高层民用建筑燃气工程低压部分的水力计算浅析

赖文光 羊飞

摘 要 本文旨在对高层民用建筑燃气工程低压部分的水力计算，进行浅析。通过低压部分水力计算结果的分析，从而对高层民用建筑燃气工程的调压设备出口压力的选取、低压燃气管道管径的选取，提供计算的理论依据。

关键词 高层民用建筑;燃气工程;低压;水力计算;浅析

1高层民用建筑的定义

根据《建筑设计防火规范》GB50016-2014（2018年版），高层民用建筑是建筑高度大于27m的住宅建筑和建筑高度大于24m的其他民用建筑。其中一类高层民用建筑指的是建筑高度大于54m的住宅建筑（包括设置商业服务网点的住宅建筑）[1]。

2高层民用建筑燃气工程的低压水力计算依据

低压燃气管道单位长度的摩擦阻力损失应按《城镇燃气设计规范GB50028-2006》中式6.2.5计算。室外低压燃气管道的局部阻力损失可按燃气管道摩擦阻力损失的5%～10%进行计算。室内低压管道的局部阻力损失应单独考虑燃气表的局部阻力约120～130Pa。

3高层民用建筑燃气工程低压部分的水力计算影响因素

高层民用建筑燃气工程低压部分的水力计算的影响因素主要有附加压头的影响、管道沿程阻力和局部阻力的影响。

（1）附加压头的影响：对于比空气密度轻的燃气（如天然气、人工煤气），管道由低处往高处输送，附加压头使燃气介质压力增加;对于比空气密度重的燃气（如液化石油气），管道由低处往高处输送，附加压头使燃气介质压力减小。通过计算，人工煤气附加压头约为8.083Pa/m，天然气附加压头约为5.43Pa/m，液化石油气附加压头约为-11.833Pa/m。具体附加压头计算公式参照《城镇燃气设计规范GB50028-2006》中式10.2.13计算。

（2）沿程阻力和局部阻力的影响：由于流体具有黏滞性和惯性，因而引起流体经过管道时，产生沿程阻力损失;由于管路界面突然扩大或缩小等原因，固体壁面对流体的阻滞作用和扰动作用引起局部阻力损失。沿程阻力和局部阻力的产生，均使得燃气介质压力减小。

4高层民用建筑燃气工程的用气最极端情况

高层民用建筑燃气工程的用气最极端情况可分为两种：

流量最小情况的极端情况：某户人家燃气设备前的压力超过1.5倍额定压力的情况。比如距离调压设备最近的立管顶楼只开双眼灶的其中一个灶眼，而整个小区其他用户均不用气的情况;

流量最大情况的极端情况：某户人家燃气设备前的压力不足0.75倍额定压力的情况。比如距离调压设备最远的立管的某层用户开启一台灶具和热水器（不一定是底楼用户），而整个小区按照最大计算流量进行用气的情况[2]。

5高层民用建筑低压部分的水力计算

综合考虑，高层民用建筑在进行低压水力计算时，应按极端情况，进行水力计算。

流量最大情况的极端情况：流量最大情况的极端情况为所有用户按照同时工作系数正常工作时，距离调压装置最远的立管中某一户的压力最低的情况。此时，庭院部分按照选用同时工作系数法计算出的计量流量来计算庭院部分的沿程阻力损失和局部压力损失。室内部分按照一户燃烧设备全部开启的计算流量来计算室内部分的沿程阻力和局部阻力，且应单独考虑燃气表的局部阻力约120～130Pa。同时，室内部分应考虑附加压头的影响。通过对室内的各项压力进行叠加，得出室内部分的压力损失。庭院部分压力损失加上室内部分压力损失，等于低压燃气系统的总压力降。

流量最小情况的极端情况：流量最小情况的极端情况为只有距离调压装置最近的立管的顶楼用户，开启半台灶具使用的情况。这时候这户人家压力为系统最高。此时计算流量为0.35Nm3/h（整个系统的最小流量，包括庭院部分和室内部分），通过对流量最小情况的极端情况下庭院部分压力损失和室内部分压力损失进行计算，得出此时低压燃气系统的总压力降。此时附加压头作用显著。沿程阻力和局部阻力作用不这么明显。

