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大中型油改氣用戶調壓裝置的選型與設計
摘要：本文針對廣州市在"油改氣"設計工作中出現的技術難點，重點分析了大中型用戶調壓裝置的設計思路與選型要求，并結合現有的國家和地方設計規范，提出了"合理應用規范、靈活實施設計"的觀點，為珠江三角洲地區"油改氣"工程的設計提供了借鑒。
1項目背景簡述
隨著國家可持續發展戰略的貫徹實施，環境保護問題已經越來越得到重視。廣州市政府于1999年發出政府令，要求在2000年12月31日前，廣州市區范圍內原來使用油、煤的餐飲業及公共食堂，全部改為使用清潔能源一燃氣或電作燃料，并優先采用管道氣。我們稱之為“油改氣”工程。
為此，廣州市煤氣公司會同廣州市環保局，共同對現有餐位數在200個以上、且分布在城市燃氣管網周邊的餐飲業用戶進行了調查。并對日耗氣量在500Nm’以上的用戶視作大中型“油改氣”用戶。初步統計結果是：具備使用管道氣條件而需要進行改造的用戶約1000家，有15萬個餐座位數，日耗氣量折合約12萬Nm’(指熱值為27.2MJ／Nm’的廣州油制氣、下同)。
2大中型“油改氣”項目的設計特點
從已完成的數百家大中型“油改氣”用戶的設計情況分析，主要有以下特點：
◆設計流量為150~500Nm3／h、耗氣量在500~2000Nm3／d；
◆中壓管設計管徑一般為DN80—DNl50；
◆供氣管道、調壓裝置等一般均為專用，較少與其他用戶共用。即使與居民用戶在同一個建筑物中時，公福用戶的供氣也宜單獨使用一套系統，因為其小時流量較大，用氣時會對民用戶造成較大的影響；
◆燃氣管道一般是在現有建筑物及用氣設施的基礎上進行敷設，故需要燃氣管道和設備來適應現狀；
◆對供氣的安全性及不間斷性要求很高，不能容忍“斷氣”現象發生；
◆由于工程費用是用戶自行承擔的，因此，用戶要求用最小的投資代價來達到最高的功能需求。
在上述設計特點中，難度最大的是調壓裝置的選擇與設置。因為是“需要用燃氣管道和設備來適應現狀”，因此在設計調壓裝置時。必須符合三方面的條件:
1)調壓裝置設置時的安全距離既要滿足現行的國家規范，又要適應現有地形條件。而在廣州市老城區的一些路段上。兩者很難同時滿足要求，
2)調壓裝置的成本應盡可能低。否則用戶難以承擔；
3)調壓裝置的質量要好，可靠性要高。必要時，要考慮設置供氣管道的雙回路及多一組備用的調壓裝置。
3調壓裝置的設置與選型
在目前條件下。大中型“油改氣”用戶調壓裝置的設計主要遵循以下兩個規范：
1)《城鎮燃氣設計規范》GB50028—93(1998年版)(以下簡稱“城規”)；
2)《高層民用建筑設計防火規范》GB50045—95(1997年版)(以下簡稱“高規”)
從兩個規范的安全距離要求上分析，“城規”的靈活性大一些，可操作性要強一些；而“高規”的要求就嚴格得多，其要求調壓裝置距高層建筑物的距離為13~20米(二類高層建筑可以略少)。這樣的安全距離在廣州市這樣的大型城市中是很難實現的。因此，有必要認真探討調壓裝置的設置的問題。
3.1調壓裝置的設置形式
在廣州市區內，建筑密度相當大，尤其是在繁華地段，高樓林立，達到了“寸土寸金”的地步，任何的綜合性建筑在其紅線范圍內都很難在十幾米外來尋找設置燃氣調壓裝置的位置。此外，大樓的業主或是餐飲店的管理者也不會提供一個數十平方米的用地作為燃氣專用房間，因此，要設立符合“城規”要求的專用調壓站(室)幾乎不太可能，只能是根據現有的建筑物情況來進行“油改氣”項目的設計配合。
在此情況下，燃氣調壓裝置的設置無外乎兩種選擇：
◆直接掛靠式一直接在外墻或裙樓頂設置(專用調壓室情況不作討論)；
◆外設式一調壓裝置距建筑物外墻有較小的安全距離。
3.2直接掛靠式調壓裝置的選擇
在“城規”中，燃氣調壓箱允許直接掛靠在建筑物的外墻上，但“高規”中則不允許在高層建筑外墻上的直接掛靠調壓箱。因此，對于低層建筑而言，調壓箱是一種最佳的選擇。而對于高層建筑，如能將調壓箱設置在相鄰的低層建筑物外墻上可以滿足安全距離要求時，調壓箱同樣也是最佳選擇。
一般情況下，大中型“油改氣”用戶的設計流量在150~500Nm3／h之間，符合該流量的燃氣調壓箱還是較多的。目前，廣州市常用的該類型調壓箱主要有:
