民用户内燃气管道设备与管径选型(杨海翔)

书书书檲檲檲檲檲檲檲檲檲檲檲檲檲檲檲檲檲檲檲檲檲檲殘殘殘殘建筑燃气供应民用户内燃气管道设备与管径选型杨海翔，　张万杰，　罗　彬，　刘　健（深圳市燃气集团股份有限公司，广东深圳５１８０４０）　　摘　要：　针对大负荷用气设备供气压力不足问题，对中压入户的民用户内燃气管道设备和管径选型进行了理论计算和实际测试，对理论数据与实验结果分析对比后，提出了燃气设备及管径选型的建议。　　关键词：　户内燃气管道；　用户调压器；　燃气表中图分类号：ＴＵ９９６　　文献标识码：Ｂ　　文章编号：１０００－４４１６（２０１１）０６－０Ｂ２１－０６ＬｅｃｔｏｔｙｐｅｏｆＩｎｄｏｏｒＧａｓＰｉｐｅＥｑｕｉｐｍｅｎｔａｎｄＤｉａｍｅｔｅｒｆｏｒＤｏｍｅｓｔｉｃＵｓｅｒＹＡＮＧＨａｉｘｉａｎｇ，　ＺＨＡＮＧＷａｎｊｉｅ，　ＬＵＯＢｉｎ，　ＬＩＵＪｉａｎ　　Ａｂｓｔｒａｃｔ：　Ａｉｍｅｄａｔｔｈｅｉｎｓｕｆｆｉｃｉｅｎｔｇａｓｓｕｐｐｌｙｐｒｅｓｓｕｒｅｏｆｇａｓｅｑｕｉｐｍｅｎｔｗｉｔｈｌａｒｇｅｌｏａｄ，ｔｈｅｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎａｎｄｐｒａｃｔｉｃａｌｔｅｓｔｉｎｇｆｏｒｌｅｃｔｏｔｙｐｅｏｆｉｎｄｏｏｒｇａｓｐｉｐｅｅｑｕｉｐｍｅｎｔａｎｄｄｉａｍｅｔｅｒｆｏｒｄｏｍｅｓｔｉｃｕｓｅｒｗｉｔｈｍｅｄｉｕｍｐｒｅｓｓｕｒｅｓｅｒｖｉｃｅａｒｅｐｅｒｆｏｒｍｅｄ．Ａｆｔｅｒｃｏｍｐａｒｉｎｇｔｈｅｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌｄａｔａａｎｄｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｒｅｓｕｌｔｓ，ｓｏｍｅｓｕｇｇｅｓｔｉｏｎｓｏｎｌｅｃｔｏｔｙｐｅｏｆｇａｓｐｉｐｅｅｑｕｉｐｍｅｎｔａｎｄｄｉａｍｅｔｅｒａｒｅｐｒｏｐｏｓｅｄ．　　Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：　ｉｎｄｏｏｒｇａｓｐｉｐｅ；　ｓｅｒｖｉｃｅｒｅｇｕｌａｔｏｒ；　ｇａｓｍｅｔｅｒ１　概述深圳市民用住宅中高层建筑较多，用气高峰时段，用户用气总量较大。为保证用气稳定，深圳市民用燃气管道系统一直采取中压入户、分户调压、分户计量的供应方式。随着居民生活质量的提高，民用燃具的热负荷越来越大，但户内燃气管道系统长期按照经验选取管径为ＤＮ１５ｍｍ，选取家用调压器和Ｇ２．５膜式燃气表。这使得一些大负荷用气设备（如大容量热水器、燃气壁挂炉等）由于供气压力不足，经常出现无法点火和燃烧不充分的情况，给用户的正常生活和安全带来威胁。此外，燃气表、调压器等设备选型偏小，长期过载运行极易损坏。为正确选取调压器、燃气表和管道管径，以满足大负荷用气设备的正常用气，笔者进行了理论计算和实验测试，在对结果进行对比分析的基础上，提出了大负荷民用户内燃气管道系统设备与管径的选型方法。２　理论数据收集①　理论情况下燃气表的选型燃气表的选型原则：考虑量程范围、燃气表的压力损失以及量程范围内的计量精度。