高層建筑燃氣

　　隨著城市建設的發展，高層建筑越來越多。由于高層建筑自身的特殊性，其供氣與多層建筑供氣有一定的差別。本文就高層建筑的特點，討論高層建筑燃氣管道設計需要注意的幾個問題。

　　一、燃氣的附加壓力

　　1.1消除燃氣附加壓力的必要性

　　高層建筑高程較高，燃氣立管較長，由于城市燃氣的密度與空氣密度不同，在立管中就會產生較大的附加壓力。附加壓力過大，會造成某些用戶燃具前壓力波動增大，超出燃具穩定工作范圍，影響用戶燃具的正常燃燒，造成燃氣不完全燃燒，甚至發生離焰、脫火、回火和熄火等現象，增大供氣不安全性[1]。控制和消除附加壓力的影響，是保證高層供氣系統安全正常運行的重要方面。

　　假設人工煤氣密度約0.46kg/m3，天然氣密度約0.74kg/m3，液化石油氣密度約2.5kg/m3，空氣密度取1.293k/m3，那么高程每升高1m，產生的附加壓力為：人工煤氣為8.16Pa，天然氣為5.42Pa，液化石油氣為-11.83Pa。附加壓力為正值，說明燃氣自下而上流動時，附加壓力相當于上浮力；若附加壓力為負值，則說明燃氣自下而上流動時，附加壓力相當于阻力。各種氣源不同建筑物高度時的附加壓力見表1。

　　表1不同建筑物高度時附加壓力

　　燃氣種類燃具額定壓力/Pa室內管道允許壓力降/Pa附加壓力/Pa建筑物高度為24m建筑物高度為40m建筑物高度為60m建筑物高度為80m人工煤氣1000 300 196 326 490 653天然氣2000 400 130 217 325 434液化石油氣2800 500-284-473-710-946注：室內管道允許壓力降包括燃氣表壓力降(約120～200Pa)。

　　隨著樓層升高，附加壓力對燃具燃燒效果影響增大，在高層建筑供氣系統中不能不考慮其影響。

　　1.2消除燃氣附加壓力的措施

　　1.2.1人工煤氣和天然氣系統

　　隨著樓層升高，附加壓力逐漸增大，相當于降低了管道阻力。對由下而上的燃氣供應方式，要消除附加壓力的影響，須增加管道阻力。具體措施有：

　　①每隔一定層數設一節流閥，這種方法簡便、經濟、易操作。但是，當只有頂層極少數用戶用氣時，附加壓力減少不明顯；管內流量隨用戶數的多少而變化，流量的變化致使立管的阻力也隨之變化，造成用戶燃具前壓力波動。

　　②在立管上設置低-低壓調壓器。通常將調壓器裝設在附加壓力超過200Pa的樓層。通過調壓器調壓，穩定燃具前壓力，消除附加壓頭影響。

　　③每戶裝設閥門，根據各樓層不同的燃氣壓力，分別調整閥門的開度，節流調壓，克服附加壓力的影響，從而滿足每戶燃具所需正常工作壓力。但由于閥門開度不好控制，故這種做法很少采用。

　　④在用戶表前設置用戶低-低壓調壓器，使燃具前壓力穩定在額定工作壓力范圍內。

　　⑤采用中壓管道直接進入建筑物，在戶內燃氣表前加中-低壓調壓器，這樣用戶之間的影響較小，用氣高峰時壓力波動也不明顯，而且調壓器后的低壓管段較短，燃具基本上是處在額定壓力下工作，運行工況較佳，比較好地消除附加壓力的影響。但是戶內有一部分中壓管道，安全性比低壓管道有所降低，并且工程造價也較高，所以一般不主張采用。

　　在實際應用中，樓層不超過20層時，一般采用在立管上加節流閥的方法；樓層超過20層時，一般采用在用戶表前設置用戶低-低壓調壓器的方法。這樣，既有效地消除了附加壓力，保證了燃具前壓力的穩定性，同時在一定程度上也降低了工程造價。

　　1.2.2液化石油氣系統

　　由下而上的燃氣供應方式，要消除附加壓頭的影響，須降低管道阻力，或提高供氣系統壓力。具體措施有：

　　①根據管道水力計算，可采用較大管徑的立管，以減小管道阻力。

　　②采用中壓進戶的供應方式。由于液化石油氣的密度較大，極易形成不同樓層用戶壓力差別，影響燃具的正常燃燒。用中壓直接進入建筑物，消除了附加壓力的影響。但戶內有一部分中壓管道，安全性比低壓管道有所降低，并且工程造價也較高。

　　二、對燃氣管道自重的處理

　　隨著建筑物層數的增加，燃氣立管的長度也變長，管道的自重變大，所以應設置管道的固定支架，使固定支架與建筑物成為一體，防止因管道下沉而引起引入管受力折斷或變形引起倒坡。一般固定管道的做法有：

　　①對于室內立管，在每隔7～10層的穿樓板處加設固定支撐，使燃氣管道、套管以及建筑物成為一體。具體做法見圖1(圖中單位為mm)。

　　②對于室外立管，在每隔7～10層的高度處加設固定支撐，見圖2(圖中單位為mm)。或加一段水平管段，在水平管段上加支架。

三、建筑物的沉降對燃氣管道的影響

　　建筑物建成后都會產生大小不同的沉降，建筑物的沉降對燃氣引入管的影響非常嚴重。由于建筑物沉降時，燃氣引入管是相對靜止的，因此燃氣引入管要承受建筑物作用產生的切應力，當切應力超過極限時，管道就會斷裂，造成燃氣泄漏。因此，在燃氣設計中要采取一定的措施保護引入管。

