关于高层民用住宅天然气供应方式的探讨

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【摘要】：结合高层民用住宅天然气供应特点、燃气用具、以及调压设备特性分析各种供气方式的安全性、可靠性及日常运行维护成本，提出解决方案。

【关键词】：高层民用住宅燃气供应压力损失附加压头稳压措施

中图分类号：TU97文献标识码： A

1 引言

近年来随着城市化建设的快速发展以及城市发展的转型和升级，加上可开发利用的土地资源比较稀缺，高层民用住宅作为现代化城市发展中处理土地集约利用的一种有效解决措施，越来越普遍被城市规划部门所鼓励，备受越来越多的地产开发商所青睐。

天然气作为一种易燃易爆的可燃介质，因此当其作为高层民用住宅的能源时,其供应方式的安全性与可靠性越来越受到业界的普遍重视；燃气运营公司在履行职责时也都非常关注燃气运行安全、燃气供应的可靠性。随着工程技术的日新月异，设备材料的推陈出新，施工工艺的与时俱进，为燃气工程师设计更加安全可靠的燃气供气方式提供了前所未有的可能性。因此对高层民用住宅燃气供应方式的研究，在提升工程技术、安全运行以及燃气服务的水平方面有着举足轻重的作用。本文从燃气供应的安全性、可靠性、运营维护成本和日常工作量等工程全生命周期出发，就高层民用住宅天然气供应方式的合理选择进行分析。

2 高层民用住宅天然气供应特点

高层民用住宅供应燃气时由于立管长，管道自重大，会产生压缩应力；由于环境温度变化影响及建筑物不均匀沉降，立管会产生伸缩变形、热应力和切向应力；高层住宅受风荷载和可能发生的地震影响产生弯曲应力。这些额外应力对立管会造成损坏，危害燃气的安全可靠使用。通过合适的稳管措施和补偿措施能很好的消除这些不利影响。但对于天然气相对密度小，在高层建筑中会产生附加压力，且随着高度增加附加压力逐渐增大，这对燃气灶具可靠安全使用有不小的影响。本文综合考虑家用燃气灶具特性，调压器工作特点和居民用户用气特点等因素选择最优的燃气供应方式，不仅可以减少高层民用住宅燃气供应时附加压力不利影响，且在减少日常运行维护的工作量和管理费用等方面具有非常实际应用价值。

3 现有方案分析比较和新思路

根据GB50028-2006《城镇燃气设计规范》10.2.1规定，公共建筑和居民用户燃气管道中压进户压力定为不大于0.2MPa，（即指表前调压器入口压力）。居民低压燃气管道进户压力小于0.01MPa。目前国内减少高层居民住宅天然气附加压力影响的供气方式主要有以下几种。

A.楼栋二级调压：这种方式是目前国内采用比较多的一种，如重庆、天津、成都等地。它是将中压燃气支管引入楼栋边侧室外或外墙设调压箱调至5~8KPa后经表前稳压器调到额定值2.16KPa供燃气具使用。这种方式的优点是（a）安装工艺简单，由于输送压力较高，减小了庭院管道口径，降低了安装成本低；（b）每层用户用气压力都均等，增加了用户用气压力的稳定性，提高了燃烧效率，改善厨房的空气质量。缺点是（a）庭院管中压供气的安全风险；（b）考虑到楼栋调压器和室内稳压器的关闭压力、稳压精度和流量范围，一个小区有数十楼栋调压器和数百个稳压器，当投入运行几年后由于阀瓣磨损或天然气所含杂质导致阀口关闭不严，就会出现压力过高的情况。当楼栋调压带有超压切断装置时，就会经常切断燃气输送，但需要人工复位，增加了维护检修费用和工作量，更重要的是经常不确定的停气通气增加了不安全因素和潜在风险；（c）室内稳压器关闭不严可能产生脱火现象，稳压器丝口存在较大的漏气可能性及漏气时的泄漏量，增加了安全隐患；并且稳压器在后期存在大幅度的维护工作量和管理成本的问题。

楼栋二级调压（重庆）户内调压（深圳）区域一级调压

B.中压进户表前调压：这种方式主要有深圳采用，调压工艺是将庭院管压力40~70KPa经每户表前调压器调至额定值2.16KPa供燃气具使用。该方式对调压设备质量性能，施工质量和用户素质要求较高。该方式的优缺点很明显，安装更工艺简单，工程安装费用比楼栋调压方式还低5~8%左右，也能保证用户用气的稳定性。缺点是同样存在庭院管和立管中压供气的安全风险；同时户内的调压器丝口存在很大漏气的可能性及漏气时的泄漏量，增加了安全隐患，事故一旦发生后蔓延速度快，控制困难；另一缺点是大量的户内调压器今后存在许多维护工作量和管理成本。

C.区域一级调压：这是目前国内大多数高层民用住宅采用的一种燃气供应方式，苏州、常熟、张家港、合肥等多城市在使用该方式为高层民用住宅供气。它的调压工艺是将市政中压管经小区内区域调压柜调至2~3KPa后直接供用户使用。该方式的优点是(a)不存在庭院管中压供气风险；(b)住宅内不存在调压器，没有后期运行维护工作量和管理费用；（c）减少了燃气泄露可能性及泄漏时的泄漏量。此种供气方式需要设计工程师考虑到区域调压器的关闭压力、稳压精度和流量范围，要提高用户用气的安全性和可靠性，需理论计算分析选择调压器类型和庭院管网合理的压力降分配。使得用气低峰时不会导致离区域调压器最近的楼栋顶层出现脱火现象；用气高峰时不会导致离区域调压器最远的楼栋底层用户出现回火现象。具体分析在下文讲述。

