對當前高層煤氣工程設計方式的綜合研究
論文關鍵詞:高層建筑 煤氣工程 設計方案
論文摘要： 我國的城市化進程越來越快，現(xiàn)代建筑技術得到飛速發(fā)展，煤氣工程的設計方式也越來越多樣化。本文系統(tǒng)分析了高層煤氣工程設計應該注意的幾個重點事項，進而分別對上環(huán)下行設計方式、下環(huán)上行設計方式等幾種主要的煤氣工程設計方法進行具體的介紹，詳細闡述了這些煤氣工程設計方式的設備設置、工作原理、設計優(yōu)勢、工作局限性以及各自的重點注意事項等。
近年以來，隨著社會的不斷發(fā)展，我國城市化進程越來越快。為了滿足飛速增長的城市居民對生存空間的需求，取得綜合的最大化經濟效益，現(xiàn)代建筑正在向著空間高層與多層的方向發(fā)展。在這個發(fā)展過程中，煤氣工程因為其特殊地位，在高層建筑煤氣工程總體進行設計時越來越受到各方的重視。在高層建筑物中，煤氣工程是整棟建筑的給養(yǎng)管道和生命線，其設計既要做到科學合理、安全有效，又要做到不影響其他管道線路等的敷設。在其具體的實際設計中卻還存在不少問題，例如：現(xiàn)代的高層建筑物地面的用地資源非常有限，而地下又管道密布，并且一般都會建有多層地下室，這就對煤氣工程管道的設計造成管道埋設深度難以控制、與其他的管道以及建筑物之間間距不充分等施工困難。
一、 高層煤氣工程設計的注意事項
在建筑物施工方案設計時，煤氣工程的設計是一個非常重要的部分。
（一） 采取措施消除煤氣管道的附加壓力。高層建筑的高程比較高，其燃氣立管也就會比較長，而城市中燃氣的密度和空氣的密度有一定的差異，在燃氣立管就有比較大的附加壓力產生。根據(jù)科學研究結果可知，在高層煤氣系統(tǒng)中，隨著樓層的升高，附加壓力對燃具的燃燒效果產生的影響也在增大，也就相當于管道的阻力在逐漸地降低。過大的附加壓力，會造成某些用戶在使用燃氣時壓力波動突然增大，其變動幅度超出了燃具進行穩(wěn)定工作的范圍，較大地影響了用戶燃具進行正常的燃燒，造成諸如燃氣不能完全燃燒、燃具離焰、燃具脫火、燃具回火以及燃具突然熄火等嚴重的后果，較大地影響了供氣的安全性，使高層煤氣系統(tǒng)的安全性能大打折扣。
（二）加強設計避免建筑產生沉降煤氣管道的影響。建筑物尤其是樓層較高的建筑物在建成后之后都產生或多或少的沉降，這將對燃氣的引入管道產生較大的威脅。在高層建筑物產生相對沉降對時，燃氣的引入管相對而言是靜止的，在一定程度上燃氣的引入管承受著來自高層建筑物內部作用而產生出的切應力，如果切應力超過一定的極限，燃氣管道就會出現(xiàn)斷裂，造成一定程度的燃氣泄漏，對用戶的安全產生很大的威脅。
（三）注重防火消防設置。高層建筑高度較高，層數(shù)較多，一般人員也較為密集，一旦發(fā)生火災，人員的疏散非常困難，因此在對煤氣工程進行設計時一定要從管道位置的設置上注重消防安全，同時也要配置科學先進的設備，高度重視防火設備的設置。一般地，具體措施有：①在煤氣的引入管端口設置一個快速切斷閥，并且每隔六到七層加設一個分段的閥門。②要求各個用戶家中設置煤氣報警裝置、起火自動切斷裝置、廚衛(wèi)送排風裝置等安全設備。并且這些系統(tǒng)裝置應該連動反應。③定期對高層建筑中的煤氣管道和煤氣設備進行檢測維修，以保障其能在突發(fā)狀況下安全運行。
二、 上環(huán)下行的煤氣工程設計方式
在高層煤氣工程的設計方案中，采用較多的是上環(huán)下行煤氣工程設計方式。這種設計方式通過將中壓煤氣管道沿著高層建筑物的外墻敷設到建筑物頂端，經頂端的中-低壓調壓箱進行調壓后，根據(jù)實際需要分出若干根低壓煤氣立管，各個低壓煤氣立管再沿著接近煤氣使用房間的樓宇外墻或者陽臺向下敷設，將煤氣引至各個用戶的供氣方式。實施時，每一條低壓煤氣立管都要安裝相應的控制閥門，控制用戶的數(shù)量。
這種煤氣工程設計方式中的煤氣調壓設備、煤氣控制閥門以及煤氣放散管都安裝在屋頂，設置在建筑外立面的燃氣設施較較少，而且樓宇頂端的管道均為明設，檢測維修較為方便，一般建筑物外墻的美觀要求比較高、屋頂上人比較方便較多地采用這種方法。多使用與那些樓層不多、用戶數(shù)量較少的建筑物。在煤氣工程使用這種自上而下的供氣方式時，因為密度差異，其建筑物高程差異在煤氣立管中產生的附加壓力將一部分的管道阻力損失進行抵消。但是在轉換煤氣后，由于煤氣的密度比空氣要小，由上向下的輸氣壓力會產生較大的損失。而且如果建筑物的屋頂是傾斜的、屋頂為私人住戶時，缺少安裝煤氣設備和煤氣管道的空間，難以采用這種方法。
