高層建筑管道燃氣設(shè)計中管道的安全設(shè)計

田芯陽(中交煤氣熱力研究設(shè)計院有限公司，遼寧 沈陽 110026)

0 引言

近幾年來隨著城鎮(zhèn)化水平的日益提高，人們的生活質(zhì)量也在提高，高層建筑數(shù)量也在不斷地上漲。為了有效緩解城鎮(zhèn)居民人口居住的壓力，在結(jié)合當(dāng)前社會經(jīng)濟不斷建設(shè)發(fā)展的基礎(chǔ)上，針對普通低層和建筑高層建筑設(shè)計時的特殊性質(zhì)，需要重視高層建筑設(shè)計時的結(jié)構(gòu)。尤其是針對高層設(shè)施結(jié)構(gòu)中的燃氣管道設(shè)計問題，需要有相關(guān)的工作人員具有較高的工作水準(zhǔn)，及時應(yīng)對燃氣供應(yīng)時存在的部分安全隱患問題，并且做出設(shè)計與改良方案，以免設(shè)計中存在問題，造成人們的生命財產(chǎn)安全威脅。

1 高層建筑燃氣管道安全問題的影響

1.1 建筑物沉降所造成的影響

由于高層建筑自身的荷載量較大，受到地質(zhì)條件以及建筑荷載等方面因素影響，會造成高層建筑產(chǎn)生不同程度的基礎(chǔ)沉降問題，而建筑沉降程度也受到很多外部因素的干擾。對于城市高層建筑燃氣管道而言，如果建筑體產(chǎn)生不同程度的沉降，會因為燃氣管道處于一種靜止的狀態(tài)造成燃氣管道引入管在建筑體產(chǎn)生基礎(chǔ)沉降過程中形成較大的切應(yīng)力，很容易造成燃氣管道出現(xiàn)斷裂以及破損等問題，所造成的事故后果非常嚴重[1]。

1.2 建筑結(jié)構(gòu)附加壓力對燃氣管道形成的影響

和普通的建筑物相比，城市內(nèi)部的高層建筑不但高度較高同時自身的重量更大，因此建筑體自身對地面所形成的附加應(yīng)力效果也非常復(fù)雜，經(jīng)常會出現(xiàn)高層建筑強大的荷載壓力下，存在燃氣管道破損和破裂等現(xiàn)象，如果建筑內(nèi)部低壓用戶會直接造成燃氣的供應(yīng)壓力壓力喪失或是產(chǎn)生壓力過載等多種問題的出現(xiàn)。如果建筑的附加應(yīng)力過高直接超過燃氣管道的極限承載能力，則會產(chǎn)生不穩(wěn)定性因素直至出現(xiàn)管道破裂等現(xiàn)象。

1.3 建筑選線問題所產(chǎn)生的影響

高層建筑燃氣管道的設(shè)計工作屬于一項基礎(chǔ)性工作，燃氣管道是否可以得到正常的使用，直接影響到整個高層建筑工程的造價情況，同時還直接關(guān)系到整個燃氣供應(yīng)系統(tǒng)的工作安全性和穩(wěn)定性。因此，在針對高層建筑燃氣管道材料和型號的選擇工作中，需要有效掌握當(dāng)?shù)貐^(qū)域的實際環(huán)境狀況，根據(jù)設(shè)計工作圖紙當(dāng)中的要求來進行設(shè)計，如果燃氣管道設(shè)計工作和實際情況之間存在較大的差異性，則很有可能會引發(fā)后續(xù)的燃氣供應(yīng)安全問題。

