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摘要：随着我国城市化进程的快速发展，关于城市高层建筑燃气管道工程施工获得了快速的推进。在此过程中分析关于城市高层建筑燃气管道设计的发展现状，引起了施工设计人员及研究人员的重视。实际设计作业中如何合理有效的提升城市高层建筑燃气管道设计质量，并且合理的优化城市高层建筑燃气管道的应用效果，成为当前城市高层建筑燃气管道设计发展中主要面临的问题。文章针对城市高层建筑燃气管道设计，进行简要的分析研究。
关键词：城市高层建筑；燃气管道；工程设计；要点分析
为更好顺应时代发展的需求，提高人民的生活水平，最大化利用城市土地资源，城市高层建筑应运而生。天然气是城市居民生活所必备的能源，天然气管道让每家每户都能随时用上天然气。，在这些高层和低层建筑中，高层与低层建筑的区分为100m为界点，因两者高度不同，它们对于天然气管道的要求也是不一样的，整体的设计和局部设计都会对施工的安全构成影响，有的影响甚至可以引发严重的事故，因此在实际的建设中，必须采取积极有效的态度来确保施工的安全。
1.管道附加压力计算与消除
相关研究指出，民用低压燃气灶具在设计过程中，额定压力为2000Pa，高层建筑本身相对特殊，允许灶具使用压力在一定范围内波动，当灶具压力超出额定压力0．75倍-1．5倍时，能够满足高层建筑的使用要求，不过如果压力继续增大，则会导致灶具热效率偏低，燃烧不充分，出现回火或者脱火的问题。不仅如此，在无法充分燃烧的情况下，烟气中的一氧化碳浓度增大，可能会引发煤气中毒甚至火灾、爆炸问题。因此，在高层建筑燃气管道设计中，需要关注的问题有几个，包括附加压头、建筑沉降对于管道的补偿、温差变形的应力补偿等。以我国某地高层建筑燃气管道设计为例，并且考虑燃气的热值普遍在7500-9500大卡，所以采用的多是低压入户模式，在针对低压燃气管道压力损失进行计算的过程中，还需要将高层建筑本身较大高度导致的管道附加压力考虑在内。高层建筑燃气管道设计中，一般灶具的使用压力为2000Pa，灶具能承受最大1.5倍范围就是3000Pa，假定燃气管道安装状况最不利，即仅有极少用户使用管道燃气，则附加压力仅为燃气表阻力和燃气管道阻力之和，那么管道附加压力过高，会使得灶具前压力超出额定压力1.5倍以上，造成燃气回火。
如果用户灶具前压力的数值达到3000Pa的时候，根据附加压头公式△=H*g（pa-pg）（其中，△—附加压头；H—高程差；g—重力加速度；pa—空气密度；pg—燃气密度）h的取值为197m。换言之，如果高层建筑本身的高度超过197m，燃气管道附加压力才会使得灶具前压力超过燃烧器的运行范围。但实际上，空气和燃气的密度是随高程的升高而减小的，所以实际上还没达到197m时，靠高层上的燃气灶前压力已经达到了3000pa因此，为了将燃气灶前压力的波动范围控制到最小，确保燃气系统压力与额定压力接近，在对燃气管道进行设计安装时，需要采取切实有效的措施和方法，减少附加压力对于燃气管道的负面影响。
对于一些高度较低的高层建筑，考虑燃气管道附加压力数值较小，在管道安全设计中，可以通过缩小立管直径、设置分段阀门等方式，减少乃至消除管道附加压力的影响；对于高度较大的高层建筑，在进行燃气管道设计的过程中，可以将高层供气系统分离出来，以满足不同用户需求，或者在燃气表前设置低低调压器；对于超高层建筑，可以采用中压、低压（7.5kpa）进户、设置低低调压器的方式，或者通过计算，仍然利用原有的低压管道，在末端超过30层后，每户增加低低调压器（将大于2.5Kpa以上的可调为2.0Kpa）将灶具前压力控制在2000Pa左右。
