(上海飛奧燃?xì)庠O(shè)備有限公司，上海 201201)

0 引 言

近年來，隨著我國(guó)城市化建設(shè)腳步的加快，在大中型城市，住宅、辦公樓大部分是高層建筑，超高層建筑也屢見不鮮。越來越多的人口、公司涌向一、二線城市，在諸如北京、上海、廣州、武漢等地區(qū)，人口密集化程度相當(dāng)高，“土地就是金錢”的理念在這些地方得到充分詮釋。天然氣的利用具有方便快捷、經(jīng)濟(jì)環(huán)保等優(yōu)勢(shì)，人們?cè)谏钌弦呀?jīng)離不開天然氣。而高層和超高層建筑的高度也會(huì)給天然氣帶來附加壓力，對(duì)天然氣的應(yīng)用有較大的影響[1]。

1 天然氣附加壓力

住宅建筑10層及以上稱為高層建筑，建筑高度大于100米的為超高層建筑(GB50352《民用建筑設(shè)計(jì)通則》)。因天然氣的密度低于空氣，達(dá)到一定高度時(shí)，會(huì)產(chǎn)生較大的附加壓力，尤其在超高層建筑中的影響更大。

1.1 居民用氣設(shè)備的天然氣壓力

GB50028《城鎮(zhèn)燃?xì)庠O(shè)計(jì)規(guī)范》第10.4.1條規(guī)定，居民生活的各類用氣設(shè)備應(yīng)采用低壓燃?xì)?，用氣設(shè)備前的燃?xì)鈮毫?yīng)在0.75～1.5 pn的范圍內(nèi)(pn為燃具的額定壓力)。同時(shí)第10.2.2條規(guī)定，除礦井氣以外的天然氣，民用低壓用氣設(shè)備燃燒器的額定壓力宜為2.0 kPa。所以對(duì)于居民用戶來說，用氣設(shè)備前的天然氣供氣壓力應(yīng)為1.5～3 kPa。當(dāng)天然氣壓力超過煤氣灶具的上限壓力時(shí)，燃具將產(chǎn)生離焰和脫火現(xiàn)象，灶具將無法正常燃燒，甚至引發(fā)安全事故。

1.2 天然氣附加壓力

天然氣的附加壓力可以按照以下公式計(jì)算：

Dpf=9.8(rk-rr)Dh

式中，Dpf為天然氣的附加壓力，Pa；rk為空氣的密度，kg/m3；rr為天然氣的密度，kg/m3；Dh為天然氣管道的高度差，m。

假設(shè)當(dāng)?shù)氐奶烊粴獾拿芏萺r=0.717 4 kg/m3，空氣密度rk=1.297 kg/m3，可得出Dpf=5.8Dh

即：高度每升高1 m，附加壓力將增加5.8 Pa。

1.3 高層用戶入戶天然氣壓力

居民用氣設(shè)備的額定壓力為2 kPa，而天然氣的入戶壓力應(yīng)在0.75～1.5 pn，即1.5～3 kPa之間。

夜間低峰時(shí)，供氣調(diào)壓設(shè)備近乎關(guān)閉，當(dāng)層建筑的天然氣入戶壓力為：

Dr=D1*(1+SG)+Dpf

式中，Dr為當(dāng)層建筑的天然氣入戶壓力，Pa；D1為首層建筑的天然氣入戶壓力，Pa；SG為調(diào)壓設(shè)備的關(guān)閉壓力精度；Dpf為天然氣的附加壓力，Pa。

假設(shè)該調(diào)壓設(shè)備的關(guān)閉壓力精度SG為20%，則低峰時(shí)段當(dāng)層建筑的天然氣入戶壓力見表1。

表1 低峰時(shí)段當(dāng)層建筑的天然氣入戶壓力

從表2中可以看出：

(1)若首層入戶壓力為1 500 Pa時(shí)，73層以上的超高層建筑需要使用降低附加壓力措施。

(2)若首層入戶壓力為2 000 Pa時(shí)，37層以上的超高層建筑需要使用降低附加壓力措施。

(3)若首層入戶壓力為2 300 Pa時(shí)，16層以上的超高層建筑需要使用降低附加壓力措施。

在實(shí)際運(yùn)行中，為了保證用氣高峰時(shí)的正常供氣，一般會(huì)將供氣壓力提高，若燃?xì)夤驹O(shè)定高峰時(shí)當(dāng)?shù)氐氖讓尤霊魤毫? 300 Pa時(shí)，則從16層開始，必須使用降低附加壓力措施。

2 天然氣附加壓力的解決方案

2.1 方案A：立管上加裝減壓設(shè)備

在天然氣立管的主管道上，加裝減壓設(shè)備，將壓力降下來。

以首層入戶壓力為2 300 Pa為例，分別在第16層、32層、48層等樓層的立管上，加裝減壓設(shè)備1、減壓設(shè)備2，減壓設(shè)備3，將該樓層的入戶壓力降到2 300 Pa即可。

優(yōu)點(diǎn)：價(jià)格適中，使用2+0結(jié)構(gòu)減壓設(shè)備，可以保證天然氣不間斷，而且減壓設(shè)備的數(shù)量也比較少。

缺點(diǎn)：適用性受到限制，從圖中可以看出，減壓設(shè)備1的通過流量，是16層以上所有用戶的總和，減壓設(shè)備2的通過流量，是32層以上所有用戶的總和，以此類推，樓層越靠下的減壓設(shè)備的流通能力必須越大。而目前市場(chǎng)上用于低-低壓的穩(wěn)壓器，很少有用到流量非常大的情況。所以此方案適用于樓層數(shù)較高，但是單層用氣量較少的情況。

