高层建筑天然气供气压力稳定性控制方法及措施分析

高层建筑天然气供气压力稳定性控制方法及措施分析

余学静 罗治平

四川华果石油天然气工程设计有限公司 四川成都 610041

摘要：随着我国城镇化推进，城镇人口增多，加上建设土地资源的不足，高层建筑已成为城市发展建设的必然趋势。但由于实际生活中各小区，各楼栋，各单元入住率不同，以及居民用气特点高峰和低谷分明，使得燃气管道流量不断变化，加上高层建筑供气管道中会产的附加压力影响，使管道供气系统的压力波动较大。如何保证高层建筑供气压力的平稳，保障用气安全，是我们必须面临的问题。

关键词：高层建筑；附加压力；压力损失；立管

0.引言

根据《家用燃气灶具》（GB 16410-2007），当灶具采用天然气时，灶具前额定供气压力有1000Pa和2000Pa两种类型，日常中使用的燃气灶具额定工作压力普遍为2000Pa（记为Pn）。燃气压力过高或过低都会对用气安全产生影响，根据《家用燃气燃烧器具安全管理规则》（GB 17905-2008）的规定，天然气灶具压力波动范围为（0.75~1.5）Pn。保证高层建筑供气稳定，就要保证灶具用气压力在规定的波动范围内。结合中国居民普遍喜欢大火炒菜的习惯，一般将灶前压力控制在1800 Pa~2300Pa之间。

2.灶前压力影响因素分析

高层建筑中燃气灶具的灶前压力可以按下式进行计算：

P=P0-（ΔP₁+ΔP₂+ΔP₃）+ΔH

式中：P₀——调压设备出口压力（Pa）

ΔP₁——室内管道压力损失（Pa）

ΔP₂——庭院管道压力损失（Pa）

ΔP₃——燃气立管压力损失（Pa）

ΔH——燃气的附加压力（Pa）

2.1室内管道压力损失损失（ΔP₁）计算

目前居民用户燃气计量普遍采用膜式燃气表，属于气体体积流量计，根据《膜式燃气表》GB /T 6968-2019中对燃气表压力损失范围的规定，结合设备厂家资料，燃气表压力损失约为150Pa。高层居民用户燃气表及灶具位置基本相同，表后燃气管道及控制阀门的压力损失约为250Pa。居民室内管道总压力损失约为400Pa，且每户基本相同。

2.2庭院管道压力损失（ΔP₂）计算

此处庭院管道仅指调压设备至燃气立管总阀门之间的低压管道，此段管道的压力损失计算按照《城镇燃气设计规范（2020年版）》（GB 50028-2006）6.2.5中，低压燃气管道单位长度的摩擦阻力计算公式进行计算。实际工作中，按末端用户最高峰用气时段，该段管道压力损失一般不大于200Pa进行控制，由于高层建筑用气集中，该段管道一般不会太长，所以各立管总阀处的压力基本相当。

2.3燃气立管压力损失（ΔP₃）计算

燃气立管压力损失计算按照《城镇燃气设计规范（2020年版）》（GB 50028-2006）6.2.5中，低压燃气管道单位长度的摩擦阻力计算公式进行计算。但随着管道高度的增加，用户数量逐渐减少，各层压力损失应分别、分段进行计算。

2.4附加压力（ΔH）计算

根据《城镇燃气设计规范（2020年版）》（GB 50028-2006）中燃气附加压力计算公式：

ΔH=9.8×（ρ_k-ρ_m）×h

式中：ΔH——燃气的附加压力（Pa）

ρ_k——空气的密度（kg/ m³）

ρ_m——燃气的密度（kg/ m³）

h——燃气管道终、起点的高层差（m）

假设使用的天然气为纯天然气，即全部为甲烷，那么标准状态下天然气密度ρ_m为0.717 kg/ m³，空气密度为1.293 kg/ m³。经计算天然气管道附加压力为5.645Pa/m，由于天然气密度比空气轻，该附件压力方向向上。