2 高層建筑管道燃氣安全設(shè)計工作要點

2.1 管道附加壓力的計算與消除

經(jīng)過相關(guān)設(shè)計工作人員的深入分析和研究之后，在針對高層建筑低壓燃氣灶具的使用過程中，額定壓力大小通常情況下控制在2 000 Pa。由于高層建筑自身所具有的特殊性質(zhì)，能夠使得灶具的壓力在合理的范圍之內(nèi)進行適當(dāng)?shù)牟▌印１热?，灶具工作中比管道的額定壓力高0.75～1.5倍，則可以充分符合高層建筑的燃氣供應(yīng)使用標(biāo)準(zhǔn)，但是如果人氣的壓力進一步加大，會造成灶具的熱效率下降，燃氣的燃燒程度不足進而會形成回火問題。燃氣在不能夠得到充分燃燒的條件下，煙氣當(dāng)中的一氧化碳含量會進一步增多，進而很容易出現(xiàn)煤氣中毒現(xiàn)象，嚴重的情況下甚至?xí)斐苫馂?zāi)和爆炸事故等。因此，在針對高層建筑燃氣管道設(shè)計工作過程中，必須要充分重視建筑體沉降問題對管道線路所產(chǎn)生的影響，需要充分考慮到管道的補償溫差、變形應(yīng)力補償?shù)榷喾矫鎲栴}[2]。

根據(jù)我國國內(nèi)高層建筑燃氣管道的設(shè)計工作標(biāo)準(zhǔn)來看，普遍采用的是低壓入戶的管道設(shè)計工作方法，針對當(dāng)前低壓燃氣管道壓力損失不斷加大和負壓值不斷加大的過程中，需要設(shè)計者針對高層燃氣管道的設(shè)計工作中發(fā)現(xiàn)具體的燃氣管道附加壓力過大和超出普通的燃氣管道的額度1.5倍。如果高層建筑設(shè)計過程中，燃氣管道安裝時的壓力參數(shù)設(shè)計為P1，數(shù)值為2 000 Pa，此時燃氣管道如果安裝工作沒有達到標(biāo)準(zhǔn)要求，造成只有少數(shù)的高層住戶使用管道燃氣的情況，則管道所形成的附加壓力也只是燃氣表阻力和燃氣管道阻力之間的總和，如果住戶灶具前壓力為P2，對附加壓力采用P2=P1+H=150 Pa。如果用戶的灶具前壓力數(shù)值為3 000 Pa，那么H的取值則為197 m。具體而言，如果高層建筑的總高度超過197 m，則燃氣管道在工作過程中的附加壓力，會造成灶具前壓力超過燃燒設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)運行工作范圍，因此要想將燃氣灶的前壓力波動幅度控制在合理的范圍之內(nèi)，需要充分保證燃氣系統(tǒng)工作過程中的額定壓力和系統(tǒng)壓力之間沒有過大的差異，需要在高層燃氣管道的設(shè)計工作中，通過合理的設(shè)計工作方法，有效控制附加壓力對燃氣管到工作所產(chǎn)生的不良影響[3]。

2.2 高層建筑沉降分析和安全設(shè)計

在高層建筑正式投入使用之后，由于自身自重問題的影響會造成基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)所產(chǎn)生的荷載量逐漸加大，進而會產(chǎn)生高層建筑基礎(chǔ)沉降問題。通過相關(guān)研究工作人員的分析和研究之后發(fā)現(xiàn)，在工程建設(shè)完工之后的三年時間內(nèi)，高層建筑的沉降速率相對較快，沉降量可以達到5～10 cm。高層建筑的沉降會造成對于燃氣管道的破壞，主要原因在于高層建筑的燃氣管道會因沉降式產(chǎn)生拉應(yīng)力，造成燃氣管道內(nèi)部在安裝過程中的切口不斷加大。隨著高層建筑的沉降量進一步加大，燃氣管道所承受的拉力會進一步加大，當(dāng)達到極限值條件下很容易造成燃氣管道的斷裂造成燃氣泄漏等危險事故。在高層建筑內(nèi)部燃氣管道的立管長度相對較長，因此在具體的設(shè)計工作中，會受到外部環(huán)境和溫度因素的影響而產(chǎn)生性指變化。燃氣管道的溫差會形成相應(yīng)的額定力作用，造成燃氣管道出現(xiàn)整體下沉問題。除此之外，由于管道的軸向方向很容易產(chǎn)生變形問題，通常情況下在不產(chǎn)生特殊問題的條件下，高層內(nèi)部的燃氣管道所使用的器材主要是以鋼材為主，在工作人員工作時需要建立起相應(yīng)的補償方案，首先要根據(jù)高層管道建筑設(shè)計師的具體要求和標(biāo)準(zhǔn)設(shè)置相應(yīng)的參數(shù)并進行實時計算，根據(jù)高層建筑燃氣管道的相關(guān)設(shè)計工作要求和標(biāo)準(zhǔn)，對立管的設(shè)計參數(shù)數(shù)值進行全面計算和融合，以此來有效獲取濾管的最大變形量大小，然后通過使用分段波紋管的設(shè)計方法，要進一步的消除管道溫度差和應(yīng)力作用的影響下，首先要在管道部位設(shè)置相應(yīng)的支撐結(jié)構(gòu)，有效控制外部結(jié)構(gòu)和內(nèi)部結(jié)構(gòu)之間造成的差異性，所引發(fā)的管道變形等相應(yīng)的問題。最后，通過使用撓變補償裝置進一步控制高層建筑所產(chǎn)生的振動影響問題[4]。