2.2 方案B：?jiǎn)螌蛹友b減壓設(shè)備

在樓層的每層通氣管道上，加裝減壓設(shè)備，如圖1所示。

優(yōu)點(diǎn)：適用性強(qiáng)，使用2+0結(jié)構(gòu)，可以連續(xù)性供氣

缺點(diǎn)：?jiǎn)螌蛹友b減壓設(shè)備，需要的設(shè)備套數(shù)比較多，價(jià)格處于中等偏上

圖1 單層加裝減壓設(shè)備

2.3 方案C：?jiǎn)螒艏友b減壓設(shè)備

每家每戶，入戶之前加裝減壓設(shè)備[2]，如圖2所示。

優(yōu)點(diǎn)：?jiǎn)螒艏友b減壓設(shè)備，安裝靈活，體積小，若設(shè)備出現(xiàn)故障，影響較小

缺點(diǎn)：使用的穩(wěn)壓器數(shù)量太多，檢修不方便，安裝的工作量太大

圖2 單戶加裝減壓設(shè)備

2.4 方案D：部分樓層共用減壓設(shè)備

根據(jù)該樓的每層用氣量大小，將其中部分連續(xù)樓層劃分為一個(gè)支立管，加裝減壓設(shè)備。

優(yōu)點(diǎn)：適用性強(qiáng)，可以根據(jù)實(shí)際用氣大小，靈活劃分樓層區(qū)域；選用2+0結(jié)構(gòu)減壓設(shè)備，實(shí)現(xiàn)不間斷供氣；使用的減壓設(shè)備數(shù)量也不是很多，可以方便后期維護(hù)保養(yǎng)。

缺點(diǎn)：根據(jù)樓層區(qū)間，需要?jiǎng)澐侄鄠€(gè)立管

2.5 方案E：智能調(diào)壓器自動(dòng)調(diào)壓

目前市場(chǎng)上有部分智能調(diào)壓器產(chǎn)品，可以通過感應(yīng)管道中流量大小，自動(dòng)調(diào)節(jié)出口壓力。當(dāng)樓層為90層以下建筑時(shí)，可以應(yīng)用此調(diào)壓器。也就是說當(dāng)用氣高峰時(shí)，流量較大，調(diào)壓器自動(dòng)將出口壓力調(diào)高；而夜間用氣低峰時(shí)，流量較小，調(diào)壓器自動(dòng)將出口壓力調(diào)小。

優(yōu)點(diǎn)：不需要在樓層中加裝減壓設(shè)備，而且智能化程度高，自動(dòng)調(diào)壓，可以通過2+0結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)不間斷供氣。

缺點(diǎn)：樓層超過90層不能使用(因90層時(shí)附加壓力已經(jīng)達(dá)到1.5 kPa，即使首層入戶最低的1.5 kPa，90層也已經(jīng)達(dá)到允許的上限值3 kPa)，而且現(xiàn)場(chǎng)接管較多，價(jià)格比一般調(diào)壓器貴，需要特定的軟件和驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。

2.6 方案F：時(shí)鐘模塊定時(shí)調(diào)壓

目前有一款小型設(shè)備-時(shí)鐘模塊，如圖3所示，可以加裝在調(diào)壓器引壓管中，通過設(shè)定時(shí)間點(diǎn)，開啟或關(guān)閉電磁閥，改變調(diào)壓器的壓力設(shè)定。當(dāng)樓層為90層以下建筑時(shí)，可以應(yīng)用此調(diào)壓器。也就是說提前設(shè)定一個(gè)用氣高峰的時(shí)間點(diǎn)和用氣低峰時(shí)間點(diǎn)，通過電磁閥的開啟或關(guān)閉，控制引入調(diào)壓器反饋系統(tǒng)中的壓力，來調(diào)節(jié)調(diào)壓器的出口壓力。

優(yōu)點(diǎn)：不需要在樓層中加裝減壓設(shè)備，可以根據(jù)時(shí)間段，自動(dòng)調(diào)壓，可以通過2+0結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)不間斷供氣。

缺點(diǎn)：樓層超過90層不能使用(因90層時(shí)附加壓力已經(jīng)達(dá)到1.5 kPa，即使首層入戶最低的1.5 kPa，90層也已經(jīng)達(dá)到允許的上限值3 kPa)，而且用氣高峰和低峰的時(shí)間點(diǎn)有可能不同，調(diào)節(jié)壓力的準(zhǔn)確性和及時(shí)性存在問題。調(diào)壓器引壓管較細(xì)，流通的氣體較少，引壓壓力控制不是很好，出口壓力調(diào)節(jié)不是很準(zhǔn)確。

圖3 調(diào)壓器上加裝時(shí)鐘模塊

3 結(jié)束語

目前，高層和超高層建筑的天然氣附加壓力解決方案有很多，我們應(yīng)該根據(jù)該建筑的用氣大小以及當(dāng)?shù)氐膶?shí)際情況，全面分析，選擇最適用的方案，見表2。

表2 低峰時(shí)段當(dāng)層建筑的天然氣入戶壓力

如表2，從適用性、經(jīng)濟(jì)性、安全性、可行性、技術(shù)成熟性、操作性等六個(gè)方面綜合對(duì)比了6種方案的情況，總體看來，在大部分情況下，方案B和方案D、E比較適合使用，當(dāng)然在部分特殊情況下，其他方案可能更合適。沒有最好的方案，只有最適合當(dāng)?shù)貙?shí)際情況的解決方案。