附加壓頭在天然氣高層建筑供氣系統(tǒng)中的影響及對策

邵朋舉 沈穎

摘要： 高層建筑燃氣供氣系統(tǒng)受高度影響，對于天然氣供氣管道會產(chǎn)生較大的附加壓頭，影響供氣效果和安全，本文結(jié)合國內(nèi)建筑現(xiàn)狀，闡述了通過技術(shù)改進提高供氣效率，消除供氣安全隱患的具體措施。

關(guān)鍵詞： 附加壓頭天然氣高層建筑供氣系統(tǒng)

近十年來，隨著城市人口的增加，城市規(guī)模的不斷擴大，城市土地利用率越來越高，很多城市出現(xiàn)了高層住宅樓，我國的北京、上海、廣州等城市更是如此。伴隨著住宅樓樓層的增高，燃氣供應(yīng)系統(tǒng)的立管逐漸增高。對于高層建筑室內(nèi)燃氣管道系統(tǒng)，應(yīng)考慮的一個重要問題就是如何克服高程差引起的附加壓頭的影響。燃氣的密度與空氣的密度不等，當(dāng)管段始末端存在標(biāo)高差值時，管道中便會產(chǎn)生附加壓頭，附加壓頭過大，超過燃具的穩(wěn)定工作范圍，必然會影響用戶燃具的正常燃燒，造成燃氣的不完全燃燒，產(chǎn)生大量的一氧化碳，燃燒噪音大、出現(xiàn)脫火或回火等現(xiàn)象，極大地增加燃氣用氣的安全隱患。因此科學(xué)地改進技術(shù)、有控制地降低燃氣附加壓頭是高層供氣系統(tǒng)有待解決的問題，也是保證高層供氣系統(tǒng)安全運行的重要事情。

我國城市燃氣氣源種類較多，常用的有人工燃氣、天然氣、液化石油氣等，但常用的以天然氣為主。本文以天然氣為例淺談附加壓頭在天然氣高層建筑供氣系統(tǒng)中的影響及克服措施。

一、附加壓頭的含義

根據(jù)《城鎮(zhèn)燃氣設(shè)計規(guī)范》（GB50028——2006）第10.2.13條的規(guī)定，在計算低壓燃氣管道阻力損失時，對地形高差大或高層建筑立管應(yīng)考慮因高程差而引起的燃氣附加壓頭。天然氣的附加壓頭可按下式計算：

△P=9.8×（ρ■-ρ■）×h（1—1）

△P——燃氣的附加壓頭（Pa）；

ρ■——空氣密度（Kg/m■）；

ρ■——天然氣密度（Kg/m■）；

h——燃氣管道終、起點的高程差（m）。

假設(shè)我們所使用的天然氣為純天然氣，即全部為CH■，那么天然氣密度ρ■=0.72kg/m■，空氣密度取ρ■=1.293kg/m■，利用公式1—1，可以得出建筑物高程每升高1m，天然氣管道附加壓力就增加5.62Pa，附加壓頭為正值，說明燃氣自下而上流動時，附加壓頭即相當(dāng)于上浮力。

二、附加壓頭在天然氣高層建筑供氣系統(tǒng)中的影響

由于附加壓頭的存在，使得高層建筑物每層用戶的燃具壓力都不一樣，但為滿足燃具燃燒的穩(wěn)定性和良好的運行工況，應(yīng)控制燃具前的壓力波動范圍。根據(jù)《城鎮(zhèn)燃氣設(shè)計規(guī)范》（GB50028——2006）第10.4.1條的規(guī)定，居民生活的用氣設(shè)備應(yīng)采用低壓燃氣，用氣設(shè)備前（灶前）的燃氣壓力應(yīng)在0.75～1.5P■的范圍內(nèi)（P■為燃具的額定壓力）。而城鎮(zhèn)燃氣低壓管道從調(diào)壓站到最遠燃具管道允許的阻力損失，可按下式計算：

