燃气附加压力解决办法及管道扩容新思路

四川利能燃气工程设计有限公司 李茜璐

随着城市都市化的发展，住宅建筑楼层越来越高，由此带来管道附加压力增加的问题越来越突出。如何保证燃气安全、可靠的供应，是超高层建筑燃气工程设计时的一个常见问题。居民生活中的燃气设备的使用量越来越大，已建管道不能满足用气需求，更换管道费时费力，简便快捷的管道扩容方式也成为现阶段及未来摆在燃气公司面前需要研究的问题。本文结合成都片区的天然气供应现状，提出适合成都片区超高层建筑燃气附加压力及已建管道扩容的解决办法：使用户内调压器。

1 超高层建筑附加压力

现行国家标准GB 50028—2006(2020年版)《城镇燃气设计规范》第 10.2.13条规定：计算低压燃气管道压力损失时，对地形高差大或高层的建筑立管应考虑因高程差而引起的燃气附加压力。燃气附加压力可按下式计算：

式中：△H——燃气附加压力，Pa；

ρk——空气密度，kg/m3；

ρm——燃气密度，kg/m3；

h——燃气管道终、起点高程差，m。

在标准状况下，天然气的密度为0.717 kg/m3，空气密度为1.29 kg/m3，住宅层高按照3.0 m计算，根据式(1)，对于一定层数的建筑，使用天然气时的附加压力计算结果见表1(顶层用气点高度按楼板高度加2.2 m计)。

表1 建筑物天然气附加压力

GB 50028—2006(2020年版)第10.4.1条规定：用气设备前(灶前)的燃气压力应为0.75～1.5Pn的范围内(pn为燃具的额定压力)。现行行业标准CJJ 12—2013《家用燃气燃烧器具安装及验收规程》附录B：当海拔 500 m时(成都平原)，燃具额定压力为2 100 Pa。即当居民使用低压燃具时，成都片区用气设备前的天然气供应压力应在 1 575～3 150 Pa范围，宜为2 100 Pa。对于住宅小区，调压箱(柜)出口压力一般设为2 500～3 000 Pa，而在用气低峰时，靠近调压箱(柜)的最近用户处可能达到压力的最大值，但调压箱(柜)和此用户之间仍有约150 Pa的阻力(包括燃气表阻力和干、支管阻力)，故极端情况下即只有单户居民用气时，其燃具前供气压力计算结果见表2。

表2 最不利情况单户居民用气时燃具前供气压力

可见当调压箱(柜)出口压力为2 800 Pa时，极端情况下单户居民用气时燃具前压力将从第 30层开始超压。另通过计算可知，当调压箱(柜)出口压力为3 000 Pa时，极端情况下单户居民用气时燃具前压力将从第19层开始超压；当调压箱(柜)出口压力设置在2 500 Pa时，极端情况下单户居民用气时的燃具前计算压力不会超压。但在未采取控制附加压力措施时，杨志良[1]一文中测得各楼层实际压力值大于计算压力值，而且因为调压箱(柜)出口压力降低，为保证低峰时较远用户的供气压力，管网管径必然增大，从经济的角度不应是最优选择。在冬季用气高峰时，燃气公司通常会调高调压箱(柜)的出口压力以保障高峰用气需求，从而导致超高层建筑在低峰用气时段特定楼层之上的居民户内燃具供气压力超压。

2 附加压力影响

2.1 对用气安全的影响

吕攀[2]一文中提到用气设备前的天然气供应压力小于1 000 Pa的情况下，出现离焰及回火等情况的可能性较大。在大于3 000 Pa的情况下，将发生漏气、燃烧不充分以及晃眼等现象。

2.2 对经济效益的影响

在民用供气状态下，气体体积损失率为3.8%～4.7%，通常民用气供气压力为2 500～3 000 Pa，若气体体积不变，则供气温度需要达到20 ℃左右[3]，文献[4]进一步指出温度需要达到27.23～28.10 ℃。成都年平均气温约为16.2 ℃，此时温度、压力对燃气体积的影响会使计量值偏低，从而造成经济损失。

皮膜表是容积式流量计，其测量到的容积受压力影响，要较准确消除皮膜表计量理论误差，应确定进户表压力的平均值[5]。但日常供气高层与低层用户的压力不一致，很难准确确定。例如当燃气公司供应1 m3天然气以底层用户使用压力2.5 kPa为基准时，高层用户由于附加压力作用导致使用压力大于 2.5 kPa，实际燃气消耗量会大于皮膜表测量值，然而收费基准为皮膜表的测量值，便会造成燃气公司的实质损失。

