试析高层建筑天然气供应设计常见问题处理措施

摘 要：本文从南昌市天然气利用发展趋势出发,对南昌地区高层建筑天然气供应设计常见问题进行了细致的分析,并得出其处理措施,对南昌市高层建筑天然气利用工程的实际设计、施工具有一定的指导意义.

关 键 词：高层建筑天然气常见问题处理措施

1.概论

随着江西省天然气利用工程一期管网于2010年6月顺利实现通气,南昌市居民率先用上了期盼已久的清洁、高效能源--管输天然气.随着江西省天然气公司一期管网工程的逐步完善和二期管网工程的快速推进,南昌市作为江西省的省会城市,占有得天独厚的资源和政策优势,城市燃气天然气化将在不远的将来成功实现.近两年,南昌市燃气公司乘着江西省天然气事业大发展的东风也在大力开发市场,使得燃气用户快速增长,特别是天然气在高层建筑中的运用将越来越普及,涉及到高层建筑的天然气供应设计也将会越来越多.

高层建筑是社会快速发展的产物,随着社会的不断进步和城镇化建设的不断扩大,国家有限的土地资源出现了越来越紧张的问题.从而合理利用土地,提高土地的利用效率将成为未来土地利用的主导概念.从而在城市中催生出越来越多的高层建筑.天然气作为一种清洁的能源,除了对于居住于高层建筑中的居民生活是必不可少的外,对于高层建筑中的餐饮、空调、制冷和供暖也将迅速发展.但高层建筑天然气供应过程中,与一般建筑具有明显的不同和特殊性,特别是安全性问题十分突出.因此,高层建筑天然气供应设计的技术研究具有十分重要的实践指导意义.

我国根据《高层民用建筑设计防火规范》（CBJ45一82）规定"高层建筑适用于十层及十层以上的住宅和建筑高度超过24米的其它民用建筑",因此,供气范围也是针对十层或十层以上的住宅及其它的民用建筑.

一般高层建筑按用途分为两种类型：一类为宾馆、旅游楼及饭店等（也包括少量办公楼）,此类高层建筑用热比较集中,通常有几类厨房及餐厅、食街等等.另一类高层建筑为公寓、宿舍、住宅等民用建筑,每一用户都要求用热.燃气用做炊事、热水制备等.该类建筑用气特点为用气点比较分散.

2.高层建筑天然气供应设计中常见问题

高层建筑的特点决定了高层建筑天然气供气设计具有其独特性.因此,在进行高层建筑天然气供应设计时应根据高层建筑的特点,考虑一下几个方面：

l）高层建筑层数多,建筑体积大,故建筑物自重很大,其天然气供应设计时应考虑建筑物的沉降问题；

2）由于高层建筑高,建筑物受风载荷作用会出现水平位移,有可能使得建筑物内的天然气管受到破坏；

3）由于高层建筑太高,使得天然气立管比较长,管道的自重大,因而作用于下层管道的力比较大,为此应考虑因管材自重给管道带来破坏影响.

4）高层建筑管道太长,由于管道工作温度与安装温度不同,且管道工作温度是变化的,应当考虑由于温度应力对管道作用力.尤其是对南方建筑,较多的管线（包括立管）安装在室外,因大气温度的变化管线内有不同应力.

5）高层建筑因楼层很高,天然气由于比空气轻,将形成附加压头,会影响燃气的输配及燃烧设备的正常工作,应当使燃烧器前压力限制在一定范围内波动.

6）应从安全、卫生及消防角度,在保证燃烧设备正常运行条件下,组织好燃烧所必须的进排气系统.

3.高层建筑天然气供应设计常见问题解决措施

3.1克服高层建筑物的沉降

由于高层建筑物的自重很大,而土壤的承载能力是有限的,建筑规范里高层建筑物地基有一定的允许沉降量,这将给建筑物内的天然气管道布置带来很大困难,尤其是引入管的连接,建筑物的沉降处理不好将使管道出现折断、脱开、破裂局部受力等问题,从而容易造成安全事故.克服建筑物的沉降通常所采用的办法,是在引入管处采用弯曲管、蛇形管等挠性管,在管道穿墙处适当留出建筑物的沉降量.

3.2高层建筑的水平位移的克服

高层建筑因其高度高,使得建筑物在风载荷的作用下,特别是台风等恶劣气候环境中,此超高层所具有的风动力特性,建筑物在在风载作用下上部会发生水平位移,且根据风速的不同,其建筑的振动周期也不同.尽管通常超高层建筑的结构设计不仅仅满足强度和位移要求,还要控制结构在风荷载作用下的动力特性,但对于天然气供应系统来说,还必须考虑这些不可避免的结构特性所带来的对天然气供应系统的负面影响.因此,在进行高层建筑天然气供应设计时必须对天然气竖管和横管进行伸缩补偿,且不论竖管和横管,必须在其上设置锚固点,以限定补偿的范围,在横管上的伸缩补偿器应设置在锚固点之前,而锚固点之后的天然气稳压器、阀门等管道设备,应视作相对于建筑是无水平位移的.

3.3高层建筑内燃气竖直管道自重的克服

由于高层建筑物内的天然气竖直管长,使得其自重很大,便产生了很大的压应力.对于钢管,工作温度在200摄氏度以下,有研究表明,只有立管高度在700以上,立管底部压缩应力才能达到允许应力,故一般高层建筑可不考虑立管自重产生的应力破坏,但计算推力或综合时不能忽略.为了使整个立管自重能均匀分摊,在建筑物中每层（或每隔几层）设置支撑点,由这些支撑点来均摊立管的自重,以减少立管底部压缩应力过于集中.

3.4高层建筑热应力的消除

超高层建筑内很长的竖直燃气管道,由于施工时期的环境温度与主管工作时的温度不相同,会产生热应力.目前南昌地区在进行高层建筑物天然气供应设计时一般采取设置波纹补偿器的措施来消除高层建筑物内天然气立管的热应力.

3.5高层建筑管道附加压力的产生与消除

3.5.1高层建筑物附加压头的产生

由于天然气的密度比空气小,所以随着高层建筑的楼层升高,管道内的天然气压力也会不断升高.这增加的压力就是通常我们所说的附加压头.多层建筑由于高度不太高、附加压头影响不大,故可不考虑.但对高层建筑,由于附加压头比较大,会对燃烧器的燃烧造成一定的影响,使天然气燃烧不完全,甚至回火或脱火,从而影响燃烧器的使用寿命,极大地增加了用气的安全隐患,因此科学地改进技术、有控制地降低天然气附加压头是在进行高层建筑物天然气供应设计时必须考虑的问题,也是保障高层建筑物天然气供应系统安全运行的重要课题.

在标准状态下,

3.5.2克服附加压头所采取的措施

（1）增加管道沿程阻力,使天然气压力降低.目前,有些城市在高层建筑天然气供应设计时规定每隔6层在立管上加一个截流阀,以增加局部阻力.此方法因流量是经常变化的,局部阻力也会改变,不能保证用具需要的压力值,故不太好.更好的做法是在立管上加中途调压器（即稳压器）,可保证用具压力.

（2）对于饭店和宾馆可以通过改变燃具的额定压力,设置特殊的专用燃具来克服附加压头的影响.因饭店和宾馆厨房的数量少可以直接订货制造用具.

（3）设用户调压器,即在每个用户天然气用具前设置调压器.此方法因会大幅增加投资很难大规模采用.

（4）设置防升压装置.根据高层建筑的供气方式和对压力的要求,为消除附加压力的影响,可在供气管上设置防升压装置.