△P■=0.75P■+150（1—2）

式中△P■——從調(diào)壓站到最遠燃具的管道允許阻力損失（Pa）；

P■——低壓燃具的額定壓力。

由《城鎮(zhèn)燃氣設(shè)計規(guī)范》（GB50028——2006）相關(guān)規(guī)定查出下面兩個表格數(shù)據(jù)：

表一低壓燃氣管道壓力數(shù)值表（Pa）

表二低壓燃氣管道壓力降分配參考表（Pa）

對于天然氣高層建筑供氣系統(tǒng)來說，當(dāng)采用由下向上的供氣方式，其附加壓頭為正值，說明管道中產(chǎn)生上浮力，造成燃具前壓力升高，供氣系統(tǒng)主要應(yīng)防止超負荷工作。一般民用燃具允許的超負荷壓力為1.5Pn。取天然氣高層建筑供氣系統(tǒng)的最不利運行工況，此時，用戶燃具前壓力按下式計算：

P■=P■-△P■-△P■-△P（1—3）

式中：P■——用戶灶前壓力（Pa）；

P■——調(diào)壓站出口壓力（Pa）；

△P■——干管及引入管壓降（Pa）；

△P■——室內(nèi)立管至灶前壓降（Pa）；

△P——附加壓頭（Pa）。

在最不利工況下，△P1可忽略不計，燃具前壓力達到額定壓力的1.5倍時，公式1—3可寫成：

1.5P■=P■-△P■-△P（1—4）

從表一中可知；天然氣P■=2000Pa，P■=3000Pa，△P■=400Pa，那么附加壓頭△P大于400Pa時，燃具壓力會超過最高允許壓力，因此天然氣附加壓頭的允許極限值以400Pa為宜。下面我們分析一下，根據(jù)我們上面的計算，天然氣供應(yīng)立管每向上升高1m，附加壓頭就增加5.62Pa，那么樓層達到什么高度將產(chǎn)生附加壓頭呢，設(shè)樓層為X米是將產(chǎn)生附加壓頭，則X=400/5.62=71米。因此當(dāng)樓層高度超過71m時，附加壓力的影響會使灶前壓力超過燃燒器的允許波動范圍。因此，為了使用戶燃具前的壓力波動范圍變小，更接近額定壓力，有必要采取措施，減小附加壓力的影響。

三、消除天然氣高層建筑供氣系統(tǒng)中附加壓頭的具體措施

鑒于國內(nèi)高層建筑和供氣的多樣性，各地為使高層建筑物上下各層的燃具都能在允許的壓力波動范圍內(nèi)正常工作，可依據(jù)當(dāng)?shù)鼐唧w情況采取下列措施加以克服附加壓頭的影響。以下就各措施進行描述，并分析其優(yōu)缺點，以供借鑒。

1.分開設(shè)置高層供氣系統(tǒng)和低層供氣系統(tǒng)，以分別滿足不同高度的燃具工作壓力，這種方法雖然能有效地消除附加壓頭，但增加了天然氣供應(yīng)系統(tǒng)立管的數(shù)量，同時也增加了工程量和施工成本。

2.采用低——低壓調(diào)壓器，分段消除樓層的附加壓頭。此方法通常將調(diào)壓器裝設(shè)在附加壓頭超過400Pa的樓層。通過調(diào)壓器調(diào)壓達到穩(wěn)定燃具前壓力在額定工作壓力范圍內(nèi)，消除附加壓頭的影響。

3.采用增大管道阻力的方法。對于20層左右的高層建筑，可采取6-8層變一次管徑，增大立管的沿程損失，并在立管上分段設(shè)置調(diào)節(jié)用閥門，這樣做的好處是增大局部阻力，減小附加壓頭。

4.采用中壓管道直接進入建筑物，在用戶煤氣表前設(shè)置用戶調(diào)壓器由各自的調(diào)壓器將燃氣降壓，達到燃具所需的穩(wěn)定壓力值（如下圖所示）。這種做法的好處是用戶之間壓力波動影響較小，用氣高峰時壓力波動也不明顯，而且調(diào)壓器后的低壓管段較短，燃具基本上是處在額定壓力下工作，運行工況較佳，比較好地消除附加壓力的影響。但是戶內(nèi)有一部分中壓管道，安全性比低壓管道有所降低，并且工程造價也較高，所以一般不主張采用。

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