高层建筑室内燃气管道设计的探讨

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1、高层建筑室内燃气管道设计的探讨摘　要：探讨了高层建筑室内燃气管道设计中附加压力、高层建筑沉降、立管热补偿、燃气计量、安全措施等问题。关键词：高层建筑；室内燃气管道设计；附加压力；沉降；热补偿；燃气计量；安全装置中图分类号：TU996文献标识码：B0引言　　天津作为北方重要的经济中心，又是国际化的港口城市，近年来市政建设迅速，兴建了许多高层建筑。其中既有功能单一的居民住宅楼，又有集商贸、办公、居住等功能于一体的综合性建筑。高层建筑的设计标准高，燃气管道的设计也备受人们重视[1—3]。在室内天然气管道的设计中需考虑的问题较多，如附加压力大，高层建筑沉降量大，立管较

2、长且热伸缩量大，以及如何保证计量的先进性和用气安全。1高层建筑的附加压力1．1附加压力的计算　　GB50028—93《城镇燃气设计规范》规定，天然气燃具的额定压力n=2000Pa。由于低压管网沿程阻力和局部阻力的影响，允许燃具前压力在一定范围内波动。当燃具前压力在0．75pn～1．5Pn。内波动时，仍能达到燃具燃烧的要求。若超出此范围，燃具的热效率低，燃烧不稳定，燃烧噪声大，出现脱火和回火等现象。另外由于不完全燃烧，烟气中的CO含量超标，导致引发事故。　　天津市高层建筑的燃气设计主要采用低压进户，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

3、压力Δpadd。计算公式如下：Δpadd=9．81(ρair-ρgas)h(1)式中：Δpadd——燃气的附加压力，Pa；　　　ρair——空气的密度，kg／m3；　　　ρgas——燃气的密度，kg／m3；　　　h——燃气管道终、起点的高程差，m。　　以大港油田天然气为例，ρgas=0．839kg／m3，ρair=1．293kg／m3，由式(1)，得：Δpadd=4．45h　　下面分析一个特例。由于附加压力的作用，当超过一定高度时，必然使燃具前压力超过3000Pa。例如某高层引入管处压力p1=2000Pa，设定最不利工况，即只有几户用气，管道沿程阻力接近于0，

4、而局部阻力仅为燃气表的阻力(约100Pa)。设用户燃具前的压力为p2，则p2=p1+Δpadd-100Pa=1900Pa+4．45h　　当p2=3000Pa时，h=247m。但为了使用户燃具前的压力波动范围变小，更接近pn，有必要采取措施，减小附加压力的影响。1．2附加压力影响的消除　　(1)对于较低的高层建筑，因附加压力小，可以用增加管道阻力的方法，如缩小立管管径和采用分段阀门来减小附加压力的影响。　　(2)对于较高的高层建筑，可在用户表前设置低—低压调压器，使燃具前压力接近2000Pa。　　(3)对于超高的高层建筑，采用中压进户表前调压的方式，在每个用户表

5、前设中—低压调压器，使燃具前压力接近2000Pa。引入管、中压进户的流程从中压庭院支管开始，依次通过引入管、中压立管、用户中压支管、阀门、用户调压器、燃气表、低压支管、旋塞，最后到达燃具。中压进户的优点：①具有稳定的燃具前压力。燃具全部在接近额定压力条件下工作，保证燃具的最佳燃烧工况。②充分利用燃气压力。在相同输气量、相同管径条件下，中压进户方案输送距离最远。③立管平均管径较小，降低成本。2高层建筑沉降的影响　　随着市政建设的发展，在原来的许多低洼地、鱼池兴建了高层建筑。由于地基松软，高层建筑在竣工后的5年内沉降速度最大，以后沉降速度逐渐降低。高层建筑自重大，

6、所以沉降量也比较大，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，易引发事故。应在引入管上设置补偿器，利用自身随外力发生挠变的特点，减少燃气引入管处承受的应力，达到补偿沉降的目的。3燃气立管的应力计算与热补偿3．1应力计算　　高层建筑立管长，自重和环境温度的变化导致管道受到重力产生的应力和热应力的作用。当应力达到一定程度时，造成管道扭曲、断裂，引发事故。　　(1)管道自重产生的压缩应力σ=W／A(2)式中：σ——压缩应力，MPa；　　　W——燃气管道自重，N；　　　A——立管截面积，mm2。　　例如对100m的居住高层，立管用φ5

7、7×3．5无缝钢管，A=588．3mm2，单位长度管重为45．32N／m，则σ=7．70MPa。一般无缝钢管许用应力为127MPa，因此对于100m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。　　(2)管道因温差产生的伸缩量ΔL=103×αlL(t2-t1)(3)式中：ΔL——管道的伸缩量，mm；　　　αl——管材的线膨胀系数，K-1，对普通钢管在20℃时，取1．2×10-5K-1；　　　L——管道长度，m；　　　t2——管道在计算状态下的温度，℃；　　　t1——管道安装时温度，℃。　　(3)管道的热应力　　如果管道的伸缩完全受到约束，则：σt=α

8、lΔtE(4)式中：σt——热应力，M