2.3 燃氣管道的安全設(shè)施

燃氣屬于一種易燃易爆物品，會造成比較嚴重的爆炸和火災(zāi)事故，同時高層建筑內(nèi)部的人員聚集量較大，同時在疏散過程中存在較大的困難，如果產(chǎn)生比較嚴重的火災(zāi)事故，對人們的生命財產(chǎn)安全會造成重大影響。因此，針對高層建筑燃氣安全管道設(shè)計，需要相關(guān)設(shè)計人員充分重視高層建筑的設(shè)計原則和設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，要依據(jù)高層建筑安全生產(chǎn)工作標(biāo)準(zhǔn)和實際的建筑生產(chǎn)情況。采取有效的防護措施進行控制，比如說給燃氣引入建筑室內(nèi)設(shè)計出燃氣供應(yīng)快快速切換閥門，如圖1，同時在高層建筑內(nèi)部需要在燃氣的供應(yīng)點和燃氣管道，通過高層建筑的安全位置設(shè)置出相應(yīng)的報警裝置，將其和自動切斷系統(tǒng)之間和機械通風(fēng)設(shè)備之間進行有效銜接，可以保證在產(chǎn)生燃氣泄漏的條件下系統(tǒng)可以實現(xiàn)自動報警，可以實現(xiàn)第一時間切斷燃氣的供應(yīng)，并且及時開啟相應(yīng)的通風(fēng)和安全防護裝置。

2.4 要做好高層建筑的防雷防靜電與防腐蝕處理工作

圖1 燃氣供應(yīng)快速切斷閥門

在針對高層建筑的燃氣管道安全設(shè)計工作中，必須要考慮照鏡體的防雷設(shè)計，需要對雷電感應(yīng)、直接雷擊等問題做出相應(yīng)的防護設(shè)計方案。在建筑防雷設(shè)計工作期間，樓頂?shù)娜細夤艿琅c閥門箱以及和樓頂?shù)呐畠簤χg，需要通過避雷針直接進行連接，同時連接位置需要超過兩次以上。與此同時，在對避雷針進行設(shè)計過程中，通常選用圓鋼的結(jié)構(gòu)形式采取雙面焊接，并且焊接長度需要超過圓鋼直徑的6倍以上，在焊接位置需要采取針對性的防腐蝕處理工作。除此之外，在進行燃氣管道的防雷工作當(dāng)中，防雷接地裝置的沖擊接地電阻需要小于10 Ω，同時燃氣管道的靜電接地電阻通常不能超過100 Ω，可以通過使用鋼片跨接的方法，將管道和設(shè)備法蘭之間直接進行連接，并且還需要使用圓鋼對螺紋采取接地處理。除此之外，在針對高層建筑室內(nèi)無縫鋼管需要采取針對性的防腐蝕處理工作，徹底清理燃氣鋼管表面的銹跡，讓鋼管表面更加光滑，通過涂刷防腐蝕油漆等方法進行進一步防護，避免出現(xiàn)燃氣管道受到嚴重的腐蝕問題。

3 結(jié)語

綜上所述，在高層建筑燃氣管道的設(shè)計工作中，必須要充分考慮到管道的安全設(shè)計工作內(nèi)容，對高層建筑的燃氣管道展開全面的安全設(shè)計和防護，有效保證燃氣管道的工作穩(wěn)定性，對人們的日常生活安全性打下良好的基礎(chǔ)。