浅谈天然气附加压力的影响及解决方案

近年来，随着我国城市化建设脚步的加快，在大中型城市，住宅、办公楼大部分是高层建筑，超高层建筑也屡见不鲜。越来越多的人口、公司涌向一、二线城市，在诸如北京、上海、广州、武汉等地区，人口密集化程度相当高，“土地就是金钱”的理念在这些地方得到充分诠释。天然气的利用具有方便快捷、经济环保等优势，人们在生活上已经离不开天然气。而高层和超高层建筑的高度也会给天然气带来附加压力，对天然气的应用有较大的影响［1］。

1 天然气附加压力

住宅建筑10层及以上称为高层建筑，建筑高度大于100米的为超高层建筑( GB50352《民用建筑设计通则》) 。因天然气的密度低于空气，达到一定高度时，会产生较大的附加压力，尤其在超高层建筑中的影响更大。

1.1 居民用气设备的天然气压力

GB50028《城镇燃气设计规范》第10.4.1 条规定，居民生活的各类用气设备应采用低压燃气，用气设备前的燃气压力应在0.75～1.5pn 的范围内(pn为燃具的额定压力) 。同时第10.2.2条规定，除矿井气以外的天然气，民用低压用气设备燃烧器的额定压力宜为2.0kPa。所以对于居民用户来说，用气设备前的天然气供气压力应为1.5～ 3kPa。当天然气压力超过煤气灶具的上限压力时，燃具将产生离焰和脱火现象，灶具将无法正常燃烧，甚至引发安全事故。

1.2 天然气附加压力

天然气的附加压力可以按照以下公式计算:

Dpf = 9.8( rk － rr) Dh

式中，Dpf 为天然气的附加压力，Pa; rk 为空气的密度，kg /m³ ; rr 为天然气的密度，kg /m³ ; Dh 为天然气管道的高度差，m。

假设当地的天然气的密度rr = 0.7174kg /m³，空气密度rk =1． 297 kg /m³，可得出Dpf =5.8Dh。

即: 高度每升高1m，附加压力将增加5.8Pa。

1.3 高层用户入户天然气压力

居民用气设备的额定压力为2kPa，而天然气的入户压力应在0.75 ～ 1.5pn，即1.5～ 3kPa之间。

夜间低峰时，供气调压设备近乎关闭，当层建筑的天然气入户压力为:

Dr = D1* ( 1 + SG) + Dpf

式中，Dr 为当层建筑的天然气入户压力，Pa; D1为首层建筑的天然气入户压力，Pa; SG 为调压设备的关闭压力精度; Dpf 为天然气的附加压力，Pa。

假设该调压设备的关闭压力精度SG为20%，则低峰时段当层建筑的天然气入户压力见表1。

从表2 中可以看出:

（1）若首层入户压力为1500Pa 时，73层以上的超高层建筑需要使用降低附加压力措施。

（2）若首层入户压力为2000Pa 时，37层以上的超高层建筑需要使用降低附加压力措施。

（3）若首层入户压力为2300Pa 时，16层以上的超高层建筑需要使用降低附加压力措施。

在实际运行中，为了保证用气高峰时的正常供气，一般会将供气压力提高，若燃气公司设定高峰时当地的首层入户压力为2300Pa时，则从16层开始，必须使用降低附加压力措施。

2 天然气附加压力的解决方案

2.1 方案A: 立管上加装减压设备

在天然气立管的主管道上，加装减压设备，将压力降下来。

以首层入户压力为2300Pa 为例，分别在第16层、32层、48层等楼层的立管上，加装减压设备1、减压设备2，减压设备3，将该楼层的入户压力降到2300Pa即可。

优点: 价格适中，使用2+0结构减压设备，可以保证天然气不间断，而且减压设备的数量也比较少。

缺点: 适用性受到限制，从图中可以看出，减压设备1的通过流量，是16层以上所有用户的总和，减压设备2的通过流量，是32层以上所有用户的总和，以此类推，楼层越靠下的减压设备的流通能力必须越大。而目前市场上用于低－ 低压的稳压器，很少有用到流量非常大的情况。所以此方案适用于楼层数较高，但是单层用气量较少的情况。

2.2 方案B: 单层加装减压设备

在楼层的每层通气管道上，加装减压设备，如图1所示。

优点: 适用性强，使用2+0结构，可以连续性供气。

缺点: 单层加装减压设备，需要的设备套数比较多，价格处于中等偏上。

2.3 方案C: 单户加装减压设备

每家每户，入户之前加装减压设备［2］，如图2所示。

优点: 单户加装减压设备，安装灵活，体积小，若设备出现故障，影响较小

缺点: 使用的稳压器数量太多，检修不方便，安装的工作量太大

2.4 方案D: 部分楼层共用减压设备

根据该楼的每层用气量大小，将其中部分连续楼层划分为一个支立管，加装减压设备。优点: 适用性强，可以根据实际用气大小，灵活划分楼层区域; 选用2+0结构减压设备，实现不间断供气; 使用的减压设备数量也不是很多，可以方便后期维护保养。缺点: 根据楼层区间，需要划分多个立管.

2.5 方案E: 智能调压器自动调压

目前市场上有部分智能调压器产品，可以通过感应管道中流量大小，自动调节出口压力。当楼层为90层以下建筑时，可以应用此调压器。也就是说当用气高峰时，流量较大，调压器自动将出口压力调高; 而夜间用气低峰时，流量较小，调压器自动将出口压力调小。

优点: 不需要在楼层中加装减压设备，而且智能化程度高，自动调压，可以通过2+0结构，实现不间断供气。

缺点: 楼层超过90层不能使用( 因90层时附加压力已经达到1.5kPa，即使首层入户最低的1.5kPa，90层也已经达到允许的上限值3kPa) ，而且现场接管较多，价格比一般调压器贵，需要特定的软件和驱动系统。

2.6 方案F: 时钟模块定时调压

目前有一款小型设备－ 时钟模块，如图3 所示，可以加装在调压器引压管中，通过设定时间点，开启或关闭电磁阀，改变调压器的压力设定。当楼层为90 层以下建筑时，可以应用此调压器。也就是说提前设定一个用气高峰的时间点和用气低峰时间点，通过电磁阀的开启或关闭，控制引入调压器反馈系统中的压力，来调节调压器的出口压力。

优点: 不需要在楼层中加装减压设备，可以根据时间段，自动调压，可以通过2+0结构，实现不间断供气。

缺点: 楼层超过90层不能使用( 因90层时附加压力已经达到1.5kPa，即使首层入户最低的1.5kPa，90 层也已经达到允许的上限值3kPa) ，而且用气高峰和低峰的时间点有可能不同，调节压力的准确性和及时性存在问题。调压器引压管较细，流通的气体较少，引压压力控制不是很好，出口压力调节不是很准确。

3 结束语

目前，高层和超高层建筑的天然气附加压力解决方案有很多，我们应该根据该建筑的用气大小以及当地的实际情况，全面分析，选择最适用的方案，见表2。

如表2，从适用性、经济性、安全性、可行性、技术成熟性、操作性等六个方面综合对比了6 种方案的情况，总体看来，在大部分情况下，方案B和方案D、E 比较适合使用，当然在部分特殊情况下，其他方案可能更合适。没有最好的方案，只有最适合当地实际情况的解决方案。

参考文献

［1］ 陈冬梅，等． 高层建筑燃气管道设计的探讨［J］． 煤气与热力，2007，27( 10) : 28 － 30．

［2］ 胡祖宏，等． 高层和超高层建筑天然气附加压力解决方案［J］． 煤气与热力，2014，34( 10) : B38 － B40