高层建筑燃气

　　随着城市建设的发展，高层建筑越来越多。由于高层建筑自身的特殊性，其供气与多层建筑供气有一定的差别。本文就高层建筑的特点，讨论高层建筑燃气管道设计需要注意的几个问题。

　　一、燃气的附加压力

　　1.1消除燃气附加压力的必要性

　　高层建筑高程较高，燃气立管较长，由于城市燃气的密度与空气密度不同，在立管中就会产生较大的附加压力。附加压力过大，会造成某些用户燃具前压力波动增大，超出燃具稳定工作范围，影响用户燃具的正常燃烧，造成燃气不完全燃烧，甚至发生离焰、脱火、回火和熄火等现象，增大供气不安全性[1]。控制和消除附加压力的影响，是保证高层供气系统安全正常运行的重要方面。

　　假设人工煤气密度约0.46kg/m3，天然气密度约0.74kg/m3，液化石油气密度约2.5kg/m3，空气密度取1.293k/m3，那么高程每升高1m，产生的附加压力为：人工煤气为8.16Pa，天然气为5.42Pa，液化石油气为-11.83Pa。附加压力为正值，说明燃气自下而上流动时，附加压力相当于上浮力；若附加压力为负值，则说明燃气自下而上流动时，附加压力相当于阻力。各种气源不同建筑物高度时的附加压力见表1。

　　表1不同建筑物高度时附加压力

　　燃气种类燃具额定压力/Pa室内管道允许压力降/Pa附加压力/Pa建筑物高度为24m建筑物高度为40m建筑物高度为60m建筑物高度为80m人工煤气1000 300 196 326 490 653天然气2000 400 130 217 325 434液化石油气2800 500-284-473-710-946注：室内管道允许压力降包括燃气表压力降(约120～200Pa)。

　　随着楼层升高，附加压力对燃具燃烧效果影响增大，在高层建筑供气系统中不能不考虑其影响。

　　1.2消除燃气附加压力的措施

　　1.2.1人工煤气和天然气系统

　　随着楼层升高，附加压力逐渐增大，相当于降低了管道阻力。对由下而上的燃气供应方式，要消除附加压力的影响，须增加管道阻力。具体措施有：

　　①每隔一定层数设一节流阀，这种方法简便、经济、易操作。但是，当只有顶层极少数用户用气时，附加压力减少不明显；管内流量随用户数的多少而变化，流量的变化致使立管的阻力也随之变化，造成用户燃具前压力波动。

　　②在立管上设置低-低压调压器。通常将调压器装设在附加压力超过200Pa的楼层。通过调压器调压，稳定燃具前压力，消除附加压头影响。

　　③每户装设阀门，根据各楼层不同的燃气压力，分别调整阀门的开度，节流调压，克服附加压力的影响，从而满足每户燃具所需正常工作压力。但由于阀门开度不好控制，故这种做法很少采用。

　　④在用户表前设置用户低-低压调压器，使燃具前压力稳定在额定工作压力范围内。

　　⑤采用中压管道直接进入建筑物，在户内燃气表前加中-低压调压器，这样用户之间的影响较小，用气高峰时压力波动也不明显，而且调压器后的低压管段较短，燃具基本上是处在额定压力下工作，运行工况较佳，比较好地消除附加压力的影响。但是户内有一部分中压管道，安全性比低压管道有所降低，并且工程造价也较高，所以一般不主张采用。

　　在实际应用中，楼层不超过20层时，一般采用在立管上加节流阀的方法；楼层超过20层时，一般采用在用户表前设置用户低-低压调压器的方法。这样，既有效地消除了附加压力，保证了燃具前压力的稳定性，同时在一定程度上也降低了工程造价。

　　1.2.2液化石油气系统

　　由下而上的燃气供应方式，要消除附加压头的影响，须降低管道阻力，或提高供气系统压力。具体措施有：

　　①根据管道水力计算，可采用较大管径的立管，以减小管道阻力。

　　②采用中压进户的供应方式。由于液化石油气的密度较大，极易形成不同楼层用户压力差别，影响燃具的正常燃烧。用中压直接进入建筑物，消除了附加压力的影响。但户内有一部分中压管道，安全性比低压管道有所降低，并且工程造价也较高。

　　二、对燃气管道自重的处理

　　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，所以应设置管道的固定支架，使固定支架与建筑物成为一体，防止因管道下沉而引起引入管受力折断或变形引起倒坡。一般固定管道的做法有：

　　①对于室内立管，在每隔7～10层的穿楼板处加设固定支撑，使燃气管道、套管以及建筑物成为一体。具体做法见图1(图中单位为mm)。

　　②对于室外立管，在每隔7～10层的高度处加设固定支撑，见图2(图中单位为mm)。或加一段水平管段，在水平管段上加支架。

三、建筑物的沉降对燃气管道的影响

　　建筑物建成后都会产生大小不同的沉降，建筑物的沉降对燃气引入管的影响非常严重。由于建筑物沉降时，燃气引入管是相对静止的，因此燃气引入管要承受建筑物作用产生的切应力，当切应力超过极限时，管道就会断裂，造成燃气泄漏。因此，在燃气设计中要采取一定的措施保护引入管。

