高层建筑管道燃气设计中管道的安全设计

田芯阳(中交煤气热力研究设计院有限公司，辽宁 沈阳 110026)

0 引言

近几年来随着城镇化水平的日益提高，人们的生活质量也在提高，高层建筑数量也在不断地上涨。为了有效缓解城镇居民人口居住的压力，在结合当前社会经济不断建设发展的基础上，针对普通低层和建筑高层建筑设计时的特殊性质，需要重视高层建筑设计时的结构。尤其是针对高层设施结构中的燃气管道设计问题，需要有相关的工作人员具有较高的工作水准，及时应对燃气供应时存在的部分安全隐患问题，并且做出设计与改良方案，以免设计中存在问题，造成人们的生命财产安全威胁。

1 高层建筑燃气管道安全问题的影响

1.1 建筑物沉降所造成的影响

由于高层建筑自身的荷载量较大，受到地质条件以及建筑荷载等方面因素影响，会造成高层建筑产生不同程度的基础沉降问题，而建筑沉降程度也受到很多外部因素的干扰。对于城市高层建筑燃气管道而言，如果建筑体产生不同程度的沉降，会因为燃气管道处于一种静止的状态造成燃气管道引入管在建筑体产生基础沉降过程中形成较大的切应力，很容易造成燃气管道出现断裂以及破损等问题，所造成的事故后果非常严重[1]。

1.2 建筑结构附加压力对燃气管道形成的影响

和普通的建筑物相比，城市内部的高层建筑不但高度较高同时自身的重量更大，因此建筑体自身对地面所形成的附加应力效果也非常复杂，经常会出现高层建筑强大的荷载压力下，存在燃气管道破损和破裂等现象，如果建筑内部低压用户会直接造成燃气的供应压力压力丧失或是产生压力过载等多种问题的出现。如果建筑的附加应力过高直接超过燃气管道的极限承载能力，则会产生不稳定性因素直至出现管道破裂等现象。

1.3 建筑选线问题所产生的影响

高层建筑燃气管道的设计工作属于一项基础性工作，燃气管道是否可以得到正常的使用，直接影响到整个高层建筑工程的造价情况，同时还直接关系到整个燃气供应系统的工作安全性和稳定性。因此，在针对高层建筑燃气管道材料和型号的选择工作中，需要有效掌握当地区域的实际环境状况，根据设计工作图纸当中的要求来进行设计，如果燃气管道设计工作和实际情况之间存在较大的差异性，则很有可能会引发后续的燃气供应安全问题。

2 高层建筑管道燃气安全设计工作要点

2.1 管道附加压力的计算与消除

经过相关设计工作人员的深入分析和研究之后，在针对高层建筑低压燃气灶具的使用过程中，额定压力大小通常情况下控制在2 000 Pa。由于高层建筑自身所具有的特殊性质，能够使得灶具的压力在合理的范围之内进行适当的波动。比如，灶具工作中比管道的额定压力高0.75～1.5倍，则可以充分符合高层建筑的燃气供应使用标准，但是如果人气的压力进一步加大，会造成灶具的热效率下降，燃气的燃烧程度不足进而会形成回火问题。燃气在不能够得到充分燃烧的条件下，烟气当中的一氧化碳含量会进一步增多，进而很容易出现煤气中毒现象，严重的情况下甚至会造成火灾和爆炸事故等。因此，在针对高层建筑燃气管道设计工作过程中，必须要充分重视建筑体沉降问题对管道线路所产生的影响，需要充分考虑到管道的补偿温差、变形应力补偿等多方面问题[2]。

根据我国国内高层建筑燃气管道的设计工作标准来看，普遍采用的是低压入户的管道设计工作方法，针对当前低压燃气管道压力损失不断加大和负压值不断加大的过程中，需要设计者针对高层燃气管道的设计工作中发现具体的燃气管道附加压力过大和超出普通的燃气管道的额度1.5倍。如果高层建筑设计过程中，燃气管道安装时的压力参数设计为P1，数值为2 000 Pa，此时燃气管道如果安装工作没有达到标准要求，造成只有少数的高层住户使用管道燃气的情况，则管道所形成的附加压力也只是燃气表阻力和燃气管道阻力之间的总和，如果住户灶具前压力为P2，对附加压力采用P2=P1+H=150 Pa。如果用户的灶具前压力数值为3 000 Pa，那么H的取值则为197 m。具体而言，如果高层建筑的总高度超过197 m，则燃气管道在工作过程中的附加压力，会造成灶具前压力超过燃烧设备的标准运行工作范围，因此要想将燃气灶的前压力波动幅度控制在合理的范围之内，需要充分保证燃气系统工作过程中的额定压力和系统压力之间没有过大的差异，需要在高层燃气管道的设计工作中，通过合理的设计工作方法，有效控制附加压力对燃气管到工作所产生的不良影响[3]。

