蔣 瑜

(濟南港華萬通燃氣工程設(shè)計有限公司，山東 濟南 250013)

城鎮(zhèn)燃氣調(diào)壓器是燃氣輸配系統(tǒng)的一個重要組成部分，它主要解決輸送管道之間的壓力級別不同；滿足不同用戶的壓力需求；保證調(diào)壓后燃氣的壓力穩(wěn)定。本文重點分析居民用氣調(diào)壓器出口壓力設(shè)定?，F(xiàn)如今，城市建設(shè)中居民建筑以高層為主。對于高層天然氣管道設(shè)計，樓層越高，燃氣立管也會越長。由于燃氣的密度和空氣的密度存在一定的差異，燃氣立管中會產(chǎn)生附加壓頭，抵消一部分管道損失，調(diào)壓器出口壓力根據(jù)壓損、附加壓頭進行推算。夜間無用氣時，由于調(diào)壓器自身性能的原因，存在關(guān)閉壓力，調(diào)壓器出口壓力偏大，再加上附加壓頭，高層住戶的燃氣壓力有可能會超出燃具壓力范圍，引起脫火，不完全燃燒，不僅會影響燃供氣安全，還會影響燃具的使用效果和壽命；如果調(diào)壓器出口壓力低，則無法滿足居民用戶需求。所以，合理的燃氣調(diào)壓器出口壓力是保證城鎮(zhèn)燃氣供應(yīng)安全、高效的關(guān)鍵。

1 高層建筑用氣存在的問題

城鎮(zhèn)燃氣調(diào)壓器是燃氣輸配系統(tǒng)的一個重要組成部分，主要針對輸送管道之間的壓力級別不同，滿足不同的用氣壓力需求，保證調(diào)壓后燃氣的壓力穩(wěn)定。本文選取了十個高層樓棟調(diào)壓器，均以33層樓計算，分別記錄了下午16:00～22:00期間調(diào)壓器出口壓力變化值，如圖1、圖2、圖3、圖4所示。并分別計算了不同階段的灶前壓力數(shù)據(jù)，如表1、表2所示。

圖1 JGXY調(diào)壓器出口壓力變化曲線

圖2 GXXQ調(diào)壓器出口壓力變化曲線

通過調(diào)研發(fā)現(xiàn)，目前濟南市高層建筑民用戶用氣情況主要有如下問題：

(1)高層建筑正常灶前壓力在1500～3000Pa之間，灶前最大壓力出現(xiàn)在夜間只有頂層一戶用氣時，最大壓力出現(xiàn)在頂層灶前壓力。現(xiàn)狀調(diào)查的10個調(diào)壓器，室內(nèi)壓損和庭院壓損按照國標推薦值計算，其中 80%均出現(xiàn)灶前超壓現(xiàn)象。

(2)當居民用氣調(diào)壓器出口壓力P，為2600 Pa時，在夜間低峰時段，僅有頂層居民用氣時，其戶內(nèi)燃具供氣壓力將從33層開始超壓；當居民用氣調(diào)壓設(shè)施出口壓力P為2 800 Pa時，在夜間低峰時段，僅有某戶居民用氣時，其戶內(nèi)燃具供氣壓力將從第22層開始超標；當居民用氣調(diào)壓設(shè)施出口壓力P為3000Pa時，在夜間低峰時段，僅有某戶居民用氣時，其戶內(nèi)燃具供氣壓力將從第13層開始超壓。

圖3 DJFD調(diào)壓器出口壓力變化曲線

圖4 CS調(diào)壓器出口壓力變化曲線

調(diào)壓器型號調(diào)壓器出口壓力/Pa灶前壓力/PaCS2300～27502750～3150CSHENG1900～30502350～3500CTHY2320～26202670～2975DJFD2090～28502540～3100DL12290～30002740～3450DLZ2180～29302630～3380GXXQ2280～30002730～3450JGXY2200～29002650～3350YUHL2285～26102735～2980

