高層民用建筑燃氣工程低壓部分的水力計算淺析

賴文光 羊飛

摘 要 本文旨在對高層民用建筑燃氣工程低壓部分的水力計算，進行淺析。通過低壓部分水力計算結果的分析，從而對高層民用建筑燃氣工程的調壓設備出口壓力的選取、低壓燃氣管道管徑的選取，提供計算的理論依據。

關鍵詞 高層民用建筑;燃氣工程;低壓;水力計算;淺析

1高層民用建筑的定義

根據《建筑設計防火規范》GB50016-2014（2018年版），高層民用建筑是建筑高度大于27m的住宅建筑和建筑高度大于24m的其他民用建筑。其中一類高層民用建筑指的是建筑高度大于54m的住宅建筑（包括設置商業服務網點的住宅建筑）[1]。

2高層民用建筑燃氣工程的低壓水力計算依據

低壓燃氣管道單位長度的摩擦阻力損失應按《城鎮燃氣設計規范GB50028-2006》中式6.2.5計算。室外低壓燃氣管道的局部阻力損失可按燃氣管道摩擦阻力損失的5%～10%進行計算。室內低壓管道的局部阻力損失應單獨考慮燃氣表的局部阻力約120～130Pa。

3高層民用建筑燃氣工程低壓部分的水力計算影響因素

高層民用建筑燃氣工程低壓部分的水力計算的影響因素主要有附加壓頭的影響、管道沿程阻力和局部阻力的影響。

（1）附加壓頭的影響：對于比空氣密度輕的燃氣（如天然氣、人工煤氣），管道由低處往高處輸送，附加壓頭使燃氣介質壓力增加;對于比空氣密度重的燃氣（如液化石油氣），管道由低處往高處輸送，附加壓頭使燃氣介質壓力減小。通過計算，人工煤氣附加壓頭約為8.083Pa/m，天然氣附加壓頭約為5.43Pa/m，液化石油氣附加壓頭約為-11.833Pa/m。具體附加壓頭計算公式參照《城鎮燃氣設計規范GB50028-2006》中式10.2.13計算。

（2）沿程阻力和局部阻力的影響：由于流體具有黏滯性和慣性，因而引起流體經過管道時，產生沿程阻力損失;由于管路界面突然擴大或縮小等原因，固體壁面對流體的阻滯作用和擾動作用引起局部阻力損失。沿程阻力和局部阻力的產生，均使得燃氣介質壓力減小。

4高層民用建筑燃氣工程的用氣最極端情況

高層民用建筑燃氣工程的用氣最極端情況可分為兩種：

流量最小情況的極端情況：某戶人家燃氣設備前的壓力超過1.5倍額定壓力的情況。比如距離調壓設備最近的立管頂樓只開雙眼灶的其中一個灶眼，而整個小區其他用戶均不用氣的情況;

流量最大情況的極端情況：某戶人家燃氣設備前的壓力不足0.75倍額定壓力的情況。比如距離調壓設備最遠的立管的某層用戶開啟一臺灶具和熱水器（不一定是底樓用戶），而整個小區按照最大計算流量進行用氣的情況[2]。

5高層民用建筑低壓部分的水力計算

綜合考慮，高層民用建筑在進行低壓水力計算時，應按極端情況，進行水力計算。

流量最大情況的極端情況：流量最大情況的極端情況為所有用戶按照同時工作系數正常工作時，距離調壓裝置最遠的立管中某一戶的壓力最低的情況。此時，庭院部分按照選用同時工作系數法計算出的計量流量來計算庭院部分的沿程阻力損失和局部壓力損失。室內部分按照一戶燃燒設備全部開啟的計算流量來計算室內部分的沿程阻力和局部阻力，且應單獨考慮燃氣表的局部阻力約120～130Pa。同時，室內部分應考慮附加壓頭的影響。通過對室內的各項壓力進行疊加，得出室內部分的壓力損失。庭院部分壓力損失加上室內部分壓力損失，等于低壓燃氣系統的總壓力降。

流量最小情況的極端情況：流量最小情況的極端情況為只有距離調壓裝置最近的立管的頂樓用戶，開啟半臺灶具使用的情況。這時候這戶人家壓力為系統最高。此時計算流量為0.35Nm3/h（整個系統的最小流量，包括庭院部分和室內部分），通過對流量最小情況的極端情況下庭院部分壓力損失和室內部分壓力損失進行計算，得出此時低壓燃氣系統的總壓力降。此時附加壓頭作用顯著。沿程阻力和局部阻力作用不這么明顯。

