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【摘 要】 在燃气管道设计过程中应当充分根据高层建筑燃气管道的附加压头、不均匀沉降、供气要求等条件，从而制定个性化燃气管道设计方案。本文就高层建筑燃气管道中的安全设计进行了探讨。
【关键词】 高层建筑；燃气管道；安全设计
燃气管道在我们的生活中发挥着重要的作用，在其设计和施工的过程中，我们必须深入的分析和探究设计、施工管理中的每一个环节，大力的推广并引入新材料、新工艺和新技术，使我国城市基础设施更加完善。
一、高层建筑的附加压力
1、附加压力的产生。城市燃气的容重一般与空气有差别，随着楼层的升高，会产生附加的压力。多层建筑由于高度不太高、附加压力影响不大，故可不考虑，但对高层建筑则不相同。燃气具前燃气压力的波动，不应超过一定的数值，不然会影响完全燃烧，甚至脱火或者回火。
2、消除附加压力的措施
①加设截流阀，增加管道中途阻力，减少燃气压力。在高层建筑中每隔6—7层的立管上加设一个截流阀，增加局部阻力。根据楼层高度适当调节阀门的开度，可以起到截流调压，克服附加压力的影响。
②燃气进户时压力适当提高，每层用户进户后加设“低调压器”。通过在每户的燃气表前加设一个调压器，来小范围调节低压燃气的压力，使燃气具灶前压力稳定在额定工作压力范围内。
③采用中压管道直接进人建筑物，在燃气表前加中—低压调压器，这样在用气高峰时压力波动不明显，燃气具基本上是处在稳定的压力下工作。此种方法适用于宾馆、商务酒店类高层建筑，而公寓、住宅类高层建筑，因工程造价和安全性等因素不主张采用。
在实际的应用中，通过以上几种方式，对楼层高度和应用范围进行选择性的设计，既能有效消除附加压力，保证燃气具前压力的稳定性.同时在一定程度上也降低了工程造价。
二、高层建筑物的沉降对燃气管道的影响及补偿
建筑物建成后都会产生大小不同的沉降，建筑物的沉降对燃气引入管的影响非常严重。由于建筑物沉降时，燃气引入管是相对静止的，因此燃气引入管要承受建筑物作用产生的切应力，当切应力超过极限时，管道就会断裂，造成燃气泄漏。因此，在燃气设计中要采取一定的措施保护引入管。具体措施如下：
①在立管（或穿墙管）前的水平管上加设一个波纹管补偿器，利用补偿器的补偿能力来减小引入管的切应力。
②在立管（或穿墙管）前的水平管上加设几个弯头（最好用煨弯），相当于加设一个方型补偿器，用弯头的自然补偿来减少引入管的受力。此种方法简单易行，但是受安装位置的限制。
③在引入管穿越墙体时加设钢套管，钢套管保证燃气管道的上部与钢套管的间隙大于建筑物的最大沉降量，下部也应留有一定的间隙。
三、燃气立管的应力计算与热补偿
1、应力计算。高层建筑立管长，自重和环境温度的变化导致管道受到重力产生的应力和热应力的作用。当应力达到一定程度时，造成管道扭曲、断裂，引发事故。
（1）管道自重产生的应力。管道的压力主要是由重力产生，可用下式计算应力值：
σg=ηG·H/A（2）
式中：σg——管道自重产生的应力，MPa；
η——地震影响系数，取1.33；
G——单位长度燃气管道自重，KN/m；
H——燃气立管高度，m；
A——立管管壁的横截面积，mm2。
（2）管道的热应力。随着立管周围环境温度的变化，会产生伸缩变形和热应力。如果管道的两端均为固定支座的立管，因温差使两端固定管道的伸缩完全受到约束，因此而产生的应力。则：
σt=αΔtE（3）
式中：σt——温度产生应力，MPa；
α——钢材线性膨胀系数，m/m·℃，0℃到80℃平均线性膨胀系数为1.2X10-5m/m·℃；
