高层建筑对燃气管道影响及解决措施

融Ｉｓｓｌｏｎ　高层建筑对燃气管道影响及解决措施　河南东方能源有限公司　朱艳红　田文中　李英利　摘要：文章从高层建筑的供气特点进行阐述，总结出高层建筑对燃气管道的影响因素，分别为附加压头、建　筑物的不均匀沉降以及燃气立管的应力，并针对这些影响因素提出解决措施，最后就高层建筑的特殊性，提　出燃气设计过程中需采取相应的安全措施。　关键词：高层建筑　附加压头　不均匀沉降　燃气立管应力　安全措施　在高层建筑室内燃气管道设计中，附加压头、　建筑沉降、室内立管的热胀冷缩和白重等都是设计　人员必须考虑解决的问题。　气设计规范》（ＧＢ　５００２８－－２００６））。当天然气压力超　出此范围，燃具的热效率降低，燃烧不稳定，燃烧　噪声大，出现脱火或者回火等现象。目前，安阳市　高层建筑的燃气设计主要采用低压入户，在计算低　１　高层建筑供气的特点　高层建筑各类用户多供气要求高，与一般的建　压燃气管道的压力损失时，应考虑因建筑高度而引　起的燃气附加压力ＡＰ，计算如下：　△ｐ＝９．８ｃｐ１－ｐ２）ｈ　式中：△ｐ—为燃气的附加压力，Ｐａ；　ｐ】一空气的密度，取１．２９３　ｋｇ／ｍ　；　ｐ２一为燃气的密度，取０．７１７　／ｍ３；　一（１）　筑的供气系统相比高层供气的安全性问题突出。高　层建筑供气主要特点如下：　（１）高层建筑自重大，楼本身自然沉降量大，对　燃气进户引入管危害很大。建筑物基础外围回填土　沉降也对进户管有影响。　（２）燃气立管及支管较长，白重较大，很容易引　为燃气管道终、起点的高程差，ｍ。　若庭院压力损失按３００　Ｐａ考虑，高层室内立管　管径按用气高峰时最高层用气点沿程阻力损失抵　消附加压力设计，用户灶前压力为２　０００　Ｐａ，燃气　表压力损失按１００　Ｐａ计，则调压箱出口压力应设定　为２　４００　Ｐａ。在最不利工况时（用气低峰时段），假设　只有几户用气，管道沿程阻力接近０，局部阻力仅　为燃气表的阻力。设用户燃具前的压力为Ｐ，则：　ｐ＝２　４００＋Ａｐ一１００＝２　３００＋５．６４ｈ，当ｐ＝３　０００　Ｐａ时，　起管道压缩和弯曲应力突变，而环境温度变化易引　起的管道内应力突变，使管道沉降断裂、扭曲，致　使燃气泄露，发生事故。　ｆ３１供气的高度高，产生的附加压力很大，会引　起燃具燃烧不稳定，燃气泄露，以至导致火灾。　ｒ４）风载荷和地震（主要针对安阳地区）均使管道　产生较大侧位移，使管道发生弯曲沉降，危害极大。　ｈ＝１２４　ｍ。因此当楼层高度超过１２４　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　ｆ５）发生火灾时，由于报警系统自动化程度较　低，会造成很大的财产损失及人员伤亡。　２　高层建筑的影响因素及解决措施　２．１　附加压头的影响及消除措施　围。为了使用户燃具前的压力波动范围变小，更接　近额定压力Ｐ　，有必要采取措施，减小附加压力的　影响。（１）增大管道阻力损失：对２０层左右的高层　建筑，可采取６～８层变一次管径，增大立管的沿程　损失；并在立管上分段设置调节用阀门，增大局部　阻力。