4 家用燃气用具及调压设备特点

4.1 家用燃具特点

家用燃气灶和热水器的燃烧器都为大气引射式燃烧器，使用天然气时额定压力Pn为2.0KPa,根据GB 50028-2006《城镇燃气设计规范》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(灶前)的燃气压力应在 0．75～1．5Pn的范围内(Pn为燃具的额定压力)。由于低压管网沿程阻力和局部阻力的影响，允许灶具前燃气压力在一定范围内波动，当灶具前燃气压力在0．75～1．5Pn的范围内波动时，仍能大道灶具燃烧的要求，若超出此范围，灶具的热效率低、燃烧不稳定、燃烧噪音大，甚至出现脱火和回火等现象。因此家用天然气灶具压力范围为1500Pa--3000Pa，

4.2调压器的功能及特性

在将系统压力维持于某个可接受范围的同时，还必须满足下游的流量要求。当流量较低时，调压器阀瓣靠近阀座，缩小通道以限制流量。当需求流量增加时，阀瓣远离阀座，增加其打开程度，增大流量。在理想情况下，调压器应能够在输送所需流量的同时，提供恒定的下游压力。

根据GB 16802-1997 《城镇燃气调压器》中规定：不同介质中压供气调压器参数如下：

当进口压力等级0.005MPa＜P1≤0.2MPa，出口压力等级0.001MPa＜P2≤0.00475MPa时，稳压精度不小于15%

当进口压力等级0.2Mpa＜P1≤0.4Mpa，出口压力等级0.005MPa＜P2≤0.15MPa时，稳压精度不小于10%

5 高层居民住宅燃气供应运行工况分析

5.1 运行工况分析

对于天然气，普遍采用由下向上供气的方式，其附加压力为浮力，造成燃具前压力升高，因此供气系统须考虑顶层用户超负荷工作和底层用户欠压工作。民用燃具的压力范围为0.75Pn~1.5Pn。取高层住宅燃气系统的最不利运行工况，此时，用户燃具前压力可按下式计算：

P2=P1-ΔP1-ΔP2-ΔP3+ΔΗ

式中 P2―燃具前压力（Pa）,1500Pa≤P2≤3000Pa；P1―调压器出口压力（Pa）；ΔP1―庭院管压降（Pa）；ΔP2―立管压降（Pa）；ΔP3―计量表压降（Pa），一般值为150Pa；ΔΗ―附加压力（Pa）。

其中，在最不利运行工况下，P1调压器出口压力为调压器设置额定压力和调压精度的乘积，即P1=P额 ×（1+AC/100)

式中AC为调压精度等级，在小区管网系统用气高峰时，AC取负值；在小区管网系统用气低峰时，AC取正值。下表为不同调压精度等级所对应出口压力范围。

5.2 附加压力计算

由于高层居民住宅产生的附加压头很大，所以在考虑供气方式时，附加压头必须考虑，并且要结合最不利的情况下讨论附加压头的影响。附加压头的公式为：

ΔΗ=9.8×（ρk-ρm）×h

式中：ΔΗ―燃气的附加压力（Pa）；

ρk―空气的密度（kg/m3）；苏州最冷月平均气温为3°C，此时空气密度取值为1.279kg/m3；

ρm―燃气的密度（kg/m3）；一般取值为0.75kg/m3；

h―燃气管道终、起点的高程差（m）。

假设每层住宅高度为2.9米，根据附加压力公式可计算高层居民住宅的附加压力，见下表。

下面对调压精度等级为15，高度为33层的住宅用气低峰和用气高峰两种情况给予分析。

1、用气低峰时：调压箱额定压力应满足低峰用气时离调压箱最近楼栋顶层用户用气可靠性，因此有

P2=P1-ΔP1-ΔP2-ΔP3+ΔΗ≤3000Pa

此时ΔP1、ΔP2忽略不计，ΔP3=150Pa，ΔΗ=496Pa，所以调压器出口压力P1≤2654Pa，由于调压器精度等级为15，这种情况下调压器精度等级考虑为正偏差，因此P1=P额 ×（1+15%），所以调压器的设置额定压力为P额≤2307Pa。

2、用气高峰时：当调压器设置额定压力设置为2307Pa时，又必须考虑高峰用气时最不利楼栋底层用户用气的可靠性。因此有

P2=P1-ΔP1-ΔP2-ΔP3+ΔΗ≥1500Pa

此时ΔΗ=0，ΔP2=0，这种情况下调压器精度等级考虑为负偏差，因此P1=P额×（1-15%）=1960Pa，所以可以得出庭院管最不利允许压降ΔP1≤310Pa。

使用同样方法分别对25层和18层住宅予以分析，得出庭院管网允许的压力降。如下表所示。

如果调压器精度选用15%的，庭院管允许压降ΔP1比较小，因此对于户数比较多的小区可能会导致庭院管网非常大，提高了工程建设成本。建议解决的办法是提高调压器稳压精度。下表为不同稳压精度的调压器所对应调压器额定出口压力和允许庭院管压降。

由上表可以看出，提高调压器的调压精度，大大增加了管网的容量及允许压降。

6结论

1．对于高层居民住宅选用区域一级调压方式也能满足用户安全可靠用气需求。

2．对于存在24层以上的居民住宅小区，选择区域一级调压方式，选择调压精度不大于10%的调压器，能满足高层居民住宅安全可靠的用气需求。

3．区域一级调压与区域二级调压相比，减少了安全隐患和维护管理费用。

参考文献

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