我公司使用的某品牌燃气表参数见表１。由表１可知：在量程范围内，燃气表误差在规定的允许范围内（Ｂ级）；当计量介质为天然气时，燃气表压力损失不大于１５０Ｐａ。精度及压力损失均符合ＧＢ／Ｔ６９６８—１９９７《膜式煤气表》的要求［１］，故在理论情况下选择燃气表时，只需考虑燃气表的量程范围。　　②　理论情况下调压器的选型当调压器进口压力一定时，出口压力随着通过流量的增大而降低；当通过流量一定时，调压器进口压力越大，出口压力也越大。·１２Ｂ·第３１卷　第６期２０１１年６月煤气与热力ＧＡＳ＆ＨＥＡＴＶｏｌ．３１Ｎｏ．６Ｊｕｎ．２０１１表１　燃气表参数型号最大流量／（ｍ３·ｈ－１）最小流量／（ｍ３·ｈ－１）计量介质为天然气时的压力损失／Ｐａ精度等级Ｇ２．５４０．０２５≤１５０Ｂ级Ｇ６１００．０６０≤１５０Ｂ级Ｇ１０１６０．１００≤１５０Ｂ级　　根据ＧＢ５００２８—２００６《城镇燃气设计规范》，管道末端最低供气压力为１．５ｋＰａ［２］。为使燃具燃烧状况尽可能好，同时预留部分流量，笔者将管道末端供气压力选为１．７ｋＰａ。根据ＣＪ２７４—２００８《城镇燃气调压器》，至少要保证调压器额定出口压力（燃气表前压力）为２．１６ｋＰａ［３］。若燃气表的最大压力损失为１５０Ｐａ，则可保证管道始端压力不低于２ｋＰａ，否则由于管道始、末端压差过小，管径将很大。深圳市中压燃气管道的供气压力为０．１５～０．１８ＭＰａ，考虑最不利情况，调压器进口压力为０．１５ＭＰａ，调压器参数见表２。表２　调压器参数类型最低进口压力／ＭＰａ最低出口压力／ｋＰａ最大流量／（ｍ３·ｈ－１）备注家用调压器０．１５２．１６７．６６—２５ｍ３／ｈ调压器０．１５２．１６２５．００出口压力可调　　由表２可知：在保证调压器出口压力大于等于２．１６ｋＰａ的前提下，当流量小于７．６６ｍ３／ｈ时，应选择家用调压器；当流量大于等于７．６６ｍ３／ｈ且小于２５ｍ３／ｈ时，应选择２５ｍ３／ｈ调压器。３　建立实验模型和计算模型①　建立实验模型实验模型见图１。根据低压燃气管道的流量计算公式可知，当管径一定时，管道中的燃气流量只与计算起点、终点间的压力降有关，与计算终点之后管道内的压力变化情况无关。!#$%%!&’%%!#’%%!(#%%)#*’)+)&$)&+,(-不锈钢管道起点.薄壁不锈钢管’%外镀锌钢管接$*&’/,0的中压燃气管道#’%(12调压器家用调压器燃气表#%#%(%(%#%(%(%3%末端阀门放散燃烧器,3,’,4,+,#!管道进口节点4节点(节点#节点&,&图１　实验模型　　因此，为了方便，笔者一次性连接３０ｍ管道，在管道最末端设置阀门，分别在距离管道始端１０ｍ、１５ｍ、２０ｍ、３０ｍ处定义４个节点（分别命名为节点１、节点２、节点３、节点４）。当管道起点压力恒定时，通过调节最末端阀门的开度，控制管道中某节点的压力，即控制管道起点到计算节点间的压力降。通过燃气表测量燃气流量，可以得出燃气流量与管道长度、管径及管道进、出口压力的关系。由于燃气调压器、燃气表、管径均有一定的流量范围，故一次性连接了１台家用调压器，１台２５ｍ３／ｈ调压器，４块型号分别为Ｇ２．