1、高层住宅室内天然气管道设计探讨【摘要】本文分析了城市天然气管道设计时应该注意的问题，提出了高层住宅室内天然气管道设计要点. 【关键词】高层住宅 室内天然气管道设计要点注意事项 中图分类号：TU241.8 文献标识码：A 文章编号： 前言 伴随经济的快速发展, 发展高层建筑已成为现代城市建设的必然趋势。高层建筑的建设越来越多, 其天然气管道设计难度越来越大, 高层建筑天然气管道设计需要考虑的因素也逐步增多。因此, 有必要结合城市高层建筑天然气管道的供气特点、设计考虑因素进行分析, 并提出定性或定量的改进措施, 一、城市天然气管道设计时应该注意的问题 1、应该注意天然气管道沉降问题正常情况下,高层
2、建筑在竣工后 5年之内,其沉降速度最大,之后其沉降速度将逐渐递减。而天然气管道一般是在建筑竣工初期进行安装的, 后期随着建筑的沉降会使入管穿墙部位产生较大的应力。再加上回填土的沉降使引入管产生部分悬空, 严重时会使管道变形甚至漏气。为了避免这些问题出现, 在设计的时候就应该采取恰当的补偿方法, 以保证管道正常运行。 2、应该注意天然气管道附加压头问题 因高层建筑的高程较高, 燃气管道使用的立管也比较长, 加之天然气管道与空气密度的差异, 附加压头使用中常会造成用户燃烧器前压力波动, 甚至超出标准的工作范围,进而影响燃烧器的正常燃烧,燃气会出现不完全燃烧或是熄火、回火等现象。为了保证天然气燃烧器
3、能正常燃烧,就应该控制或消除附加压头的影响。 3、应该注意天然气管道立管应力问题 因天然气管道立管较长, 其在实际运行过程中,管道自重将会很大,再加上环境和温度的影响, 立管会变形甚至产生热应力。而应力是影响高层管道设计的重要因素,一旦在设计中出现应力问题,管道自身及其支架就会受到严重的破坏, 使管道弯曲或是破裂、漏气,甚至会引发重大安全事故。为了避免这一问题,在设计的时候就应该对其进行应力计算, 保证天然气管道正常使用。 二、高层住宅室内天然气管道设计要点 1、高层住宅天然气管道附加压力的计算与处理高层住宅配气的竖向立管较长, 由于天然气比空气的密度小而产生的附加压力就不能忽略。附加压力计算
4、公式: P = H ( a - b) g 式中 P 附加压力, Pa;a空气密度, 1. 29 kg / m3 ;b 天然气密度, 0. 72 kg / m3 ;H 天然气管道起、终点高程差 ,m;g 重力加速度。以四川石油局 B 区高层住宅为例进行计算, 三栋建筑的层高均为 2. 8 m, 庭院管均设于地下室内- 0. 55 m 处。这样, 附加压力为: P = ( 2. 816+ 0. 55) ( 1. 293- 0. 72)9. 8= 254. 66 Pa 由于附加压力的存在, 与燃具设备正常燃烧所需压力 2 0002 500 Pa 相比较大, 在低压入户时就必须注意压力不能过高, 否则
5、将导致处于较高层的燃具前压力增高, 燃烧出现不稳定。对于高层住宅而言附加压力是一个不可避免的问题。一种处理附加压力的方法是每隔几层设一个调节阀增加局部损失从而减小附加压力; 另一种处理附加压力的方法, 就是采用中压进户的供气的方式。中压进户供气在每户均需设调压器, 以保障高层住宅用户燃具前压力的稳定。采用中压进户的供气方式, 供气立管沿外墙敷设较在室内敷设安全。但采用中压进户一旦泄漏则危险性较采用低压进户大, 因而对于中压进户立管以及进户管提出了更高的施工要求, 同时设计中也应尽可能考虑到供气立管的位置与小区道路的距离不应太近, 同时应避开地下室、窗户和阳台等处。 2、高层住宅沉降的优化设计
6、建筑物建成后，都会有不同程度的沉降，高层住宅由于自重大，其沉降量在建成后的几年内尤为明显。建筑物沉降时，燃气引入管是相对静止的，当建筑物沉降量比较大时，燃气引入管就会受到损坏，甚至断裂漏气。而建筑基础处回填土的沉降也会导致引入管局部悬空，引发事故。因此在燃气设计时，必须考虑采取有效保护措施。方法一：引入管穿墙前水平或垂直弯曲 2 次以上（最好用煨弯） ；方法二：引入管穿墙前设置金属通用型波纹补偿器；方法三：加大引入管穿墙处预留洞尺寸并加设钢套管；方法四：引入管穿墙前在水平管上设置金属软管。方法一用弯头的自然补偿来减少沉降量的影响，虽简单易行，但易受到位置限制。方法二是将通用波纹补偿器垂直安装在