采用上環(huán)下行的煤氣工程設計方式要特別注重避免建筑產生沉降對煤氣管道的影響，主要是在煤氣設計中，對煤氣的引入管進行保護：①在煤氣的立管或者穿墻管前端的水平管上添加設置一個波紋管的補償器，通過對補償器中補償能力的利用，盡量建筑沉降對減小煤氣引入管產生的切應力。②在煤氣的立管或者穿墻管前端的水平管上添加設置幾個彎頭，最好使用煨彎的方式，這些彎頭也就相當于加設了一個方型的補償器，利用彎頭的自然補償力來減少煤氣引入管受到的切應力。這種方法操作起來簡單易行，不過受到煤氣引入管的位置限制較大。③在煤氣引入管穿越墻體施工時加設適量的鋼套管，設置這些鋼套管時要保證煤氣管道的上端和鋼套管之間的間隙比高層建筑物的最大沉降量大，下部也應該留有相當?shù)拈g隙。
三、 下環(huán)上行的煤氣工程設計方式
下環(huán)上行煤氣工程設計方式正好與上環(huán)下行的煤氣工程設計方式相反，是將
樓棟的調壓箱設置在高層建筑物的一層外墻上，然后對燃氣經進行調壓，再通過埋在地底的低壓管道將煤氣引到各個低壓的煤氣立管閥門箱前，再經過各自的控制閥后端沿著建筑物的外墻引上煤氣的一種供氣方式。這種煤氣工程設計方式一般適用于建筑物屋頂缺乏布管條件的情況，而且遠期轉換煤氣后，由于煤氣密度要小于空氣的密度，這種由下向上的煤氣設計方式有一定的優(yōu)勢。在進行具體的設計時，要根據(jù)煤氣的實際供應樓層數(shù)，來計算出最安全、最經濟的煤氣管徑。而設備的調壓箱一般要盡量安裝在和各條煤氣立管距離較近的位置，如果存在相鄰的煤氣立管距離較遠的情況，一般考慮增設煤氣調壓箱。
隨著樓層的升高，附加壓力在逐漸增大，管道阻力在不斷降低，采用下環(huán)上行的煤氣工程設計方式，要采取一定的措施，極力增加管道的阻力，以消除附加壓力的影響。具體可以采取的措施主要有：①每隔一定的層數(shù)就設置一節(jié)流閥，通過這種簡便、實惠、容易操作的方法可以起到一定的作用。然而，如果只有頂層的極少數(shù)用戶使用煤氣時，就不能很明顯地減少附加壓力，燃氣管內的流量受到戶數(shù)多少的影響較大，從而致使燃氣立管內部的阻力方式變化，還是會對用戶燃具前的壓力造成一定的波動。②在煤氣立管上設置低-低壓調壓器。附加壓力在200Pa以上的樓層，一般需要設置低壓調壓器來穩(wěn)定用戶燃具前的壓力，以消除附加壓力的影響。③在每戶裝設閥門。根據(jù)各個樓層的燃氣壓力的實際情況，分別對閥門的開度進行調整，以節(jié)流調壓，將附加壓力的影響降到最低，盡量滿足每戶燃具進行正常工作所需的壓力。這種方法在具體的使用中存在閥門開度控制困難的問題，應用不是很廣泛。④中壓管道直接設計進入建筑物，并在戶內的燃氣表上添加中-低壓調壓器裝置，盡量減少用戶之間的相互影響，在用氣的高峰時期壓力波動也較小，而且在調壓器后端的低壓管段比較短，因此燃具的工作一般都是處在額定壓力之下，呈現(xiàn)較好的運行工況。然而，相較于低壓管道，戶內的那一部分中壓管道一定程度上減低了安全性能，也增加了工程的造價。
在使用下環(huán)上行的煤氣工程設計方式時，樓層低于20層的建筑一般通過在立管上甚至節(jié)流閥來減低附加壓力，高于20層的較多地則采用在用戶前端設置用戶的低-低壓調壓器的辦法。這兩種方法都是能比較有效地對付附加壓力，確保燃具前的壓力穩(wěn)定可靠，同時工程造價又相對較低。
四、 上環(huán)下行與下環(huán)上行相結合的煤氣工程設計方式
上環(huán)下行與下環(huán)上行兩種煤氣工程設計方式相結合方法就是將高層的煤氣供給系統(tǒng)與低層的煤氣供給系統(tǒng)分開設置的方法。這種方法工程量較大，供氣管道、煤氣閥門以及調壓器的數(shù)量較多，工程造價也較大，但是對于那些樓層在25層以上，樓內用戶較多，樓宇情況復雜的建筑物要實行穩(wěn)定有效的煤氣供給就必須采用這種方法。當有煤氣泄漏等事故發(fā)生或者管道檢修時，這種煤氣設計方法對用戶的影響也會較小。在這種方法的實際應用中，一般較低樓層使用下環(huán)上行系統(tǒng)供氣，而較高樓層則使用上環(huán)下行方法供氣。
五、 結論
綜上所述， 隨著我國在社會高速發(fā)展和城市化進程的加快，對城市建筑施工的要求越來越嚴格。煤氣工程的設計一定要從建筑全局出發(fā)，充分考慮高層建筑內部沉降、煤氣立管的附加壓力、火災事故等會對管道產生較大影響的因素，確保建筑安全，更要確保建筑用戶的生命財產安全。可以預見，在大力提倡發(fā)展低碳經濟，關注建筑安全的當代，高層建筑物的煤氣工程設計在建筑主體結構設計中將得到越來越大的重視。
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