◆上海飛奧RJ—500型：400Nm3／h(在進口壓力0.05MPa、出口壓力2500Pa時，下同)；
◆意大利TARTARINI公司的G16324型：250Nm3／h；
◆德國RMG公司361、330系列：400—600Nm3／h。
以上產品的價格在3~5萬元左右，“性能價格比”較佳，用戶完全可以接受，因而推廣實施的效果也較好。
另一種直接掛靠式調壓裝置的設置方法是：將調壓裝置設于裙樓頂部。根據我們的設計實踐，在建筑物的裙樓頂部劃分出一定的面積，用圍墻或金屬外殼、上加遮蔽棚間隔，并將調壓器及其含各種閥門、過濾器等配套設備放置在其中還是較容易實現的。目前，在廣州市有的“油改氣”用戶已采用該方式。該設置方式布置較為靈活，當然也受到建筑物本身的條件影響。從投資情況看，價格可以控制在10萬元以內，一般可以接受。
3.3外設式調壓裝置的選擇
對于高層建筑，當采用直接掛靠式調壓裝置確實無法實現時，可以來用地下調壓井的方式。廣州市是從1997年引進了地下調壓井。目前已使用了十幾臺，經過兩年多來的運行，其安全可靠性一直較好。由于目前的國家規范中尚無燃氣調壓井的安全距離要求，廣州市現處于試用期內，暫參照國內有關城市的地方標準及國外的行業標準，規定距建筑物基礎的距離為2米(見注3.3)。該安全距離較小，幾乎所有的綜合性建筑物都能滿足距離要求，因此，具有較好的可實施性。目前廣州市地下調壓井常用的產品型號為：
◆意大利TARTARINI公司的MIF／40及MIF／65型：流量分別為600Nm3／h和1200Nm3／h；
◆上海飛奧RX—1000型：1000Nm3／h。
地下調壓井的價格在25~45萬元之間，相比之下價格顯得較貴。在現有的經濟條件下，尚不能大范圍推廣，僅作為一種在無其他解決辦法或有特殊要求條件下的補充解決方案。
(注3.3：參見上海市地方標準DBJ08—46—95的條文說明，日本東京煤氣公司的《煤氣設備及其設計》中規定：落地式箱式調壓站四周的安全距離要求為1m。最小不少于0.75m;另據意大利HNI—CIG88
27標準，箱式調壓站距工業及民用住宅為2m。因此，廣州市也借鑒了上述做法。關于調壓井安全距離的探討詳見4.3)
4對國家規范中有關條文的理解與補充
上述調壓裝置的設置方式能否實施，最關鍵的還是看如何理解國家規范，并按照規范中的要求去實現。
4.1如何理解調壓箱的定義
根據“城規”附錄G中的名詞解釋，調壓箱的定義為：包括調壓裝置及鐵箱。將調壓裝置放置于專業箱子中，設于用氣居民或公共建筑附近，承擔用氣壓力的調節。一般一個調壓箱只負責較小范圍的用氣調整。其中，調壓箱的范圍包括“調壓柜”。
仔細分析以上定義可以發現：調壓箱定義中并未限定進出口的管徑(或調壓裝置的通徑)以及調壓器的通過流量。這也意味著在選擇調壓箱時允許有較大的靈活性，而且并不局限在我們一般所想像的幾十立方米的通過流量及不大于DN50的進出口管徑。
從流量要求看，既然調壓柜本身已屬于調壓箱的一部分，而現在一般調壓柜的流量均已達到數百立方米／h，甚至更大。(如：河北棗強慧星調壓器廠生產的3FK調壓柜的流量為502Nm3／h、4FK為667Nm3／h)，因此，將調壓箱的通過能力選定在200~500Nm3／h是完全有理論依據的。
既然流量問題可以理解，相應的，管徑問題也不再成為障礙。事實上，流量在400Nm’／h左右調壓箱的進出口管徑通常在DN65~DN80之間。
從理論上講，通過設備的組合及改進，箱式調壓器的通過能力可以做得很大。但從安全的角度來說，將流量很大的調壓裝置直接掛靠在建筑物的外墻上是不太安全的，存在一定的危險性，也不利于設備的維護、保養及更換。此外，通常流量越大，調壓裝置的體積也越大，相對會更難找到安裝的位置，因此，經與廣州市煤氣公司進行認真探討，我們在設計時將“調壓箱”的范圍作了更明確的限定：
◆外形體積控制在1.4×1.2×0.7米以內；
◆通過流量一般控制在300~400Nm3／h左右；
◆中壓進口管徑＜DN80。
4.2調壓箱的安全距離要求
當調壓箱的定義可以按4.1來進行解釋時，其安全距離要求就可以依照“城規”的5.6.4條去執行。現在需要討論的是：調壓裝置設置在裙樓頂上的安全距離間題。
