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1、摘要随着城市燃气工业的迅速发展，燃气工程设计在各地都必不可少。本文就以西南石油大学教工区的燃气工程设计为例，对小区天然气管道进行布置、计算和研究。从大范围来讲，庭院、小区燃气管网工程设计，首先要依据燃气设计规范、施工规范、消防规范、以及相应规范和手册进行；然后要结合地区地理、气候特点及各地天然气公司的运行规程等实际情况，从技术可行性、经济合理性出发，综合考虑进行设计。本工程严格按照国家燃气规范，通过现场踏勘，依次进行庭院管网、引入管、立管、户内管线的设计；用AutoCAD2008软件绘制出小区天然气管道平面布置图、室内燃气管道平面布置图和楼栋燃气管道系统图。本文采用试算法进行了庭院和室内管网水
2、力计算，确定出中、低压管道的管径，合理选用出调压器型号。还对小区然气工程施工技术要求进行了编写，统计出了设计所需的相应设备和材料数量。为保证设计的合理性，文章还对城镇燃气的质量要求、小区燃气工程管线和设备的布置原则、设备的选型及管材的选择进行了说明。特别是对当前燃气工程设计中存在的问题进行了详细的分析并提出了解决方法。本设计出能反映出当前民用燃气的发展方向，对燃气设计的改进有着非常重要的意义。关键词：天然气；燃气输配；管道设计；管网水力计算AbstractWith the rapid development of city gas industry,the design of natural
3、gas project is an indispensable part in the modern city. This paper based on the natural gas project of Southwest Petroleum University Staff Area to layout,calculation and research the natural gas pipeline in residential.From a wide range of speaking, the design of garden, residential gas network, a
4、t first , based on design specifications, construction specifications, Fire Code, and the corresponding norms and manual; and then combine the design with local geography, climate characteristics and the rules of the local gas companies. Taking the technical feasibility, economic reasonableness into
5、 account.The graduation project is based on the national norms and standards of the city gas distribution. Through on-site spot survey, we designed the yard pipe network, introduction of pipes, risers, the pipeline of the indoor; We used the AutoCAD software to draw the maps of area natural gas pipe
6、line, indoor gas pipeline and gas pipeline system of the buildings; Through calculating the indoor garden and water pipe network, the diameter of the mid-pressure and low pipeline can be designed; According to residents gas quantity to determine the models of voltage regulator, we completed the tech
