高层建筑燃气管道安全设计研究

李辉

摘要：高层建筑燃气管道安全设计是燃气设计人员必须面对的问题，高层建筑燃气管道设计必须考虑建筑沉降、管道自重、附加压头、温度等因素影响，还要考虑防雷设计等消防安全因素。文中对高层建筑燃气管道设计影响因素进行了详细分析，并给出了相应的安全设计举措，燃气管道设计的主体是设计人员，提高设计人员设计素质是保证高层建筑燃气管道设计安全的关键。

关键词：高层建筑；燃气设计；影响因素；燃气安全；安全措施

0引言

在随着中国经济的蓬勃发展，城市化进程日益加快，城市土地资源日趋紧张，在一些大、中型城市高层建筑应运而生。这些高层建筑不同于低层建筑，对燃气管道设计的安全性要求尤为严格。这成为高层建筑设计必须面对的设计重点和设计难点。其设计既要考虑建筑地质环境，又要考虑气源特性，使用工艺特性，用户特点及要求；既要重视整体性设计又要关注局部设计，避免由于设计不当而引起各种安全事故。使高层建筑中的商业用户、居民用户安全可靠地使用燃气，是燃气设计人员必须要面对的问题[1-2]。

1高层建筑燃气管道设计存在的问题

1.1建筑物沉降的影响

建筑物沉降现象普遍存在，对于高层建筑尤为显著。由于高层建筑楼层高、体量大，有着很高的自重，会对地面造成极大的压力，引起高层建筑的地基产生一定程度的沉降。在一定数值范围内的沉降对高层建筑的结构稳定性没有影响，但是超过设计限制，将会对建筑物造成一定程度的破坏。由于燃气工程的安全性要求，沉降过程会给燃气引入管带来较大的切应力，可能导致引入管道破裂而发生泄漏事故。燃气管道设计必须要解决建筑沉降的影响，以保证使用安全。

1.2燃气立管自重的影响

随着高层建筑的高度越高，需要的燃气管道即越长，燃气管道自身的重量就越大，燃气管道产生的压应力也就越大，当管道受力突破极限值时，会发生变形或折断，引发管道的损坏。因此，高层建筑燃气管道设计必须考虑管道自重的影响。

1.3燃气管道附加压头影响

由于燃气的密度（或容重）与空气不同，造成燃气管中产生附加压头，随着楼层的升高，燃气立管的长度增大，附加压头就越大。对于楼层越高的燃气用户，其灶前管道压力将远大于燃气灶具的额定压力，将会有脱火现象的发生。

1.4管道温度的影响

由于高层建筑燃气管道较长，环境温度变化将会引起管道产生伸缩变形和热应力，如果处理不当，就会造成一定程度的破坏。

1.5燃气管道弯曲应力的影响

建筑物在受到风荷载和地震的影响时均会产生一定程度的摆度，燃气立管道受到穿楼板套的限制也会随之摆动，从而产生弯曲应力。弯曲应力达到一定限值时将会影响管道安全。

1.6燃气管道防雷的影响

燃气管道防雷设计没有设计规范，燃气管道防雷设计方面存在薄弱环节，导致燃气工程防雷设计不合理、不规范、不科学。随着极端天气的增多，雷电灾害发生的频率也在提高，凸显出现代化高层建筑燃气工程防雷设计的重要性。

2高层建筑燃气管道安全设计分析

2.1提高设计人员素质，加强设计过程监控

高层建筑燃气管道安全设计的关键还是人的问题，燃气设计人员必须具有扎实的专业知识，丰富的设计经验，要具有安全责任意识，既要有原则性，又要有灵活性，既要有主人翁意识又要有服务意识，设计人员综合素质要高。对高层燃气管道设计过程要加强监控，对设计全过程进行监控，要在确保燃气使用安全的前提下，充分考虑用户需求，要和用户进行充分地沟通，要对工程设计图纸进行详细地审核。

2.2克服沉降影响的设计措施

为防止建筑沉降带来的损坏，在燃气引入建筑室内前，设置“Z”型弯管或波纹管补偿器增加管道柔性，减少引入管的切应力，起到沉降补偿的作用。在燃气管道引入管加设辅助套管，并在引入管与套管之间留有余隙，余隙要保证在合理范围内，要求高于建筑地基的沉降量。

在高层建筑物燃气管道设计中，燃气引入管与建筑物外墙需要保持合适的距离，为燃气管道的维护提供保障。一般引入管与外墙之间净距离在110mm左右，管道的焊头或连接头需要根据管道与外墙之间的距离进行设置，在1m之内不能设置焊头或连接头，而是需要在弯管处进行煨弯处理或采用一体式引入管。