3 附加压力解决办法

以下为6种超高层建筑中燃气附加压力的解决方法，各有优缺点。

3.1 降低调压装置出口压力

通过降低调压箱(柜)出口压力来抵消附加压力的影响。其优点在于无须增加设备；缺点是适用范围有限，超高层建筑顶层用户用气设备压力可能不足[6]。

3.2 改变立管管径

在一定高度时通过减小立管直径增加立管阻力来抵消附加压力的影响。其优点在于结构简单，无需额外费用；缺点是需要设计人员对管道的精确设计、受气体压力及流量影响很大、易造成用户无法正常使用并形成安全隐患、不利于扩容，制约后期用气需求。

3.3 立管增加调压器

在立管适当位置设置调压器来抵消附加压力的影响。其优点在于1根立管只需设置1台或2台调压器，工程量较小；缺点是立管调压器体积较大，设计要求高，安装位置难选定；运行维护不方便；安装有调压器的楼层用户感官体验差[7]。

3.4 立管增加节流阀

每隔一定层数设置一个节流阀来抵消附加压力的影响。其优点在于额外费用增加较少；缺点是当只有顶层的极少数用户用气时，附加压力减少不明显，管内流量随用户数的多少而变化，流量的变化致使立管的阻力也随之变化，造成用户燃具前压力波动。

3.5 特定高度户内增加调压器

采用调压箱(柜)调压后，对特定高度以上的用户每户加装户内调压器来抵消附加压力的影响。其优点在于额外费用增加较少，仅部分楼层增加户内调压器；缺点是同一小区用户的室内设备不同，用户意见难以统一。

3.6 户内加设调压器

适当提高调压箱(柜)出口压力，并在每户加设户内调压器来抵消附加压力的影响。其优点在于用户用气工况稳定、便于扩容、可适当减少低压庭院管道和立管管径；缺点是每户都需单独安装调压器，较为繁琐。

4 加设户内调压器

4.1 缩小立管管径

目前成都片区常用的调压方式为一级调压。根据新建楼盘的燃气设计规律，调压箱(柜)出口压力通常设置为2.8 kPa，结合管道压损将灶前压力降至所需压力。使用一级调压方式的超高层建筑在不同用气参数下的立管管径见表3。

表3 超高层建筑在不同条件下的立管管径 mm

将调压箱(柜)出口设置为6～8 kPa，再配合户内调压器使用的调压方式为二级调压。这种方式当前在温哥华、香港、悉尼、合肥、厦门和东京等地得到了比较广泛的应用[1,7]。使用二级调压方式的超高层建筑在不同用气参数下的立管管径见表4。

表4 超高层建筑在不同条件下的立管管径 mm

对比表3、表4可以看出，每户安装户内调压器能够直接降低立管直径，且用气参数越大效果越明显。

4.2 管道扩容新思路

目前已建小区管道扩容只能通过更换管道来进行，时间与金钱投资都太大。如表3、表4所示，同样使用DN50管道，加设户内调压器后，每户的可供气量由3.6 m3/h增加为4.0 m3/h，不需要整改管径也达到管道扩容的目的，为已建管道扩容提供了新的思路，但采用这种方式之前需要复核管径。

4.3 经济性

目前，国产户内调压器价格为 17～85 元/只，进口的户内调压器费用相对较贵。每户加设户内调压器，毫无疑问会大幅增加调压设备的一次投资，但应结合网管费用总体核算。小区工程的管网费用主要包括庭院管、户内管两部分工程费用。当采用二级调压方式供气时，出口压力提高可缩小低压埋地管与立管管径，理论管径比一级调压减少。陈建清[8]将厦门市东北部多个小区进行对比，结论是采用分户调压后庭院管投资费用大为下降，管材节省的费用超过了采用楼栋调压时调压设备节省的费用。

5 结语

就目前成都片区超高层建筑燃气附加压力而言，采用户内调压方式在技术上是一种非常理想且较为可行的供气方式。它体积小，安装容易；在稳定灶前压力、保证供气安全可靠以及提高灶具使用热效率的同时，还能实现用户的独立控制；并且还能解决供销差的问题。

户内调压方式为已建管道扩容提供了新的思路，可以实现在不进行管道更换等复杂操作下满足管道扩容需要。若在初次安装中使用户内调压器，可以减少低压庭院管道和立管直径，减低施工强度及材料、安装等费用。随着其产品质量的不断提高和生产成本的不断降低，将成为城市燃气小区调压方式的主流发展方向。

目前户内调压方式还未在成都片区开展应用，建议终端燃气公司选取部分小区进行试点安装，以验证其有效性与可靠性。