7、nical requirements of residential natural gas engineering description, statistic the corresponding equipment and the amount of material. To ensure the design is reasonable, This article also describes the quality requirements of city gas, indoor gas pipe routing and equipment layout principles ,and
8、the selection of the equipment and the tubing. Particularly, this article analysis the problem of the design of natural gas project nowadays and proposed some solutions .This design which reflects development of the city gas will be meaningful in the future.Keywords: Natural gas; Gas Transmission an
9、d Distribution; piping design; pipe network hydraulic calculation 目录1绪论11.1燃气工程的目的11. 2燃气工程的意义11.3国内外研究现状12城镇燃气的质量要求32.1城镇燃气的基本要求32.2燃气中杂质及有害物的影响32.3城镇燃气的质量要求32.4燃气的加臭33小区燃气管线及设备的工艺布置33.1室外燃气系统的布置33.1.1确定压力级制33.1.2室外燃气管线的布置33.2室内燃气系统的布置33.2.1用户引入管的布置33.2.2燃气立管的布置33.2.3室内燃气管道布置33.3燃气表、具布置33.3.1燃气计量表的
10、布置33.3.2家用炊事燃具的布置33.3.3家用热水器的布置34设计施工中常遇问题及解决方法34.1设计中常遇问题34.2解决方法34.3高层建筑设计需注意的问题34.3.1附加压头34.3.2高层建筑沉降34.3.3燃气立管应力补偿措施34.3.4高层建筑燃气用户安全防护35设计说明书35.1概述35.1.1工程概况35.1.2设计原则35.1.3设计参数35.1.4设计内容35.1.5设计遵循的主要规范和标准35.2工艺设计35.2.1工艺流程及工艺简介35.2.2调压箱的选择35.2.3燃气计量仪表的选择35.2.4管材选择35.2.5管径计算35.3施工技术要求35.3.1管道施工3
11、5.3.2管道防腐35.3.3管道接管35.4置换、试验与工程验收35.5消防与用气安全36计算说明书36.1计算参数36.1.1天然气密度36.1.2天然气重度36.1.3天然气粘度36.1.4室内燃气管道计算流量36.2管网水力计算36.2.1水力计算的方法36.2.2室内天然气管网水力计算36.2.3庭院天然气管网水力计算36.3管网水力工况的设计36.3.1低压管网计算压力降的校核36.3.2调压器流通能力的校核37 结论和建议37.1结论37.2建议3谢辞3参考文献3附录33（2）1绪论1.1燃气工程的目的城镇燃气由气源、燃气输配系统和燃气应用系统组成。为了满足燃具燃烧的稳定性和良好