这两种极端情况的水力计算，是调压设备出口压力的最低值和最高值选择的依据。选择过低，有可能小区内的最不利端的用户出现欠压情况，选择过高，有可能小区内靠近调压装置的顶楼用户出现超压的情况[3]。

6水力计算结果的应用举例

因篇幅有限，本文仅列出某高层民用燃气工程的低压部分水力计算结果，对结果进行分析。

第一种情况：管网确定后，确定调压设备出口压力。适用于管网改造项目。举例如下：

一个高层建筑小区共有6幢楼，均为24层高层建筑，建筑层高2.9m，合计698户用户。原使用液化石油气供气（管网设计前期已按使用天然气设计），现要求使用介质更换为天然气。请对低压管网进行水力计算和对调压设备进行选取。

经过对这个小区庭院低压燃气管网进行水力计算，得出最大流量的极端情况下，庭院部分低压管道至最不利点的沿程阻力和局部阻力之和为400Pa。室內部分最大压力降为沿程阻力5.75Pa，局部阻力132Pa，附加压头3.25Pa。得出本项目在极端情况下（最大流量时），低压管道系统的总压力降为400+5.75+132-3.25=534.5Pa;

流量最小情况下的极端情况，庭院部分低压管道至距离调压设备最近点用户的室外部分沿程阻力和局部阻力之和为2.3Pa。室内压力降计算如下：沿程阻力4.24Pa，局部阻力132Pa，附加压头366.5Pa。得出本项目在极端情况下（最小流量时），低压管道系统的总压力降为2.3+4.24+132-366.5= -227.96Pa。

通过对本项目的高层民用建筑低压部分的极端情况水力计算结果进行分析，可确定本项目调压设备的出口压力最低值为1500+534.5=2034.5Pa，压力最高值为3000-227.96=2772.04Pa，综合考虑，选取调压箱出口压力为2300～2600Pa。

注意：液化石油气管网更换为输送天然气时，计算流量应按天然气的计算流量进行，同时低压管网水力计算公式中的密度应取天然气的密度。

第二种情况：新项目设计，现场管网和调压设备均为空白的情况。举例如下：一个高层建筑小区共有6幢楼，均为24层高层建筑，建筑层高2.9m，合计698户用户。为新小区，使用介质为天然气。请对低压管网进行水力计算进行配管和对调压设备进行选取。

这种情况的计算过程同第一种，也是分庭院部分和室内部分，两种极端情况进行分别计算。不同的是管径可以自主选取，这种情况在做水力计算时，就应该对管网进行试算，可取经济流速，低压管道一般流速不应超过5m/s，庭院最不利点总压力降一般不超过700Pa，室内压力降一般不超过300Pa，从而确定低压管网管径。待低压管网管径确定好以后，反过来计算调压设备出口的最低压力值和最高压力值。

由于庭院部分管径选取大于第一种情况的管径，通过计算，选取调压箱出口压力为2200～2500Pa。

7结束语

通过对高层民用建筑燃气工程的低压部分水力计算进行分析，我们得出结论：高层民用建筑燃气工程调压装置出口压力不能过高，也不能过低，应通过极端情况的水力计算确定调压装置的出口压力范围。

8延伸扩展

若小区过大，一个调压装置满足不了整个项目的调压要求时，应考虑将项目分解为两个或多个，增设调压设备，分开调压。或者采用中压入户，室内加中-低压调压器或分段设置低～低压调压器的方式进行供气。

参考文献

[1] GB50028-2006.城镇燃气设计规范[S].北京：中国标准出版社，2006.

[2] 罗义英，尚毅.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，2000，9（3）：36-38.

[3] 王海涛，谭春艳，冯涛.燃气管道水力计算初探[C].2013中国燃气运营与安全研讨会.2013中国燃气运营与安全研讨会论文集.成都：中国土木工程学会，2014：144-151.