李传涛
摘要：高层建筑天然气管道涉及诸多因素，在设计时要综合考虑，结合一些实际问题，现对城市高层建筑天然气管道的供气特点进行分析探讨。
关键词：高层建筑；天然气工程；天然气管道设计
1.高层建筑的天然气供应特点
高层建筑与低层建筑的天然气供应设施是有着很大区别，高层建筑居民用户户数较多，供气要求较高，与一般建筑天然气供应系统相比，其安全性问题较突出。目前，我国高层建筑天然气供应系统主要有以下特点：
1）高层建筑的户数较多，天然气立管及支管的数量也随之增多。由于管道的自重增加，容易造成管道弯曲应力突变；环境温度的变化则易使管道内应力发生突变、管道扭曲、沉降断裂，从而使天然气泄露，引发事故。
2）高层建筑与一般建筑物相比，高度更高，天然气管道所产生的附加压头也会更大。如果操作不当，会引起燃具的燃烧不稳定，造成燃气泄露，甚至导致火灾发生。
3）高层建筑的自然沉降量较大，对天然气引入管的影响很大，这就对高层建筑天然气的供应增加了难度。
4）火灾发生时，若处理不当，会降低报警系统的自动化程度，这样就会造成更多的财产损失和人员伤亡。
所以说，增强对城市高层建筑的天然气管道研究是十分重要的。
2.当前高层建筑对天然气管道的影响因素
2.1沉降现象对天然气管道带来的干扰
在实际过程中，高层建筑室内地面比室外地面的沉降要明显，它们不均匀的下沉会导致入户管道的埋地部分和架空部分下沉量不一致。当高层建筑的沉降量过大时，高层建筑的天然气管道架空部分对埋地部分的压迫力也随之增大，就有可能导致管道破裂，天然气泄漏。
2.2产生的附加压力相对增大
由于天然气的密度与空气的密度存在差异，天然气在被输送过程中会产生附加压力，且这种附加压力会随着楼层的层数增加而增大。若不处理好附加压力，则可能出现天然气燃烧不完全，甚至脱火、回火的情况，从而影响到天然气的正常使用及供气的安全性。
2.3管道受温度及自重的影响较多
环境温度的变化会引起天然气管道本身的热胀冷缩，导致管道内应力变化频繁，如果这些应力超过了管道所能承受的应力范围，燃气管道就会发生变形。特别是高层建筑天然气管道较长，这种应力会更加明显，当它与天然气管道的自重所产生的压应力叠加以后，更会造成管道扭曲、断裂，从而导致安全事故的发生。由此可知，管道热胀冷缩及自重所带来的问题也是高层建筑天然气管道设计中需要注意的。
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3.加强高层建筑天然气设计要点
高层建筑的科学发展对我国国民经济发展以及创建和谐社会均有着巨大意义，因此结合高层建筑天然气设计的影响因素，根据高层建筑发展的实际环境，提出改善高层建筑天然气管道的设计措施是非常有必要的。
3.1缓解高层建筑的天然气管道沉降影响
高层建筑由于受到自重的不利影响，必然出现一定程度的不均匀沉降。当天然气管道从室外引入室内时，由于建筑物发生过大的沉降，造成天然气管道主体结构产生损坏。对此，设计人员应采用一定的合理措施来补偿沉降量。常见的补偿措施是在主体结构基础外布置沉降箱，选择连接丝扣弯头，并根据顺时针方向来组合弯头，并通过管道的旋转性来补偿管道产生的沉降量；除此以外采用高挠度的金属软管来补偿沉降。
3.2消除天然气管道的附加压力
随着高层建筑的高度不断增加，其管道的附加压力不断加大。因此，设计人员在设计过程中，不仅要降低附加压力的影响，加大管道的沿途阻力损失，还要考虑管道的经济性和实用性。附加压力影响的消除，有以下建议：
（1）对于较低的高层建筑，因附加压力小，可以采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，在每个用户表前设中—低压调压器，使燃具前压力接近2000Pa。中压进户的流程依次是引入管、中压立管、用户中压支管、阀门、用户调压器、天然气表、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充分利用天然气压力。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。
