对当前高层煤气工程设计方式的综合研究
论文关键词:高层建筑 煤气工程 设计方案
论文摘要： 我国的城市化进程越来越快，现代建筑技术得到飞速发展，煤气工程的设计方式也越来越多样化。本文系统分析了高层煤气工程设计应该注意的几个重点事项，进而分别对上环下行设计方式、下环上行设计方式等几种主要的煤气工程设计方法进行具体的介绍，详细阐述了这些煤气工程设计方式的设备设置、工作原理、设计优势、工作局限性以及各自的重点注意事项等。
近年以来，随着社会的不断发展，我国城市化进程越来越快。为了满足飞速增长的城市居民对生存空间的需求，取得综合的最大化经济效益，现代建筑正在向着空间高层与多层的方向发展。在这个发展过程中，煤气工程因为其特殊地位，在高层建筑煤气工程总体进行设计时越来越受到各方的重视。在高层建筑物中，煤气工程是整栋建筑的给养管道和生命线，其设计既要做到科学合理、安全有效，又要做到不影响其他管道线路等的敷设。在其具体的实际设计中却还存在不少问题，例如：现代的高层建筑物地面的用地资源非常有限，而地下又管道密布，并且一般都会建有多层地下室，这就对煤气工程管道的设计造成管道埋设深度难以控制、与其他的管道以及建筑物之间间距不充分等施工困难。
一、 高层煤气工程设计的注意事项
在建筑物施工方案设计时，煤气工程的设计是一个非常重要的部分。
（一） 采取措施消除煤气管道的附加压力。高层建筑的高程比较高，其燃气立管也就会比较长，而城市中燃气的密度和空气的密度有一定的差异，在燃气立管就有比较大的附加压力产生。根据科学研究结果可知，在高层煤气系统中，随着楼层的升高，附加压力对燃具的燃烧效果产生的影响也在增大，也就相当于管道的阻力在逐渐地降低。过大的附加压力，会造成某些用户在使用燃气时压力波动突然增大，其变动幅度超出了燃具进行稳定工作的范围，较大地影响了用户燃具进行正常的燃烧，造成诸如燃气不能完全燃烧、燃具离焰、燃具脱火、燃具回火以及燃具突然熄火等严重的后果，较大地影响了供气的安全性，使高层煤气系统的安全性能大打折扣。
（二）加强设计避免建筑产生沉降煤气管道的影响。建筑物尤其是楼层较高的建筑物在建成后之后都产生或多或少的沉降，这将对燃气的引入管道产生较大的威胁。在高层建筑物产生相对沉降对时，燃气的引入管相对而言是静止的，在一定程度上燃气的引入管承受着来自高层建筑物内部作用而产生出的切应力，如果切应力超过一定的极限，燃气管道就会出现断裂，造成一定程度的燃气泄漏，对用户的安全产生很大的威胁。
（三）注重防火消防设置。高层建筑高度较高，层数较多，一般人员也较为密集，一旦发生火灾，人员的疏散非常困难，因此在对煤气工程进行设计时一定要从管道位置的设置上注重消防安全，同时也要配置科学先进的设备，高度重视防火设备的设置。一般地，具体措施有：①在煤气的引入管端口设置一个快速切断阀，并且每隔六到七层加设一个分段的阀门。②要求各个用户家中设置煤气报警装置、起火自动切断装置、厨卫送排风装置等安全设备。并且这些系统装置应该连动反应。③定期对高层建筑中的煤气管道和煤气设备进行检测维修，以保障其能在突发状况下安全运行。
二、 上环下行的煤气工程设计方式
在高层煤气工程的设计方案中，采用较多的是上环下行煤气工程设计方式。这种设计方式通过将中压煤气管道沿着高层建筑物的外墙敷设到建筑物顶端，经顶端的中-低压调压箱进行调压后，根据实际需要分出若干根低压煤气立管，各个低压煤气立管再沿着接近煤气使用房间的楼宇外墙或者阳台向下敷设，将煤气引至各个用户的供气方式。实施时，每一条低压煤气立管都要安装相应的控制阀门，控制用户的数量。
这种煤气工程设计方式中的煤气调压设备、煤气控制阀门以及煤气放散管都安装在屋顶，设置在建筑外立面的燃气设施较较少，而且楼宇顶端的管道均为明设，检测维修较为方便，一般建筑物外墙的美观要求比较高、屋顶上人比较方便较多地采用这种方法。多使用与那些楼层不多、用户数量较少的建筑物。在煤气工程使用这种自上而下的供气方式时，因为密度差异，其建筑物高程差异在煤气立管中产生的附加压力将一部分的管道阻力损失进行抵消。但是在转换煤气后，由于煤气的密度比空气要小，由上向下的输气压力会产生较大的损失。而且如果建筑物的屋顶是倾斜的、屋顶为私人住户时，缺少安装煤气设备和煤气管道的空间，难以采用这种方法。