12、的运行工况，必须控制燃具前的压力波动在一定的范围，因此必须对管网进行水力计算和管道设计安装。燃气工程设计目的是使管网的安装更加规范合理。地面及室内管道的安装作到横平、竖直、美观安全，即可以节约投资的费用，又使管网设计更加经济合理，管网运行更加安全可靠。现代住宅小区对于燃气管道的规划和设计不仅要求设计者要为居民提供安全可靠的燃气供应，还要减少燃气管道对建筑物的不良影响，以营造舒适美观的居住环境。这就需要我们更新观念、大胆创新、勇于突破，在遵守规范、确保安全的前提下，设计出与建筑物风格配套统一，与周围环境相协调的燃气管道工程。1. 2燃气工程的意义早在1792年，美国人就开始用燃气照明。随着生产和
13、城市建设事业的发展，人们逐渐认识到燃气的使用不仅给生活、生产带来极大的方便，而且在合理使用能源、节省动力、减少城市污染方面也带来了很大好处。燃气是一种优质燃料，近几年来，我国城市燃气事业有了较大发展，随着城市建设和经济的发展，人们生活水平逐渐提高，对燃气的需求也更加强烈。我国在上世纪末，以陕气进京为代表拉开了城市大规模利用天然气的序幕。“西气东输”、近海天然气的利用、“俄气南输”和进口液化天然气等项目，根本改变了我国城市燃气发展的面貌，我国城市燃气的发展也开始走上了与世界各国城市燃气相同的发展道路，这也标志着我国城市燃气将发生质的飞跃，在城市清洁能源战略转移中大大向前迈进一步。天然气以其优越性
14、迅速代替其它燃料，成为城市居民及公共建筑、工业用户的主要燃料。而燃气工程也成为城市建设中必不可少的部分，对人们生活质量水平的提高有着十分重大的意义。1.3国内外研究现状长期以来，燃气行业普遍存在重视输配干支线的设计，轻视室内设计，有的干脆不作设计，仅凭现场放线施工安装。这种方式已越来越不适应正在快速发展的住宅建筑的要求，引起开发商和用户的不满。新形势下的室内燃气设计将涉及更多的新技术、新观念，需要深入探讨的技术也更多。另外，现行设计中对安全的考虑很不充分，常有用户安全事故发生。方便且安全可靠地使用燃气，必将成为未来室内燃气设计中的重中之重，这包括管材设备(表具)的选择、管线工艺布置、安全监控设
15、备、国内外高新技术的应用等。在日本，采用埋墙式不锈钢波纹管(柔性、耐腐蚀、50年长寿命)作为室内配管；使用智能型煤气表，监测到灶具脱落时的异常大流量、地震时的波动以及燃气泄漏时，可自动关阀并报警；灶前安装保安阀，灶具热水器等本身设有多达20种的安全保护，确保了用户用气的安全可靠。为适应这一发展趋势，国内的各大燃气器具制造厂商也逐步重视安全保护设计，正积极引进、学习国外技术，迎头赶上，但室内管道设计中的安全设计依然有待加强。2城镇燃气的质量要求2.1城镇燃气的基本要求城镇燃气的正常安全供应是保证居民正常生活的重要前提。而作为城镇燃气气源，对它的要求也有相当严格的标准。城镇燃气气源应尽量满足以下基
16、本要求：（1）热值高 城镇燃气应尽量选择热值较高的气源。燃气热值过低，输配系统的投资和金属耗量就会增加。只有在特殊情况下，技术经济比较认为比较合理时，才允许使用热值较低的燃气作为城镇气源。（2）毒性小 为防止燃气泄露引起中毒，确保用气安全，城镇燃气中的一氧化碳等有毒成分的含量必须控制。（3）杂质少 城镇燃气供应中，常常由于燃气中的杂质及有害成分影响燃气的安全供应。杂质可引起燃气系统的设备障碍、管道阻塞、仪表失灵、燃具不能正常使用，甚至造成事故。2.2燃气中杂质及有害物的影响（1）硫化物燃气中的硫化物主要是硫化氢，此外，还有少量的硫醇，二硫化碳。天然气中主要是硫化物。硫化氢是无色，有臭鸡蛋气味的
17、气体，燃烧后生成二氧化硫。硫化氢和二氧化硫都是有害气体。（2）氨 氨对燃气管道、设备及燃具都有腐蚀作用，燃烧时会生成氮氧化物（NO、NO2）等有害气体。但氨对硫化物产生的酸性物质有中和作用。因此，燃气中含有微量的氨有助于保护金属管道和设备。（3）一氧化碳 一氧化碳是无色、无味、有剧毒的气体。一般要求城镇燃气中一氧化碳含量小于10(容积成分)。（4）氧化碳 氧化碳易于双键的烃类聚合成气态胶质，附着于输气设备及燃具上，引起故障。燃气燃烧产物中的氧化氮对人体也是有害的：空气中氧化氮对人体也是有害的。空气中氧化氮的浓度达到0.01时，可刺激人的呼吸则会危及生命。（5）水 在天然气进入长距离输送管道前必
