角铁支架固定的方式替换立管上的管卡，以分散立管自重，并在立管上分段设置波纹补偿器，克服管道因温差而引起的应力和形变，便于维修。

另外，考虑立管形变对表前管的影响，我们应该用金属软管作为表前管，以避免表接口变形漏气。

3结论与建议
高层建筑的天然气管道设计应综合考虑，尤其是对于高度逐步增加的高层建筑，必须综合考虑消防建筑结构特点、安全美观、稳定供气以及远期发展等诸多因素，确定切实可行的设计方案。

除此之外，还必须考虑管道走向的规范要求、管道的连接方式。

鉴于高层建筑的特殊性，在燃气设计过程中需采取相应的安全措施:
(1)在室外燃气引入管上宜设紧急自动切断阀，紧急自动切断阀前应设手动快速切断阀;
(2)厨房内应设置燃气泄漏报警装置，其报警探头应安装在燃气管道附近的吊顶下20 cm处:
(3)燃气泄漏报警装置、送排风系统等须与紧急自动切断阀连锁;
(4)对于一类高层民用建筑，其楼内宜设燃气泄漏集中监视装置和压力控制装置，并有检修值班室，由值班人员24 h 进行监控，值班室须设置移动式燃气报警仪。

3结论
通过C扫描仪在上海2.5 MPa城市高压管道的防腐检测应用，发现其有以下优缺点:
(1)C扫描埋地管线防腐检测仪整合了电流测绘系统、管线探测仪、GPS定位等功能于一身，自动化程度高，对操作人员技术依赖性相对较小;
(2)自动记录、处理和存储检测数据，打印检测报告;并可与GPS相连自动采集管道位置信息，输出结果;
(3)系统的信息化技术可实现与GIS数据的相互通用，设置后，可将检测数据稍做处理便能成为GIS可读的数据格式，大大降低了人力成本;
(4)设备价格昂贵，配件及维护保养费用较高。