ｆ２１设置低一低压调压器：对３０层以上的高　层建筑，可以在立管适当位置或在高层用户表前设　民用天然气燃具的额定压力ｐ　＝２　０００　Ｐａ，燃具　前压力应在（０．７５－１．５）ｐ　范围内　动（参见《城镇燃　））２０１０年第１期上海煤气　ＴｒａｎｓｎｌＩ　置低一低压调压器，使燃具前压力接近２　０００　Ｐａ。　（３）设置中一低压调压器：对于超高层建筑，可采用　中压Ｂ级压力入户，表前安装中一低压调压器，使　的立管长度对一般高层建筑是不可能的。一般钢管　的许用应力为１２７　ＭＰａ，因此对于１００　ｒｎ的高层，　其立管自重产生的压缩应力很小，通常不致发生破　燃具前压力接近２　０００　Ｐａ。　２．２高层的建筑沉降的影响及补偿措施　高层建筑因自重会产生一定的沉降量，从而可　能导致引入管的切向应力大，而建筑基础处回填土　的沉降也会导致引入管局部悬空，容易引发事故。　一般情况下，高层建筑在竣工后５年内的沉降速度　最大，以后沉降速度逐渐降低。《城镇燃气设计规　范》中规定：　“建筑物设计沉降量大于５０　ｎ＇ｕｎ时，　可对燃气引入管采取如下补偿措施：（１）加大引入管　穿墙处的预留洞尺寸；（２）引入管穿墙前水平或垂直　弯曲２次以上；（３１引入管穿墙前设置金属柔性管或　波纹补偿器。”其中方式（１）和（２）有损建筑外立面效　果，一般采用方式（３），但（３）中安装金属柔性软管时　应注意，软管前出地燃气管道不得进行固定；软管　必须水平安装，不得有扭曲和弯曲现象，并使其处　于自然伸展状态。　２＿３燃气立管的应力影响及热补偿　高层建筑室内立管较长，自重产生的应力和环　境温度变化产生的热应力都很大，两种内力共同作　用，达到一定程度时，会造成主立管接口扭曲、断　裂，表前管变形破坏，表接头松动，引发安全事故。　２．３．１管道自重产生的压缩应力　盯　Ｇ／Ａ　（２）　式中：　压缩应力，ＭＰａ：　Ｇ一为燃气管道自重，Ｎ；　—为立管截面积，舢［ｎ２。　表Ｉ　常规燃气管道的压缩应力　公称直径／ｍｍ　ＤＮ１０Ｏ　ＤＮ８０　ＤＮ５０　ＤＮ４０　外径Ｄｗ／ｍｍ　ｌＯ８　８９　５７　４８　内径ｄ／ｍｍ　９８　８０　４９　４１　截面积Ａ／ｍｍｚ　１　６ｌ８　１　ｌ９５　６６６　４８９　单位重量／Ｎ．ｍ。　１２４．５　９１．９　５１－３　３８．４　允许重量　１８２　８３４　１３５　０３５　７５　２５８　５５　２６３　允许管长／ｍ　ｌ　４６８　ｌ　４６９　ｌ　４６７　ｌ　４３９　由表可知：当管长超过１　４００　ｍ时，因管重引　起的压缩应力才会超过管材的允许应力，而如此高　坏。但为了维修方便，我们仍需考虑分解管道白重　的措施。　２．３．２管道因温差产生的伸缩量　△Ｌ＝１０。×ＣＬＡｔ　（３）　式中：△　—为管道的伸缩量，ｆｆＵＴＩ；　Ｃ一为管材线膨胀系数，对普通钢管在２０℃　时，取１２￣１０～ｍｍ／（￣Ｃ・ｍ）；　三一为管道长度，ｍ；　△　为环境温差，℃。　表２不同温差与管长下的热应力和伸缩量　温差　伸缩量／ｍｍ　热应力　（℃）　管长３　ｍ　管长６　ｒｔｌ　（Ｎ／ｒｎｍ￣）　１０　Ｏ＿３６　Ｏ．７２　２５＿２　２０　０．７６　１　５２　５０４　４０　１．４４　２　８８　１００．