燃氣附加壓力解決辦法及管道擴容新思路

四川利能燃氣工程設計有限公司 李茜璐

隨著城市都市化的發展，住宅建筑樓層越來越高，由此帶來管道附加壓力增加的問題越來越突出。如何保證燃氣安全、可靠的供應，是超高層建筑燃氣工程設計時的一個常見問題。居民生活中的燃氣設備的使用量越來越大，已建管道不能滿足用氣需求，更換管道費時費力，簡便快捷的管道擴容方式也成為現階段及未來擺在燃氣公司面前需要研究的問題。本文結合成都片區的天然氣供應現狀，提出適合成都片區超高層建筑燃氣附加壓力及已建管道擴容的解決辦法：使用戶內調壓器。

1 超高層建筑附加壓力

現行國家標準GB 50028—2006(2020年版)《城鎮燃氣設計規范》第 10.2.13條規定：計算低壓燃氣管道壓力損失時，對地形高差大或高層的建筑立管應考慮因高程差而引起的燃氣附加壓力。燃氣附加壓力可按下式計算：

式中：△H——燃氣附加壓力，Pa；

ρk——空氣密度，kg/m3；

ρm——燃氣密度，kg/m3；

h——燃氣管道終、起點高程差，m。

在標準狀況下，天然氣的密度為0.717 kg/m3，空氣密度為1.29 kg/m3，住宅層高按照3.0 m計算，根據式(1)，對于一定層數的建筑，使用天然氣時的附加壓力計算結果見表1(頂層用氣點高度按樓板高度加2.2 m計)。

表1 建筑物天然氣附加壓力

GB 50028—2006(2020年版)第10.4.1條規定：用氣設備前(灶前)的燃氣壓力應為0.75～1.5Pn的范圍內(pn為燃具的額定壓力)?，F行行業標準CJJ 12—2013《家用燃氣燃燒器具安裝及驗收規程》附錄B：當海拔 500 m時(成都平原)，燃具額定壓力為2 100 Pa。即當居民使用低壓燃具時，成都片區用氣設備前的天然氣供應壓力應在 1 575～3 150 Pa范圍，宜為2 100 Pa。對于住宅小區，調壓箱(柜)出口壓力一般設為2 500～3 000 Pa，而在用氣低峰時，靠近調壓箱(柜)的最近用戶處可能達到壓力的最大值，但調壓箱(柜)和此用戶之間仍有約150 Pa的阻力(包括燃氣表阻力和干、支管阻力)，故極端情況下即只有單戶居民用氣時，其燃具前供氣壓力計算結果見表2。

表2 最不利情況單戶居民用氣時燃具前供氣壓力

可見當調壓箱(柜)出口壓力為2 800 Pa時，極端情況下單戶居民用氣時燃具前壓力將從第 30層開始超壓。另通過計算可知，當調壓箱(柜)出口壓力為3 000 Pa時，極端情況下單戶居民用氣時燃具前壓力將從第19層開始超壓；當調壓箱(柜)出口壓力設置在2 500 Pa時，極端情況下單戶居民用氣時的燃具前計算壓力不會超壓。但在未采取控制附加壓力措施時，楊志良[1]一文中測得各樓層實際壓力值大于計算壓力值，而且因為調壓箱(柜)出口壓力降低，為保證低峰時較遠用戶的供氣壓力，管網管徑必然增大，從經濟的角度不應是最優選擇。在冬季用氣高峰時，燃氣公司通常會調高調壓箱(柜)的出口壓力以保障高峰用氣需求，從而導致超高層建筑在低峰用氣時段特定樓層之上的居民戶內燃具供氣壓力超壓。

2 附加壓力影響

2.1 對用氣安全的影響

呂攀[2]一文中提到用氣設備前的天然氣供應壓力小于1 000 Pa的情況下，出現離焰及回火等情況的可能性較大。在大于3 000 Pa的情況下，將發生漏氣、燃燒不充分以及晃眼等現象。

2.2 對經濟效益的影響

在民用供氣狀態下，氣體體積損失率為3.8%～4.7%，通常民用氣供氣壓力為2 500～3 000 Pa，若氣體體積不變，則供氣溫度需要達到20 ℃左右[3]，文獻[4]進一步指出溫度需要達到27.23～28.10 ℃。成都年平均氣溫約為16.2 ℃，此時溫度、壓力對燃氣體積的影響會使計量值偏低，從而造成經濟損失。

皮膜表是容積式流量計，其測量到的容積受壓力影響，要較準確消除皮膜表計量理論誤差，應確定進戶表壓力的平均值[5]。但日常供氣高層與低層用戶的壓力不一致，很難準確確定。例如當燃氣公司供應1 m3天然氣以底層用戶使用壓力2.5 kPa為基準時，高層用戶由于附加壓力作用導致使用壓力大于 2.5 kPa，實際燃氣消耗量會大于皮膜表測量值，然而收費基準為皮膜表的測量值，便會造成燃氣公司的實質損失。

