高層建筑壓力管道設(shè)計

探討高層建筑燃氣管道設(shè)計探討高層建筑燃氣管道設(shè)計 鑒于高層建筑的特殊性及深圳市管道燃氣的供應(yīng)特點 深圳地區(qū)高層建筑管道燃氣設(shè) 計必須綜合考慮消防安全 建筑結(jié)構(gòu) 燃氣工藝 遠期發(fā)展等因素 本文對上述問題 結(jié) 合深圳地區(qū)的特點進行如下分析及探討 1 高層建筑燃氣設(shè)計的消防安全要求 1 1 緊急切斷閥系統(tǒng) 根據(jù) 城鎮(zhèn)燃氣設(shè)計規(guī)范 10 8 3 的有關(guān)要求 深圳市高層建筑管道燃氣設(shè)計中普 遍在上升總管設(shè)緊急切斷閥系統(tǒng) 目前 深圳市使用的緊急切斷閥系統(tǒng)基本上是采用氣動 執(zhí)行機構(gòu) 實現(xiàn)關(guān)閉緊急切斷閥 緊急切斷閥系統(tǒng)根據(jù)緊急切斷閥結(jié)構(gòu)和執(zhí)行機構(gòu)特點一 般有兩種形式 1 無手動氣動緊急切斷閥 控制原理 氮氣瓶將高壓氮氣經(jīng)調(diào)壓使氮氣管保持一 定壓力 依靠氮氣壓力使緊急切斷閥保持常開 氮氣瓶等氣動控制設(shè)備一般設(shè)在消防控制室 一但發(fā)生火災(zāi)等事故 消防控制室值班人員可迅速開啟球閥 放散氮氣使之迅速泄壓關(guān)閉 緊急切斷閥 設(shè)置旁通管及旁通閥門可便于緊急切斷閥的檢修 保證不間斷供氣 放散閥 門既可作置換及放散使用 也便于緊急切斷閥的調(diào)試 2 帶手動氣動緊急切斷閥 由于該緊急切斷閥既可氣動又可手動 有較好的可靠 性 因此 設(shè)計中通常不設(shè)置旁通管 相應(yīng)減少了閥門數(shù)量 節(jié)省投資 如自動系統(tǒng)發(fā)生 故障時 也可轉(zhuǎn)動手輪操作手動關(guān)閉 緊急切斷閥 目前 該形式設(shè)計較為普遍 此外 由 于一些建筑敷設(shè)氮氣管道不宜過長或有一定困難 設(shè)計中往往將氣動控制機構(gòu)改為電動 1 2 防雷 防靜電及防腐 高層建筑燃氣管道防雷設(shè)計必須針對直接雷擊 雷電感應(yīng)和雷電波侵入采取防護措 施 設(shè)計中一般要求樓頂 包括轉(zhuǎn)換層 燃氣管道及閥門箱應(yīng)與樓頂女兒墻避雷帶連接 其中樓頂管道與避雷帶連接不得小于兩處 避雷連接須采用不小于 DN8mm 的圓鋼雙面焊接 焊接長度大于圓鋼直徑的六倍以上 凡焊接處均須防腐 防雷接地裝置的沖擊接地電阻應(yīng) 小于 10 燃氣管道靜電接地電阻應(yīng)小于 100 管道及設(shè)備法蘭連接一般采用銅片跨接 螺紋連接采用不小于 DN8mm 的圓鋼作跨接 其間電阻值不應(yīng)小于 0 03 2 高層建筑燃氣管道的工藝設(shè)計 2 1 高層建筑沉降的影響及其補償措施 高層建筑因自重會產(chǎn)生一定量的沉降量 高層建筑的燃氣供應(yīng)一般采取上行下給方 式 即燃氣自庭院從上升管到達樓頂成環(huán)狀或枝狀 再通過各下降立管 中壓進戶調(diào)壓計 量后引至燃具 根據(jù)深圳市高層建筑管道燃氣的供氣形式 在設(shè)計及施工中應(yīng)考慮以下措 施 1 在上升管與庭院管連接處 燃氣鋼管盡可能采取煨彎減少焊縫 對該處焊縫要 求 100 探傷 庭院管與上升管的接口應(yīng)在高層建筑建成沉降一段時間后 并在室內(nèi)管全部 