淺談天然氣附加壓力的影響及解決方案

(上海飛奧燃氣設備有限公司，上海 201201)

0 引 言

近年來，隨著我國城市化建設腳步的加快，在大中型城市，住宅、辦公樓大部分是高層建筑，超高層建筑也屢見不鮮。越來越多的人口、公司涌向一、二線城市，在諸如北京、上海、廣州、武漢等地區，人口密集化程度相當高，“土地就是金錢”的理念在這些地方得到充分詮釋。天然氣的利用具有方便快捷、經濟環保等優勢，人們在生活上已經離不開天然氣。而高層和超高層建筑的高度也會給天然氣帶來附加壓力，對天然氣的應用有較大的影響[1]。

1 天然氣附加壓力

住宅建筑10層及以上稱為高層建筑，建筑高度大于100米的為超高層建筑(GB50352《民用建筑設計通則》)。因天然氣的密度低于空氣，達到一定高度時，會產生較大的附加壓力，尤其在超高層建筑中的影響更大。

1.1 居民用氣設備的天然氣壓力

GB50028《城鎮燃氣設計規范》第10.4.1條規定，居民生活的各類用氣設備應采用低壓燃氣，用氣設備前的燃氣壓力應在0.75～1.5 pn的范圍內(pn為燃具的額定壓力)。同時第10.2.2條規定，除礦井氣以外的天然氣，民用低壓用氣設備燃燒器的額定壓力宜為2.0 kPa。所以對于居民用戶來說，用氣設備前的天然氣供氣壓力應為1.5～3 kPa。當天然氣壓力超過煤氣灶具的上限壓力時，燃具將產生離焰和脫火現象，灶具將無法正常燃燒，甚至引發安全事故。

1.2 天然氣附加壓力

天然氣的附加壓力可以按照以下公式計算：

Dpf=9.8(rk-rr)Dh

式中，Dpf為天然氣的附加壓力，Pa；rk為空氣的密度，kg/m3；rr為天然氣的密度，kg/m3；Dh為天然氣管道的高度差，m。

假設當地的天然氣的密度rr=0.717 4 kg/m3，空氣密度rk=1.297 kg/m3，可得出Dpf=5.8Dh

即：高度每升高1 m，附加壓力將增加5.8 Pa。

1.3 高層用戶入戶天然氣壓力

居民用氣設備的額定壓力為2 kPa，而天然氣的入戶壓力應在0.75～1.5 pn，即1.5～3 kPa之間。

夜間低峰時，供氣調壓設備近乎關閉，當層建筑的天然氣入戶壓力為：

Dr=D1*(1+SG)+Dpf

式中，Dr為當層建筑的天然氣入戶壓力，Pa；D1為首層建筑的天然氣入戶壓力，Pa；SG為調壓設備的關閉壓力精度；Dpf為天然氣的附加壓力，Pa。

假設該調壓設備的關閉壓力精度SG為20%，則低峰時段當層建筑的天然氣入戶壓力見表1。

表1 低峰時段當層建筑的天然氣入戶壓力

從表2中可以看出：

(1)若首層入戶壓力為1 500 Pa時，73層以上的超高層建筑需要使用降低附加壓力措施。

(2)若首層入戶壓力為2 000 Pa時，37層以上的超高層建筑需要使用降低附加壓力措施。

(3)若首層入戶壓力為2 300 Pa時，16層以上的超高層建筑需要使用降低附加壓力措施。

在實際運行中，為了保證用氣高峰時的正常供氣，一般會將供氣壓力提高，若燃氣公司設定高峰時當地的首層入戶壓力為2 300 Pa時，則從16層開始，必須使用降低附加壓力措施。

2 天然氣附加壓力的解決方案

2.1 方案A：立管上加裝減壓設備

在天然氣立管的主管道上，加裝減壓設備，將壓力降下來。

以首層入戶壓力為2 300 Pa為例，分別在第16層、32層、48層等樓層的立管上，加裝減壓設備1、減壓設備2，減壓設備3，將該樓層的入戶壓力降到2 300 Pa即可。