18、须脱除其中的水分。水与其他杂质在局部的积聚会降低管道的输送能力；水的存在还会加剧硫化氢和二氧化碳等酸性气体对金属管道及设备的腐蚀。2.3城镇燃气的质量要求城镇天然气与人工燃气：城镇天然气的质量标准应符合表2.1中一类气或二类气的规定，人工燃气则应符合表2.1中三类气的规定1。表2.1天然气的技术指标（GB17820）项目一类二类三类试验方法高发热值31.4GBT11062总硫（以硫计）（mg/m3）100200460GBT11061硫化氢(mg/m3)620460GBT11060.1二氧化碳()3.0GBT13610水露点()在天然气交接点的压力和温度条件下，天然气的水露点比环境温度5GBT1
19、7283注：（1）标准气体体积的标准参比条件是101.25kPa，20；（2）取样方法按GB/T13609。2.4燃气的加臭燃气属易燃易爆的危险品，因此，要求燃气必须具有独特的、可以使人察觉的气味。使用中当燃气发生泄漏时，应能通过气味使人发现，在重要的场合，还应设置检漏仪器。对无臭或臭味不足的燃气应进行加臭处理。经长输管线输送的天然气，一般在城镇的天然气门站进行加臭2。城镇燃气加臭剂应符合以下要求：（1）加臭剂和燃气混合在一起后应具有特殊的臭味。（2）加臭剂不应对人体、管道或其他接触的材料有害。（3）加臭剂的燃烧产物不应对人体呼吸有害，并不应腐蚀或伤害与此燃烧产物经常接触的材料。（4）加臭剂溶
20、解于水的程度不应大于2.5。（5）加臭剂应有在空气中能察觉的加臭剂含量指标。3小区燃气管线及设备的工艺布置3.1室外燃气系统的布置3.1.1确定压力级制进行城市住宅小区燃气工程的设计，首先应当确定管道系统的压力级制。压力级制的确定对燃气工程的投资建设、运行管理、供气安全等起着非常重要的作用。当前常用的居民住宅小区调压方式有三种：即户内中- 低压调压、楼栋中- 低压调压和区域中- 低压调压3。其中，户内中- 低压调压方式不影响建筑环境美观且工程造价较低，但由于地上管连接的相对不可靠性，一旦发生中压系统泄漏，其危险性远大于低压系统。楼栋中- 低压调压方式仍有一段中压垂直引出立管外露，存在车辆等机械
21、碰撞及其他因素损坏的可能性，而且此段管道的自然氧化腐蚀程度也比较大，一旦气体泄漏，将对附近的行人及楼栋造成危害。另外，楼栋中- 低压调压方式与区域中- 低压调压方式比较，存在调压箱数量多，管理和维修的工作量大的弊端。区域中- 低调压方式与前两种调压方式相比，安装地下管网的投资费用增加了约10%；但区域中- 低调压供气的稳定性强，安全系数大。现代住宅小区中的楼栋分布规律且比较集中，为区域调压提供了有利的条件。天然气经过区域调压站调压后通过低压管网送至各楼栋，符合综合考虑安全因素的原则，而且小区低压管道可布置为环状，其水利可靠性可以得到保证。3.1.2室外燃气管线的布置住宅小区内的地下管线主要根据
22、小区自身规划和各专业提出的方案确定。但由于小区内道路较窄，而市政配套管道主要有给水管、污水管、雨水管、燃气管、电力电缆、电信电缆等6 种(个别地区还有热力管道)，用地十分紧张，并且，各专业管线在施工时未能统一协调，随意变动性较大，先后施工的管道往往被迫重叠。因此，作为设计人员，应在符合城市工程管线综合规划规范(GB50289 1998)和城镇燃气设计规范(GB50028 2006)的要求下，查明管道周围的障碍物及地下各种设施的分布情况，充分利用有限的地下空间，使燃气管线在住宅小区地下空间中占有合理的位置。一般燃气管布置在人行道或慢车道下，将其与给水管相邻，以充分利用城镇燃气设计规范(GB500
23、28 2006)中给水管与燃气管的净距可为0.5m的规定，节省地下空间。考虑给水管上安装阀门井及施工与检修，给水管与燃气管的中心间距可1.5m。虽然规范对地下燃气管道与建筑物、构筑物以及其它各种管道之间应保持的净距作出了规定,但随着科学技术的发展，管道材料、施工质量及运行管理水平的提高，安全距离在采取行之有效的措施后可以适当缩小。3.2室内燃气系统的布置室内燃气管道系统由用户引入管、干管、立管、用户支管、燃气计量表、用具连接管和燃气用具所组成。如图3.1所示：图3.1 室内天然气管道系统3.2.1用户引入管的布置用户引入管与城镇或庭院低压管道连接，在分支处设阀门。燃气引入管亦称进户管，一般从家