竣工后施工安裝 這樣能減少沉降對接口處的應(yīng)力 2 上升管應(yīng)在設(shè)置緊急切斷閥后管道上盡可能采取多個彎頭組合方式來進行沉降 量的補償 3 如果高層建筑基礎(chǔ)周圍為非原土層或建筑沉降較大 可在上升管出庭院地面 0 3 0 5m 處設(shè)一個金屬軟管或 型補償器 以補償高層建筑及庭院管的沉降 2 2 燃氣立管的應(yīng)力計算及其補償措施 高層建筑因立管 上升管 下降管 較長 管道自重大 管道上會產(chǎn)生壓縮應(yīng)力 因受環(huán)境溫度變化影響 立管會產(chǎn)生脹縮變形和熱應(yīng)力 另外 高層建筑物在受到風(fēng)荷載 和可能發(fā)生的地震影響時均會產(chǎn)生一定的擺動 燃氣立管因此產(chǎn)生彎曲應(yīng)力 以上三種應(yīng)力在高層建筑設(shè)計時均不可忽視 設(shè)計不當(dāng)有可能使管道自身和支架達 到破壞的程度 而造成管道彎曲 斷裂 致使燃氣泄漏 引發(fā)事故 1 壓縮應(yīng)力及補償措施 管道自重產(chǎn)生的壓縮應(yīng)力 W A 式中 壓縮應(yīng)力 MPa W 燃氣管道自重 N A 立管截面積 mm2 補償措施 為使立管自重得到均勻分攤 通常在設(shè)計中要求每一層 按標準層層高 設(shè)一支架 以免立管底部壓縮應(yīng)力過于集中 此外 在立管底部設(shè)置穩(wěn)定的固定支架 以 進一步承受立管自重 2 伸縮量與熱應(yīng)力及補償措施 管道自由膨脹時 伸縮量按下式計算 L t L t1 t2 L 式中 L 管道伸縮量 m 管材線膨脹系數(shù) m m 鋼管管壁在 20 時為 11 8 10 6 m m t1 管道安裝溫度 t2 燃氣溫度 L 管長度 m 如果將管道兩端固定 所產(chǎn)生的熱應(yīng)力 t E t 式中 t 熱應(yīng)力 MPa E 彈性模數(shù) MPa 鋼取 2 1 105 MPa 熱應(yīng)力只與管道材質(zhì)和溫度變化有關(guān) 與管長 管徑無關(guān) 由于高層建筑燃氣管道存在一定伸縮量及熱應(yīng)力 因此 必須針對此采取有效的補 償措施 設(shè)計中常采用安裝 Z 型補償器 型 補償器 波紋補償器等形式 Z 形補償器補償量不大 在實際設(shè)計中通常在上升管緊急切斷閥后采用多個彎頭 彎曲上升 管徑 DN 50 mm 大多采用煨彎形式 管徑 DN 50mm 大多采用無縫彎頭焊接形式 型補償器須用優(yōu)質(zhì)無縫鋼管 整根補償器尺寸較小可用一根管子彎制而成 制作尺寸大的補償器也可以用兩根或三根管子焊接制成 用波紋補償器進行補償?shù)墓芏蝺啥吮仨毠潭?通過計算 在立管上設(shè)計若干個波 紋補償器并設(shè)定相應(yīng)固定支架 3 彎曲應(yīng)力 高層建筑在地震裂度為 7 度地區(qū)受地震影響時及受風(fēng)荷載影響時的允許層間相對水 平位移通常為 1 1500 及 1 3000 如高層建筑層高為 3m 建筑物允許層間相對水平位移量 為 2mm 該值往往遠小于管道的允許位移量 管道允許位移量與管材允許應(yīng)力 管道彈性 模數(shù)及管道回轉(zhuǎn)半徑有關(guān) 具體計算略 因此 高層建筑 超高層除外 燃氣管道一般在 采取伸縮補償及承重支撐等措施后 產(chǎn)生的彎曲應(yīng)力對燃氣管道的影響可忽略不計 2 3 