高层建筑物燃气附加压力预留及消除

吕攀

（湖南省邵阳市燃气总公司，湖南邵阳，422000）

高层建筑物燃气附加压力预留及消除

吕攀

（湖南省邵阳市燃气总公司，湖南邵阳，422000）

随着现代城市建设步伐加快，大量集办公、商贸、景观及居住于一体的新高层建筑得以建成，这些建筑具有多功能属性。为了保证安全，本文首先探讨了高层建筑物燃气工程的设计方案，提出消除附加压力的必要性；接着分析了消除高层建筑物燃气附加压力的具体措施，简单介绍了高层建筑物管线布局以及供气方式；最后研究了建筑物沉降对燃气管道产生的作用以及高层建筑的燃气计量方法。

高层建筑；燃气工程；设计方式；附加压力；建筑物沉降

引言

随着我国社会经济飞速发展，以及城镇建设速度加快等形势下，高层建筑数量较以前得到较大幅度增长。由于高层建筑具有结构复杂性等特征，其燃气设计和施工难度也较大［1-12］。

为了保证高层建筑安全，施工单位需结合建筑工程实际，对各种可能产生的影响因素，包括建筑物沉降以及管道自重等进行考虑，并且采取针对性措施，对设计方案进行改进完善，从而使燃气供应效率与安全得到有效保障。

1 附加压力分析

1.1压力要求

在燃气供应方面，由于燃气和空气密度不等，随着建筑物高度以及层高的增高，燃气中附加压头也逐渐增大。按照相关规定：天然气、液化石油气以及人工煤气压力在0.75～1.5 Pn范围内波动，瓶装液化石油气压力在±0.5 kPa范围内波动。试验用燃气供应压力为1000～3000 Pa，在小于1000 Pa情况下，出现离焰及回火等情况的可能性较大；在大于3000 Pa的情况下，将发生漏气、燃烧不充分以及晃眼等现象。

1.2附加压头对压力的影响

某建筑供应的天然气密度为0.7 kg/m3，空气密度为1.293 kg/m3。当燃气管道平均升高1 m，产生的附加压头大小为（1.293-0.75）*9.8=5.32 Pa。

假定该建筑在小区内进行调压柜设置，在高层建筑范围内供气，2400 Pa将为调压柜在一般状态下的出口压力，调压柜稳压精度的计算按照AC5进行，关闭压力的计算按SG10进行。在最糟糕的情况下，调压柜后端没有正在燃烧的用气设备，燃气管道压力最大可达到2400*（1+10%）=2640 Pa。如果管道压力和调压柜关闭压力等同，且只有高层顶层用户正在使用燃气灶具，由于灶具的用气量极小，此时计量表以及管道中产生的压损基本上可以采取忽略不计的处理方式。对此，顶层用户的高度h应为（3 000-2 640）/5.32=67.6 m，在立管长度大于67.6 m的情况下，将导致顶层用户出现过大的附加压头，使顶层用户压力超出范围，有可能超出灶具规定的最高压力值范围。

1.3消除附加压力的必要性

高层建筑物的高度相比普遍建筑要高，其设置的燃气立管长度也更长，在立管中就容易产生较大的附加压力。由于燃气密度和空气密度的大小存在区别，附加压力如果不在燃具稳定工作的范围之内，将导致用户燃具前压力波动更加明显，使燃气的燃烧不完全，出现回火及脱火等情况，使供气存在更大安全隐患。要想更好地保证高层供气系统运行的安全，必须有效消除或者控制其附加压力的影响。

2 高层建筑物燃气附加压力消除对策

2.1使管道阻力增加

凭借水力计算以及压力降分配，进行合理燃气立管管径的选择，并且通过将截流阀增设至燃气立管上的方法，使燃气管道的阻力增加。该方法具有以下优势，包括操作简单、成本较低、可行性强，其不足之处在于管道内流量影响到立管内阻力，使用户用气的稳定性得不到保障，不利于用户灶具正常燃烧状态的维持。在出现用电高峰时，阻力过大，将直接影响底层用户的用气压力。此外，顶层用户单独用气，且使用较少用气量时，其发挥的作用可以忽略不计。

2.2进行用户调压器设置

该方法是通过各用户调压器的安装实现燃气压力的降低，使燃气压力控制在燃烧的正常范围内。采用中压燃气入户的方式，之后凭借各户中低压调压器作用的发挥，实现气体压力的合理调整。根据相关规定，中压入户管道工作压力的最大值达到0.2MPa。而同时也存在相关规定指出，压力≥0.01MPa管道的连接应采用焊接的方式，所以，该方法的使用不具有较高的经济性，其施工复杂程度较高，和低压入户相比，在安全性方面较差。但该方法也在某些城市得到较为广泛的应用，例如深圳、成都等地区。