24、庭厨房、楼梯间或走廊等便于修理的非居住房间处引入，不应从卧室、浴室、易燃或易爆的仓库、有腐蚀介质的房间、配电间、变电室、电缆沟、烟道和进风道等处引入。其进户方式有两种：（1）地下引入 引入管自室外埋地燃气管接出，穿过建筑物基础及建筑物底层地坪，直接引入室内，在室内立管上设三通管作为清扫口。地下引入管线短，简单易行，多用于北方气候寒冷地区及管径大于100mm的引入管。（2）地上引入 引入管自埋地管或用户箱式调压器接出，沿建筑物外墙，在一定高度穿过外墙引入室内。根据引入高度的不同，又分矮立管和高立管引入两种。在寒冷地区，室外立管需要采取保护措施。引入管穿过承重墙、基础或管沟时，均应设在套管内，必要
25、时应该考虑沉降的影响，采取补偿措施。图3.2 用户引入管3.2.2燃气立管的布置引入管上可连一根燃气立管，也可通过设置水平干管连接若干根立管。水平干管可沿楼梯间或辅助房间的墙壁敷设，坡向引入管，坡度应不小于0.002。管道经过的楼梯间和房间应有良好的自然通风条件。燃气立管的布置由于燃气管道与其它管道分散布置,其立管若布置不当容易影响建筑物的整体立面效果，破坏建筑原有风格。因此，在进行室内燃气系统立管设计时，除必须遵守有关设计规范的要求以外，还应考虑其布置的最佳位置，做到既安全可靠，又不影响美观。燃气立管一般应设在厨房、走廊或楼梯间内。当由地下引入室内时，立管在第一层处应设阀门。阀门一般设在室内
26、，对重要用户应当在室外另设阀门。立管的上下端应装丝堵，其直径一般不小于25mm。立管在通过各层楼板处应设套管。套管高出地面至少50mm，套管与燃气管道之间的间隙应用沥青和油麻填塞。由立管引出的用户支管，在厨房内其高度不低于1.7m，敷设坡度不小于0.002，并由燃气计量表分别坡向立管和燃具。支管穿过墙壁时也应安装在套管内。3.2.3室内燃气管道布置由于燃气的相对高危险性，使其安装要求较为严格。室内燃气管道不应敷设在易燃易爆的场所或仓库、配电间、变电室、电缆沟、烟道和进风道等处。当必须敷设在潮湿或有腐蚀介质的场所时，必须采取特别的防腐措施。当燃气管道需穿过卧室、浴室时，必须采用焊接连接，并必须设
27、置在套管中，燃气管道的立管不得敷设在卧室、浴室或厕所中。室内燃气管道应明管敷设，当建筑物或工艺上有特殊要求时，可敷设于带有盖板和通风孔的管槽、管沟内或建筑物的设备层、管道井及可拆卸的吊顶内等处。暗设的管槽应设活动门和通风孔，暗设的燃气管道沟应设活动盖板，并填充干沙。沿墙、柱、楼板和加热设备构架上明设的燃气管道应采用支架、管卡或吊卡固定。管道的固定件间距不应大于表3.1的规定4。表3.1 钢质管固定件的最大间距管道公称直径，mm无保温层管道的固定件的最大间距，m管道的公称直径，mm无保温层管道的固定件的最大间距，m152.510072031258253.51501032420012404.525
28、014.550530016.570635018.5806.540020.5室内天然气管道和电气设备及相邻管道之间的净距，不应小于表3.2的规定。表3.2 天然气管道和电气设备、相邻管道之间的净距管道和设备与天然气管道的净距，cm平行敷设交叉敷设电气设备明装的绝缘电线或电缆2510暗装的或放在管子中的绝缘电线5（从所作的槽或管子的边缘算起）1（注）电压小于1000V的裸露电线的导电部分100100配电盘或配电箱30不允许相邻管道应保证天然气管道和相邻管道的安装安全维护和修理2燃气为湿燃气时，室内燃气管道的坡度不应小于0.003，小口径坡向大口径，支管坡向干管，必要时设集水管集水（集水管可采用与管
29、道口径相同的，长约300mm的短管，下端加管塞。管道不得坡向燃气表。干燃气表不必考虑坡度。3.3燃气表、具布置3.3.1燃气计量表的布置室外集中式挂表是在住宅底层楼外靠近厨房的位置设置集中表箱。燃气引入管进入表箱后分别引支管与燃气表相连，各表后接用户支管形成管束引出表箱至各户所在楼层，并以适当高度进入厨房。集中表箱和配管往往影响建筑立面美观，而且对于冬季寒冷地区还需考虑表箱的保温，因为按城镇燃气设计规范的要求，家用燃气表工作环境温度应高于0C。室内分散式挂表是将燃气表装在各户的非封闭房间内， 一般安装在厨房。这种挂表方式若不作掩饰处理，会破坏厨房内墙面的完整性，影响装修效果。燃气计量表的布置应