2.城市高层建筑燃气管道设计中的影响因素分析
分析城市高层建筑燃气管道设计发展中，影响其管道工程设计的主要因素有：管材问题、建筑沉降问题、防雷，静电，防腐问题、支架及管道的穿墙保护问题、设计人员、施工人员专业性问题。上述影响因素的出现，严重影响了城市高层建筑燃气管道的实际应用质量，同时对于燃气系统的安全稳定运行也造成了一定的影响。
2.1管材问题
管材质量不合格，关乎设计的事情。这是施工的事情，其中分析管材问题造成的主要不良现象体现为：高层建筑燃气管道在运行中，由于管材的耐压性，温控能力存在一定的问题，实际上，在高层建筑中，设计的要求为无缝管进行焊接作业，但是由于高空作业的麻烦以及危险，所以燃气公司或者施工队，往往会采用镀锌管进行对丝作业，减少了高空作业的难度。但是由于压力比较高，而采用的是镀锌管，长期使用后会造成燃气管道耐压性变差，从而导致出现安全事故的发生，严重的影响了燃气管道应用的安全性和稳定性。
2.2建筑沉降问题
分析城市高层建筑燃气管道设计应用中，设计中往往忽视建筑的沉降，按部就班的设计，比如通篇一律只在燃气管道加四个弯头或者加装随意加装一个补偿器进行补偿，未准确计算沉降以及温度的补偿，若未进行合理补偿，建筑的沉降往往导致了管道局部应力增大，轻则微漏，重则断裂，主要表现为：建筑地基沉降下，燃气管道由于固定装置的位移，最终产生的应力变形，泄漏以及其他安全事故。该类安全事故现象的出现，造成燃气工程在应用中出现了一定的起火，爆炸，人员伤亡，以及建筑塌陷等不良现象，极大的影响了工程的安全稳定应用。
2.3防雷，静电，防腐问题
雷电气候，静电现象，腐蚀现象的出现，对于高层建筑燃气管道质量造成了较大的影响，往往设计容易轻视，或者没有严格注明“必须、一定”等字体，往往施工验收中未能及时发现问题。实际发展中防雷措施实施不到位，防静电措施实施不到位，防腐技术应用不到位，严重的影响了燃气管道的应用寿命，继而管道的使用、运行中，产生了很大的安全隐患，关乎维修、管理人员的生命安全。
2.4支架及管道的穿墙保护问题
城市高层建筑燃气管道中支架的设计，以及穿墙保护问题为燃气管道设计中的重要内容，同时也是影响燃气管道设计质量，以及燃气管道稳定应用的重要因素。分析在实际发展中支架及管道的穿墙保护问题，主要体现为：支架设计，分布不均匀，造成管道在应用中出现应力分布不均衡现象，影响了燃气管道应用的安全性。另外穿墙保护设计中保护施工设计落实不到位，另外穿墙保护设计中，有时由于原有图纸跟实际图纸出现变更现象，未及时发现，施工队如果不专业的做法，就忽略了穿墙保护的措施，易造成管道应用中出现受热不均匀引起的异常变形等不良现象，影响了燃气管道及燃气用户的安全性。
3.城市高层建筑燃气管道的安全设计
由于城市高层建筑的特殊性，在燃气管道的设计上与其他类型建筑存在着许多不同的地方。这里将系统地介绍城市高层建筑燃气管道安全设计的技术原理和方法，并且对城市高层建筑燃气管道的安全设计进行了详细的分析、总结，主要包括以下几个方面：
3.1克服高层建筑物的沉降