低压7kPa入户，在用户燃气表前进行低压调压器的设置。该方法的应用比较常见，例如香港、悉尼等城市使用这种方式已经有一段时间。因为7kPa入户，未超出0.01MPa，也可对室内管道采用钢管丝扣连接的方式，在用户燃气表前进行低压调压器的设置，使用户灶具前压力维持在一定的稳定状态，对热效率的提高及污染物的减少具有帮助。

2.3设置低～低调压器设置于燃气立管上

将低-低调压器设置在燃气立管上，可实现楼层附加压头的分段消除。该方法具有较高的可行性，然而该方法的采用并不广泛。通过水利计算，在最不利的情况下，燃气立管的压力达到1.5Pa的水平时，进行一个低-低调压器的设置，将低～低调压器的出口压力调整至灶具的额定压力，当立管压力上升至1.5Pn的情况下，进行低～低调压器的再次设置，按照这种方法继续下一步的实施，从而使燃气灶具前压力控制在灶具正常工作范围内。然而该方法同样存在其局限性：第一、若调压器出现故障，其对低～低调压器后端的大量用户造成影响；第二、室内立管的维修工作实施困难，维修成本是一大问题；第三、低～低调压器的进出口压差极小，只有0.5Pn，管道流量会影响低～低调压器进口压力值的大小，使得低～低调压器出现选择方面的难题；第四、设计要求较高，产品精度的达标率较低，采购工作存在较大的困难。

2.4将低-低压力调节器设置在室内燃气表前

在建筑物中直接使用中压管，将低～低压力调节器设置在室内燃气表前，减小用户受到的影响，高峰时气体压力不发生较大的波动，而调压器后的低压管段不长，使附加压力的影响有效消除，整体而言燃气具在额定压力下能够更好地运行。然而，一定程度上降低了室内部分中压管道的安全性，并且项目经济性不强，因此该方法的使用也需要斟酌。在实际应用中，楼层在20层以内，在立管中进行节流阀的附加；楼层在20层以上，一般将低～低压力调节器安装在用户表前。通过这种方法，使附加压力得到有效消除，并且有效控制工程造价。

3 高层建筑物供气方式及管线布局设计

3.1高层建筑物调压系统选择

25层以上高层建筑，分户立管成为燃气流经的路径，从下至上向顶层用户输送，不仅包括密度小于空气的天然气，也包括密度大于空气的液化石油气。针对较大的附加压头，一般进行调压系统的单独设置，从而使调节更加方便。在安全的绿地中进行露天平台小时计算流量的安装，按照庭院管网小时计算流量的1.2倍值，使用调压箱将调压柜取代，不仅具有更好的外观，也可使维修操作更加方便。

3.2高层建筑物管道布设方式

高层建筑物的结构主要由各种低层建筑物构成，形状为长矩形，为坐北朝南的朝向，厨房基本朝向北方，之后地接引入管出土入达到用户，在厨房留置三通口，气体楼前管道铺设地下，顺着北、东、西方向进行敷设。高层建筑外轮廓以正方形的六面体为主，中间层以下的俱乐部、办公以及商贸中心区，上部几十层为高级住宅，六面体上的四个方向从居住的第一层至顶层切割天井槽，宽2～3 m，天井槽地面为商贸顶层的顶板。

高层建筑物的厨房布局形式有两种：第一种，厨房外墙和公共楼道处于相邻的位置，将厨房设置在建筑内各层电梯出口后的公共楼道两侧；另外一种，厨房靠近室外天井，厨房投影点基本落在天井槽两边。由于南方城市冬季外温不似北方严寒，选择架空线位可免除燃气设施防冰冻措施的实施，高层建筑燃气管网分配必须结合建筑结构安全与布局进行考虑。为使视觉效果更加美观，埋地敷设低压线路调压箱，立墙于较低建筑物外围，安装球阀四层屋顶墙壁，贴平铺设墙上，在天井槽入口打开三通支线，路线仍然在庭院罐贴外墙水平线安装，增加球阀于支线首端，设置一个三通分支线于各个厨房，从厨房的外墙粘贴在一层耸入顶层，每层打开三通口安装至各个用户厨房，并进行IC卡燃气表的安装。根据节水力的计算结果确定家用立管直径。对管道进行合理布局，开发商确定立管等高位置，墙上的水平管道虽较长，但是施工及维修难度不大。天井室外立管较为安全，但是维修比较复杂，发生气体泄漏时，气体在室外升空，不会进入室内对用户安全产生影响，可达到安全扩散的目的。如果将厨房布置在公共楼道内，为各个厨房开设一根三通支线，通过楼道对外的窗户将水平架空管引进室内，机制在吊顶层内安装，2.2 m相对标高的公共楼墙水平敷设，也是在楼道内贴厨房外墙立安装，经过各层楼板到达顶层。