５、Ｇ６、Ｇ１０、Ｇ１６的燃气表，４段管径分别为ＤＮ１５ｍｍ、ＤＮ２０ｍｍ、ＤＮ·２２Ｂ·第３１卷　第６期　煤气与热力ｗｗｗ．ｗａｔｅｒｇａｓｈｅａｔ．ｃｏｍ２５ｍｍ、ＤＮ３２ｍｍ的薄壁不锈钢管道。测试时，通过开启不同阀门，达到使用不同组合的调压器、燃气表及管道的目的。在每种管径的管道上，在节点１、节点２、节点３、节点４处各安装一块压力表（Ｐ４、Ｐ５、Ｐ６、Ｐ７），在调压器出口、燃气表出口及不锈钢管道起点也各安装一块压力表（Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３）。②　建立实验模型对应的计算模型对实验模型进行现场测量，将测量数据汇总编辑到ＥＸＣＥＬ表格中，并将低压燃气管道流量计算的基本公式和模型基本数据在ＥＸＣＥＬ中互相关联，形成完整的计算模型。利用ＥＸＣＥＬ的单变量求解功能，根据已知的节点压力值（即供气压力值），将待求数据单元格设定为可变单元格，即可求出所需的数据［４］。４　实验模型的理论计算①　不同管径的管道流通能力的理论计算调压器出口压力最小为２．１６ｋＰａ，燃气表最大压力损失为１５０Ｐａ，调压器出口到燃气表进口的压力损失计为１０Ｐａ，则管道的理论进口压力按２ｋＰａ（即Ｐ２压力值为２ｋＰａ）代入计算模型，节点按１．７ｋＰａ（即Ｐ４、Ｐ５、Ｐ６、Ｐ７压力值分别为１．７ｋＰａ）代入计算模型。可得出不同管径下，距离起始端１０ｍ、１５ｍ、２０ｍ、３０ｍ处管道的理论进口压力下计算流量，见表３。本文涉及３种流量：ａ．实测流量：通过实验测出的管道系统流量，经温度、压力修正后的值。ｂ．理论进口压力下计算流量：Ｐ２压力值为２ｋＰａ（调压器实际出口压力及燃气表实际压力损失与厂家提供的数据一致）时，计算出的管道系统流量，见表３。ｃ．实测进口压力下计算流量：利用实际测出的Ｐ２压力值计算出来的管道系统流量。表３　管道末端压力为１．７ｋＰａ时，不同管道系统的理论进口压力下计算流量ｍ３／ｈ管长／ｍ管径ＤＮ１５ｍｍＤＮ２０ｍｍＤＮ２５ｍｍＤＮ３２ｍｍ１０２．３８２５．６７５１０．９６５１７．１４７１５２．０３４４．５６０８．８７０１３．６８８２０１．７８２３．９０６７．６１７１１．６９２３０１．５２４３．２２７６．３４４９．７５８　　②　理论情况下的设备及管径选型已知流量，根据表１、２可以选定燃气表、调压器；已知管长和流量，根据表３可以选定管径。故在理论情况下，调压器、燃气表和管径的选取互不影响。５　实验模型的实际测试及数据分析５．１　测试步骤①　保证系统所有阀门处于关闭状态。②　打开测试管道（管径为ＤＮ１５ｍｍ、ＤＮ２０ｍｍ、ＤＮ２５ｍｍ、ＤＮ３２ｍｍ中的任一条）上的７个压力表前阀门。③　打开本组测试选取的调压器、燃气表及管道的前后阀门，使测试管道全线畅通。④　稍微开启最末端阀门，打开放散燃烧器上的阀门，点燃放散燃烧器。⑤　调节最末端阀门的开度，控制管道中某节点的压力表读数，使其稳定在设定值（实验设定的不同管道末端压力分别为１．５ｋＰａ、１．７ｋＰａ等）。