浅谈天然气附加压力的影响及解决方案

(上海飞奥燃气设备有限公司，上海 201201)

0 引 言

近年来，随着我国城市化建设脚步的加快，在大中型城市，住宅、办公楼大部分是高层建筑，超高层建筑也屡见不鲜。越来越多的人口、公司涌向一、二线城市，在诸如北京、上海、广州、武汉等地区，人口密集化程度相当高，“土地就是金钱”的理念在这些地方得到充分诠释。天然气的利用具有方便快捷、经济环保等优势，人们在生活上已经离不开天然气。而高层和超高层建筑的高度也会给天然气带来附加压力，对天然气的应用有较大的影响[1]。

1 天然气附加压力

住宅建筑10层及以上称为高层建筑，建筑高度大于100米的为超高层建筑(GB50352《民用建筑设计通则》)。因天然气的密度低于空气，达到一定高度时，会产生较大的附加压力，尤其在超高层建筑中的影响更大。

1.1 居民用气设备的天然气压力

GB50028《城镇燃气设计规范》第10.4.1条规定，居民生活的各类用气设备应采用低压燃气，用气设备前的燃气压力应在0.75～1.5 pn的范围内(pn为燃具的额定压力)。同时第10.2.2条规定，除矿井气以外的天然气，民用低压用气设备燃烧器的额定压力宜为2.0 kPa。所以对于居民用户来说，用气设备前的天然气供气压力应为1.5～3 kPa。当天然气压力超过煤气灶具的上限压力时，燃具将产生离焰和脱火现象，灶具将无法正常燃烧，甚至引发安全事故。

1.2 天然气附加压力

天然气的附加压力可以按照以下公式计算：

Dpf=9.8(rk-rr)Dh

式中，Dpf为天然气的附加压力，Pa；rk为空气的密度，kg/m3；rr为天然气的密度，kg/m3；Dh为天然气管道的高度差，m。

假设当地的天然气的密度rr=0.717 4 kg/m3，空气密度rk=1.297 kg/m3，可得出Dpf=5.8Dh

即：高度每升高1 m，附加压力将增加5.8 Pa。

1.3 高层用户入户天然气压力

居民用气设备的额定压力为2 kPa，而天然气的入户压力应在0.75～1.5 pn，即1.5～3 kPa之间。

夜间低峰时，供气调压设备近乎关闭，当层建筑的天然气入户压力为：

Dr=D1*(1+SG)+Dpf

式中，Dr为当层建筑的天然气入户压力，Pa；D1为首层建筑的天然气入户压力，Pa；SG为调压设备的关闭压力精度；Dpf为天然气的附加压力，Pa。

假设该调压设备的关闭压力精度SG为20%，则低峰时段当层建筑的天然气入户压力见表1。

表1 低峰时段当层建筑的天然气入户压力

从表2中可以看出：

(1)若首层入户压力为1 500 Pa时，73层以上的超高层建筑需要使用降低附加压力措施。

(2)若首层入户压力为2 000 Pa时，37层以上的超高层建筑需要使用降低附加压力措施。

(3)若首层入户压力为2 300 Pa时，16层以上的超高层建筑需要使用降低附加压力措施。

在实际运行中，为了保证用气高峰时的正常供气，一般会将供气压力提高，若燃气公司设定高峰时当地的首层入户压力为2 300 Pa时，则从16层开始，必须使用降低附加压力措施。

2 天然气附加压力的解决方案

2.1 方案A：立管上加装减压设备

在天然气立管的主管道上，加装减压设备，将压力降下来。

以首层入户压力为2 300 Pa为例，分别在第16层、32层、48层等楼层的立管上，加装减压设备1、减压设备2，减压设备3，将该楼层的入户压力降到2 300 Pa即可。

优点：价格适中，使用2+0结构减压设备，可以保证天然气不间断，而且减压设备的数量也比较少。

缺点：适用性受到限制，从图中可以看出，减压设备1的通过流量，是16层以上所有用户的总和，减压设备2的通过流量，是32层以上所有用户的总和，以此类推，楼层越靠下的减压设备的流通能力必须越大。而目前市场上用于低-低压的稳压器，很少有用到流量非常大的情况。所以此方案适用于楼层数较高，但是单层用气量较少的情况。

2.2 方案B：单层加装减压设备

在楼层的每层通气管道上，加装减压设备，如图1所示。

优点：适用性强，使用2+0结构，可以连续性供气

缺点：单层加装减压设备，需要的设备套数比较多，价格处于中等偏上

图1 单层加装减压设备

2.3 方案C：单户加装减压设备

每家每户，入户之前加装减压设备[2]，如图2所示。

优点：单户加装减压设备，安装灵活，体积小，若设备出现故障，影响较小

缺点：使用的稳压器数量太多，检修不方便，安装的工作量太大

图2 单户加装减压设备

2.4 方案D：部分楼层共用减压设备

根据该楼的每层用气量大小，将其中部分连续楼层划分为一个支立管，加装减压设备。

优点：适用性强，可以根据实际用气大小，灵活划分楼层区域；选用2+0结构减压设备，实现不间断供气；使用的减压设备数量也不是很多，可以方便后期维护保养。

缺点：根据楼层区间，需要划分多个立管

2.5 方案E：智能调压器自动调压

目前市场上有部分智能调压器产品，可以通过感应管道中流量大小，自动调节出口压力。当楼层为90层以下建筑时，可以应用此调压器。也就是说当用气高峰时，流量较大，调压器自动将出口压力调高；而夜间用气低峰时，流量较小，调压器自动将出口压力调小。

优点：不需要在楼层中加装减压设备，而且智能化程度高，自动调压，可以通过2+0结构，实现不间断供气。

缺点：楼层超过90层不能使用(因90层时附加压力已经达到1.5 kPa，即使首层入户最低的1.5 kPa，90层也已经达到允许的上限值3 kPa)，而且现场接管较多，价格比一般调压器贵，需要特定的软件和驱动系统。

2.6 方案F：时钟模块定时调压

目前有一款小型设备-时钟模块，如图3所示，可以加装在调压器引压管中，通过设定时间点，开启或关闭电磁阀，改变调压器的压力设定。当楼层为90层以下建筑时，可以应用此调压器。也就是说提前设定一个用气高峰的时间点和用气低峰时间点，通过电磁阀的开启或关闭，控制引入调压器反馈系统中的压力，来调节调压器的出口压力。

优点：不需要在楼层中加装减压设备，可以根据时间段，自动调压，可以通过2+0结构，实现不间断供气。

缺点：楼层超过90层不能使用(因90层时附加压力已经达到1.5 kPa，即使首层入户最低的1.5 kPa，90层也已经达到允许的上限值3 kPa)，而且用气高峰和低峰的时间点有可能不同，调节压力的准确性和及时性存在问题。调压器引压管较细，流通的气体较少，引压压力控制不是很好，出口压力调节不是很准确。

图3 调压器上加装时钟模块

3 结束语

目前，高层和超高层建筑的天然气附加压力解决方案有很多，我们应该根据该建筑的用气大小以及当地的实际情况，全面分析，选择最适用的方案，见表2。

表2 低峰时段当层建筑的天然气入户压力

如表2，从适用性、经济性、安全性、可行性、技术成熟性、操作性等六个方面综合对比了6种方案的情况，总体看来，在大部分情况下，方案B和方案D、E比较适合使用，当然在部分特殊情况下，其他方案可能更合适。没有最好的方案，只有最适合当地实际情况的解决方案。