高層建筑燃?xì)庠钋俺瑝含F(xiàn)象的探討

蔣 瑜

(濟(jì)南港華萬通燃?xì)夤こ淘O(shè)計(jì)有限公司，山東 濟(jì)南 250013)

城鎮(zhèn)燃?xì)庹{(diào)壓器是燃?xì)廨斉湎到y(tǒng)的一個(gè)重要組成部分，它主要解決輸送管道之間的壓力級(jí)別不同；滿足不同用戶的壓力需求；保證調(diào)壓后燃?xì)獾膲毫Ψ€(wěn)定。本文重點(diǎn)分析居民用氣調(diào)壓器出口壓力設(shè)定。現(xiàn)如今，城市建設(shè)中居民建筑以高層為主。對(duì)于高層天然氣管道設(shè)計(jì)，樓層越高，燃?xì)饬⒐芤矔?huì)越長(zhǎng)。由于燃?xì)獾拿芏群涂諝獾拿芏却嬖谝欢ǖ牟町悾細(xì)饬⒐苤袝?huì)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(jìn)行推算。夜間無用氣時(shí)，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?xì)鈮毫τ锌赡軙?huì)超出燃具壓力范圍，引起脫火，不完全燃燒，不僅會(huì)影響燃供氣安全，還會(huì)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?xì)庹{(diào)壓器出口壓力是保證城鎮(zhèn)燃?xì)夤?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?xì)庹{(diào)壓器是燃?xì)廨斉湎到y(tǒng)的一個(gè)重要組成部分，主要針對(duì)輸送管道之間的壓力級(jí)別不同，滿足不同的用氣壓力需求，保證調(diào)壓后燃?xì)獾膲毫Ψ€(wěn)定。本文選取了十個(gè)高層樓棟調(diào)壓器，均以33層樓計(jì)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(jì)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(jì)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(shí)，最大壓力出現(xiàn)在頂層灶前壓力?，F(xiàn)狀調(diào)查的10個(gè)調(diào)壓器，室內(nèi)壓損和庭院壓損按照國標(biāo)推薦值計(jì)算，其中 80%均出現(xiàn)灶前超壓現(xiàn)象。

(2)當(dāng)居民用氣調(diào)壓器出口壓力P，為2600 Pa時(shí)，在夜間低峰時(shí)段，僅有頂層居民用氣時(shí)，其戶內(nèi)燃具供氣壓力將從33層開始超壓；當(dāng)居民用氣調(diào)壓設(shè)施出口壓力P為2 800 Pa時(shí)，在夜間低峰時(shí)段，僅有某戶居民用氣時(shí)，其戶內(nèi)燃具供氣壓力將從第22層開始超標(biāo)；當(dāng)居民用氣調(diào)壓設(shè)施出口壓力P為3000Pa時(shí)，在夜間低峰時(shí)段，僅有某戶居民用氣時(shí)，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(hào)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(shí)段單獨(dú)用戶用氣時(shí)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(duì)于高層建筑，由于燃?xì)饷芏鹊陀诳諝饷芏?，燃?xì)饬⒐苤写嬖谝粋€(gè)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(duì)于高層建筑的燃?xì)庠O(shè)計(jì)，樓層越高，燃?xì)饬⒐芤矔?huì)越長(zhǎng)，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?xì)庠O(shè)計(jì)規(guī)范》GB/50028-2006的規(guī)定，燃?xì)庠罹咔暗膶?shí)際壓力允許波動(dòng)范圍為0.75Pn～1.5Pn，民用灶具額定壓力Pn=2000Pa，燃?xì)獗砬皦毫υ?650～3150Pa范圍內(nèi)波動(dòng)，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(shí)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(shí)，最大壓力出現(xiàn)在頂層灶前壓力。

燃?xì)獾母郊訅毫τ?jì)算公式：

△p=g(ρa(bǔ)-ρg)△H

(1)

式中：

△p——附加壓頭/Pa；

g——重力加速度；

ρa(bǔ)——空氣的密度，(kg/Nm3)；

ρg——燃?xì)獾拿芏龋?kg/Nm3)；

△H——管段終端和始端的標(biāo)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(shí)，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(duì)措施

為了減少附加壓頭對(duì)調(diào)壓器出口壓力的影響，在由原來的DN50變?yōu)镈N40，通過計(jì)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(duì)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(shí)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(jì)特性，調(diào)壓器的參數(shù)對(duì)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(shí)際值與設(shè)定壓力間存在一定的波動(dòng)。對(duì)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(jí)參照《城鎮(zhèn)燃?xì)庹{(diào)壓器》(GB 27790-2011)。穩(wěn)壓精度等級(jí)AC值越大，最大允許相對(duì)正、負(fù)偏差越大，對(duì)調(diào)壓器出口壓力影響越大。

2.2.1.2 閉壓力等級(jí)

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

2.2.2 應(yīng)對(duì)措施

目前，兩種常用的燃?xì)庹{(diào)壓器型號(hào)，根據(jù)關(guān)閉壓力等級(jí)，通過計(jì)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(shí)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(duì)于高層建筑，用氣高峰期時(shí)灶前壓力最小壓力出現(xiàn)在頂層灶前。管道實(shí)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(dāng)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?xì)庹{(diào)壓器，穩(wěn)壓精度等級(jí)AC為5%，關(guān)閉壓力等級(jí)SG為10%，根據(jù)穩(wěn)壓精度和關(guān)閉壓力的計(jì)算式推算出實(shí)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(jí)SG10則最大允許相對(duì)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(jí)AC為10%，關(guān)閉壓力等級(jí)SG為20%，設(shè)定出口壓力：2137.5～2969.15Pa。

3 結(jié)論及建議

針對(duì)高層超壓情況，針對(duì)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(duì)灶前壓力的影響。

(2)推薦兩種調(diào)壓器型號(hào)，穩(wěn)壓精度和關(guān)閉壓力等級(jí)達(dá)到一定要求，并且計(jì)算合適出口壓范圍作為推薦值。一種是飛奧燃?xì)庹{(diào)壓器，穩(wěn)壓精度等級(jí)AC為5%，關(guān)閉壓力等級(jí)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(jí)AC為10%，關(guān)閉壓力等級(jí)SG為20%，設(shè)定出口壓力：2137.5～3238.96Pa。為現(xiàn)場(chǎng)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(chǎng)實(shí)際中調(diào)壓器還受地勢(shì)差、溫度、調(diào)壓器反應(yīng)時(shí)間等因素的影響，故實(shí)際作業(yè)中調(diào)壓器出口壓力的計(jì)算較為復(fù)雜，所以在針對(duì)每棟樓的燃?xì)庠O(shè)計(jì)過程中，針對(duì)不同的樓層、地域需進(jìn)行水力計(jì)算，以縮小燃?xì)庹{(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(duì)灶前超壓的影響。