Δt——设计温差，即管道在计算状态下的温度与安装温度的差，℃；
E——管材的弹性模量，MPa，普通钢在20℃时2.02×105MPa。
由式（3）可以看出，σt与Δt成正比关系，随着Δt增大，σt增大。可见在安装燃气管道时，Δt最小，热应力σt也最小。
2、热补偿
（1）管道因温差产生的伸缩量
管道两端不固定时伸缩量的计算公式为：
ΔL=103×αlLΔt（4）
式中：ΔL——管道的伸缩量，mm；
α——管材的线膨胀系数，m/m·℃，通常工作状态下平均线性膨胀系数为1.2X10-5m/m·℃。
L——管道的长度，m；
Δt——管道安装时与运行中最大温差，℃。
由式（4）可以看出，随着Δt增大，ΔL增大；随着管长增大，ΔL也增大。可见在安装燃气管道时，Δt最小，管道的伸缩量也最小。
四、高层建筑的防雷设计
雷电作为一种自然现象，对建筑物和设备设施造成较大的损坏，有时甚至会危及人们的生命和财产安全，在高层建筑燃气设计中，因楼高和建筑造型等原因，在防雷方面应尤为重视，在燃气管道设计时应采取一定措施避免和减小雷击的损害，高层建筑室内立管和架空管在设计时应尽量考虑避开建筑物容易遭受雷击的部位，如金属管道设备较为集中的部位、电梯间、水箱间、金属屋顶，以及设有天线、避雷针等容易接闪的位置，这样可以减少受雷击的几率。管道无论安装在建筑物内还是建筑物外，都要保证与相邻管线和设备有一定的安全距离，因为雷电感应会影响相邻管线的安全；架空的管道与其他管线交叉时，也应保持一定的垂直净距。
1、室内立管的防雷。室内燃气立管可连接在防雷电感应的接地装置下，如与室内平行敷设的管道或构架距离小于100mm时。可采用金属跨接，跨接点的间距不大于30m，在交又净距小于100mm时，交又处也应采用跨接。为了避免雷电流与燃气立管产生感应电流，引发火灾，必须保证室内密封燃气立管不能有活接头，防止泄露燃气与空气在密封空间内的积聚。
2、室外立管和架空管的防雷。室外立管和架空管敷设时，应避开建筑物突起的位置，特别是檐角、女儿墙和屋檐等部位，不应高过避雷网。有些高层建筑燃气管道需要沿建筑物外墙敷设至楼顶，经楼顶分出若干根立管，使其沿着天井向下引至各用户，为了防止雷电侧击，沿外墙的燃气管道应每隔12m做一次防雷接地，屋顶的管道应采用金属网格屏蔽，在有条件的情况下，可安装主动防雷装置，尽可能减少雷电直击的危害。
五、燃气管道的安全间距设置问题
1、燃气管道与盲沟和检查井等设施的净距不符合要求。当出现这一类的问题时，在条件允许的情况下应尽可能的绕开这些设施进行施工作业，当实际的施工条件不允许这么做时，则应先对管沟的沟壁进行勾缝处理的施工作业，之后用水泥砂浆抹而，同时应进行射线探伤，如果探伤的结果是零级以上，那么就是合格的。
2、燃气管道与邻近管道的水平净距不符合要求。首先应保证燃气管道和邻近管道之间有很好的绝缘性，当管线太长时，在燃气管道和邻近管道之间应设立一道安全墙，而如果管线的长度太短时，那么就应选用无缝的钢管材料并且在燃气管道的外部在安装一层新的套管，并且套管的直径是要超过燃气管道直径两个等级的。
六、结束语
高层建筑越来越多，高层建筑的供气是我们必须面对的问题，在高层建筑燃气管道设计时，必须考虑高层建筑的各种因素，选择一个经济、安全的方式為用户提供燃气服务。燃气工程可以造福千家万户，他们既便宜又环保，所以，对于设计人员来说在设计时要更加的合理，尽最大努力使用户满意。
参考文献：
[1]高双燕.超高层建筑燃气管道设计的探讨[J].广东科技，2012
[2]燕日权.超高层建筑燃气供应系统设计研究[J].山西焦煤科技，2012