這兩種極端情況的水力計算，是調壓設備出口壓力的最低值和最高值選擇的依據。選擇過低，有可能小區內的最不利端的用戶出現欠壓情況，選擇過高，有可能小區內靠近調壓裝置的頂樓用戶出現超壓的情況[3]。

6水力計算結果的應用舉例

因篇幅有限，本文僅列出某高層民用燃氣工程的低壓部分水力計算結果，對結果進行分析。

第一種情況：管網確定后，確定調壓設備出口壓力。適用于管網改造項目。舉例如下：

一個高層建筑小區共有6幢樓，均為24層高層建筑，建筑層高2.9m，合計698戶用戶。原使用液化石油氣供氣（管網設計前期已按使用天然氣設計），現要求使用介質更換為天然氣。請對低壓管網進行水力計算和對調壓設備進行選取。

經過對這個小區庭院低壓燃氣管網進行水力計算，得出最大流量的極端情況下，庭院部分低壓管道至最不利點的沿程阻力和局部阻力之和為400Pa。室內部分最大壓力降為沿程阻力5.75Pa，局部阻力132Pa，附加壓頭3.25Pa。得出本項目在極端情況下（最大流量時），低壓管道系統的總壓力降為400+5.75+132-3.25=534.5Pa;

流量最小情況下的極端情況，庭院部分低壓管道至距離調壓設備最近點用戶的室外部分沿程阻力和局部阻力之和為2.3Pa。室內壓力降計算如下：沿程阻力4.24Pa，局部阻力132Pa，附加壓頭366.5Pa。得出本項目在極端情況下（最小流量時），低壓管道系統的總壓力降為2.3+4.24+132-366.5= -227.96Pa。

通過對本項目的高層民用建筑低壓部分的極端情況水力計算結果進行分析，可確定本項目調壓設備的出口壓力最低值為1500+534.5=2034.5Pa，壓力最高值為3000-227.96=2772.04Pa，綜合考慮，選取調壓箱出口壓力為2300～2600Pa。

注意：液化石油氣管網更換為輸送天然氣時，計算流量應按天然氣的計算流量進行，同時低壓管網水力計算公式中的密度應取天然氣的密度。

第二種情況：新項目設計，現場管網和調壓設備均為空白的情況。舉例如下：一個高層建筑小區共有6幢樓，均為24層高層建筑，建筑層高2.9m，合計698戶用戶。為新小區，使用介質為天然氣。請對低壓管網進行水力計算進行配管和對調壓設備進行選取。

這種情況的計算過程同第一種，也是分庭院部分和室內部分，兩種極端情況進行分別計算。不同的是管徑可以自主選取，這種情況在做水力計算時，就應該對管網進行試算，可取經濟流速，低壓管道一般流速不應超過5m/s，庭院最不利點總壓力降一般不超過700Pa，室內壓力降一般不超過300Pa，從而確定低壓管網管徑。待低壓管網管徑確定好以后，反過來計算調壓設備出口的最低壓力值和最高壓力值。

由于庭院部分管徑選取大于第一種情況的管徑，通過計算，選取調壓箱出口壓力為2200～2500Pa。

7結束語

通過對高層民用建筑燃氣工程的低壓部分水力計算進行分析，我們得出結論：高層民用建筑燃氣工程調壓裝置出口壓力不能過高，也不能過低，應通過極端情況的水力計算確定調壓裝置的出口壓力范圍。

8延伸擴展

若小區過大，一個調壓裝置滿足不了整個項目的調壓要求時，應考慮將項目分解為兩個或多個，增設調壓設備，分開調壓。或者采用中壓入戶，室內加中-低壓調壓器或分段設置低～低壓調壓器的方式進行供氣。

參考文獻

[1] GB50028-2006.城鎮燃氣設計規范[S].北京：中國標準出版社，2006.

[2] 羅義英，尚毅.高層建筑燃氣供應系統中附加壓頭的影響[J].河南城建高等專科學校學報，2000，9（3）：36-38.

[3] 王海濤，譚春艷，馮濤.燃氣管道水力計算初探[C].2013中國燃氣運營與安全研討會.2013中國燃氣運營與安全研討會論文集.成都：中國土木工程學會，2014：144-151.