特殊構(gòu)造住宅天然氣設(shè)計(jì)的研究

摘 要

　　隨著房地產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，住宅建筑越來(lái)越精致。為了滿足人們對(duì)美觀和空間的雙重要求，一些不同于傳統(tǒng)、構(gòu)造特殊的住宅也應(yīng)運(yùn)而生。含內(nèi)天井的高層住宅，在縮小每戶面寬、節(jié)約用地
　　隨著房地產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，住宅建筑越來(lái)越精致。為了滿足人們對(duì)美觀和空間的雙重要求，一些不同于傳統(tǒng)、構(gòu)造特殊的住宅也應(yīng)運(yùn)而生。含內(nèi)天井的高層住宅，在縮小每戶面寬、節(jié)約用地方面，已經(jīng)顯示出其優(yōu)越性，得到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。在天然氣設(shè)計(jì)中，這類住宅的水力工況、管道的自重和伸縮以及防火都是天然氣設(shè)計(jì)中需要考慮的問(wèn)題。
    一、含內(nèi)天井住宅的水力工況分析
    有些住宅在設(shè)計(jì)的時(shí)候，在底層為天然氣管道留了通往天井的通道，這些住宅的水力工況跟普通高層相同；但很多住宅并沒有這樣的通道，天然氣管道設(shè)計(jì)時(shí)，只能上翻到樓頂進(jìn)入天井，再下翻下來(lái)為各個(gè)廚房供氣。下面就這種上翻的管道做下水力分析。
   1、附加壓力分析
   《城鎮(zhèn)燃?xì)庠O(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定，天然氣燃具的額定壓力為2000Pa。由于低壓管網(wǎng)沿程阻力和局部阻力的影響，允許燃具前壓力在一定范圍內(nèi)波動(dòng)。當(dāng)燃具前壓力在0.75Pn～1.5Pn內(nèi)波動(dòng)時(shí)，仍能達(dá)到燃具燃燒的要求。若超出此范圍，燃具的熱效率低，燃燒不穩(wěn)定，燃燒噪聲大，出現(xiàn)脫火和回火等現(xiàn)象。另外由于不完全燃燒，煙氣中的C0含量超標(biāo)，導(dǎo)致引發(fā)事故。
   當(dāng)高層建筑的燃?xì)庠O(shè)計(jì)采用低壓進(jìn)戶時(shí)，在計(jì)算低壓燃?xì)夤艿赖膲毫p失時(shí)，應(yīng)考慮因建筑高度而引起的燃?xì)飧郊訅毫Α鱌。計(jì)算公式如下：
    △P=9.8×(ρ空氣-ρ燃?xì)?/sub>)×h
    式中：
    △P——燃?xì)獾母郊訅毫Γ琍a；
    ρ空氣——空氣的密度，kg/m3；
    ρ燃?xì)?/sub>一一燃?xì)獾拿芏龋琸g/m3；
    h——燃?xì)夤艿澜K、起點(diǎn)的高程差，m。
    按照天然氣ρ燃?xì)?/sub>=0.79kg/m3計(jì)算，
    ρ空氣=1.29kg/m3，由計(jì)算公式得：
    △P=4.9h
    不同于普通自下而上的立管，上翻的天然氣低壓管道必須同時(shí)滿足兩個(gè)條件才能正常供氣：
    (1) 最高層用戶的灶前壓力不能高于3000Pa；
    (2) 最底層用戶的灶前壓力不能低于1500Pa。
   下面我們以嘉興的情況為例來(lái)分析。嘉興區(qū)域調(diào)壓柜的出口壓力為2400Pa，我們假設(shè)引入管離調(diào)壓柜出口很近，幾乎無(wú)壓力降，則壓力P1=2400Pa，對(duì)于上面兩個(gè)條件，我們均設(shè)立最不利工況：
   對(duì)于條件(1)，我們?cè)O(shè)定只有幾戶用氣，管道沿程阻力接近于0，而局部阻力僅為燃?xì)獗淼淖枇?取150Pa)。設(shè)最高層用戶燃具前的壓力為P2，則
    P2=P1+△P-150Pa=2250Pa+4.9h
    當(dāng)P2=3000Pa時(shí)，h=153m。
    對(duì)于條件(2)，我們?cè)O(shè)定所有的用戶都在用氣，燃?xì)獗碜枇θ?50Pa。由于已經(jīng)有了條件(1)的限制，高度已經(jīng)不能超過(guò)153米。我們根據(jù)常見的小區(qū)高層建立一個(gè)模型，分析下該模型的水力工況。
    模型：
    嘉興某小區(qū)高層住宅153米，立管50戶，層高3m，37～50層立管管徑DN50，19～36層立管管徑DN40，7～18層立管管徑DN32，1～6層立管管徑DN25。局部阻力系數(shù)：三通直流取1，三通分流1.5，球閥DN15取4，DN15的90°彎頭取2.2。
    在此模型下計(jì)算，從樓頂至最下層用戶燃具前的壓力降為1450Pa，加上從引入管至樓頂?shù)难爻套枇?50Pa，總壓力降達(dá)到了1800Pa，這是不允許的。
    經(jīng)詳細(xì)計(jì)算，當(dāng)立管戶數(shù)為43戶，樓層高度為130米時(shí)，最底層用戶燃具前的壓力約為1500Pa。