[3]赵善霞.高层建筑燃气管道设计的探讨[J].能源与环境，2013，（3）
[4]王刚.小区燃气管网设计初探[J].科技与生活，2011，（16）
【关键词】 高层建筑；燃气管道；安全设计
燃气管道在我们的生活中发挥着重要的作用，在其设计和施工的过程中，我们必须深入的分析和探究设计、施工管理中的每一个环节，大力的推广并引入新材料、新工艺和新技术，使我国城市基础设施更加完善。
一、高层建筑的附加压力
1、附加压力的产生。城市燃气的容重一般与空气有差别，随着楼层的升高，会产生附加的压力。多层建筑由于高度不太高、附加压力影响不大，故可不考虑，但对高层建筑则不相同。燃气具前燃气压力的波动，不应超过一定的数值，不然会影响完全燃烧，甚至脱火或者回火。
2、消除附加压力的措施
①加设截流阀，增加管道中途阻力，减少燃气压力。在高层建筑中每隔6—7层的立管上加设一个截流阀，增加局部阻力。根据楼层高度适当调节阀门的开度，可以起到截流调压，克服附加压力的影响。
②燃气进户时压力适当提高，每层用户进户后加设“低调压器”。通过在每户的燃气表前加设一个调压器，来小范围调节低压燃气的压力，使燃气具灶前压力稳定在额定工作压力范围内。
③采用中压管道直接进人建筑物，在燃气表前加中—低压调压器，这样在用气高峰时压力波动不明显，燃气具基本上是处在稳定的压力下工作。此种方法适用于宾馆、商务酒店类高层建筑，而公寓、住宅类高层建筑，因工程造价和安全性等因素不主张采用。
在实际的应用中，通过以上几种方式，对楼层高度和应用范围进行选择性的设计，既能有效消除附加压力，保证燃气具前压力的稳定性.同时在一定程度上也降低了工程造价。
二、高层建筑物的沉降对燃气管道的影响及补偿
建筑物建成后都会产生大小不同的沉降，建筑物的沉降对燃气引入管的影响非常严重。由于建筑物沉降时，燃气引入管是相对静止的，因此燃气引入管要承受建筑物作用产生的切应力，当切应力超过极限时，管道就会断裂，造成燃气泄漏。因此，在燃气设计中要采取一定的措施保护引入管。具体措施如下：
①在立管（或穿墙管）前的水平管上加设一个波纹管补偿器，利用补偿器的补偿能力来减小引入管的切应力。
②在立管（或穿墙管）前的水平管上加设几个弯头（最好用煨弯），相当于加设一个方型补偿器，用弯头的自然补偿来减少引入管的受力。此种方法简单易行，但是受安装位置的限制。
③在引入管穿越墙体时加设钢套管，钢套管保证燃气管道的上部与钢套管的间隙大于建筑物的最大沉降量，下部也应留有一定的间隙。
三、燃气立管的应力计算与热补偿
1、应力计算。高层建筑立管长，自重和环境温度的变化导致管道受到重力产生的应力和热应力的作用。当应力达到一定程度时，造成管道扭曲、断裂，引发事故。
（1）管道自重产生的应力。管道的压力主要是由重力产生，可用下式计算应力值：
σg=ηG·H/A（2）
式中：σg——管道自重产生的应力，MPa；
η——地震影响系数，取1.33；
G——单位长度燃气管道自重，KN/m；
H——燃气立管高度，m；
A——立管管壁的横截面积，mm2。
（2）管道的热应力。随着立管周围环境温度的变化，会产生伸缩变形和热应力。如果管道的两端均为固定支座的立管，因温差使两端固定管道的伸缩完全受到约束，因此而产生的应力。则：
σt=αΔtE（3）
式中：σt——温度产生应力，MPa；
α——钢材线性膨胀系数，m/m·℃，0℃到80℃平均线性膨胀系数为1.2X10-5m/m·℃；
Δt——设计温差，即管道在计算状态下的温度与安装温度的差，℃；
E——管材的弹性模量，MPa，普通钢在20℃时2.02×105MPa。
