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摘要：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。
关键词：燃气 ；管道设计；高层建筑
中图分类号： TU996.7 文献标识码： A 文章编号：
一、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
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：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。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。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.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，运行情况较佳，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：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。对于室外立管，在每隔7～10层的高度处加设固定支撑。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、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。具体措施有：① 在引入管处设置快速切断阀，每隔6～7层加一个分段阀门。② 各用户设置燃气报警装置、自动切断装置、送排风系统等。燃气报警装置和自动切断装置、送排风系统应连动。③ 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。
五、防雷、防靜电及防腐
高层建筑燃气管道防雷设计必须针对直接雷击、雷电感应和雷电波侵入采取防护措施。设计中一般要求楼顶（包括转换层）燃气管道及阀门箱应与楼顶女儿墙避雷带连接，其中楼顶管道与避雷带连接不得小于两处。避雷连接须采用不小于DN8 mm的圆钢双面焊接，焊接长度大于圆钢直径的六倍以上，凡焊接处均须防腐。防雷接地装置的冲击接地电阻应小于10 Ω燃气管道静电接地电阻应小于100 Ω，管道及设备法兰连接一般采用铜片跨接，螺纹连接采用不小于DN8 mm的圆钢作跨接，其间电阻值不应小于0.03 Ω。
结束语：高层建筑燃气管道设计必须根据当地气源、地理气候、环境特点，并综合考虑消防安全、建筑结构特点以及远期发展等诸多因素，确定切实可行的供气方案。
关键词：燃气 ；管道设计；高层建筑
中图分类号： TU996.7 文献标识码： A 文章编号：
一、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
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：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。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。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.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，运行情况较佳，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：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。对于室外立管，在每隔7～10层的高度处加设固定支撑。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、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。具体措施有：① 在引入管处设置快速切断阀，每隔6～7层加一个分段阀门。② 各用户设置燃气报警装置、自动切断装置、送排风系统等。燃气报警装置和自动切断装置、送排风系统应连动。③ 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。
五、防雷、防靜电及防腐
高层建筑燃气管道防雷设计必须针对直接雷击、雷电感应和雷电波侵入采取防护措施。设计中一般要求楼顶（包括转换层）燃气管道及阀门箱应与楼顶女儿墙避雷带连接，其中楼顶管道与避雷带连接不得小于两处。避雷连接须采用不小于DN8 mm的圆钢双面焊接，焊接长度大于圆钢直径的六倍以上，凡焊接处均须防腐。防雷接地装置的冲击接地电阻应小于10 Ω燃气管道静电接地电阻应小于100 Ω，管道及设备法兰连接一般采用铜片跨接，螺纹连接采用不小于DN8 mm的圆钢作跨接，其间电阻值不应小于0.03 Ω。
结束语：高层建筑燃气管道设计必须根据当地气源、地理气候、环境特点，并综合考虑消防安全、建筑结构特点以及远期发展等诸多因素，确定切实可行的供气方案。