高層建筑燃氣供氣系統的選擇

    近年來，隨著我國城市建設的飛速發展，高層建筑如雨后春筍般地出現。由于高層建筑本身的特點，決定了為其配套的燃氣系統也與普通住宅有所不同。本文主要針對高層建筑的特殊要求，并結合現行國家規范和珠海的地方規定，對目前常見的幾種高層建筑供氣系統進行分析。

    《城鎮燃氣設計規范》GB50028-2006第10.2.1條規定：居民用戶中壓進戶室內管道最高壓力不大于0.2MPa；低壓進戶室內管道最高壓力小于0.01MPaflOkPa)。珠海市目前執行的《珠海市庭院及室內燃氣管道工程技術指引》中第2.3條規定：居民用戶應采用低壓進戶，室內燃氣管道設計壓力lOkPa；第4.2.2條規定：每個控制閥門所控制的燃氣用戶數量不應超過25戶。這就限定了現階段珠海的燃氣設計都應采用低壓進戶的人戶方式．即按低壓管道的設計壓力為lOkPa．并且要控制單根燃氣立管供應戶數不能超過25戶。因此以下供氣方式的討論都是基于這兩個前提下進行。

    現階段珠海市政管道的氣源是管輸液化石油氣，遠期轉換為天然氣。這兩種氣源密度各不相同，液化石油氣(氣態)密度：2.49kg／Nm3，天然氣(氣態)密度：0.802k~Nm3。在高層建筑室內燃氣管道設計中。兩種燃氣的密度與空氣密度(1.29kg／Nm31不同，隨著樓層的增加便會產生附加壓力．若附加壓力過大會使用戶灶前壓力波動超出允許波動范圍．因此在燃氣設計階段必須兼顧這兩種氣源的不同特性考慮。

    上環下行供氣方式是指中壓管道沿建筑物外墻敷設至樓頂,經樓頂中一低壓調壓箱后，分出若干條低壓立管并沿建筑外墻或陽臺向下引至各戶使用,且每條低壓立管起點都安裝控制閥門,供應戶數不超過25戶。這種供氣方式的調壓設備及分段閥門都設置在屋頂層,建筑外立面燃氣設備較少,且屋頂管道都為明設，方便檢修維護。比較適合對建筑外墻美觀要求較高,屋頂為可上人的，且具有公共屋面的建筑。這種供氣方式當用液化石油氣作氣源時,由于密度比空氣大，自上而下供氣時高程差產生的附加壓力可以抵消掉部分管道摩擦阻力損失，具有一定的優越性。不足之處是當轉換天然氣后，由于天然氣密度比空氣小，由上向下輸氣阻力增大。而且當建筑的屋頂為斜屋頂或天面層為住戶私用時，就不適合采用這種方式。

    根據《城鎮燃氣規范》GB50028-2006第10.4.1條規定：燃氣灶具的允許波動范圍為0.75Pn-1.5Pn。 Pn表示燃氣額定壓力，天然氣為2 000Pa，液化石油氣為2 800 Pa。爐具的****工況壓力為：Pn+500Pa．為了能使灶具在良好的工況下運行，我們統一選用允許的壓力降[△P]=500 Pa。以下我們建立計算模型，分別計算天然氣和液化石油氣在這種供氣方式下總的壓力降，看是否在允許范圍內。

    設層高為25層的居民住戶，層高為3m，每層一戶，以每戶安裝一個雙眼燃氣灶和出水量為10L／min燃氣熱水器計算，天然氣每戶計算流量為：2.03Nm‰，液化石油氣每戶計算流量為：0.64 Nm3／h．選用管徑為D57ⅹ3.5無縫鋼管作為低壓立管。按照《城鎮燃氣設計規范》GB50028-2006第6.2.5式分段進行水力計算，得出以下結果，見表1。

表1

 