2.2 高层建筑沉降分析和安全设计

在高层建筑正式投入使用之后，由于自身自重问题的影响会造成基础结构所产生的荷载量逐渐加大，进而会产生高层建筑基础沉降问题。通过相关研究工作人员的分析和研究之后发现，在工程建设完工之后的三年时间内，高层建筑的沉降速率相对较快，沉降量可以达到5～10 cm。高层建筑的沉降会造成对于燃气管道的破坏，主要原因在于高层建筑的燃气管道会因沉降式产生拉应力，造成燃气管道内部在安装过程中的切口不断加大。随着高层建筑的沉降量进一步加大，燃气管道所承受的拉力会进一步加大，当达到极限值条件下很容易造成燃气管道的断裂造成燃气泄漏等危险事故。在高层建筑内部燃气管道的立管长度相对较长，因此在具体的设计工作中，会受到外部环境和温度因素的影响而产生性指变化。燃气管道的温差会形成相应的额定力作用，造成燃气管道出现整体下沉问题。除此之外，由于管道的轴向方向很容易产生变形问题，通常情况下在不产生特殊问题的条件下，高层内部的燃气管道所使用的器材主要是以钢材为主，在工作人员工作时需要建立起相应的补偿方案，首先要根据高层管道建筑设计师的具体要求和标准设置相应的参数并进行实时计算，根据高层建筑燃气管道的相关设计工作要求和标准，对立管的设计参数数值进行全面计算和融合，以此来有效获取滤管的最大变形量大小，然后通过使用分段波纹管的设计方法，要进一步的消除管道温度差和应力作用的影响下，首先要在管道部位设置相应的支撑结构，有效控制外部结构和内部结构之间造成的差异性，所引发的管道变形等相应的问题。最后，通过使用挠变补偿装置进一步控制高层建筑所产生的振动影响问题[4]。

2.3 燃气管道的安全设施

燃气属于一种易燃易爆物品，会造成比较严重的爆炸和火灾事故，同时高层建筑内部的人员聚集量较大，同时在疏散过程中存在较大的困难，如果产生比较严重的火灾事故，对人们的生命财产安全会造成重大影响。因此，针对高层建筑燃气安全管道设计，需要相关设计人员充分重视高层建筑的设计原则和设计标准，要依据高层建筑安全生产工作标准和实际的建筑生产情况。采取有效的防护措施进行控制，比如说给燃气引入建筑室内设计出燃气供应快快速切换阀门，如图1，同时在高层建筑内部需要在燃气的供应点和燃气管道，通过高层建筑的安全位置设置出相应的报警装置，将其和自动切断系统之间和机械通风设备之间进行有效衔接，可以保证在产生燃气泄漏的条件下系统可以实现自动报警，可以实现第一时间切断燃气的供应，并且及时开启相应的通风和安全防护装置。

2.4 要做好高层建筑的防雷防静电与防腐蚀处理工作

图1 燃气供应快速切断阀门

在针对高层建筑的燃气管道安全设计工作中，必须要考虑照镜体的防雷设计，需要对雷电感应、直接雷击等问题做出相应的防护设计方案。在建筑防雷设计工作期间，楼顶的燃气管道与阀门箱以及和楼顶的女儿墙之间，需要通过避雷针直接进行连接，同时连接位置需要超过两次以上。与此同时，在对避雷针进行设计过程中，通常选用圆钢的结构形式采取双面焊接，并且焊接长度需要超过圆钢直径的6倍以上，在焊接位置需要采取针对性的防腐蚀处理工作。除此之外，在进行燃气管道的防雷工作当中，防雷接地装置的冲击接地电阻需要小于10 Ω，同时燃气管道的静电接地电阻通常不能超过100 Ω，可以通过使用钢片跨接的方法，将管道和设备法兰之间直接进行连接，并且还需要使用圆钢对螺纹采取接地处理。除此之外，在针对高层建筑室内无缝钢管需要采取针对性的防腐蚀处理工作，彻底清理燃气钢管表面的锈迹，让钢管表面更加光滑，通过涂刷防腐蚀油漆等方法进行进一步防护，避免出现燃气管道受到严重的腐蚀问题。

3 结语

综上所述，在高层建筑燃气管道的设计工作中，必须要充分考虑到管道的安全设计工作内容，对高层建筑的燃气管道展开全面的安全设计和防护，有效保证燃气管道的工作稳定性，对人们的日常生活安全性打下良好的基础。