30、满足如下规定：（1）燃气表应设置在有良好通风的非燃结构上，并满足便于施工、维修调试和安全使用的要求。（2）工业或商业用户气的计量装置宜集中布置在单独房间内，当设有调压站时可与调压器同室布置。（3）居民住宅内燃气表应明设，采用高锁表时，表底距地面不小于1.4m，表侧面与燃气灶净距不小于30cm，表背面距墙面不小于1cm；采用低锁表时，表底距地面不小于5cm。3.3.2家用炊事燃具的布置家用炊事燃具的布置应满足如下规定：（1）燃气灶应安装在通风良好的厨房内，禁止设置在卧室内，利用套间或走廊作厨房时应设门与卧室隔开。（2）燃气灶靠墙设置，与墙的净距不宜小于1m的通道，灶边与侧墙净距不小于15cm。（
31、3）燃气热水器的上方不应有明装电线或电气设备。燃气灶与燃气灶热水器的水平投影净距应不小于30cm。3.3.3家用热水器的布置家用热水器的布置应满足如下规定：（1）热水器应安装在具有良好通风性的房间或过道内，不得安装在卧室、浴室、厕所和室外。（2）燃气热水器应安装在不燃的墙壁上，与墙的净距应大于20mm；安装在易燃的墙壁上时，墙面应设隔热层，隔热层突出热水器不小于10cm。（3）热水器安装高度为由地面至热水器底部1.21.5m。（4）热负荷在35.5MJ/h以上的热水器应设置单独烟道。（5）热水器与燃气表、灶及电气设备水平净距不应小于30cm，其上部不应有电力明线、电气设备和易燃物。4设计施工中
32、常遇问题及解决方法4.1设计中常遇问题（1）室内燃气管道影响厨房装修的美观程度设计人员在进行燃气管道入户设计时，思路往往局限于不违反设计规范上，不能将规范上的东西灵活应用，也没有将户内燃气管道同厨房的其他设施作为一个整体来考虑，在设计上缺乏整体统一性，影响厨房美观，造成有些用户入住后，觉得煤燃气设施影响其装修效果，而私装滥改，漏气现象时有发生5。（2）所用管材材质单一燃气公司在室内安装中大多数使用镀锌管。它有耐腐蚀性、抗压和抗冲突性强等优点，也有自重、安装复杂、接头多等缺点。城镇燃气设计规范GB50028 - 2006中10、2、3规定：室内燃气管道也可使用铜管、不锈钢波纹管、铝塑复合管等。应
33、根据具体情况选择不同材质的管材。（3）燃气管道为明设明设燃气管道虽然施工和维修方便，但难以满足用户对室内设施美观的要求。有些用户为了厨房的整体美观，在装潢时就将燃气管道包装起来，这样使得燃气泄露时不容易被发现，造成安全隐患。这样用户虽然违章，但也从一个侧面反映了大家对燃气管道布置美观性的共同要求。燃气公司对此也只有采取罚款、恢复原状等办法，没有从最根本的设计上解决问题。（4）为避开其他设施，挂表高度有时不当目前居民用户使用的燃气表大都采用智能IC卡表，正常挂表高度为表底距地面的高度为1.71.8m。当用户厨房面积较小时，为躲开建筑物上给抽油烟机预留的电插座(一般设计为1. 82m高)，只能将表
34、高挂(最高处在2. 5m以上)或低挂(最低处在1. 2m左右)。高挂不便于用户日后插IC卡及更换电池，也不利于燃气公司换表维修；低挂表影响用户摆放橱柜及安装燃气灶具。4.2解决方法要解决上述问题，首先，应该进一步修改和完善现行的设计规范。其次，设计人员也应相应的提高自身素质，加强专业能力的培养，增强服务意识，及时掌握各地的最新动态和信息，摒弃旧的僵化的设计观念，跟上时代发展的步伐，重视建筑设计发展方向和标准要求，在符合国家现行规范、保证安全的前提下，选择和创造各种新的设计思路，进行人性化设计。我认为可以从以下几个方面改进燃气的室内设计：（1）设计时灵活运用设计规范，不要死搬硬套。在保证安全的基