表2 夜間低峰時段單獨用戶用氣時的灶前供氣壓力

2 高層建筑灶前超壓情況的原因分析及采取的措施

2.1 附加壓力

2.1 .1 附加壓力的影響

對于高層建筑，由于燃氣密度低于空氣密度，燃氣立管中存在一個向上的拉力，即為附加壓力，附加壓力與樓層高度成正比，樓層越高，附加壓力越大，附加壓力的存在可以消除一部分壓損，影響調(diào)壓器出口壓力值。影響調(diào)壓器出口壓力的關(guān)鍵因素是附加壓力，對于高層建筑的燃氣設(shè)計，樓層越高，燃氣立管也會越長，附加壓頭越大，高層附加壓力值如表3所示。

設(shè)調(diào)壓器出口壓力為Pc，入戶表前壓力Pb。根據(jù)《城鎮(zhèn)燃氣設(shè)計規(guī)范》GB/50028-2006的規(guī)定，燃氣灶具前的實際壓力允許波動范圍為0.75Pn～1.5Pn，民用灶具額定壓力Pn=2000Pa，燃氣表前壓力在1650～3150Pa范圍內(nèi)波動，就能夠滿足用戶需求。

設(shè)定調(diào)壓器出口壓力為定值，附表1為小區(qū)域調(diào)壓時各層的灶前壓力，由表看出灶前最大壓力出現(xiàn)在夜間只有頂層一戶用氣時，最大壓力出現(xiàn)在頂層灶前壓力。

燃氣的附加壓力計算公式：

△p=g(ρa-ρg)△H

(1)

式中：

△p——附加壓頭/Pa；

g——重力加速度；

ρa——空氣的密度，(kg/Nm3)；

ρg——燃氣的密度，(kg/Nm3)；

△H——管段終端和始端的標高差，m。

由式(1)得33層樓附加壓頭為450Pa，故灶前最大壓力出現(xiàn)在只有頂層一戶用氣時，頂層灶前出現(xiàn)最大壓力，可能出現(xiàn)超壓情況。

表3 高層天然氣附加壓力值

2.1.2 應(yīng)對措施

為了減少附加壓頭對調(diào)壓器出口壓力的影響，在由原來的DN50變?yōu)镈N40，通過計算，DN40可滿足各樓層的用氣要求，并且在滿足基本的流量的基礎(chǔ)上，通過減小管徑，增大沿程壓損，來減小附加壓頭對調(diào)壓器出口壓力和灶前壓力的影響，減少超壓情況的發(fā)生。

2.2 調(diào)壓器自身性能的影響

2.2.1 調(diào)壓器自身性能參數(shù)的影響

理想的調(diào)壓器在流量從零到調(diào)壓器通過能力的范圍內(nèi)均能保持出口壓力為常值。但調(diào)壓器的實際特性與理想特性相比差距甚大。由于調(diào)壓器本身的結(jié)構(gòu)設(shè)計特性，調(diào)壓器的參數(shù)對調(diào)壓器出口壓力具有重要影響，其中包括：穩(wěn)壓精度、關(guān)閉壓力、調(diào)壓器節(jié)流效應(yīng)等影響因素。

2.2.1.1 精度

調(diào)壓器結(jié)構(gòu)的薄膜和彈簧效應(yīng)，調(diào)壓器出口壓力實際值與設(shè)定壓力間存在一定的波動。對于不同類型的調(diào)壓器其穩(wěn)壓精度是不同的，不同調(diào)壓器穩(wěn)壓精度等級參照《城鎮(zhèn)燃氣調(diào)壓器》(GB 27790-2011)。穩(wěn)壓精度等級AC值越大，最大允許相對正、負偏差越大，對調(diào)壓器出口壓力影響越大。

