超高層住宅燃氣管道附加壓力及調壓方式分析

楊志良

(廈門華潤燃氣工程設計有限公司 福建廈門 361008)

0 引言

根據《建筑設計防火規范》(GB50016-2014)的定義，高度超過100m住宅為超高層住宅，近年來，隨著城市建設的發展，超高層住宅出現的頻率越來越高，尤其像廈門這樣一個土地資源相對稀缺的城市，超高層住宅出現的頻率明顯比往年要高。而對于燃氣管道設計，因燃氣密度比空氣輕，所以其附加壓力必須隨著樓層的增高而增壓，尤其是超高層住宅必然要面對，如何解決由附加壓力的增加而引起的超壓問題。基于此，本文擬分析超高層住宅燃氣管道附加壓力，并闡述其不同的調壓方式。

1 附加壓力

天然氣是比空氣輕的一種氣體，根據《城鎮燃氣設計規范》(GB50028-2006)第10.2.13條，燃氣的附加壓力計算公式：

ΔPf=9.8(ρk-ρr)Δh

式中：ΔPf——燃氣附加壓力(Pa)；

ρk——空氣密度(取1.293kg/m3)；

ρr——燃氣密度(本文主要討論天然氣，密度取0.7464kg/m3);

Δh——供氣系統終點與起點的高差(m)。

根據上述公式，對于密度比空氣輕的燃氣，供氣系統的末端和起點之間的高差越大，附加壓力也越大，當這個壓力超過一定值時，灶具的燃燒將處于不利的工況。然而，天然氣灶具的最佳工作壓力為2000Pa，灶前壓力只允許有一定程度的波動范圍。根據GB50028-2006第10.4.1條的要求，居民生活的各類用氣應采用低壓燃氣，灶前燃氣壓力應在0.75～1.5Pn的范圍內(Pn為灶具的額定壓力)，對于天然氣，灶前壓力應在1500～3000Pa范圍內。

而一棟高為100m的建筑，根據上述公式計算可知，其最高處附加壓力為536Pa，若調壓設施出口壓力為2500Pa，根據上述公式計算，極端情況下最頂層用戶的壓力將達到3036Pa，其壓力已超出規范允許的上限。表1顯示了廈門市某超高層住宅在未采取控制附加壓力措施時，其測得的各樓層實際燃氣壓力值以及相應高度的計算壓力值。

表1 超高住宅不同樓層的實測燃氣壓力值與計算壓力值

表1中壓力測量時間為上午10點左右，此時為用氣低谷，管道沿程阻力很小，此時測得的壓力值即為調壓設備出口壓力和附加壓力之和，表中實測壓力值和計算壓力值不完全一致，但總體較接近。差異產生的原因，可認為來源于測量誤差以及測量時的環境溫度等因素影響。根據表1數據，在二十七層住戶的燃氣實測壓力已經達到允許的最高值3000Pa，因此，必須采取適當的措施來消除附加壓力產生的不利影響。

2 調壓方式

調壓方式靈活多變，每種調壓方式都有各自的優缺點。下文所述幾種調壓方式，可解決附加壓力引起的超壓問題對供氣系統的影響，確保灶前壓力在允許范圍內。

2.1 分開設置高低層供氣系統的調壓方式

此種供氣系統把一棟樓分成兩個供氣系統，采用兩套調壓設備[1]。低區系統的調壓設備出口壓力為常規壓力2500Pa左右，高區系統的出口壓力設置為較低值，該值可根據建筑高度靈活選取，如果建筑高度在150m以內，調壓設備出口壓力可設置為2000Pa或更低一些，如圖1所示。

圖1 分開設置高層供氣系統和低層供氣系統調壓方式示意圖

優點：用戶廚房內燃氣管道及設施不需要增加，簡化了用戶端的管理。

缺點：需要設置2套調壓設施，且建筑低層部分存在2根立管，勢必造成投資增加，且建筑立面上敷設的管道增加，一定程度上影響了建筑立面美觀。

基于這種調壓方式存在的缺點，在實踐中較少采用。因此，當一個小區中僅有一兩棟超高層，而其他樓棟為普通高層時，建議考慮采用這種調壓方式，相當于把超高層的高層部分獨立出來，單獨設一個調壓裝置為其解決超壓問題。

2.2 中壓入戶的調壓方式

此種調壓方式，庭院不作調壓，氣源由市政管道接入庭院，庭院管及戶內立管的壓力與市政氣源壓力相同,如圖2所示。

圖2 中壓入戶調壓方式示意圖

優點：因庭院管為中壓管，因此燃氣管徑較小，可以節約管材造價，且因為每戶都設中-低壓調壓器，不管高層用戶還是低層用戶，灶前壓力都在一個比較趨近于灶具額定壓力值，對用戶灶具的燃燒工況有利。