    但在實(shí)際工程中，由于天然氣的密度不同，而最上層的用戶燃具前壓力為3000Pa同時(shí)最底層的用戶燃具前壓力1500Pa在運(yùn)行中也不可能實(shí)現(xiàn)。為了使用戶燃具前的壓力波動(dòng)范圍變小，更接近Pn，可根據(jù)情況采取措施，減小附加壓力的影響：
    (1)對(duì)于較低的高層建筑，因附加壓力相對(duì)較小，可以在下翻管上用減少管道阻力的方法(如增大立管管徑)來(lái)減小沿程阻力和局部阻力。
    在設(shè)計(jì)此類建筑時(shí)，一定要進(jìn)行嚴(yán)格的水力計(jì)算，充分考慮管道沿程阻力和局部阻力及其他影響因素，并考慮留有一定的余量，使所有用戶均能正常用氣。
   (2)對(duì)于較高的高層建筑，可以通過(guò)計(jì)算，在上面的若干戶表前設(shè)置低-低壓調(diào)壓器，使燃具前壓力接近2000Pa。
   不過(guò)此方法在運(yùn)行中管理較困難，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)慎用。
    (3)對(duì)于較高和超高的高層建筑，也可使調(diào)壓設(shè)備出口壓力為較高的低壓(如8000Pa)，然后在每戶表前統(tǒng)一設(shè)置低-低壓調(diào)壓器，使燃具前壓力接近2000Pa。
    這樣做的優(yōu)點(diǎn)：①具有穩(wěn)定的燃具前壓力。燃具全部在接近額定壓力條件下工作，保證燃具的最佳燃燒工況。②充分利用燃?xì)鈮毫?。在相同輸氣量、相同管徑條件下，此方案輸送距離較遠(yuǎn)。③立管平均管徑較小，降低成本。
    二、對(duì)燃?xì)夤艿雷灾丶吧炜s的處理
    1、對(duì)自重的處理
    隨著建筑物層數(shù)的增加，燃?xì)饬⒐艿拈L(zhǎng)度也變長(zhǎng)，管道的自重變大，所以應(yīng)設(shè)置管道的固定支架，使固定支架與建筑物成為一體，防止因管道下沉而引起引入管受力折斷或變形引起倒坡。
    由于立管是上面管徑大，下面管徑小，建議使用以下方式設(shè)置固定支撐：對(duì)于室內(nèi)立管，在每隔7～10層的穿樓板處加設(shè)固定支撐；對(duì)于室外立管，在每隔7～10層的高度處加設(shè)固定支撐。
   2、對(duì)伸縮的處理
   室外管道用于溫度的影響，會(huì)熱脹冷縮。由于高層住宅燃?xì)饬⒐茌^長(zhǎng)，伸縮量較大，容易造成管道斷裂漏氣，燃?xì)夤艿涝O(shè)計(jì)中應(yīng)采取一定的措施來(lái)保護(hù)管道。
    一是在立管上加設(shè)一個(gè)波紋管補(bǔ)償器，利用補(bǔ)償器的補(bǔ)償能力來(lái)抵消管道的收縮。二是在立管上加設(shè)幾個(gè)彎頭(最好用煨彎)，相當(dāng)于加設(shè)一個(gè)Π型補(bǔ)償器，用彎頭的自然補(bǔ)償來(lái)抵消管道的收縮。這兩種方法簡(jiǎn)單易行，在實(shí)際工程中也比較常用。
   三、用氣安全
   高層建筑高度高，層數(shù)多，人員密集，一旦發(fā)生火災(zāi)，人員疏散困難，而天井內(nèi)一旦著火，消防將更加困難，因此應(yīng)合理配置先進(jìn)設(shè)備，采取安全措施。
   根據(jù)有關(guān)資料：
   1、通天的內(nèi)天井在火災(zāi)時(shí)煙囪效應(yīng)顯著，火焰擴(kuò)散速度很快；
   2、如內(nèi)天井尺寸超過(guò)13m×13m，內(nèi)天井周圍是防火分隔較好的獨(dú)立房間時(shí)，經(jīng)內(nèi)天井向上排出的煙氣溫度較低，不足以引燃上部樓層的普通可燃物，火災(zāi)一般不會(huì)在垂直方向上蔓延。
   因此，對(duì)于尺寸小于13m×13m的天井，建議采取以下措施：
   1、在引入管處設(shè)置陜速切斷閥。
   2、天井中的燃?xì)夤艿?，每?～4層設(shè)置一探頭，探頭跟引入管處的緊急切斷閥連鎖；
   3、天井中的燃?xì)夤艿酪ㄆ跈z查，保證其運(yùn)行安全。
    四、結(jié)語(yǔ)
    未來(lái)，各種特殊構(gòu)造的建筑肯定會(huì)更加層出不窮，給天然氣管道的設(shè)計(jì)帶來(lái)更多的困難和難題。天然氣管道設(shè)計(jì)應(yīng)根據(jù)當(dāng)?shù)氐臍庠?、壓力、建筑、安全、地理、環(huán)境等特點(diǎn)綜合考慮，選擇最佳的設(shè)計(jì)方案。
   當(dāng)然，解決這些問(wèn)題的最佳途徑是從房屋的整體設(shè)計(jì)予以考慮。樓房的主體設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)時(shí)，能參考下燃?xì)鈱I(yè)的意見，做好整體設(shè)計(jì)，才能更好的解決這些難點(diǎn)問(wèn)題。
參考文獻(xiàn)：
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[3] 城鎮(zhèn)燃?xì)庠O(shè)計(jì)規(guī)范GB50028—2006
 
(本文作者：黃魁清 蔣燕芳 杭州市城鄉(xiāng)建設(shè)設(shè)計(jì)院有限公司)