高層、超高層天然氣民用戶供氣方案的探討

摘 要：隨著城市的高速發(fā)展，高層、超高層建筑[1]已成為城市現(xiàn)代化的一種發(fā)展趨勢(shì)。相對(duì)于多層建筑，高層、超高層建筑燃?xì)饬⒐艿母叱滩钶^大，附加壓頭的影響也較明顯。當(dāng)建筑到達(dá)一定高度，附加壓頭將會(huì)使用戶灶前壓力超出允許范圍上限。如何保證高層、超高層建筑的燃?xì)獍踩?yīng)，成為燃?xì)饨ㄔO(shè)項(xiàng)目設(shè)計(jì)、運(yùn)行中必須面對(duì)的問題。文章將結(jié)合武漢市天然氣有限公司的實(shí)際運(yùn)營(yíng)情況，將高層、超高層建筑的不同燃?xì)夤?yīng)方案進(jìn)行比選和探討。

關(guān)鍵詞：高層、超高層建筑；附加壓頭；供氣模式

1 概述

武漢市天然氣有限公司是武漢市的主要燃?xì)夤?yīng)企業(yè)，2015年共有各類用戶182萬戶，銷氣量11.86億方。城區(qū)管網(wǎng)采取高、中、低壓三級(jí)調(diào)壓模式，分別由三個(gè)門站接收氣源供入高壓環(huán)網(wǎng)，環(huán)網(wǎng)實(shí)際運(yùn)行壓力范圍為0.8-1.6MPa，經(jīng)高中壓調(diào)壓站調(diào)壓后分別供入漢口、武昌和漢陽三片獨(dú)立的中壓管網(wǎng)，其中漢口中壓壓力范圍0.06-0.09MPa，漢陽中壓壓力范圍0.13-0.15MPa，武昌分為中壓A和中壓B兩級(jí)，供氣壓力分別為0.2-0.39MPa和0.15MPa左右。

由于各種歷史原因，武漢市的民用低壓供氣方式較多，主要有以下幾種方式：

（1）中低壓樓棟箱模式：中壓管線到樓前，經(jīng)中低壓樓棟調(diào)壓箱調(diào)至2000-2500Pa后經(jīng)引入管送入戶內(nèi)，此方法主要在武昌和漢陽地區(qū)中壓B級(jí)別舊管網(wǎng)采用。

（2）中低壓區(qū)域調(diào)壓模式：中壓管網(wǎng)鋪設(shè)至小區(qū)入口，經(jīng)中低區(qū)域調(diào)壓箱調(diào)壓至2000-2500Pa后，經(jīng)低壓庭院管和引入管送入戶內(nèi)，此方法主要用于漢口、武昌、漢陽地區(qū)樓層較低的用戶。

（3）樓棟低低壓調(diào)壓模式：中壓管網(wǎng)鋪設(shè)至小區(qū)入口，經(jīng)中低壓區(qū)域調(diào)壓箱調(diào)壓后（一般為2500Pa左右），走低壓庭院管到樓前，由樓棟低低壓調(diào)壓器二級(jí)調(diào)壓至2050-2150Pa供入戶內(nèi)，此方法主要用于90m-112m（29～37層）的高層、超高層用戶。

2 現(xiàn)有高層、超高層用戶供氣模式存在的問題

2015年底，武漢市天然氣有限公司對(duì)近兩年投用的427臺(tái)樓棟低低壓調(diào)壓器進(jìn)行了一次普查，其中主要為F公司a的A系列樓棟低低壓調(diào)壓器，發(fā)現(xiàn)實(shí)際運(yùn)行中存在以下問題：

（1）A系列樓棟低低壓調(diào)壓器為調(diào)壓器單體采購(gòu)，F(xiàn)公司沒有調(diào)壓箱出售，只能現(xiàn)場(chǎng)由施工隊(duì)安裝箱體和相關(guān)附屬閥門，調(diào)壓器零配件缺乏，如果損壞只能整體更換。

（2）現(xiàn)有樓棟低低壓調(diào)壓設(shè)備均無放散、切斷裝置，由于入口是低壓，部分調(diào)壓器皮膜破損后難以發(fā)現(xiàn)和確認(rèn)，導(dǎo)致設(shè)備帶病運(yùn)行，形成安全隱患。

（3）樓棟低低壓調(diào)壓器內(nèi)部積水、積灰，過濾網(wǎng)堵塞現(xiàn)象多發(fā)，在供氣高峰時(shí)段表現(xiàn)為用戶灶前壓力不穩(wěn)或不足。

3 常用的高層、超高層建筑用戶供氣模式及其優(yōu)缺點(diǎn)