　　①在立管(或穿墻管)前的水平管上加設一個波紋管補償器，利用補償器的補償能力來減小引入管的切應力。

　　②在立管(或穿墻管)前的水平管上加設幾個彎頭(最好用煨彎)，相當于加設一個方型補償器，用彎頭的自然補償來減少引入管的受力。此種方法簡單易行，但是受位置的限制。

　　③在引入管穿越墻體時加設鋼套管，鋼套管保證燃氣管道的上部與鋼套管的間隙大于建筑物的最大沉降量，下部也應留有一定的間隙。

　　四、燃氣公共配氣管（立管）的安全設計

　　燃氣公共配氣管（立管）較長，自重較大，溫度變形大，剛性較差，容易引管道失穩、變形或斷裂。高層建筑的燃氣立管應有承受自重和熱伸縮推力的固定支架和活動支架。燃氣水平安裝管和高層建筑公共配氣管（立管）應考慮工作環境溫度下的極限變形和自然補償量。

　　五：管道的緊急自動切斷

　　《城鎮燃氣設計規范》（GB 50028-2006）規定：一類高層民用建筑（≥19層的建筑）宜設置燃氣緊急自動切斷閥；燃氣緊急自動切斷閥的設置應符合下列要求：

　　1、緊急自動切斷閥應設在用氣場所的燃氣入口管、干管或總管上。

　　2、緊急自動切斷閥宜設在室外。

　　3、緊急自動切斷閥前應設手動切斷閥。

　　4、緊急自動切斷閥宜采用自動關閉、現場人工開啟型，當濃度達到設定值時，報警后關閉。

　　5、在日本，根據建筑屋內人數多少、用氣量大小、用氣設施種類和規模、疏散條件等劃分建筑性質來確定安全保護技術措施，值得借鑒，而且這些措施都與緊急切斷連鎖，與不同種類型的檢測報警連鎖

　　六、用戶室內的泄漏報警

　　《城鎮燃氣設計規范》（GB 50028-2006）目前還沒有強制要求在高層建筑用戶室內安裝燃氣泄漏報警系統。但各地的燃氣管理條例和地方標準都有明確規定。《城鎮燃氣設計規范》（GB 50028-2006）第10.8.2條規定：燃氣濃度監測報警器設置應符合下列要求：

　　1、當檢測比空氣輕的燃氣時，監測報警器與燃具或閥門的水平距離不得大于8m，安裝高度應距頂棚0.3m以內，且不得設在燃具上方。

　　2、檢測比空氣重的燃氣時，監測報警器與燃具或閥門的水平距離不得大于8m，安裝高度應距地面0.3m以內。

　　3、燃氣濃度監測報警器的報警濃度應按《家用燃氣報警器及傳感器》（CJ/T 347-2010）的規定確定。

　　4、燃氣濃度監測報警器宜集中管理監視。

　　5、報警系統應有備用電源。

　　6、城鎮燃氣報警集中控制的必要性。基于高層建筑的事故預防和消除技術要求的特殊性、二次事故發生的概率、人員安全和疏散的特殊要求，有必要集中控制城鎮燃氣報警系統。除了單個獨立系統發生作用外，通過集中控制，還可以辨識危險、啟動不同的控制措施。

　　《城鎮燃氣報警控制系統技術規程》（CJJ/T 146-2011）對安裝、使用、維護、檢測等事項都作了較為明確的規定。

　　七、高層建筑的防雷問題

　　建筑燃氣設施是樓房的附屬設施，建筑防雷應該把全部在樓內設施的防雷安全統一考慮，也包括建筑燃氣設施。因此，只要建筑燃氣是和建筑主體同時設計的，就不應再考慮建筑燃氣的防雷問題。

　　高層樓房由于其高，不得不考慮雷擊的損害，燃氣管道是否會成為接閃器？由于沒有實施建筑燃氣設施與建筑物主體工程“三同時”，一些地方出現管道越過樓頂安裝、放散管超過建筑和燃氣供氣管道沿著建筑物外部安裝，分布進入各層室內。這種現象的增加，使得不應成為問題的燃氣供氣管道防雷成為一個突出的問題。涉及的規范有《智能建筑防雷設計規范》（DB 32/T 1198-2008）、《城鎮燃氣防雷技術規范》（QX/T 109-2009）、《城鎮燃氣設計規范》（GB 50028-2006）等。

　　結合周邊建筑條件，考察建筑燃氣設施所在建筑主體的防雷設施的實用性和有效性是評價建筑燃氣管道防雷設計、設計優化措施的重要依據，防雷措施分為兩種，一種是對現有設施的優化改造；另一種是重新規劃設計、安裝防雷裝置。

　　八、其他安全措施

　　由于高層建筑高度高，層數多，人員密集，一旦發生火災，人員疏散困難，因此應合理配置先進設備，采取安全措施。除了以上的安全措施外，高層建筑的燃氣管道、燃氣設備應定期檢修，保障其安全運行。