3 附加壓力解決辦法

以下為6種超高層建筑中燃氣附加壓力的解決方法，各有優缺點。

3.1 降低調壓裝置出口壓力

通過降低調壓箱(柜)出口壓力來抵消附加壓力的影響。其優點在于無須增加設備；缺點是適用范圍有限，超高層建筑頂層用戶用氣設備壓力可能不足[6]。

3.2 改變立管管徑

在一定高度時通過減小立管直徑增加立管阻力來抵消附加壓力的影響。其優點在于結構簡單，無需額外費用；缺點是需要設計人員對管道的精確設計、受氣體壓力及流量影響很大、易造成用戶無法正常使用并形成安全隱患、不利于擴容，制約后期用氣需求。

3.3 立管增加調壓器

在立管適當位置設置調壓器來抵消附加壓力的影響。其優點在于1根立管只需設置1臺或2臺調壓器，工程量較??；缺點是立管調壓器體積較大，設計要求高，安裝位置難選定；運行維護不方便；安裝有調壓器的樓層用戶感官體驗差[7]。

3.4 立管增加節流閥

每隔一定層數設置一個節流閥來抵消附加壓力的影響。其優點在于額外費用增加較少；缺點是當只有頂層的極少數用戶用氣時，附加壓力減少不明顯，管內流量隨用戶數的多少而變化，流量的變化致使立管的阻力也隨之變化，造成用戶燃具前壓力波動。

3.5 特定高度戶內增加調壓器

采用調壓箱(柜)調壓后，對特定高度以上的用戶每戶加裝戶內調壓器來抵消附加壓力的影響。其優點在于額外費用增加較少，僅部分樓層增加戶內調壓器；缺點是同一小區用戶的室內設備不同，用戶意見難以統一。

3.6 戶內加設調壓器

適當提高調壓箱(柜)出口壓力，并在每戶加設戶內調壓器來抵消附加壓力的影響。其優點在于用戶用氣工況穩定、便于擴容、可適當減少低壓庭院管道和立管管徑；缺點是每戶都需單獨安裝調壓器，較為繁瑣。

4 加設戶內調壓器

4.1 縮小立管管徑

目前成都片區常用的調壓方式為一級調壓。根據新建樓盤的燃氣設計規律，調壓箱(柜)出口壓力通常設置為2.8 kPa，結合管道壓損將灶前壓力降至所需壓力。使用一級調壓方式的超高層建筑在不同用氣參數下的立管管徑見表3。

表3 超高層建筑在不同條件下的立管管徑 mm

將調壓箱(柜)出口設置為6～8 kPa，再配合戶內調壓器使用的調壓方式為二級調壓。這種方式當前在溫哥華、香港、悉尼、合肥、廈門和東京等地得到了比較廣泛的應用[1,7]。使用二級調壓方式的超高層建筑在不同用氣參數下的立管管徑見表4。

表4 超高層建筑在不同條件下的立管管徑 mm

對比表3、表4可以看出，每戶安裝戶內調壓器能夠直接降低立管直徑，且用氣參數越大效果越明顯。

4.2 管道擴容新思路

目前已建小區管道擴容只能通過更換管道來進行，時間與金錢投資都太大。如表3、表4所示，同樣使用DN50管道，加設戶內調壓器后，每戶的可供氣量由3.6 m3/h增加為4.0 m3/h，不需要整改管徑也達到管道擴容的目的，為已建管道擴容提供了新的思路，但采用這種方式之前需要復核管徑。

4.3 經濟性

目前，國產戶內調壓器價格為 17～85 元/只，進口的戶內調壓器費用相對較貴。每戶加設戶內調壓器，毫無疑問會大幅增加調壓設備的一次投資，但應結合網管費用總體核算。小區工程的管網費用主要包括庭院管、戶內管兩部分工程費用。當采用二級調壓方式供氣時，出口壓力提高可縮小低壓埋地管與立管管徑，理論管徑比一級調壓減少。陳建清[8]將廈門市東北部多個小區進行對比，結論是采用分戶調壓后庭院管投資費用大為下降，管材節省的費用超過了采用樓棟調壓時調壓設備節省的費用。

5 結語

就目前成都片區超高層建筑燃氣附加壓力而言，采用戶內調壓方式在技術上是一種非常理想且較為可行的供氣方式。它體積小，安裝容易；在穩定灶前壓力、保證供氣安全可靠以及提高灶具使用熱效率的同時，還能實現用戶的獨立控制；并且還能解決供銷差的問題。

戶內調壓方式為已建管道擴容提供了新的思路，可以實現在不進行管道更換等復雜操作下滿足管道擴容需要。若在初次安裝中使用戶內調壓器，可以減少低壓庭院管道和立管直徑，減低施工強度及材料、安裝等費用。隨著其產品質量的不斷提高和生產成本的不斷降低，將成為城市燃氣小區調壓方式的主流發展方向。

目前戶內調壓方式還未在成都片區開展應用，建議終端燃氣公司選取部分小區進行試點安裝，以驗證其有效性與可靠性。