除了武漢市天然氣公司現(xiàn)行的供氣方案外，還有以下幾種常用的供氣方案：

（1）分開設(shè)置高層、超高層建筑供氣系統(tǒng)和底層供氣系統(tǒng)，滿足不同高度的燃具工作壓力。

優(yōu)點(diǎn)：不同立管，可設(shè)置不同壓力，能有效消除附加壓力的影響。

缺點(diǎn)：增加了天然氣供應(yīng)系統(tǒng)中立管的數(shù)量，同時(shí)也增加了工程量和施工成本，而且后期維護(hù)成本也明顯增加。

（2）采用中壓入戶，在用戶燃?xì)獗砬霸O(shè)置調(diào)壓器降壓，達(dá)到燃具所需的穩(wěn)定壓力值。

優(yōu)點(diǎn)：用戶之間壓力波動(dòng)較小，用氣高峰時(shí)壓力波動(dòng)也不明顯，而且調(diào)壓器后的低壓管段較短，燃具基本上是處在額定壓力下工作，運(yùn)行工況較好，比較好地消除了附加壓力的影響。

缺點(diǎn)：用戶內(nèi)有一部分中壓管道，戶內(nèi)中壓泄漏的結(jié)果不可接受，運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)較大，并且工程造價(jià)較高。

（3）采用“中-低壓區(qū)調(diào)+低壓庭院管道+樓棟低低壓調(diào)壓器+23層以上戶內(nèi)低低壓調(diào)壓器”模式供氣，通過樓棟低低壓調(diào)壓器調(diào)壓，從23層開始安裝戶內(nèi)低低壓調(diào)壓器，消除附加壓力的影響，使燃具前壓力在額定工作壓力（0.75-1.5Pn）范圍[2]內(nèi)。

相關(guān)計(jì)算如下：

若采用樓棟低低壓調(diào)壓器時(shí)，考慮到調(diào)壓器安全系數(shù)，當(dāng)一樓用戶灶前壓力達(dá)到0.75Pn時(shí)，調(diào)壓器出口壓力最低設(shè)定為：

式中：Pn-燃具的額定壓力（Pa）；△Pd-戶內(nèi)管道、燃?xì)獗韷毫礫4]（Pa）；AG-按A型號(hào)樓棟低低壓調(diào)壓器調(diào)壓精度取值，為15%；P-調(diào)壓器出口最低設(shè)定壓力（Pa）。

考慮到夜間低峰時(shí)段調(diào)壓器關(guān)閉壓力會(huì)高于出口壓力，且△Pd 壓降在無流量狀態(tài)下不存在，計(jì)算此出口壓力下最大允許靜壓附加壓頭△P靜為：

SG-按A型號(hào)樓棟低低壓調(diào)壓器關(guān)閉精度取值，為25%

對(duì)應(yīng)樓層為：

按以上計(jì)算結(jié)果，公司現(xiàn)有樓棟低低壓調(diào)壓器供氣模式中，高層用戶戶內(nèi)是有可能出現(xiàn)靜壓超標(biāo)的情況。在使用低低壓調(diào)壓器時(shí)，設(shè)置出口壓力為2100Pa，可保障在1-23層用戶的用氣低峰靜壓不超標(biāo)。

若考慮到武漢市地方標(biāo)準(zhǔn)DB42《建筑燃?xì)獍踩夹g(shù)規(guī)程》第5.1.2條要求：灶前壓力范圍0.8Pn-1.4Pn。代入式（1）、（2）、（3）中得出：P1=2176≈2200Pa，H靜1=18，H1=53，說明在樓棟使低低壓調(diào)壓器時(shí)，設(shè)置出口壓力為2200Pa，可保障1-18層用戶的用氣低峰靜壓不超標(biāo)。

優(yōu)點(diǎn)：a.低壓管線進(jìn)小區(qū)，安全性能較高；b.減少了部分戶內(nèi)低低壓調(diào)壓器的安裝，能夠降低部分運(yùn)維難度。

缺點(diǎn)：a.樓棟低低壓調(diào)壓器購(gòu)置成本、維護(hù)成本較高，安全性能較低，且只能消除少部分樓層附加壓力的影響；b.中低壓區(qū)域調(diào)壓器中一般都帶有公福用戶，當(dāng)公福用氣量較大時(shí)，由于小區(qū)庭院管壓力較低，可能會(huì)導(dǎo)致壓力急劇下降，造成供氣困難；c.由于此方案中為低壓庭院管供氣，管徑較中壓大，工程造價(jià)相對(duì)也較高。

（4）采用“中中壓區(qū)調(diào)+0.1MPa庭院管網(wǎng)+中低壓樓棟箱+51層以上戶內(nèi)低低壓調(diào)壓器”模式進(jìn)行供氣，從51層開始安裝戶內(nèi)低低壓調(diào)壓器，消除附加壓力的影響，使燃具前壓力穩(wěn)定在額定工作壓力范圍內(nèi)。