燃氣管道支架及穿墻保護設(shè)計 1 支架 由于深圳市高層建筑燃氣管道設(shè)計基本上是沿建筑物外墻敷設(shè) 每隔一 層層高 2 8 3 0 m 設(shè)一個支架 除在設(shè)計位置安裝固定支架外 其余均采用管卡式活 動支架 2 預(yù)留套管及預(yù)留洞 設(shè)計單位要繪制管道 熱水器預(yù)留洞圖 施工單位要嚴格 按照設(shè)計圖紙準確預(yù)留 燃氣管道通常采用套管預(yù)留方式 套管一般比燃氣管道大二號 燃氣管應(yīng)安裝在套管中心部位 熱水器預(yù)留洞必須根據(jù)熱水器的類型及型號確定 目前未對熱水器類型及型號有明 確規(guī)定時 通常按對流平衡式熱水器設(shè)計 預(yù)留洞尺寸為 250 190 墻壁厚 mm3 預(yù)留洞 中心高度通常在 1 7 m 目前 使用強制排煙式熱水器較普遍 其預(yù)留洞為直徑 100mm 的孔洞 預(yù)留中心高 度為 1 7 m 2 4 附加壓力的影響及供氣方式的選擇 高層建筑如果采取區(qū)域調(diào)壓 低壓進戶形式 由于高層建筑立管較長 必須考慮附 加壓力 P H a b g 式中 P 附加壓力 Pa a 空氣的密度 kg m3 b 燃氣的密度 kg m3 H 燃氣管道終 起點的高程差 m g 重力加速度 深圳市近期氣源為液化石油氣 遠期氣源為天然氣 以上升管為例 氣源為液化石 油氣時 產(chǎn)生的附加壓力 P 值為負 氣源為天然氣時 產(chǎn)生的附加壓力 P 值為正 下面對高層建筑供應(yīng)液化石油氣 天然氣所產(chǎn)生附加壓力進行分析 如采用區(qū)域調(diào)壓 低壓供氣方式 氣源為液化石油氣時 隨樓層增高 附加壓力減小 達 到一定高度時 會使室內(nèi)低壓燃氣管道阻力損失超過允許值 這種供氣方式建筑物層高不 應(yīng)超過 6 8 層 如果采用樓棟調(diào)壓能使可供氣能力有所增強 但對于深圳市普遍 20 30 層的高層建筑 顯然是不適合的 與此同時 也需考慮遠期使用天然氣 附加壓力會使高 層燃具灶前壓力增高 不穩(wěn)定 達到一定高度必然使灶前壓力超過允許值 因此 根據(jù)深 圳經(jīng)濟特區(qū)燃氣規(guī)劃 并結(jié)合深圳市高層建筑管道的特點 采用中壓進戶的供應(yīng)方式是合 理的 中壓進戶供氣方式可保證高層建筑用戶灶前壓力的穩(wěn)定 如調(diào)壓器選擇適當(dāng) 完全 可確保遠 近期氣源互換后灶前壓力穩(wěn)定且滿足各自技術(shù)要求 深圳市中壓進戶供氣方式中壓立管均沿外墻敷設(shè) 可較在室內(nèi)敷設(shè)安全 但由于采 用中壓進戶 一旦泄漏其危害性較低壓進戶大 因此 必須對中壓立管及進戶中壓管的施 工提出更高要求 例如 中壓管道采用無縫鋼管 進戶部分中壓管盡可能煨彎 穿墻部分 不得有焊縫等 此外 上升管位置選擇應(yīng)考慮距小區(qū)道路不要過近 同時應(yīng)避開地下室 窗戶 陽臺等處 3 結(jié) 論 1 高層建筑燃氣管道設(shè)計必須根據(jù)當(dāng)?shù)貧庠?地理氣候 環(huán)境特點 并綜合考慮 消防安全 建筑結(jié)構(gòu)特點以及遠期發(fā)展等諸多因素 確定切實可行的供氣方案 深圳市采 用中壓進戶供氣方式可以消除附加壓力的影響 保證灶具壓力穩(wěn)定 同時滿足遠期轉(zhuǎn)換天 然氣的需要 系統(tǒng)設(shè)計充分考慮