注：

    1．其中附加壓力△P₃根據《城鎮燃氣規范》GB50028—2006第10.2.13式計算得出

  2．燃氣表的壓力降一般取值AP4=150Pa。

  3．運動粘度系數取值：2.8x10-⁶m²／s(LPG)，15ⅹ10-⁶m²／s(NG)

    由此可見在低壓進戶的前提下，當建筑物層數不大于25層，一戶一層時，考慮兩種氣源，采用上行下給的供氣方式及選擇合理的管徑，整條低壓管道壓力降都在允許范圍內，離調壓器出口最近及最遠端用戶的燃具都能正常使用。

    下環上行的供氣方式剛好和上行下給的供氣方式相反，是把樓棟調壓箱放置在地面或建筑物一層外墻上，燃氣經過調壓后，經過埋地或架空管的方式引至各引上低壓立管閥門箱，然后再沿建筑外墻引上的供氣方式。這種供氣方式一般是屋頂沒有布管條件時可優先考慮采用，且遠期轉換天然氣后．由于密度比空氣小，由下向上供的方式更為優越。計算模型與3．1條相同，兩種氣源在不高于25層時的立管壓力降也在允許范圍內。在具體設計時，可根據燃氣供應樓層數的不同，通過計算選用最經濟的管徑。調壓箱應盡量選擇在與各條立管的距離差相差不多的位置安裝，若相鄰立管距離較遠，可考慮增設調壓箱。

    這種供氣方式就是結合以上兩種方式．高層住宅的上下若干層各采用一套系統，由室外調壓箱分別進行調壓供氣的方式。例如一個30層的建筑,就用下環上行的方式供1-12層，再用上環下行的方式供13-30層。這種做法主要是為了解決當出現單根立管超過25戶時的情況。

    (1)由于現代高層建筑地面用地資源都極其有限，地下管道密布，且一般都建有地下室。這就造成埋地庭院管道埋深不夠，與其他管道及建筑物間距不夠等諸多問題，會給施工帶來很多困難。上環下行的供氣方式一般來說一棟樓只有一條中壓管出地面引上，這就減少埋地庭院管道數量，從而有效的減少了此類問題的發生。并且每棟樓都只在出地面處設置一個閥門箱，減少了對建筑立面的影響。因此對于樓層數小于25層，且屋頂有布管條件的建筑．提倡使用這種供氣方式。

    (2)如果建筑屋頂沒有敷設管道和安裝調壓裝置的條件，就適合采用下環上行的供氣方式。但這種方式會造成庭院管較密。立管閥門箱和調壓箱與其他設備爭位的現象。因此在設計階段要做好與主體設計院的管線綜合和外立面協調工作，盡量減少與其他管線設備的沖突。對于樓層較少、戶數不多的建筑．尤其是別墅區，采用下環上行的供氣方式更為經濟。可在庭院管起點位置設置調壓箱(或)柜，庭院管道全部采用低壓管道(最好布成環狀)，這樣可以節約管材和調壓設備,并且低壓管道與其他管道和建筑物的間距要求較小，容易布管。

    (3)目前看來對于樓層超過25層的建筑，采用兩種方式結合的供氣方式也是有效的辦法。這種做法雖然會造成管道，閥門、調壓器等數量的增多，投資加大,但保證了在有事故發生或檢修時盡量減少對用戶造成影響的原則。

    (4)燃氣額定壓力是燃燒器設計的重要參數，超出燃具壓力范圍大了,會造成回火或脫火。為了保證燃具的壓力更加穩定，還有一種做法就是將樓棟調壓箱出口壓力設為7.5 kPa左右，同時在每戶燃氣表前增加一個低一低壓調壓器，使得離調壓箱最近與最遠端的用戶燃具壓力都能保證滿足要求。這種做法雖然每戶增加投資約100多元，但確保了每戶燃具都能在接近額定壓力條件下工作，并且充分利用了燃氣壓力．立管平均管徑較小，降低了成本，也是值得推廣的做法。