缺點：每一戶都需要安裝中-低壓調壓器，增加了工程造價；另外，因為庭院管及立管均為中壓，壓力較高，這對居民用戶來講，存在較高的風險，給后續的運營管理帶來挑戰；其次，由于燃規規定居民用戶的最高入戶壓力為0.2MPa，而市政氣源的壓力經常大于0.2MPa，限制了它的適用范圍。

這種調壓方式早些年在一些地方有使用(不一定是超高層)，隨著立管服役時間的增長，管道因為腐蝕等因素影響，嚴重的漏氣問題，存在較大的安全隱患。所以，目前新建項目已經很少采用這種調壓方式；而且，先前建設的中壓入戶管道也在逐步改造成低壓入戶，因此當前一般不推薦這種調壓方式。

2.3 庭院一級調壓，戶內二級調壓的方式

這種方式把調壓設施出口壓力調到一個較高壓力，但未達到中壓，比如7000Pa左右，這個壓力遠高于燃氣灶具的額定壓力，所以不管高層用戶還是低層用戶，戶內都需要設置一個二級低-低壓調壓器[2]，如圖3所示。

圖3 庭院一級調壓戶內二級調壓方式示意圖

優點：因調壓設施出口壓力較高，允許的沿程壓降相應較大，因此燃氣管徑較小，可以節約管材造價，且因為每戶都設低-低壓調壓器，不管高層用戶還是低層用戶，灶前壓力都控制在一個比較趨近于灶具額定壓力的值，這對用戶灶具的燃燒工況有利。

缺點：每一戶都需要安裝低-低壓調壓器，增加了住戶工程造價；另外，一級調壓與二級調壓之間的壓力較高，在供銷差方面可能產生不利的影響。

這種調壓方式不管是在理論上還是實踐上，都有較高的合理性和可行性，因此當前在國內外得到比較廣泛的應用，像溫哥華、香港、悉尼和東京等地就是采用這種調壓方式(7000Pa進戶)，雖然對燃氣公司來講，會增加造價；但對用戶而言，會得到較好的燃氣使用體驗，體現了以客戶為導向的思想。

2.4 庭院一級調壓，部分戶內二級調壓的方式

這種方式把調壓設施出口壓力調到一個比較常規的壓力，比如2500Pa或2300Pa，這樣超高層的低樓層住戶可像普通高層一樣正常供氣，而不需要設置低-低壓調壓器，只有超過一定高度、可能導致超壓的樓層，才在用戶廚房內設置低-低壓調壓器，如圖4所示。

圖4 庭院一級調壓部分戶內二級調壓方式示意圖

優點：該系統只在較高樓層加裝戶內低-低壓調壓器，在滿足用戶灶前壓力的同時，最大程度上節約了工程造價。一級調壓的出口壓力和普通高層調壓的出口壓力一致，這對同一個小區既有普通高層，也有超高層的情況比較有利。一個庭院調壓柜可為小區所有樓棟調壓，對投入運營之后調壓設施及庭院管道的日常管理維護提供了便利。

缺點：低層未設低-低壓調壓器用戶的不同樓層灶前壓力波動范圍較大，用戶使用體驗不如第三種方式好，而且同一棟樓有些有裝低-低壓調壓器，有些沒有裝置，對于用戶端的管理維護增加了難度。另外，因為用戶端的調壓器進出口壓差較小，市場上目前符合該要求的產品較少。

但這種方式簡單易行，又節約工程造價，因此是一種比較可行的調壓方式。目前廈門超高層住宅采用的是這種調壓方式。

2.5 庭院一級調壓，立管二級調壓的方式

這種方式與上一種方式較接近，區別在于把二次調壓改到立管上，如圖5所示。

圖5 庭院一級調壓立管二級調壓方式示意圖

優點：該系統最為簡單，連戶內調壓器都省了，從經濟上來講是最優的；而且，所有樓層用戶廚房內都沒有調壓器，廚房內管道布置較簡單。

缺點：該系統最大的缺點在于立管調壓器的位置選擇困難，這個位置既要滿足調壓器設置的相關要求，還要便于檢查維修，工程實踐較難找到一個理想的位置。

3 結語

本文以廈門為例分析了超高層住宅的附加壓力，對于其他使用天然氣的城市，附加壓力的產生及影響與廈門大體一致。根據對上文所述五種調壓方式優缺點的分析，本文推薦上述第三種和第四種調壓方式，不推薦第二種調壓方式，第一種和第五種調壓方式也有其各自的適用情形，燃氣公司可結合自身的實際情況選擇最適用于當地的方案。

誠然，除了以上所述幾種調壓方式，還有其他一些調壓方式，具體可參見相關文獻，在此不再敘述；而且并不是超高層就一定要進行二次調壓，是否進行二次調壓，主要取決于是否超壓。