優點：價格適中，使用2+0結構減壓設備，可以保證天然氣不間斷，而且減壓設備的數量也比較少。

缺點：適用性受到限制，從圖中可以看出，減壓設備1的通過流量，是16層以上所有用戶的總和，減壓設備2的通過流量，是32層以上所有用戶的總和，以此類推，樓層越靠下的減壓設備的流通能力必須越大。而目前市場上用于低-低壓的穩壓器，很少有用到流量非常大的情況。所以此方案適用于樓層數較高，但是單層用氣量較少的情況。

2.2 方案B：單層加裝減壓設備

在樓層的每層通氣管道上，加裝減壓設備，如圖1所示。

優點：適用性強，使用2+0結構，可以連續性供氣

缺點：單層加裝減壓設備，需要的設備套數比較多，價格處于中等偏上

圖1 單層加裝減壓設備

2.3 方案C：單戶加裝減壓設備

每家每戶，入戶之前加裝減壓設備[2]，如圖2所示。

優點：單戶加裝減壓設備，安裝靈活，體積小，若設備出現故障，影響較小

缺點：使用的穩壓器數量太多，檢修不方便，安裝的工作量太大

圖2 單戶加裝減壓設備

2.4 方案D：部分樓層共用減壓設備

根據該樓的每層用氣量大小，將其中部分連續樓層劃分為一個支立管，加裝減壓設備。

優點：適用性強，可以根據實際用氣大小，靈活劃分樓層區域；選用2+0結構減壓設備，實現不間斷供氣；使用的減壓設備數量也不是很多，可以方便后期維護保養。

缺點：根據樓層區間，需要劃分多個立管

2.5 方案E：智能調壓器自動調壓

目前市場上有部分智能調壓器產品，可以通過感應管道中流量大小，自動調節出口壓力。當樓層為90層以下建筑時，可以應用此調壓器。也就是說當用氣高峰時，流量較大，調壓器自動將出口壓力調高；而夜間用氣低峰時，流量較小，調壓器自動將出口壓力調小。

優點：不需要在樓層中加裝減壓設備，而且智能化程度高，自動調壓，可以通過2+0結構，實現不間斷供氣。

缺點：樓層超過90層不能使用(因90層時附加壓力已經達到1.5 kPa，即使首層入戶最低的1.5 kPa，90層也已經達到允許的上限值3 kPa)，而且現場接管較多，價格比一般調壓器貴，需要特定的軟件和驅動系統。

2.6 方案F：時鐘模塊定時調壓

目前有一款小型設備-時鐘模塊，如圖3所示，可以加裝在調壓器引壓管中，通過設定時間點，開啟或關閉電磁閥，改變調壓器的壓力設定。當樓層為90層以下建筑時，可以應用此調壓器。也就是說提前設定一個用氣高峰的時間點和用氣低峰時間點，通過電磁閥的開啟或關閉，控制引入調壓器反饋系統中的壓力，來調節調壓器的出口壓力。

優點：不需要在樓層中加裝減壓設備，可以根據時間段，自動調壓，可以通過2+0結構，實現不間斷供氣。

缺點：樓層超過90層不能使用(因90層時附加壓力已經達到1.5 kPa，即使首層入戶最低的1.5 kPa，90層也已經達到允許的上限值3 kPa)，而且用氣高峰和低峰的時間點有可能不同，調節壓力的準確性和及時性存在問題。調壓器引壓管較細，流通的氣體較少，引壓壓力控制不是很好，出口壓力調節不是很準確。

圖3 調壓器上加裝時鐘模塊

3 結束語

目前，高層和超高層建筑的天然氣附加壓力解決方案有很多，我們應該根據該建筑的用氣大小以及當地的實際情況，全面分析，選擇最適用的方案，見表2。

表2 低峰時段當層建筑的天然氣入戶壓力

如表2，從適用性、經濟性、安全性、可行性、技術成熟性、操作性等六個方面綜合對比了6種方案的情況，總體看來，在大部分情況下，方案B和方案D、E比較適合使用，當然在部分特殊情況下，其他方案可能更合適。沒有最好的方案，只有最適合當地實際情況的解決方案。