2.3燃气管道防雷设计

为了做好高层建筑燃气工程防雷设计，必须综合考虑燃气工程，要求引入管材料选用无缝钢管，在进入建筑物前进行接地处理，并对相关管道进行等电位连接，燃气管道防雷装置之间安装间距最好不超过10m，其燃气管道电阻小于10Ω；顶楼的燃气管道必须从防雷设施下方引入室内，并选用主动式防雷设施，避免直接雷引发燃气事故。

可通过对高层建筑物进行雷电灾害风险评估，在评估基础上进行燃气工程安全防雷设计，尽量做到安全、科学、经济化防雷；《建筑物防雷设计规范》GB50057-2016、《城镇燃气设计规范》GB50028-2006等国家标准互为补充，加快完善城镇防雷工程设计和施工规范化，解决城镇燃气工程防雷安全问题。

3高层建筑燃气管道设计实例

3.1工程概述

本工程位于四川，地下1层，地上32层，燃气管道设置在公用管井内，设计压力为3500Pa。燃气管道总高度为123.9m，燃气引入管管径150mm。

3.2建筑沉降及自重影响下燃气管道设计

考虑建筑沉降及自重的影响，引入口处避免使用弯头，设置“Z”型弯管1处，在穿墙前设置波纹补偿器1处，穿墙套管选用管径为DN300钢套管，与燃气管道间留有一定间隙，在每层的燃气立管设置支撑管卡1处，通过以上措施，对燃气管道起到补偿的作用。

3.3附加压头设计

通过进行水力计算分析得知，本项目顶层由于高差引起的附加压头为710Pa，当层高超过28层时，燃气管道由于高差引起的附加压头＞450Pa，计算管道的局部阻力与沿程阻力后，28层用户灶前管道压力已超过燃气灶具的使用压力，因此对于超过28层的用户（含28层）每户燃气表前均设置低-低压调压器1处，低压调压器出口压力设定为2000Pa，来保证用户的正常使用。

3.4弯曲应力影响设计

由于本项目考虑了建筑沉降及管道自重带来的影响，每层设置了固定支撑管卡，同时也考虑了由于热应力带来的影响设置了波纹补偿器，对管道产生了补偿作用，在这种情况下产生的弯曲应力对管道的破坏作用不予考虑。

3.5防雷设计

本项目在室外燃气管道入户前，设置绝缘接头，在户内管道部分进行等电位连接，建筑本身又采取了防雷接地与设置避雷针等措施，解决了城镇燃气工程防雷安全问题。

3.6公用竖井内燃气管道设计要求

上述工程燃气立管与上下水管道设在一个公用竖井内，但不与电线、电气设备或氧气管、进风管、回风管、排气管、排烟管、垃圾道等共用一个竖井。竖井内的燃气管道的最高压力不大于0.2MPa，同时燃气管道涂黄色防腐识别漆。公用竖井内每隔2-3层做相当于楼板耐火极限的不燃烧体进行防火分离，且设法保证平时竖井内自然通风和火灾时防止产生“烟囱”作用的措施。每隔4-5层设一燃气浓度检测报警器，上、下两个报警器高度差不大于20m。管道竖井的墙体为耐火极限不低于1.0h的不燃烧体，井壁上的检查门应采用丙级防火门。对于公用竖井内的燃气管道单独设置了燃气保护管道与燃气事故通风管道，能够对公用竖井内的燃气管道起到很好地保护作用。

3.7燃气用户的设计

本项目中每个燃气用户入口在首道阀门后设置紧急切断阀，经计算，28层及以上用户每户燃气表前设置低-低压调压器，燃气用气房间设置可燃气体探测自动报警装置，用气房间有良好的自然通风。燃气计量仪表安装在室内橱柜内，橱柜采用非燃材料制作，便于燃气计量仪表抄表、检修及更换，并具有自然通风的功能。当燃气管道穿越水盆时，设置PVC防水套管，对燃气管道进行保护。

4 结束语

目前，我国城市依然处在飞速发展的阶段，结合经济效益、市政用地压力等因素，越来越多的高层建筑的出现已成为必然趋势。通过结合实际的工程案例的分析，对高层建筑燃气设计中发现的一些问题及解决方案的探讨，能够为今后的设计奠定一定的基础，同时希望燃气设计人员共同进行研究，进一步完善高层建筑中的燃气设计，使高层建筑的用户能够更加安全可靠地使用天然气。

参考文献：

[1]王淑静.高层建筑燃气管道设计及安全措施[J].煤气与热力，2013年10月.

[2]周穆军.高层建筑燃气设计有关问题的探讨[J].城市建设理论研究（电子版），2013（20）.