相關(guān)計(jì)算如下：

中低壓樓棟調(diào)壓器調(diào)壓精度AG=10%，關(guān)閉精度SG=10%，代入 式（1）、（2）、（3）中得出：

調(diào)壓器出口壓力最低設(shè)定值P'=1944Pa≈2000Pa

此出口壓力下最大允許靜壓附加壓頭△P'靜=800Pa

H'靜=800÷5.3÷3≈50層

按以上計(jì)算結(jié)果，在使用中低壓樓棟調(diào)壓箱時(shí)，設(shè)置出口壓力為2000Pa，可保障在1-50層用戶的用氣低峰靜壓不超標(biāo)。

若考慮到武漢市地方標(biāo)準(zhǔn)DB42《建筑燃?xì)獍踩夹g(shù)規(guī)程》第5.1.2條要求：灶前壓力范圍0.8Pn-1.4Pn。將此數(shù)值相繼代入式（1）、（2）、（3）中得出：P'1=2055≈2100Pa，H'靜1=30，說明在使用中低壓樓棟調(diào)壓箱時(shí)，設(shè)置出口壓力為2100Pa，可保障在1-30層用戶的用氣低峰靜壓不超標(biāo)。

優(yōu)點(diǎn)：a.中低壓樓棟調(diào)壓箱購(gòu)置成本、維護(hù)成本較低，安全附件齊全，穩(wěn)定性較高，武漢市天然氣投運(yùn)共5000多臺(tái)，并未出現(xiàn)過中壓入戶的事故，且能消除至少30層樓高附加壓力的影響；b.中低壓樓棟箱將居民用戶與公福用戶分開，使居民用戶供氣不受公福用氣量突然變化的影響。

4 供氣方案的選擇

比較以上4種方案，可發(fā)現(xiàn)方案4能夠在最大限度內(nèi)達(dá)到投資與安全性的平衡。由于湖北省DB42《建筑燃?xì)獍踩夹g(shù)規(guī)程》僅針對(duì)湖北省新建、改建建筑，對(duì)于湖北省以外燃?xì)夤静⒉贿m用，在國(guó)標(biāo)GB50028-2006《城鎮(zhèn)燃?xì)庠O(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定的灶前壓力范圍（0.75-1.5Pn）內(nèi)，采用方案5模式供氣，設(shè)置出口壓力為2000Pa，可消除50層樓的附加壓力的影響，51層及以上樓層全部安裝戶內(nèi)低低壓調(diào)壓器即可保障高層、超高層建筑的正常供氣。對(duì)于湖北省內(nèi)燃?xì)馄髽I(yè)，需要為31層以上用戶安裝戶內(nèi)低低壓調(diào)壓器。

在以上計(jì)算過程中，我們發(fā)現(xiàn)DB42規(guī)定對(duì)高層用戶供氣限制非常大：戶內(nèi)低低壓調(diào)壓器安裝樓層從51層下降到了31層，考慮到50層以上的超高層用戶屬于極少數(shù)，實(shí)際上絕大多數(shù)戶內(nèi)低低壓調(diào)壓器安裝量是由于DB42的限制產(chǎn)生的。我們期望DB42在修編時(shí)能夠結(jié)合高層用戶供氣面臨的實(shí)際困難，將灶前壓力限制調(diào)至與國(guó)標(biāo)同等水平。

5 結(jié)束語

經(jīng)過比較，我們推薦方案3的供氣模式，具體參數(shù)如下：（1）湖北省燃?xì)馄髽I(yè)由于有DB42的限制，采用中中壓區(qū)域調(diào)壓+0.1MPa庭院管網(wǎng)+中低壓樓棟箱2100Pa出口+31層及以上用戶使用戶內(nèi)低低壓調(diào)壓器；（2）其他燃?xì)馄髽I(yè)適用GB50028要求，采用中中壓區(qū)域調(diào)壓+0.1MPa庭院管網(wǎng)+中低壓樓棟箱2000Pa出口+51層及以上用戶使用戶內(nèi)低低壓調(diào)壓器。

我們認(rèn)為，在現(xiàn)有國(guó)家和地方標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)用下，綜合考慮調(diào)壓設(shè)備和燃?xì)馄髽I(yè)的現(xiàn)狀，此方案的供氣方式能夠在經(jīng)濟(jì)效益和安全性兩方面取得較好的平衡效果。

參考文獻(xiàn)

[1]胡祖宏，魏征文，蔣偉，等.高層和超高層建筑天然氣附加壓力解決方案[J].煤氣與熱力，2014，34（10）：38-40.