８　６０　２．１６　４－３２　１５１．２　２．３－３管道的热应力　如果管道的伸缩完全受到约束，则管道的热应　力计算公式为：　＝ＣＥ△ｔ　（４）　式中：　一热应力，ＭＰａ；　Ｃ一为管材的线膨胀系数；　△卜环境温差，℃；　管材的弹性模量，ＭＰａ，普通钢在２０￣Ｃ　时２．１￣１０　ＭＰａ。　对１００　ｍ的高层，随着Ａ　ｔ提高，△　提高，　也提高。随着管长提高，△　也提高。可见在春秋　两季安装管道时，Ａ　ｔ最小，管道的伸缩量和热应　力也最小。　２－３．４补偿措施　（１）加设波纹管，加设波纹管，补偿管道由温差　产生的伸缩量，从而消除应力。如图ｌ，波纹管补　偿范围的两端应固定，中间部分支架全部设计为活　动支架。整根立管波纹管的数量根据管道的长度和　可能达到的最大温差确定。此方法的缺点在于增加　了漏气点，另外，还要防止波纹管受用户碰撞，造　成波纹管失效。　上海煤气２０１０年第１期（（Ｊ曩ｆ　啦Ｉｓｓｌｅｎ　Ｊ［）　一管道外径，ｍｍ。　计算可知三　０．４２　ｍ，可见“Ｌ”型补偿器短臂　的长度较小，不会影响用户的整体装修，在实际工　程安装中也是切实可行的。采用此方法应注意立管　采用焊接连接，因为如果采用丝口连接，由于长期　进行伸缩量的补偿，将造成弯头处的丝口松动，容　图１波纹管补偿范围示意　（２）采用自然补偿，如图２所示，两个固定支架　间的管道就是一个“Ｌ”型自然补偿器。　固定支撑　ｌ’　Ｉ　ｌ　●　｛逭　丛　避　一　Ｌ　ｉ　ｌ　●　定支撑　～　－　Ｉ　一　＿　－一　图２　“Ｌ”型自然补偿器不意　若取室内温差取２０￣Ｃ，每层楼高度按３　Ｉｎ计　算，管道外径假设为６０　ｍｍ，按下式来计算短臂上　的大小：　Ｌ－－１．１　ｘ（Ｏ．０１２￣Ａ　ｔｘＨｘＤｗ／３００）。・　式中：三一“Ｌ”型补偿器短臂长度，ｍ；　△卜环境温差，℃；　月一“Ｌ”型补偿器长臂长度，ｍ；　Ｊ｜ｆ））２０１０年第１期上海煤气　易引起漏气。　（３）在实际工程中，每隔６～８层在主立管上设一　个门型弯，并在各分段立管底部设固定支撑，以承　受立管自重，同时避免立管底部压缩应力过大。如　遇建设方不同意在室内设置门型弯，则可以Ｕ型螺　栓配角铁支架固定的方式替换立管上的管卡，以分　散立管自重，并在立管上分段设置波纹补偿器，克　服管道因温差而引起的应力和形变，便于维修。另　外，考虑立管形变对表前管的影响，我们应该用金　属软管作为表前管，以避免表接口变形漏气。　３结论与建议　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，必须综合考虑消　防建筑结构特点、安全美观、稳定供气以及远期发　展等诸多因素，确定切实可行的设计方案。除此之　外，还必须考虑管道走向的规范要求、管道的连接　方式。　鉴于高层建筑的特殊性，在燃气设计过程中需　采取相应的安全措施：　（１）在室外燃气引入管上宜设紧急自动切断阀，　紧急自动切断阀前应设手动快速切断阀；　（２）厨房内应设置燃气泄漏报警装置，其报警探　头应安装在燃气管道附近的吊顶下２０　ｃｍ处；　（３）燃气泄漏报警装置、送排风系统等须与紧急　自动切断阀连锁；　（４）对于一类高层民用建筑，其楼内宜设燃气泄　漏集中监视装置和压力控制装置，并有检修值班　室，由值班人员２４　ｈ进行监控，值班室须设置移动　式燃气报警仪。　