综上所述，室内管道压力损失损失（ΔP₁）、庭院管道压力损失（ΔP₂）及附加压力（ΔH）基本为定值，要控制高差建筑燃气灶具前的压力，可以通过调节调压设备出口压力或增加燃气立管摩擦阻力的方法来实现。实际供气中，调压设备出口压力根据后端用户分布情况，用气需求等进行设定，设定值一般为2400Pa~2800Pa，供气过程中一般不再进行调节。所以只能通过控制燃气立管压力损失（ΔP₃），来实现灶前压力的稳定。

3.控制方法

3.1控制方法的选择

由于高层建筑供气的多变性，为实现高层建筑各层供气稳定，需要对燃气立管摩擦阻力进行控制，使其和附件压力达到平衡。主要控制方法有：

1、分开设置高层供气系统和低层供气系统，以分别满足不同高度的燃气设备用气压力要求，这种方法虽然能有效消除附加压力，但增加了天然气供气系统燃气立管的数量，增加了工程量和施工成本，同时也增加了管理难度。

2、通过水力计算，在燃气立管适当位置增设截流阀，增加燃气管道的阻力。这种方法的优点是简单、易操作，缺点是浪费了压力能，立管内阻力随着管道内流量的变化而变化，可能会导致用户用气不稳定。3、通过减小高层燃气立管的管径，来增大管道的摩擦阻力。因为高层立管用户随高度的增加而减少，管道内的流量也相应减少。当管道内的摩擦阻力不能抵消管道的附加压力时，采用减小燃气立管管径的方法来增大摩擦阻力，使各层压力基本相同。这种方法重复利用了管道内的压力能，通过气体的摩擦阻力来抵消附加压力，不增设气体设备，降低了运行管道难度，同时减少高层燃料立管的管径也减少了施工成本。

3.2具体措施

根据燃气供应时灶前压力的控制范围，附加压力在300Pa以内时，即建筑高度在54米以下，即使不考虑立管压力损失，通过调整调压设备出口压力也能保证各层用户用气稳定，附加压力在300Pa以上时，需对燃气立管大小进行控制，以平衡燃气管道内的附加压力，保证各层用户用气稳定。

当建筑层数≤8层时，推荐采用DN25燃气立管。以8层为例，通过水力计算，高峰用气时段时各层用气压力波动在50Pa以内，在用气低谷时，仅考虑8层用气时，8层灶前压力也只比首层压力高60Pa，各层用气压力稳定

建筑层数在9~18层时，推荐采用DN32燃气立管。以18层为例，通过水力计算，高峰用气时段时各层用气压力波动在100Pa以内，最低压力在11层，比首层约低50Pa；最高压力在18层，比首层高约30Pa，在用气低谷时，仅考虑18层用气时，18层灶前压力比首层压力高230Pa，能保证各层用气压力稳定。

建筑高度在54~75米（18~26层）时，推荐10层以下采用DN40燃气立管，10~26层采用DN32燃气立管。以26层为例，通过水力计算，高峰用气时段时各层用气压力波动在100Pa以内，最低压力在11层，比首层约低30Pa；最高压力在26层，比首层高约60Pa，在用气低谷时，仅考虑26层用气时，26层灶前压力比首层压力高350Pa，能保证各层用气压力稳定；建筑高度在75~99米（27~33层）时，推荐15层以下采用DN40燃气立管，15~32层采用DN32燃气立管。以32层为例，通过水力计算，高峰用气时段时各层用气压力波动在100Pa以内，最低压力在22层，比首层约低85Pa；最高压力在首层，在用气低谷时，仅考虑32层用气时，32层灶前压力比首层压力高440Pa，能基本保证各层用气压力稳定；

4.结束语

本文以高层建筑用气特点，结合工作中的实际案例，对如何通控制燃气立管的大小来平衡附件压力，实现高层建筑供气压力的稳定方法进行了推荐和说明。但在实际工程中，还需考虑建筑层高，各层用气情况等进行综合考虑。

参考文献

1. 中华人民共和国建设部 中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局.城镇燃气设计规范 2020年版GB50028-2006，北京：中国建筑工业出版社，2020.

2. 中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局 中国国家标准化管理委员会.家用燃气灶具 GB 16410-2007，北京：中国标准出版社，2008.

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