　　①在立管(或穿墙管)前的水平管上加设一个波纹管补偿器，利用补偿器的补偿能力来减小引入管的切应力。

　　②在立管(或穿墙管)前的水平管上加设几个弯头(最好用煨弯)，相当于加设一个方型补偿器，用弯头的自然补偿来减少引入管的受力。此种方法简单易行，但是受位置的限制。

　　③在引入管穿越墙体时加设钢套管，钢套管保证燃气管道的上部与钢套管的间隙大于建筑物的最大沉降量，下部也应留有一定的间隙。

　　四、燃气公共配气管（立管）的安全设计

　　燃气公共配气管（立管）较长，自重较大，温度变形大，刚性较差，容易引管道失稳、变形或断裂。高层建筑的燃气立管应有承受自重和热伸缩推力的固定支架和活动支架。燃气水平安装管和高层建筑公共配气管（立管）应考虑工作环境温度下的极限变形和自然补偿量。

　　五：管道的紧急自动切断

　　《城镇燃气设计规范》（GB 50028-2006）规定：一类高层民用建筑（≥19层的建筑）宜设置燃气紧急自动切断阀；燃气紧急自动切断阀的设置应符合下列要求：

　　1、紧急自动切断阀应设在用气场所的燃气入口管、干管或总管上。

　　2、紧急自动切断阀宜设在室外。

　　3、紧急自动切断阀前应设手动切断阀。

　　4、紧急自动切断阀宜采用自动关闭、现场人工开启型，当浓度达到设定值时，报警后关闭。

　　5、在日本，根据建筑屋内人数多少、用气量大小、用气设施种类和规模、疏散条件等划分建筑性质来确定安全保护技术措施，值得借鉴，而且这些措施都与紧急切断连锁，与不同种类型的检测报警连锁

　　六、用户室内的泄漏报警

　　《城镇燃气设计规范》（GB 50028-2006）目前还没有强制要求在高层建筑用户室内安装燃气泄漏报警系统。但各地的燃气管理条例和地方标准都有明确规定。《城镇燃气设计规范》（GB 50028-2006）第10.8.2条规定：燃气浓度监测报警器设置应符合下列要求：

　　1、当检测比空气轻的燃气时，监测报警器与燃具或阀门的水平距离不得大于8m，安装高度应距顶棚0.3m以内，且不得设在燃具上方。

　　2、检测比空气重的燃气时，监测报警器与燃具或阀门的水平距离不得大于8m，安装高度应距地面0.3m以内。

　　3、燃气浓度监测报警器的报警浓度应按《家用燃气报警器及传感器》（CJ/T 347-2010）的规定确定。

　　4、燃气浓度监测报警器宜集中管理监视。

　　5、报警系统应有备用电源。

　　6、城镇燃气报警集中控制的必要性。基于高层建筑的事故预防和消除技术要求的特殊性、二次事故发生的概率、人员安全和疏散的特殊要求，有必要集中控制城镇燃气报警系统。除了单个独立系统发生作用外，通过集中控制，还可以辨识危险、启动不同的控制措施。

　　《城镇燃气报警控制系统技术规程》（CJJ/T 146-2011）对安装、使用、维护、检测等事项都作了较为明确的规定。

　　七、高层建筑的防雷问题

　　建筑燃气设施是楼房的附属设施，建筑防雷应该把全部在楼内设施的防雷安全统一考虑，也包括建筑燃气设施。因此，只要建筑燃气是和建筑主体同时设计的，就不应再考虑建筑燃气的防雷问题。

　　高层楼房由于其高，不得不考虑雷击的损害，燃气管道是否会成为接闪器？由于没有实施建筑燃气设施与建筑物主体工程“三同时”，一些地方出现管道越过楼顶安装、放散管超过建筑和燃气供气管道沿着建筑物外部安装，分布进入各层室内。这种现象的增加，使得不应成为问题的燃气供气管道防雷成为一个突出的问题。涉及的规范有《智能建筑防雷设计规范》（DB 32/T 1198-2008）、《城镇燃气防雷技术规范》（QX/T 109-2009）、《城镇燃气设计规范》（GB 50028-2006）等。

　　结合周边建筑条件，考察建筑燃气设施所在建筑主体的防雷设施的实用性和有效性是评价建筑燃气管道防雷设计、设计优化措施的重要依据，防雷措施分为两种，一种是对现有设施的优化改造；另一种是重新规划设计、安装防雷装置。

　　八、其他安全措施

　　由于高层建筑高度高，层数多，人员密集，一旦发生火灾，人员疏散困难，因此应合理配置先进设备，采取安全措施。除了以上的安全措施外，高层建筑的燃气管道、燃气设备应定期检修，保障其安全运行。