采用上环下行的煤气工程设计方式要特别注重避免建筑产生沉降对煤气管道的影响，主要是在煤气设计中，对煤气的引入管进行保护：①在煤气的立管或者穿墙管前端的水平管上添加设置一个波纹管的补偿器，通过对补偿器中补偿能力的利用，尽量建筑沉降对减小煤气引入管产生的切应力。②在煤气的立管或者穿墙管前端的水平管上添加设置几个弯头，最好使用煨弯的方式，这些弯头也就相当于加设了一个方型的补偿器，利用弯头的自然补偿力来减少煤气引入管受到的切应力。这种方法操作起来简单易行，不过受到煤气引入管的位置限制较大。③在煤气引入管穿越墙体施工时加设适量的钢套管，设置这些钢套管时要保证煤气管道的上端和钢套管之间的间隙比高层建筑物的最大沉降量大，下部也应该留有相当的间隙。
三、 下环上行的煤气工程设计方式
下环上行煤气工程设计方式正好与上环下行的煤气工程设计方式相反，是将
楼栋的调压箱设置在高层建筑物的一层外墙上，然后对燃气经进行调压，再通过埋在地底的低压管道将煤气引到各个低压的煤气立管阀门箱前，再经过各自的控制阀后端沿着建筑物的外墙引上煤气的一种供气方式。这种煤气工程设计方式一般适用于建筑物屋顶缺乏布管条件的情况，而且远期转换煤气后，由于煤气密度要小于空气的密度，这种由下向上的煤气设计方式有一定的优势。在进行具体的设计时，要根据煤气的实际供应楼层数，来计算出最安全、最经济的煤气管径。而设备的调压箱一般要尽量安装在和各条煤气立管距离较近的位置，如果存在相邻的煤气立管距离较远的情况，一般考虑增设煤气调压箱。
随着楼层的升高，附加压力在逐渐增大，管道阻力在不断降低，采用下环上行的煤气工程设计方式，要采取一定的措施，极力增加管道的阻力，以消除附加压力的影响。具体可以采取的措施主要有：①每隔一定的层数就设置一节流阀，通过这种简便、实惠、容易操作的方法可以起到一定的作用。然而，如果只有顶层的极少数用户使用煤气时，就不能很明显地减少附加压力，燃气管内的流量受到户数多少的影响较大，从而致使燃气立管内部的阻力方式变化，还是会对用户燃具前的压力造成一定的波动。②在煤气立管上设置低-低压调压器。附加压力在200Pa以上的楼层，一般需要设置低压调压器来稳定用户燃具前的压力，以消除附加压力的影响。③在每户装设阀门。根据各个楼层的燃气压力的实际情况，分别对阀门的开度进行调整，以节流调压，将附加压力的影响降到最低，尽量满足每户燃具进行正常工作所需的压力。这种方法在具体的使用中存在阀门开度控制困难的问题，应用不是很广泛。④中压管道直接设计进入建筑物，并在户内的燃气表上添加中-低压调压器装置，尽量减少用户之间的相互影响，在用气的高峰时期压力波动也较小，而且在调压器后端的低压管段比较短，因此燃具的工作一般都是处在额定压力之下，呈现较好的运行工况。然而，相较于低压管道，户内的那一部分中压管道一定程度上减低了安全性能，也增加了工程的造价。
在使用下环上行的煤气工程设计方式时，楼层低于20层的建筑一般通过在立管上甚至节流阀来减低附加压力，高于20层的较多地则采用在用户前端设置用户的低-低压调压器的办法。这两种方法都是能比较有效地对付附加压力，确保燃具前的压力稳定可靠，同时工程造价又相对较低。
四、 上环下行与下环上行相结合的煤气工程设计方式
上环下行与下环上行两种煤气工程设计方式相结合方法就是将高层的煤气供给系统与低层的煤气供给系统分开设置的方法。这种方法工程量较大，供气管道、煤气阀门以及调压器的数量较多，工程造价也较大，但是对于那些楼层在25层以上，楼内用户较多，楼宇情况复杂的建筑物要实行稳定有效的煤气供给就必须采用这种方法。当有煤气泄漏等事故发生或者管道检修时，这种煤气设计方法对用户的影响也会较小。在这种方法的实际应用中，一般较低楼层使用下环上行系统供气，而较高楼层则使用上环下行方法供气。
五、 结论
综上所述， 随着我国在社会高速发展和城市化进程的加快，对城市建筑施工的要求越来越严格。煤气工程的设计一定要从建筑全局出发，充分考虑高层建筑内部沉降、煤气立管的附加压力、火灾事故等会对管道产生较大影响的因素，确保建筑安全，更要确保建筑用户的生命财产安全。可以预见，在大力提倡发展低碳经济，关注建筑安全的当代，高层建筑物的煤气工程设计在建筑主体结构设计中将得到越来越大的重视。
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