2.2.1.2 閉壓力等級

夜間無用氣時，調(diào)壓器出口壓力會驟然升高，在關(guān)閉時，出口壓力會繼續(xù)升高，直至有足夠的力使閥座緊密關(guān)閉。對于不同類型的調(diào)壓器其關(guān)閉壓力等級是不同的，關(guān)閉壓力等級越高，最大允許相對增量越大。不同調(diào)壓器穩(wěn)壓精度等級參照《城鎮(zhèn)燃氣調(diào)壓器》(GB 27790-2011)。

2.2.2 應(yīng)對措施

目前，兩種常用的燃氣調(diào)壓器型號，根據(jù)關(guān)閉壓力等級，通過計算得出合適的調(diào)壓器出口壓力范圍。

由式1-1得33層樓附加壓頭為450.87Pa，此時表前壓力為3150Pa，

Pc+450.87Pa≤3150Pa

(2)

由式1-2得 Pc≤2699.13 Pa。

②灶前最小壓力

設(shè)定調(diào)壓器出口壓力，對于高層建筑，用氣高峰期時灶前壓力最小壓力出現(xiàn)在頂層灶前。管道實際壓損-273.82 Pa，調(diào)壓器出口壓力：

Pc-273.82Pa≥1650Pa

(3)

由式1-3得Pc≥1923.82 Pa。

當樓層戶數(shù)較少，調(diào)壓器在樓前，調(diào)壓器出口壓力范圍：1923.82 Pa≤ ≤2699.13 Pa。

選定兩種調(diào)壓器：一種是飛奧燃氣調(diào)壓器，穩(wěn)壓精度等級AC為5%，關(guān)閉壓力等級SG為10%，根據(jù)穩(wěn)壓精度和關(guān)閉壓力的計算式推算出實際調(diào)壓器的出口壓力范圍：

1923.82 /(1-0.05)Pa≤Pc≤2699.13/(1+0.05) Pa。

2025.07Pa≤Pc≤2570.60Pa。

關(guān)閉壓力等級SG10則最大允許相對增量10%，則在不超過樓前允許的最大壓力情況下： 2450.15 Pa。

綜上：樓前調(diào)壓器出口壓力范圍為2025.07Pa≤Pc≤2450.15Pa。

另一種是國產(chǎn)調(diào)壓器，穩(wěn)壓精度等級AC為10%，關(guān)閉壓力等級SG為20%，設(shè)定出口壓力：2137.5～2969.15Pa。

3 結(jié)論及建議

針對高層超壓情況，針對不同的原因主要采取的措施：

(1)降低附加壓頭的影響。通過減小立管管徑，由原來的DN50改為DN40，增大沿程壓損，減少了高層的附加壓頭對灶前壓力的影響。

(2)推薦兩種調(diào)壓器型號，穩(wěn)壓精度和關(guān)閉壓力等級達到一定要求，并且計算合適出口壓范圍作為推薦值。一種是飛奧燃氣調(diào)壓器，穩(wěn)壓精度等級AC為5%，關(guān)閉壓力等級SG為10%，設(shè)定出口壓力：2025.07～2450.15Pa。另一種是國產(chǎn)調(diào)壓器，穩(wěn)壓精度等級AC為10%，關(guān)閉壓力等級SG為20%，設(shè)定出口壓力：2137.5～3238.96Pa。為現(xiàn)場調(diào)壓器的壓力設(shè)定，提供一定的參考，盡量避免灶前超壓情況的發(fā)生。

(3)在現(xiàn)場實際中調(diào)壓器還受地勢差、溫度、調(diào)壓器反應(yīng)時間等因素的影響，故實際作業(yè)中調(diào)壓器出口壓力的計算較為復(fù)雜，所以在針對每棟樓的燃氣設(shè)計過程中，針對不同的樓層、地域需進行水力計算，以縮小燃氣調(diào)壓器出口壓力設(shè)定范圍，以此減少調(diào)壓器自身性能對灶前超壓的影響。