7、引入管上，利用其伸缩能力进行沉降量的补偿。通用波纹补偿器可通过计算来满足沉降量的补偿，但对其他方向的补偿能力有限，且波纹补偿器的安装要求也高。方法三对于高层建筑等沉降量较大的地方来说采取的措施是不够的。方法四利用金属软管的可扰性进行补偿，是进行燃气引入管沉降量补偿的最佳方式。方法一、二、三对于地震频发地区也不合适。因此采用何种方法需根据本地的具体情况而定，宝鸡目前采用方法三与方法四合用来达到补偿沉降的目的。 3、燃气立管自重与热伸缩的优化设计 高层住宅立管的自重和热胀冷缩产生的推力在达到一定程度时，燃气管道会产生变形、扭曲、断裂，引发事故。因此在进行高层燃气管道设计时，必须考虑管道自重产生的压
8、缩应力和环境温度的变化产生的伸缩变型与热应力。 （一）管道自重产生的压缩应力 管道自重产生的压缩应力计算公式为：=WA(2)式中：压缩应力，MPa；W燃气管道自重，N；A立管截面积，mm2。仍以上述工程为例，层高 2.8m，立管长度约 98m，立管全程考虑为 DN40（加厚）焊接钢管，A=619.2mm2， 单位长度管重为 47.63N/m，则 =7.54MPa。一般普通钢管在工作环境温度小于 100许用应力为 113MPa，因此对于 98m 的高层，其立管自重产生的压缩应力很小，通常不致发生破坏。但应考虑管道自重产生局部应力过大，为此必须采用分层支撑的方法将管道重量预以均摊。 （二）环境温度
9、的变化产生伸缩量与热应力 管道因温差产生的伸缩量 管道两端不固定时伸缩量的计算公式为： L=103lLt (3)式中：L管道的伸缩量，mm；l管材的线膨胀系数，K- 1，对普通钢管在 20时，取 1.110- 5K- 1；L管道长度，m；t设计温差，即管道在计算状态下的温度与安装温度的差。管道的热应力。如果管道两端完全固定时，产生的热应力计算公式为： t=ltE (4)式中：t热应力，MPa；t设计温差，即管道在计算状态下的温度与安装温度的差，；E管材的弹性模量，MPa，普通钢在 20时取 1.9105MPa。一般计算温差：室外取 70，室内无空气调节取 40，室内有空气调节取 20。管道伸缩
10、量与管道材质、管长和温度变化有关，而热应力只与管道材质和温度变化有关，与管长、管径无关。不同温差时的热应力，不同管长时的伸缩量计算结果。可见，立管的伸缩量和热应力是不可忽视的，应采取有效的热补偿措施。立管为低压流体输送用焊接钢管丝接，每隔两层有一活接，可以起到一定热补偿作用。但活接热补偿作用有限，一般我们还采取如下两种方式进行补偿。方式一：在立管上采用多个弯头组合进行补偿；方式二：在立管上设置一个或多个波纹补偿器进行补偿。多个弯头设于室内及占地方有影响美观，当弯头为丝接时，长期进行伸缩量的补偿将造成丝口松动，因此方式二为理想的补偿方式。在实际工程中对于高层住宅立管在立管底部设稳定的固定管座，在
11、每一层用角钢固定立管用以承受立管自重。同时避免底部压缩应力过大，每隔两层设一活接，每隔七层设一分段阀门，根据伸缩量在合适位置设一个或多个波纹补偿器克服管道因温差而引起的应力和变形，便于维修。 结论 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。 【参考文献】 1董丽.高层建筑室内燃气管道设计的探讨仁 J. 河南科技,2 0 0 7 (l ) : 2 9 一 3 0. 2罗义英, 尚毅.高层建筑燃气供应系统中附加压头的影响J. 河南城建高等专科学校学报, 2 0 0 0 (3 ) : 3 6 一 3 7. 3杨光, 尹衍光, 谢翔, 等.高层建筑燃气管道设计有关问题的探讨J.煤气与热力,2 0 0 0 (1 ) : 2 5 一 2 7. 4孙磊.高层建筑中燃气管道杭震性能研究D . 上海: 同济大学,20 07.
