超高层住宅燃气管道附加压力及调压方式分析

杨志良

(厦门华润燃气工程设计有限公司 福建厦门 361008)

0 引言

根据《建筑设计防火规范》(GB50016-2014)的定义，高度超过100m住宅为超高层住宅，近年来，随着城市建设的发展，超高层住宅出现的频率越来越高，尤其像厦门这样一个土地资源相对稀缺的城市，超高层住宅出现的频率明显比往年要高。而对于燃气管道设计，因燃气密度比空气轻，所以其附加压力必须随着楼层的增高而增压，尤其是超高层住宅必然要面对，如何解决由附加压力的增加而引起的超压问题。基于此，本文拟分析超高层住宅燃气管道附加压力，并阐述其不同的调压方式。

1 附加压力

天然气是比空气轻的一种气体，根据《城镇燃气设计规范》(GB50028-2006)第10.2.13条，燃气的附加压力计算公式：

ΔPf=9.8(ρk-ρr)Δh

式中：ΔPf——燃气附加压力(Pa)；

ρk——空气密度(取1.293kg/m3)；

ρr——燃气密度(本文主要讨论天然气，密度取0.7464kg/m3);

Δh——供气系统终点与起点的高差(m)。

根据上述公式，对于密度比空气轻的燃气，供气系统的末端和起点之间的高差越大，附加压力也越大，当这个压力超过一定值时，灶具的燃烧将处于不利的工况。然而，天然气灶具的最佳工作压力为2000Pa，灶前压力只允许有一定程度的波动范围。根据GB50028-2006第10.4.1条的要求，居民生活的各类用气应采用低压燃气，灶前燃气压力应在0.75～1.5Pn的范围内(Pn为灶具的额定压力)，对于天然气，灶前压力应在1500～3000Pa范围内。

而一栋高为100m的建筑，根据上述公式计算可知，其最高处附加压力为536Pa，若调压设施出口压力为2500Pa，根据上述公式计算，极端情况下最顶层用户的压力将达到3036Pa，其压力已超出规范允许的上限。表1显示了厦门市某超高层住宅在未采取控制附加压力措施时，其测得的各楼层实际燃气压力值以及相应高度的计算压力值。

表1 超高住宅不同楼层的实测燃气压力值与计算压力值

表1中压力测量时间为上午10点左右，此时为用气低谷，管道沿程阻力很小，此时测得的压力值即为调压设备出口压力和附加压力之和，表中实测压力值和计算压力值不完全一致，但总体较接近。差异产生的原因，可认为来源于测量误差以及测量时的环境温度等因素影响。根据表1数据，在二十七层住户的燃气实测压力已经达到允许的最高值3000Pa，因此，必须采取适当的措施来消除附加压力产生的不利影响。

2 调压方式

调压方式灵活多变，每种调压方式都有各自的优缺点。下文所述几种调压方式，可解决附加压力引起的超压问题对供气系统的影响，确保灶前压力在允许范围内。

2.1 分开设置高低层供气系统的调压方式

此种供气系统把一栋楼分成两个供气系统，采用两套调压设备[1]。低区系统的调压设备出口压力为常规压力2500Pa左右，高区系统的出口压力设置为较低值，该值可根据建筑高度灵活选取，如果建筑高度在150m以内，调压设备出口压力可设置为2000Pa或更低一些，如图1所示。

图1 分开设置高层供气系统和低层供气系统调压方式示意图

优点：用户厨房内燃气管道及设施不需要增加，简化了用户端的管理。

缺点：需要设置2套调压设施，且建筑低层部分存在2根立管，势必造成投资增加，且建筑立面上敷设的管道增加，一定程度上影响了建筑立面美观。

基于这种调压方式存在的缺点，在实践中较少采用。因此，当一个小区中仅有一两栋超高层，而其他楼栋为普通高层时，建议考虑采用这种调压方式，相当于把超高层的高层部分独立出来，单独设一个调压装置为其解决超压问题。

2.2 中压入户的调压方式

此种调压方式，庭院不作调压，气源由市政管道接入庭院，庭院管及户内立管的压力与市政气源压力相同,如图2所示。

图2 中压入户调压方式示意图

优点：因庭院管为中压管，因此燃气管径较小，可以节约管材造价，且因为每户都设中-低压调压器，不管高层用户还是低层用户，灶前压力都在一个比较趋近于灶具额定压力值，对用户灶具的燃烧工况有利。