35、础上，尽量满足用户对美观、方便的要求。对于一些较为复杂的工程，要多拿出几套设计方案，进行比较，权衡利弊，选择既安全实用，又美观方便的设计方案，使燃气设计符合众多住户的要求。（2）燃气公司应与建筑施工单位多沟通，使其在设计楼房整体时，就应给燃气管道预留合理的安装位置。由于用户厨房面积所限，上、下水管，暖气管和燃气管道等都要在此狭小的空间中安装，所以各管之间位置相互协调很重要6。因此，燃气公司与建筑设计单位互相应加强沟通，如果发现问题，可在建筑图纸会审时提出，以便尽早解决。为燃气管道入户设计、安装打下基础。（3）建设部大力提倡在住宅应用中推广应用新技术、新设备、新材料、新工艺，燃气设计应积极作好“
36、四新”在燃气中的尝试和应用。应采用安装方便，使用寿命长，外观美观，安全性能强的新兴材料。（4）燃气管道可以做暗设的尝试。燃气管道暗设是用户要求，也是发展的趋势。现行燃气设计规范也允许。只要加强安全措施，在设计、施工中运用各种新技术，燃气管道完全可以进行暗设。（5）对于燃气管道与燃具连接胶管老化、损坏等原因造成的火灾、爆炸事故屡有发生,建议采用硬连接或采用新型连接管道7。同时,对一些厂家、科研单位开发研制的用户燃气浓度报警自动切断装置、燃气管道智能卡计费系统、管道燃气稳压自闭阀等,应积极支持,并在进行必要的试验、试用的基础上,总结经验逐步推广。4.3高层建筑设计需注意的问题当今世界无论是经济还是
37、科技的发展都十分迅速，在大城市中，越来越多的高楼大厦不断涌现。高层建筑不但有居民住宅楼，还有集办公、娱乐、商贸等多功能为体的综合大楼，其特点为建筑外形宏伟，内部结构复杂，人员活动频繁集中，建筑设计标准高，消防安全要求严格。因此，高层建筑不同于一般建筑的特点，因而给燃气设计带来许多问题，如果在进行燃气设计时对这些问题考虑不周或处理不当，就会引发事故，其后果不堪设想。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。系统设计应该充分考虑紧急切断、防雷、防静电等安全措施。高层建筑燃气管道设计中，一般存在四个方面的
38、问题，即管道输送介质因高程差产生的附加压头、建筑沉降对管道的补偿、管道温差变形应力的补偿及管道自重引起的管道下沉8。对此,应采取各种有效措施来消除这些方面的问题以保证安全。另外，高层建筑管道燃气应与建筑主体同步设计、同步施工，应重视前期预留洞工作。4.3.1附加压头当燃气管道输送燃气进入高层建筑各层用气部位时，因燃气介质与空气存在的密度差，必然在高度方向上产生附加压头，其产生的附加压力值用下面的计算公式计算： （4-1）式中 H附加压头，Pa；Pk空气密度，kgm3；Pm燃气密度，kgm3；H引人管与用气部位间高程差，m。由上式中可以看出，变化参数只有燃气密度以及管道输送高度，若燃气种类确定后
39、，为常数，则附加压头只取决于用气点的位置与管道引人间的高差。我国生产的燃气灶具工作压力范围许波动范围P=（0.751.5）Pn：（Pn：灶具额定压力)。为了便于说明问题，假定低压燃气进入高层时的压力为，最高用气点处燃气进入高层时的压力为， (：为管道压力损失)，若要灶具正常工作，其值趋向值时，这可以通过人为的增加阻力损失，使趋向于零来获得。在管道设计中，多采用分段调节或设置截流阀的方式以及变化管径的方式增加值，克服附加压头的影响。值得注意的是，值是在用气高峰这一特定工况下确定的，一旦用气工况改变，向低峰转变时，管道输送流量减小，其压力损失值逐渐变小，导致值相应增大，附加压头影响趋于明显。解决这
40、一问题的根本在于工艺设计上应采用较高的压力入户(中压进户)，表前调压方式或者采用在立管上增设稳压器的办法，以使各层燃气灶具获得稳定的工作压力。4.3.2高层建筑沉降高层建筑整体非常高大，这就表明建筑基础承受的静动载荷都是非常巨大的。因此，建筑在一定程度上会发生整体沉降。一般高层建筑在竣工后的头三年里，沉降速度大，沉降量累计可达5-10cm。建筑沉降是造成燃气引入管管道破坏的主要因素，究其原因，主要是建筑物内管道随建筑物整体沉降时，外部埋地或者架空管道趋向静止不动，结果在引入管，随着沉降量的加大，引入管受到的切应力（抗力)增加，当达到一定数值后，管道发生形变、断裂，导致燃气泄漏，造成事故。对于高