由式（3）可以看出，σt与Δt成正比关系，随着Δt增大，σt增大。可见在安装燃气管道时，Δt最小，热应力σt也最小。
2、热补偿
（1）管道因温差产生的伸缩量
管道两端不固定时伸缩量的计算公式为：
ΔL=103×αlLΔt（4）
式中：ΔL——管道的伸缩量，mm；
α——管材的线膨胀系数，m/m·℃，通常工作状态下平均线性膨胀系数为1.2X10-5m/m·℃。
L——管道的长度，m；
Δt——管道安装时与运行中最大温差，℃。
由式（4）可以看出，随着Δt增大，ΔL增大；随着管长增大，ΔL也增大。可见在安装燃气管道时，Δt最小，管道的伸缩量也最小。
四、高层建筑的防雷设计
雷电作为一种自然现象，对建筑物和设备设施造成较大的损坏，有时甚至会危及人们的生命和财产安全，在高层建筑燃气设计中，因楼高和建筑造型等原因，在防雷方面应尤为重视，在燃气管道设计时应采取一定措施避免和减小雷击的损害，高层建筑室内立管和架空管在设计时应尽量考虑避开建筑物容易遭受雷击的部位，如金属管道设备较为集中的部位、电梯间、水箱间、金属屋顶，以及设有天线、避雷针等容易接闪的位置，这样可以减少受雷击的几率。管道无论安装在建筑物内还是建筑物外，都要保证与相邻管线和设备有一定的安全距离，因为雷电感应会影响相邻管线的安全；架空的管道与其他管线交叉时，也应保持一定的垂直净距。
1、室内立管的防雷。室内燃气立管可连接在防雷电感应的接地装置下，如与室内平行敷设的管道或构架距离小于100mm时。可采用金属跨接，跨接点的间距不大于30m，在交又净距小于100mm时，交又处也应采用跨接。为了避免雷电流与燃气立管产生感应电流，引发火灾，必须保证室内密封燃气立管不能有活接头，防止泄露燃气与空气在密封空间内的积聚。
2、室外立管和架空管的防雷。室外立管和架空管敷设时，应避开建筑物突起的位置，特别是檐角、女儿墙和屋檐等部位，不应高过避雷网。有些高层建筑燃气管道需要沿建筑物外墙敷设至楼顶，经楼顶分出若干根立管，使其沿着天井向下引至各用户，为了防止雷电侧击，沿外墙的燃气管道应每隔12m做一次防雷接地，屋顶的管道应采用金属网格屏蔽，在有条件的情况下，可安装主动防雷装置，尽可能减少雷电直击的危害。
五、燃气管道的安全间距设置问题
1、燃气管道与盲沟和检查井等设施的净距不符合要求。当出现这一类的问题时，在条件允许的情况下应尽可能的绕开这些设施进行施工作业，当实际的施工条件不允许这么做时，则应先对管沟的沟壁进行勾缝处理的施工作业，之后用水泥砂浆抹而，同时应进行射线探伤，如果探伤的结果是零级以上，那么就是合格的。
2、燃气管道与邻近管道的水平净距不符合要求。首先应保证燃气管道和邻近管道之间有很好的绝缘性，当管线太长时，在燃气管道和邻近管道之间应设立一道安全墙，而如果管线的长度太短时，那么就应选用无缝的钢管材料并且在燃气管道的外部在安装一层新的套管，并且套管的直径是要超过燃气管道直径两个等级的。
六、结束语
高层建筑越来越多，高层建筑的供气是我们必须面对的问题，在高层建筑燃气管道设计时，必须考虑高层建筑的各种因素，选择一个经济、安全的方式為用户提供燃气服务。燃气工程可以造福千家万户，他们既便宜又环保，所以，对于设计人员来说在设计时要更加的合理，尽最大努力使用户满意。
参考文献：
[1]高双燕.超高层建筑燃气管道设计的探讨[J].广东科技，2012
[2]燕日权.超高层建筑燃气供应系统设计研究[J].山西焦煤科技，2012
[3]赵善霞.高层建筑燃气管道设计的探讨[J].能源与环境，2013，（3）
[4]王刚.小区燃气管网设计初探[J].科技与生活，2011，（16）