因为城市高层建筑的自重非常大，土地的承受能力有限，一般分为两种，一种比较常见，是地下几层做好基础，后期作为地下停车场，整体为一体建筑，这样的建筑沉降都是一体沉降的，所以燃气管道相当于与建筑是一个整体，这种会比较好的克服沉降问题；另一种是建筑的基底不是全部连成一片整体，这样，就存在一定的沉降。因此在建设城市高层建筑之初，要实地考察好将要建设城市高层建筑的建筑基地，确定地质条件的好坏。一般土地承载建筑会有一定数值的沉降。地质条件好，地基平缓，建筑物的沉重量较均匀。但在地质条件不好，建筑物地基土壤会出现不同程度的不均匀沉降，而且幅度大，建设过程当中会出现许多不可预见的困难，也会给城市高层建筑物的建设工作带来很大的麻烦。在建筑物沉降时，存在建筑物中的燃气管道会发生一定的形变，甚至发生断裂，造成燃气泄露。因此，在城市高层建筑物的建筑过程中一定要对燃气管道采取一定的保护措施，确保城市高层建筑物中的燃气管道安全无泄露。在城市高层建筑物的燃气管道安装时燃气管道的引入管在主管的基础上加设辅助套管，并且要求管道之间留有缝隙，套管管径参照表1。
表1 套管管径
并且，可以做好引入管的防沉降，比如，增加膨胀节，或者在出地后增加三通弯头，这样给管道增加一定的形变量。
3.2克服高层建筑温度变化的形变量
特别是在南方，居民用户的立管是裸露在外墙上的，由于冬夏季的温差变化，以及高度中温差的变化，使得立管需要一定空间的伸缩量。如何增大管道的伸缩形变量，可以在立管上增加补偿器、加装四个弯头作为补偿，或者利用建筑的特点，一般都会有一定的修饰线条板，在修饰线条板跨过的时候，多利用四个弯头作为拐弯，这些都一定程度的增加伸缩量。
3.3燃气管道安全设施
燃气本身属于易燃易爆品，如果其管道出现泄漏，可能引发火灾甚至爆炸事故，而高层建筑本身的人员密集，疏散难度大，一旦发生上述事故，造成的财产损失和人员伤亡是难以估量的。对此，在高层建筑燃气管道设计中，必须高度重视安全设计，严格依照相关标准和规范进行设计，从建筑具体情况着眼采取相应的安全措施，例如，不允许穿过高层建筑的避难层，可以在燃气引入建筑室外设置相应的燃气供应快速切断阀门，在室内燃气管道中设置自动切断阀，也可以在燃气供应点以及在燃气管道经过高层建筑的位置，设置相应的安全报警系统，并将其与自动切断系统和机械通风装置实现连锁，确保在出现燃气泄漏时，系统能够自动发出告警信息，切断燃气供应的同时启动通风装置，避免安全事故的发生。
3.4设计工作中设计者的因素
设计工作中，设计者是贯穿这个工程的主要引导人，前期应该做好地勘工作，确定地基、确定防沉降措施，提前与建筑工程负责人做到该预留孔洞的提前预留，避免二次对建筑承重结构及美观的破坏。施工中，应及时参与项目的建设情况，做好变更工作，确保管道位置接错，造成二次对建筑结构的破坏。施工后的验收，设计人作为最专业的人员，应该认真参与验收工作，比如，是否做好防沉降措施，是否调节好合适的燃气管道压力，是否做好弯头转换，焊接管道是否有不合理的地方，预留孔洞是否已经做好防渗水措施等等，如果一旦发现问题，应尽设计人的本分工作，决不为了省事方便，或者已经是监理施工的责任，而不予理睬。
结论
总之，在设计高层建筑燃气管道的过程中，应该对压力、安全、气源及环境等多方面因素进行综合考虑，并将各方面利弊权衡好，最后对可行性方案进行确定。在设计燃气管道的过程中，必须注意设计工作与建筑主体设计之间的紧密联系，注意二者要同时展开施工，这样才能达到预期的设计效果，从而充分保证燃气管道设计的科学性与合理性。
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论文作者:纪耿鑫
论文发表刊物:《防护工程》2019年第6期
论文发表时间:2019/6/26
标签：管道论文; 燃气论文; 高层建筑论文; 城市论文; 压力论文; 建筑论文; 灶具论文; 《防护工程》2019年第6期论文;