谈高层民用建筑室内燃气管道的设计

邢月萍

(晋城市煤气开发利用中心，山西 晋城 048026)

随着城市化进程的加快，晋城市区高层民用建筑由开始的小高层，如凤鸣高层公寓(12层)，发展到目前的整个高层住宅小区，如兰煜花园(30多层)，聚龙苑(30多层)等。根据GB 50494-2009城镇燃气技术规范的规定:当高层建筑内使用燃气作燃料时，应采用管道供气。高层建筑在用气类型上别无选择，文中根据国家及行业有关规范，对高层民用建筑引入管、室内燃气立管两方面的设计问题及相应的安全防范措施做一简单论述。

1 高层民用建筑室内燃气管道的设计

1.1 引入管的设计

引入管是指室外配气支管与用户室内燃气进口管总阀门之间的管道，当无总阀门时，指支管至距室内地面1 m高处。根据《城镇燃气设计规范》的规定:燃气引入管不得敷设在卧室、卫生间、易燃或易爆品的仓库、有腐蚀性介质的房间、发电间、配电间、变电室、不使用燃气的空调机房、通风机房、计算机房、电缆沟、烟道和进风道、垃圾道等地方。住宅燃气引入管宜设在厨房、外走廊、与厨房相连的阳台内等便于检修的非居住房间内，引入管可埋地穿过建筑外墙或基础引入室内，但进入建筑物后应在短距离内出室内地面，不得在室内地面下水平敷设。高层建筑不得从楼梯间引入，宜沿外墙地面上穿墙引入。燃气引入管穿墙时应设置在套管中，并应考虑沉降的影响。而且，由于高层民用建筑物建成后因自身重量会产生大小不同的沉降，同时建筑物在修建时，楼基础一般开挖放坡达3 m～6 m，回填土密实度往往达不到0.9以上，故回填区域在一定时间内可能有相当程度的沉降，而煤气引入管大多要穿越该区域，所以在建筑物或回填区域沉降时，燃气引入管要承受因此作用而产生的切向应力，当切向应力超过极限时，管道就会断裂，造成燃气泄漏。所以沉降对燃气引入管的影响所造成的后果非常严重，在高层民用建筑燃气引入管的设计时应予以考虑。

我市目前采用沿外墙地面上穿墙引入的方式，在穿墙管前的水平管上加设一个波纹管补偿器，利用补偿器的补偿能力来减小引入管的切应力。

1.2 室内立管的设计

1)燃气附加压力的分析。由于煤气和空气的密度不同，煤气(液化石油气除外)一般比空气轻，因此当管道有高程变化时就会产生附加压力。特别是在高层建筑中燃气立管较长，附加压力的作用较大，设计中是不可忽视的。目前我市高层民用建筑的燃气设计主要采用低压进户，根据GB 50028-2006城镇燃气设计规范第10.2.13条，燃气的附加压力可按下式计算:

其中，ΔH为燃气的附加压力，Pa;ρk为空气的密度，取ρk=1.293 kg/m3;ρm为晋城本地煤层气的密度，ρm=1.052 kg/m3;h为燃气管道终起点的高程差，m。

计算可得燃气每升高1 m，附加压力将增加2.36 Pa。

根据GB 50028-2006城镇燃气设计规范第6.2.8条:城镇燃气低压管道从调压站到最远燃具管道允许阻力损失，可按下式计算:

其中，ΔPd为从调压站到最远燃具的管道允许阻力损失，Pa;Pn为低压燃具的额定压力，Pa。

则调压器出口压力设定为1 650 Pa，在最不利工况时(用气低峰时段，例如深夜)，阻力仅为户内管道及燃气表的阻力(按300 Pa计)，设用户燃气具前的压力为P，则P=1 650+ΔP－300=1 350+2.36h，当P=1 500 Pa时，h=64 m。因此当楼层高度大于64 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。

2)减小附加压力采取的防范措施。GB 50028-2006城镇燃气设计规范的规定，矿井气燃具的额定压力Pn=1 kPa。低压民用燃气具前的燃气压力范围为0.75Pn～1.5Pn。当燃气压力超出该范围，供气的不安全性必然会增大。

为了使高层建筑用户燃具都能在允许的压力波动范围内正常工作，可采取下列措施以减小附加压力的影响:

a.通过水力计算选择适当的立管管径或在立管上每隔一定层数设节流阀来增加管道阻力，这种方法简便、经济、易操作，故在实际应用中较多采用，我中心目前就采用了该节流方式。

b.对于高层建筑可设置低—低压调压器，由于一个城市的燃气用户数量很多，投资很大;调压器需要定期维修，就要花费大量人力、物力、财力，所以我国大部分城市的燃气用户均未采用。

3)燃气立管热胀冷缩的影响及防范措施。燃气管道在安装时往往环境温度与工作温度不同，而管道工作温度又是变化的，这样会产生热胀冷缩。热膨胀冷缩量可按下式计算:

其中，ΔL为管道的热膨胀冷缩量，mm;α1为管材的线膨胀系数，K－1，对普通钢管在 20 ℃时，取 1.2 ×10－5m/(℃·m);L 为管道的长度，m;Δt为管道安装时与运行中的最大温差，℃。

由上式可以看出，随着Δt增大，ΔL增大;随着管长增大，ΔL也增大。

根据GB 50028-2006城镇燃气设计规范第10.2.29条:补偿量计算温差的选取条件:a.有空气调节的建筑物内取20℃;b.无空气调节的建筑物内取40℃;c.沿外墙和屋面敷设时可取70℃。

例如对100 m的高层(见表1)，通常采用的措施为在立管中间安装补偿装置来吸收变形。

表1 100 m长立管的伸缩量与温差对照表

为了解决高层民用建筑内燃气立管的重量及因热膨胀而产生的推力，必须在燃气立管的底部设置承重支承，如图1所示。并在每隔几层设置中间支架，防止因管道下沉而引起引入管受力折断或变形引起倒坡。为了补偿由于温差产生的膨胀变形，需将管道两端固定，并在中间安装吸收变形的挠性管道或波纹管补偿器。

图1 燃气立管底部设置承重支承示意图

用波纹补偿器进行补偿的管段每个补偿器两端必须固定。通过计算，在立管上设计若干个波纹补偿器并设定相应固定支架。

2 其他防范措施

1)在室外燃气引入管上宜设紧急自动切断阀，一般我们选用球阀或旋塞阀，阀门高度距室外地坪为1.2 m左右。

2)厨房内应设置燃气泄漏报警装置。

3)高层民用建筑的燃气管道、燃气设备应定期检修。

4)燃气立管应采用无缝钢管，并采用焊接连接方式。

5)为确保供气系统的安全可靠，超高层建筑的管道安装，在采用焊接方式连接的地方应进行超声波探伤或x射线照相检验，检查结果应达到Ⅱ级片的要求。

总之，高层民用建筑的室内燃气管道设计应综合考虑，尤其是对于高度逐渐增加的高层建筑，除确定切实可行的设计方案外，还要考虑管道的走向及连接方式等。

[1] 刘松林.高层建筑燃气系统设计指南[M].北京:机械工业出版社，2010.

[2] 段常贵.燃气输配[M].第3版.北京:中国建筑工业出版社，2009.

[3] 朱艳红.高层建筑对燃气管道影响及解决措施[J].上海煤气，2010(1):39-40.

[4] GB 50028-2006，城镇燃气设计规范[S].

[5] GB 50494-2009，城镇燃气技术规范[S].