缺点：每一户都需要安装中-低压调压器，增加了工程造价；另外，因为庭院管及立管均为中压，压力较高，这对居民用户来讲，存在较高的风险，给后续的运营管理带来挑战；其次，由于燃规规定居民用户的最高入户压力为0.2MPa，而市政气源的压力经常大于0.2MPa，限制了它的适用范围。

这种调压方式早些年在一些地方有使用(不一定是超高层)，随着立管服役时间的增长，管道因为腐蚀等因素影响，严重的漏气问题，存在较大的安全隐患。所以，目前新建项目已经很少采用这种调压方式；而且，先前建设的中压入户管道也在逐步改造成低压入户，因此当前一般不推荐这种调压方式。

2.3 庭院一级调压，户内二级调压的方式

这种方式把调压设施出口压力调到一个较高压力，但未达到中压，比如7000Pa左右，这个压力远高于燃气灶具的额定压力，所以不管高层用户还是低层用户，户内都需要设置一个二级低-低压调压器[2]，如图3所示。

图3 庭院一级调压户内二级调压方式示意图

优点：因调压设施出口压力较高，允许的沿程压降相应较大，因此燃气管径较小，可以节约管材造价，且因为每户都设低-低压调压器，不管高层用户还是低层用户，灶前压力都控制在一个比较趋近于灶具额定压力的值，这对用户灶具的燃烧工况有利。

缺点：每一户都需要安装低-低压调压器，增加了住户工程造价；另外，一级调压与二级调压之间的压力较高，在供销差方面可能产生不利的影响。

这种调压方式不管是在理论上还是实践上，都有较高的合理性和可行性，因此当前在国内外得到比较广泛的应用，像温哥华、香港、悉尼和东京等地就是采用这种调压方式(7000Pa进户)，虽然对燃气公司来讲，会增加造价；但对用户而言，会得到较好的燃气使用体验，体现了以客户为导向的思想。

2.4 庭院一级调压，部分户内二级调压的方式

这种方式把调压设施出口压力调到一个比较常规的压力，比如2500Pa或2300Pa，这样超高层的低楼层住户可像普通高层一样正常供气，而不需要设置低-低压调压器，只有超过一定高度、可能导致超压的楼层，才在用户厨房内设置低-低压调压器，如图4所示。

图4 庭院一级调压部分户内二级调压方式示意图

优点：该系统只在较高楼层加装户内低-低压调压器，在满足用户灶前压力的同时，最大程度上节约了工程造价。一级调压的出口压力和普通高层调压的出口压力一致，这对同一个小区既有普通高层，也有超高层的情况比较有利。一个庭院调压柜可为小区所有楼栋调压，对投入运营之后调压设施及庭院管道的日常管理维护提供了便利。

缺点：低层未设低-低压调压器用户的不同楼层灶前压力波动范围较大，用户使用体验不如第三种方式好，而且同一栋楼有些有装低-低压调压器，有些没有装置，对于用户端的管理维护增加了难度。另外，因为用户端的调压器进出口压差较小，市场上目前符合该要求的产品较少。

但这种方式简单易行，又节约工程造价，因此是一种比较可行的调压方式。目前厦门超高层住宅采用的是这种调压方式。

2.5 庭院一级调压，立管二级调压的方式

这种方式与上一种方式较接近，区别在于把二次调压改到立管上，如图5所示。

图5 庭院一级调压立管二级调压方式示意图

优点：该系统最为简单，连户内调压器都省了，从经济上来讲是最优的；而且，所有楼层用户厨房内都没有调压器，厨房内管道布置较简单。

缺点：该系统最大的缺点在于立管调压器的位置选择困难，这个位置既要满足调压器设置的相关要求，还要便于检查维修，工程实践较难找到一个理想的位置。

3 结语

本文以厦门为例分析了超高层住宅的附加压力，对于其他使用天然气的城市，附加压力的产生及影响与厦门大体一致。根据对上文所述五种调压方式优缺点的分析，本文推荐上述第三种和第四种调压方式，不推荐第二种调压方式，第一种和第五种调压方式也有其各自的适用情形，燃气公司可结合自身的实际情况选择最适用于当地的方案。

诚然，除了以上所述几种调压方式，还有其他一些调压方式，具体可参见相关文献，在此不再叙述；而且并不是超高层就一定要进行二次调压，是否进行二次调压，主要取决于是否超压。