3.3消除天然气立管应力影响
由于高层建筑的天然气立管管径较大，管道的重量较大，管道的压缩应力也较大，当环境温度变化较大时，燃气立管会因伸缩应力发生较大的变形。除此以外，高层建筑也会受到地震与风荷载的影响，出现一定幅度的摆动，而天然气立管也会受到楼板套的约束而也会发生摇摆，从而天然气管道出现弯曲变形。由于立管受到较大的重力，因此设计人员一旦处理不合理，对管道造成破坏，因此设计人员应当对立管的应力与伸缩情况采取科学设计措施，第一是在天然气立管上布置组合弯头来进行位移补偿，其次是在天然气立管上布置波纹补偿器来进行位移补偿。一旦弯头组合布置在户内，对室内建筑的美观度产生影响，除此以外如果采取丝扣弯头来进行管道伸缩补偿，一旦长期使用导致丝口发生松动。因此，在实际设计过程中，笔者不建议采用第一种方式，然而选择波纹补偿设备进行位移补偿时，管道端部应当用管承重支撑进行固定，并且强化管重支撑的强度。
3.4安全设计中的设施配备
高层建筑的高度较高，人员分布比较密集，当出现火灾、地震等情况时，其居民及时疏散显得尤为重要。我们都知道，天然气是一种非常容易燃烧并且爆炸的气体，特别是在高层建筑内，由于人员密度非常大，一旦发生爆炸所带来的伤害是无法估计的。为了防止这类现象发生，设计人员在设计工作应采用一些安全性较高的方法：在室外引入管上设置天然气快速切断阀门；在室内设置自动切断阀门；在各用气点及管道经过的房间设置天然气泄漏自动报警装置，且自动报警装置与自动切断系统联动，并集中监控。其工作原理为：当空气中可燃气体达到一定浓度时，探测器即发出与可燃性气体在空气中浓度成比例的电信号，该电信号传送给报警控制器，报警控制器即显示该可燃气体浓度，如果被测试气体的浓度超过了规定的数值的话，装置就会自动的报警，此时工作者就可以根据提示将阀门切断，进而将问题控制在事故发生之前。
3.5对天然气管道自重的处理
随着建筑物层数的增加，燃气立管的长度也变长，管道的自重变大，所以应在燃气立管上设置固定在建筑物上的承重支架，防止因管道下沉而导致引人管受力折断或变形。一般固定管道的做法有：对于室内立管，在每隔7～10层的穿楼板处加设固定支撑；对于室外立管，在每隔7～10层的高度处加设固定支撑，或增加一段水平管段，在水平管段上加支架。
4.高层建筑在天然气管道设计方面应考虑各种影响因素
高层建筑在天然气管道设计方面须将建筑的结构特点、稳定供气、气源、消防、美观及发展等因素综合起来考虑，然后确定切实可行的燃气供应方案。高层建筑是我国未来发展的必然趋势，在明确我国高层建筑的建设、发展十分迅速的现实情况下，保证高层建筑天然气供应的经济性、安全性，做到以下几点是很关键的：
4.1应该高度重视高层建筑在天然气供应过程中的安全要求和一切可能导致各种事故的安全隐患，做到从设计规范上加以约束。
4.2对高层建筑天然气管道设计过程中，应结合高层建筑天然气管道的供气特点、对建筑沉降、立管应力补偿、附加压头、天然气的泄漏报警等因素进行深入分析研究。
4.3在国际上很多城市高层建筑在天然气供应设计技术中，像地震之类的非常规风险的消除在设计过程中也是重点考虑的对象，但我国在以上问题上的重视程度不强，应加以注意。
5.结语
高层建筑的天然气管道设计应综合考虑，尤其是对于高度逐步增加的高层建筑，更应根据当地的气源、压力、建筑、安全、地理、环境等特点综合考虑，选择最佳的设计方案。
参考文献：
[1]李红梅.高层建筑天然气管道设计中的若干问题[J].湖南冶金，2008
[2]高双燕.超高层建筑天然气管道设计的探讨[J].广东科技，2012
论文作者:李传涛
论文发表刊物:《基层建设》2016年3期
论文发表时间:2016/5/30
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