（下转第９页）　Ｔｒａｎｓ暇Ｉ　２．３．３管道破损点分布情况　受检测的１２．４６　ｋｍ管道中，防腐层破损点分布　情况见表４。　表４管道破损点分布情况　检测管段　立跃路　东线——中港河　平均个数／ｋｍ　３　７．２　３结论　通过ｃ扫描仪在上海２．５　ＭＰａ城市高压管道的　防腐检测应用，发现其有以下优缺点：　ｆｌ１Ｃ扫描埋地管线防腐检测仪整合了电流测　绘系统、管线探测仪、ＧＰＳ定位等功能于一身，自　动化程度高，对操作人员技术依赖性相对较小；　（２１自动记录、处理和存储检测数据，打印检测　报告；并可与ＧＰＳ相连自动采集管道位置信息，输　出结果；　东线——闻居路北　西线——沈庄（沈杜公路）　西线——航头、下沙穿越　东线——罗山路立交东　２．８６　７．５　１．３４　４　东线——川沙门站段　西线——新场镇穿越、ｌ３　桩向西　西线——新场镇穿越、】４　桩向东　西线——南汇工业区段、水下管段　１．０７　２．２６　Ｏ　０　ｆ３）系统的信息化技术可实现与ＧＩＳ数据的相　互通用，设置后，可将检测数据稍做处理便能成为　ＧＩＳ可读的数据格式，大大降低了人力成本；　（４）设备价格昂贵，配件及维护保养费用较高。　东线——大治河穿越段　西线——大治河沿岸、７　桩　４．１８　５．９２　Ｔｈｅ　ＡｐｐＩ　ｉｃａｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｃ　Ｓｃａｎｎｅｒ　ｏｎ　２．５　ＭＰａ　ＮａｔｕｒａＩ　Ｇａｓ　Ｐｉｐｅ　Ｎｅｔｗｏｒｋ　ｉｎ　Ｓｈａｎｇｈａｉ　Ｓｈａｎｇｈａｉ　Ｎａｔｕｒａｌ　Ｇａｓ　Ｐｉｐｅｌｉｎｅｓ　Ｃｏ．，Ｌｔｄ．Ｄｕ　Ｃｈｕｎ　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎ　ａｌｌｕｓｉｏｎ　ｔｏ　ｔｈｅ　ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ　ｏｆ２．５　ＭＰａ　ｈｉｇｈ－ｐｒｅｓｓｕｒｅ　ｐｉｐｅｌｉｎｅｓ　ｉｎ　ｓｈａｎｇｈａｉ，ｔｈｅ　ａｒｔｉｃｌｅ　ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓ　ｍａｉｎ　ｆｅａｔｕｒｅｓ　ｏｆ　Ｃ　ｓｃａｎｎｅｒ　ｄｅｖｉｃｅ　ｉｎ　ｄｅｔａｉｌｓ．Ａｎｄ　ｔｈｅｎ，ｈｉｇｈ—ｐｒｅｓｓｕｒｅ　ｐｉｐｅｌｉｎｅ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｃｉｔｙ　ｔｅｓｔ　ｒｅｓｕｌｔｓ　ａｎｄ　ｔｈｅｉｒ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｉｎ　ｕｒｂａｎ　ａｄｖａｎｔａｇｅｓ　ａｎｄ　ｄｉｓａｄｖａｎｔａｇｅｓ　ｏｆ　ｈｉｇｈ－ｐｒｅｓｓｕｒｅ　ｐｉｐｅｌｉｎｅ　ｈａｖｅ　ｅｘｐｌａｉｎｅｄ　ｗｉｔｈ　ｅｍｐｈａｓｅｓ，ｗｈｉｃｈ　ｈａｖｅ　ｇｒｅａｔ　ｖａｌｕｅ　ｆｏｒ　ｒｂａｎ　ｈｉｇｈ—ｐｒｅｓｓｕｒｅ　ｕｐｉｐｅｌｉｎｅ　ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ　ｉｎｓｐｅｃｔｉｏｎ．　Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｈｉ　ｇｈ　ｐｒｅｓｓｕｒｅ　ｐｉｐｅｌｉｎｅ，Ｃ　ｓｃａｎｎｅｒ，ａｄｖａｎｔａｇｅｓ　ａｎｄ　ｄｉｓａｄｖａｎｔａｇｅｓ，ａｎｔｉｃｏｒｒｏｓｉｏｎ　（上接第６页）　Ｉｍｐａｃｔ　ｏｆ　Ｈｉｇｈ—Ｒｊ　ｓｅ　Ｂｕｉ　Ｊｄｉｎｇ　ｏｎ　ｔｈｅ　Ｇａｓ　Ｐｊｐｅ　Ｊ　ｊｎｅ　ａｎｄ　Ｓｏ　Ｊｕｔｉｏｎｓ　Ｈｅｎａｎ　Ｏｒｉｅｎｔａｌ　Ｅｎｅｒｇｙ　Ｃｏ．，Ｌｔｄ．　Ｚｈｕ　Ｙａｎｈｏｎｇ　Ｔｉａｎ　Ｗｅｎｚｈｏｎｇ　Ｌｉ　Ｙｉｎｇｌｉ　Ａｂｓｔ　ｒ　ａｃｔ：Ｔｈｅ　ａｒｔｉｃｌｅ　ｄｅｓｃｒｉｂｅｓ　ｔｈｅ　ｈｉｇｈ—ｒｉｓｅ　ｂｕｉｌｄｉｎｇｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｇａｓ　ｓｕｐｐｌｙ　ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ　ａｎｄ　ｓｕｍｍａｒｉｚｅｓ　ｈｉｇｈ—ｒｉｓｅ　ｂｕｉｌｄｉｎｇ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｇａｓ　ｐｉｐｅｌｉｎｅ　ｉｎｆｌｕｅｎｃｉｎｇ　ｆａｃｔｏｒｓ，ｎａｍｅｌｙ　ｔｈｅ　ａｄｄｉｔｉｏｎａｌ　ｐｒｅｓｓｕｒｅ，ｕｎｅｖｅｎ　ｓｅｔｔｌｅｍｅｎｔ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｂｕｉｌｄｉｎｇ，　ａｓ　ｗｅｌｌ　ａｓ　ｔｈｅ　ｓｔｒｅｓｓ　ｏｆ　ｇａｓ　ｉｒｓｅｒ　ｐｉｐｅ．Ｔｈｅｎ　ｐｒｏｐｏｓｅ　ｓｏｌｕｔｉｏｎｓ　ｔｏ　ｔｈｏｓｅ　ｆａｃｔｏｒｓ　ａｎｄ　ｒｅｌａｔｉｖｅ　ｓｅｃｕｒｉｔｙ　ｍｅａｓｕｒｅｓ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｇａｓ　ｄｅｓｉｇｎ　ｐｒｏｃｅｓｓ　ｄｕｅ　ｔｏ　ｔｈｅ　ｐａｒｔｉｃｕｌａｒｉｔｙ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｈｉｇｈ—ｒｉｓｅ　ｂｕｉｌｄｉｎｇｓ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｅｎｄ．　’　Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｈｉｉｇｈ—ｒｉｓｅ　ｂｕｉｌｄｉｎｇ，ａｄｄｉｔｉｏｎａｌ　ｐｒｅｓｓｕｒｅ，ｕｎｅｖｅｎ　ｓｅｔｔｌｅｍｅｎｔ，ｇａｓ　ｒｉｓｅｒ　ｐｉｐｅ　ｓｒｅｓｓ，ｓｅｃｕｒｉｔｔｙ　ｍｅａｓｕｒｅｓ　上海煤气２０１０年第１期（（９