⑥　待管道内燃气流动稳定后，记录Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３及部分节点处的压力值，记录温度和一段时间前后的燃气表读数，计算出工况流量，并通过记录的温度、压力对工况流量进行修正，计算出实测的标况流量。⑦　利用上述方法测出不同管道末端压力时所有组合工况下的流量。５．２　３种流量的对比由于实测数据众多，笔者仅将管道长度为３０ｍ，管道末端压力为１．７ｋＰａ，不同管径、调压器、燃气表组合工况下的实测流量与理论进口压力下计算流量、实测进口压力下计算流量进行对比，见图２。!#$%&’()!*!!!!*(&$*流量+!,#-.!#实测流量理论进口压力下计算流量实测进口压力下计算流量不同设备组合编号图２　管长为３０ｍ、管道末端压力为１．７ｋＰａ时，不同设备组合工况下的３种流量对比由图２可知：理论进口压力下计算流量的误差远大于实测进口压力下计算流量的误差，说明管道·３２Ｂ·ｗｗｗ．ｗａｔｅｒｇａｓｈｅａｔ．ｃｏｍ杨海翔，等：民用户内燃气管道设备与管径选型　第３１卷　第６期实际进口压力（Ｐ２压力值）远小于理论进口压力。５．３　调压器出口压力分析由图１可知，压力表Ｐ１的读数近似等于调压器出口压力，家用调压器进口压力为０．１５ＭＰａ时，出口压力随流量的变化见图３，家用调压器出口压力的理论值与实测值对比见表４。!#$%&%%%’$(%%%$%%&)*+,出口压力-./流量-!0!12(#图３　家用调压器出口压力随流量的变化表４　家用调压器出口压力的理论值与实测值对比数据来源出口压力／ｋＰａ天然气流量／（ｍ３·ｈ－１）备注厂家提供≥２．１６≤７．６６—实际测量≥２．１６≤４．５４调压器通过流量达７．５２ｍ３／ｈ时，测得的实际出口压力仅为１．７８ｋＰａ　　由表４可知，要保证家用调压器的出口压力达到要求，其通过流量必须为其理论最大流量的６０％左右。２５ｍ３／ｈ调压器的基本特性与家用调压器一致。５．４　燃气表压力损失分析将Ｐ１、Ｐ２的压力表读数代入计算模型，减去管道压力损失，可得到燃气表的压力损失。Ｇ２．５燃气表的压力损失随流量的变化见图４，压力损失的理论值与实测值对比见表５，不同流量区间的压力损失变化率见表６。表６中，ｋ１表示流量小于额定流量且大于最小流量的区间的压力损失变化率，ｋ２表示流量大于额定流量且小于最大流量的区间的压力损失变化率。!#$%&%%’(%%()&$*+压力损失,-.流量,!/&012#图４　Ｇ２．５燃气表压力损失随流量的变化表５　Ｇ２．５燃气表压力损失的理论值与实测值对比数据来源压力损失／Ｐａ天然气流量／（ｍ３·ｈ－１）备注厂家提供≤１５０≤４—规范要求≤２２０［１］——实际测量≤１５０≤１．４３≤２２０≤１．９９燃气表通过流量达４．０８ｍ３／ｈ时，测得的实际压力损失为５４１．７Ｐａ表６　Ｇ２．５燃气表不同流量区间的压力损失变化率流量／（ｍ３·ｈ－１）压力损失／Ｐａ斜率测得最小值１．４２５２０３．５７４ｋ１１１８．５３９额定值２．４７６３２８．１６０ｋ２１３３．４００测得最大值４．０７７５４１．７０３——　　由表５可知，要保证Ｇ２．５燃气表的压力损失达到要求，其通过流量必须为其最