附加压头在天然气高层建筑供气系统中的影响及对策

邵朋举 沈颖

摘要： 高层建筑燃气供气系统受高度影响，对于天然气供气管道会产生较大的附加压头，影响供气效果和安全，本文结合国内建筑现状，阐述了通过技术改进提高供气效率，消除供气安全隐患的具体措施。

关键词： 附加压头天然气高层建筑供气系统

近十年来，随着城市人口的增加，城市规模的不断扩大，城市土地利用率越来越高，很多城市出现了高层住宅楼，我国的北京、上海、广州等城市更是如此。伴随着住宅楼楼层的增高，燃气供应系统的立管逐渐增高。对于高层建筑室内燃气管道系统，应考虑的一个重要问题就是如何克服高程差引起的附加压头的影响。燃气的密度与空气的密度不等，当管段始末端存在标高差值时，管道中便会产生附加压头，附加压头过大，超过燃具的稳定工作范围，必然会影响用户燃具的正常燃烧，造成燃气的不完全燃烧，产生大量的一氧化碳，燃烧噪音大、出现脱火或回火等现象，极大地增加燃气用气的安全隐患。因此科学地改进技术、有控制地降低燃气附加压头是高层供气系统有待解决的问题，也是保证高层供气系统安全运行的重要事情。

我国城市燃气气源种类较多，常用的有人工燃气、天然气、液化石油气等，但常用的以天然气为主。本文以天然气为例浅谈附加压头在天然气高层建筑供气系统中的影响及克服措施。

一、附加压头的含义

根据《城镇燃气设计规范》（GB50028——2006）第10.2.13条的规定，在计算低压燃气管道阻力损失时，对地形高差大或高层建筑立管应考虑因高程差而引起的燃气附加压头。天然气的附加压头可按下式计算：

△P=9.8×（ρ■-ρ■）×h（1—1）

△P——燃气的附加压头（Pa）；

ρ■——空气密度（Kg/m■）；

ρ■——天然气密度（Kg/m■）；

h——燃气管道终、起点的高程差（m）。

假设我们所使用的天然气为纯天然气，即全部为CH■，那么天然气密度ρ■=0.72kg/m■，空气密度取ρ■=1.293kg/m■，利用公式1—1，可以得出建筑物高程每升高1m，天然气管道附加压力就增加5.62Pa，附加压头为正值，说明燃气自下而上流动时，附加压头即相当于上浮力。

二、附加压头在天然气高层建筑供气系统中的影响

由于附加压头的存在，使得高层建筑物每层用户的燃具压力都不一样，但为满足燃具燃烧的稳定性和良好的运行工况，应控制燃具前的压力波动范围。根据《城镇燃气设计规范》（GB50028——2006）第10.4.1条的规定，居民生活的用气设备应采用低压燃气，用气设备前（灶前）的燃气压力应在0.75～1.5P■的范围内（P■为燃具的额定压力）。而城镇燃气低压管道从调压站到最远燃具管道允许的阻力损失，可按下式计算：

△P■=0.75P■+150（1—2）

式中△P■——从调压站到最远燃具的管道允许阻力损失（Pa）；

P■——低压燃具的额定压力。

由《城镇燃气设计规范》（GB50028——2006）相关规定查出下面两个表格数据：

表一低压燃气管道压力数值表（Pa）

表二低压燃气管道压力降分配参考表（Pa）

对于天然气高层建筑供气系统来说，当采用由下向上的供气方式，其附加压头为正值，说明管道中产生上浮力，造成燃具前压力升高，供气系统主要应防止超负荷工作。一般民用燃具允许的超负荷压力为1.5Pn。取天然气高层建筑供气系统的最不利运行工况，此时，用户燃具前压力按下式计算：

P■=P■-△P■-△P■-△P（1—3）

式中：P■——用户灶前压力（Pa）；

P■——调压站出口压力（Pa）；

△P■——干管及引入管压降（Pa）；

△P■——室内立管至灶前压降（Pa）；

△P——附加压头（Pa）。

在最不利工况下，△P1可忽略不计，燃具前压力达到额定压力的1.5倍时，公式1—3可写成：

1.5P■=P■-△P■-△P（1—4）

从表一中可知；天然气P■=2000Pa，P■=3000Pa，△P■=400Pa，那么附加压头△P大于400Pa时，燃具压力会超过最高允许压力，因此天然气附加压头的允许极限值以400Pa为宜。下面我们分析一下，根据我们上面的计算，天然气供应立管每向上升高1m，附加压头就增加5.62Pa，那么楼层达到什么高度将产生附加压头呢，设楼层为X米是将产生附加压头，则X=400/5.62=71米。因此当楼层高度超过71m时，附加压力的影响会使灶前压力超过燃烧器的允许波动范围。因此，为了使用户燃具前的压力波动范围变小，更接近额定压力，有必要采取措施，减小附加压力的影响。

三、消除天然气高层建筑供气系统中附加压头的具体措施

鉴于国内高层建筑和供气的多样性，各地为使高层建筑物上下各层的燃具都能在允许的压力波动范围内正常工作，可依据当地具体情况采取下列措施加以克服附加压头的影响。以下就各措施进行描述，并分析其优缺点，以供借鉴。

1.分开设置高层供气系统和低层供气系统，以分别满足不同高度的燃具工作压力，这种方法虽然能有效地消除附加压头，但增加了天然气供应系统立管的数量，同时也增加了工程量和施工成本。

2.采用低——低压调压器，分段消除楼层的附加压头。此方法通常将调压器装设在附加压头超过400Pa的楼层。通过调压器调压达到稳定燃具前压力在额定工作压力范围内，消除附加压头的影响。

3.采用增大管道阻力的方法。对于20层左右的高层建筑，可采取6-8层变一次管径，增大立管的沿程损失，并在立管上分段设置调节用阀门，这样做的好处是增大局部阻力，减小附加压头。

4.采用中压管道直接进入建筑物，在用户煤气表前设置用户调压器由各自的调压器将燃气降压，达到燃具所需的稳定压力值（如下图所示）。这种做法的好处是用户之间压力波动影响较小，用气高峰时压力波动也不明显，而且调压器后的低压管段较短，燃具基本上是处在额定压力下工作，运行工况较佳，比较好地消除附加压力的影响。但是户内有一部分中压管道，安全性比低压管道有所降低，并且工程造价也较高，所以一般不主张采用。

参考文献：

[1]城镇燃气设计规范.GB50028-2006.

[2]段常贵.燃气输配.中国建筑工业出版社，2011.

[3]马良涛，韩晶.燃气输配.中国电力出版社，2004.

[4]罗义英.高层建筑燃气供应系统中附加压头的影响[J].河南城建高等专科学校学报，2000.