4 建筑物沉降对燃气管道的影响

建筑物沉降对燃气管道的影响最大，建筑物建成后都会产生各种程度的沉降，而燃气引入管的位置相对固定，在建筑物发生沉降时，燃气引入管将承受建筑物作用产生的切应力，如果切应力过大，将导致燃气引入管发生断裂，造成燃气泄漏。所以，在燃气设计过程中，需要注意引入管的保护。

保护方法有：（1） 将波纹管补偿器增设在水平立管或者壁管前，使引进管的切应力减小；（2） 在立管或者穿墙管前的水平管上加设几个弯头，以采用煨弯为宜，凭借弯头的自然补偿使引入管的受力减小，起到加设方形补偿器的效果。该方法可能在位置方面存在限制，但具有较高可行性；（3） 引进管道穿墙钢套管，保证燃气管道的上部为钢套管，下部需留有合适的间隙，间隙的大小应比建筑物沉降的最大值更大。

5 高层建筑燃气计量设施

传统采用的燃气计量为手动门到门抄表收费，工作效率严重滞后，而且很容易对居民的生活造成干扰。同时该做法劳动负担较沉重，在管理方面存在较大难度。最近几年出现的无线智能燃气表读取系统、微电脑控制技术、无线数据传输技术以及集成传感测量等，具有以下多方面优势：（1） 可使收费效率得到显著提高，并且减轻收费工作负担，尤其针对高层建筑，通过数据采集器进行用户用气量的采集十分便捷；（2） 能够避免对用户的生活造成打扰，这是因为避免了入户收费的繁琐；（3） 使整体管理水平得到提高，可以通过电脑收费管理系统实现银行代扣，进行燃气费缴纳；（4） 传输信号稳定性好、可靠性高，传输速率与质量均比较理想；（5） 能够进行远程数据传输测量、控制、监测及抄表，可以对数据进行动态分析。

6 结语

总而言之，高层建筑燃气管道工程的设计，是一项十分复杂的系统化工程，需要针对高层建筑的特殊性进行慎重考虑，尤其是高层建筑的高度越高，要考虑的因素也就越多。设计人员应结合当地气源特点、压力、施工以及地理、自然环境等，对高层建筑燃气管道进行合理设计，得出最佳设计方案。

［1］YUE F， LI G Q， YUAN Y. Design methods of integral， lift tubular steel scaffolds for high， rise building construction［J］. Structural Design of Tall & Special Buildings， 2012， 21（1）: 46-56.

［2］谈凌秋. 高层建筑燃气工程的防雷设计［J］. 中国新技术新产品，2013（13）: 188-189.

［3］朱翠娣. 高层建筑燃气工程关键设计关键技术分析［J］. 化工管理， 2014（35）: 268.

［4］邹林林， 魏秀梅， 崔倩. 高层建筑燃气工程的防雷设计［J］. 科技风， 2015（9）: 182.

［5］陈琢. 城市综合体燃气设计方案的探讨［C］// 2015中国燃气运营与安全研讨会论文集. 2015.

［6］牟镭， 郝敬之. 高层建筑燃气供应设计中的问题及控制措施［C］// 2015中国燃气运营与安全研讨会论文集. 2015.

［7］魏亮. 高层建筑燃气供应系统的设计与建造［J］. 煤气与热力，2011， 31（5）: 36-40.

［8］黄烈旭. 探讨高层建筑燃气设计存在的问题与对策［J］. 山东工业技术， 2016（8）: 80.

［9］王月香. 浅谈建筑燃气管道的设计与施工［J］. 中国绿色画报，2015（10）: 79.

［10］李雪菲. 建筑燃气管道设计中的难点问题分析［J］. 科技创新与应用， 2014（5）: 233.

［11］孔令云. 高层建筑燃气管道设计有关问题的探讨及应用［J］. 上海煤气，2013（1）: 25-28+33.

［12］WANG H， LI G， HUANG X. Behavior of coupled shear walls with buckling-restrained steel plates in high-rise buildings under lateral actions ［J］. Structural Design of Tall & Special Buildings，2015， 25（1）: 22-44.

Research on Elimination Method of Gas Additional Pressure for High Building

Pan Lv（Hunan Shaoyang Gas Engineering Company， Shaoyang， Hunan， 422000， China）

With the accelerating urban construction and development， a large number of new high-rise buildings are built by integration of office， commerce， landscape and residential， making modern city more charming. In this paper， the design of high-rise building gas engineering is discussed in this paper. Analysis is carried out to eliminate the additional pressure of high-rise buildings， and pipeline layout as well as gas supply method are briefly introduced. At last， we describe research on the effects of building settlement on gas pipeline and methods of gas measurement for high-rise buildings.

High-rise Building； Gas Engineering； Design Method； Additional Pressure； Building Settlement

TU1

A

2095-8412 （2016） 04-617-04

工业技术创新 URL： http://www.china-iti.com 10.14103/j.issn.2095-8412.2016.04.009

吕攀（1975-），男，工程师，专业方向：燃气工程。E-mail: 55924577@qq.com