41、层建筑沉降带来的不利因素，在燃气设计中要加以充分考虑，并可通过调整管道工艺设计，加以解决。即可在引入管处安装伸缩补偿管或者金属软管来消除沉降的影响，伸缩补偿管有波纹管等形式，房屋沉降时由伸缩补偿管吸收变形，避免破坏9。单层建筑和多层建筑沉降量较小。对燃气引入管的影响也较小。通常是将穿过建筑基础或墙的燃气引入管设置在大于引入管的套管中，建筑物的少许沉降不至于使燃气管道受压而损坏。高层建筑的高度越来越高，由于自重很大，允许沉降量相应的也很大。其沉降对燃气引人管的影响就不能忽略。因此，穿过基础、墙壁的燃气引入管孔洞，必须大于建筑物的计算允许沉降量，一般是燃气管的上部与建筑物预留孔洞的上部间距为沉降量
42、的1.5倍，另外，对引入管采取有效的补偿措施，对于保证燃气的安全运行也是十分必要的。4.3.3燃气立管应力补偿措施（1）压缩应力及补偿措施高层建筑燃气供应一般采用中压进户方式，中压立管均为10号或20号无缝钢管。管道自重产生的压缩应力: （4-2）式中 压缩应力，MPa；G燃气管道自重，N；S立管截面积，m2。在无承重支撑时，立管底部的压缩应力要达到允许应力，管长一般须超过1400m，而如此高的立管长度对一般高层建筑是不可能的。因此，对一般高层建筑燃气管道本身通常不至于产生压缩应力破坏。补偿措施：为使立管自重得到均匀分摊，通常在设计中要求每一层(按标准层层高) 设一个支架，以免立管底部压缩应力
43、过于集中。此外，在立管底部设置稳定的固定支架，以进一步承受立管自重。（2）伸缩量与热应力及补偿措施管道自由膨胀时，伸缩量按下式计算： （4-3）式中 L管道伸缩量，m；管材线膨胀系数，m/m；钢管管壁在20时为11.810-6m/m；t1管道安装温度，；t2燃气温度，；L管长度m。如果将管道两端固定，所产生的热应力： （4-4）式中 t热应力，MPa；E弹性模数，MPa；钢取2.1105MPa。热应力只与管道材质和温度变化有关，与管长、管径无关。无缝钢管在不同温差下的伸缩量及热应力计算结果如下（表4.1）：表4.1无缝钢管在不同温差下的伸缩量及热应力温差伸缩量应力（）50m100m150m10
44、5.911.817.724.82011.823.635.449.63017.735.453.174.34023.647.270.899.1由于高层建筑燃气管道存在一定伸缩量及热应力，因此，必须针对此采取有效的补偿措施。设计中常采用安装Z型补偿器、型()补偿器、波纹补偿器等形式。Z形补偿器补偿量不大，在实际设计中通常在升管紧急切断阀后采用多个弯头弯曲上升。管径DN50mm大多采用煨弯形式；管径DN50mm大多采用无缝弯头焊接形式。型补偿器须用优质无缝钢管，整根补偿器尺寸较小可用一根管子弯制而成。制作尺寸大的补偿器也可以用两根或三根管子焊接制成。用波纹补偿器进行补偿的管段两端必须固定。通过计算，在
45、立管上设计若干个波纹补偿器并设定相应固定支架。（3）弯曲应力高层建筑在地震裂度为7度地区受地震影响时及受风荷载影响时的允许层间相对水平位移通常为1/1500及1/3000。如高层建筑层高为3m，建筑物允许层间相对水平位移量为2mm。该值往往远小于管道的允许位移量(管道允许位移量与管材允许应力、管道弹性模数及管道回转半径有关,具体计算略)。因此，高层建筑(超高层除外)燃气管道一般在采取伸缩补偿及承重支撑等措施后，产生的弯曲应力对燃气管道的影响可忽略不计。4.3.4高层建筑燃气用户安全防护燃气是一种易燃易爆的气体，燃气管道一旦发生泄漏、出现事故，由于高层建筑人员密集，其伤亡和损失者都很大，社会影响很深。因此在高层燃气设计中，对安全防火问题国家有着明确严格的规定。故在设计中应严格执行高层民用建筑设计防火规范GB5004595的有关规定。采取安全措施如下：在引入管室外设置燃气快速切断阀门。在室内管道上设置陕速切断阀门及自动切断阀；在各用气点及管道经过的房间设置燃气泄漏安全报警装置，且自动报警系统与自动切断系统联动，并集中监控。5设计说明书5.1概述5.1.1工程概况本工程为西南石油大学教工区燃气供应工程。西南石油大学新校区位于四川省省会城市成都市的新都区（城北副中心），新都区天然气储量丰富，有13座配气站，日供气量可达7