其實，按照其設置形式看：
1)裙樓的頂部也是建筑物的最外側。因而可以將其視為外墻的一部分；
2)裙樓的樓面本身就是防火實體結構，再加上面向塔樓的一側用防火墻相隔，完全符合防火要求；
3)調壓裝置被有效隔離后，可以避免閑雜人員的干擾，更保證了設備的安全管理。
因此。我們在設計是這樣理解：將調壓裝置放置在裙樓頂部是“城規”第5.6.4條的延伸與擴充，同時又滿足了第5.6.5條中關于“將調壓裝置設置在公共建筑物頂層”的部分要求，因而該做法是可以視為符合現行國家規范的。
4.3關于地下調壓井的安全距離
從內部結構來看，地下調壓井實際上可視作是調壓箱的一種。因為：
1)外殼為箱(筒型)結構，且調壓井的外箱(筒)體為金屬，可靠性更好；
2)內部結構緊湊、體積較小。落地式調壓箱的體積一般在0.7~1.2m3之間，而調壓井的體積約為1~1.2m，兩者相當。
3)進出口管徑及流量基本處于同一范圍。但從“性能價格比”角度考慮；調壓井的通過流量通常會更大些。
但調壓箱與調壓井之間的最大區別就是設置形式，對于設置于地下的調壓井來說，其外密封性及內部通風要求均較高，此外，調壓井的設計流量通常較大。這使得調壓井的總體安全性要求更為嚴格。
基于上述原因，在學習國內上海市的地方標準(詳見4.4)的基礎上，又參考國外的一些行業標準、規定等，廣州市將調壓井的安全距離暫定為距建筑物2米。這樣考慮的主要思路是：參照“城規”表5.6.3，地下調壓站距建筑物的距離要求為5米。同時，其注②中說明：“當達不到上表凈距要求時，采取有效措施，可適當縮小凈距”。事實上，目前廣州市引入的地下調壓井在安全措施方面均有足夠保證。包括井體密封、超壓切斷、雙調壓器聯動、專用的通風管及放散管等措施。與普通調壓箱相比，其安全性得到了大大增加。此外，對于埋地式的燃氣裝置，在爆炸條件下，其安全性本身就比地上式的要高。這點我們參見“液化氣地下儲罐的安全距離比地上罐減少一倍”就可知道。
另一方面，廣州市引進地下調壓井已有3年，通過對現已運行的調壓井進行的跟蹤調查，其性能穩定、可靠性好，達到了安全運行的目的。
實踐證明，廣州市現行的地下調壓井安全距離要求是可行的。也是符合國家規范精神的。
4.4上海市相關的地方標準
針對大城市調壓裝置設計布局的困難，上海市率先于1992年制定了《城市煤氣管道工程技術規程》DBJ08—10—92的地方標準(以下簡稱“規程”)，在1995年，又就補充制定了地方標準《燃氣箱式調壓站安裝設計標準》DBJ08—46—95(以下簡稱“標準”)，并提出了“以技術及設備的先進性來保證安全，而不是靠距離來保證”的觀念(見“標準”第2.0.4條的條文說明)，這對我們的啟發很大。上述兩個上海市地方標準中的主要技術要求有：
◆在規定調壓裝置的安全距離時，一般不區分是高層建筑還是低層建筑；
◆調壓器允許安裝在高層建筑的裙房外墻或地下室內(“規程”第8.1.4條)；
◆專用箱式調壓站安裝時，距用氣建筑1m，距相鄰其他建筑6m(“標準”第2.0.4條)；
◆箱式調壓站可設置在建筑物的地上底層或地下一層靠外墻的建筑物內(“標準”第2.0.3條)。
從以上要求可以看出，上海市的做法是較先進的。而目前廣州市的做法在很多方面與上海市也是相同或相似的。我們現在一些做法將會作為正式條文收錄在廣州市煤氣公司即將發布的企業標準內。
此外，廣州市關于城市管線的設置標準也正在由廣州市規劃局編制，我們有關調壓裝置的設置要求已提交市規劃部門，該地方標準可望在明年發布。
5結束語
繼廣州之后，珠江三角洲地區的各城市也已先后開展了“油改氣”工作。對于各地的煤氣公司而言，這是一個十分難得的機遇，因為“油改氣”工程本身就帶有“政府行為”，而作為煤氣公司來說。除了積極配合政府的工作之外，也可以借這股東風來占領市場、擴大銷售量，真可謂“機不可失、時不再來”。
按照廣州市煤氣公司的預測，“油改氣”工程完成后，至少可使煤氣公司每日的售氣量凈增10萬Nm3，年銷售收入可相應增加近1個億，這對廣州市煤氣公司的減虧增效帶來了大好的機遇。
因此，解決好大中型“油改氣”用戶的供氣問題是能
否搞好“油改氣”工程的一個關鍵。而在設計方面進行積極配合、研究探索、開拓創新是十分重要的。其中，調壓裝置的設置更是需要因地制宜、合理選型、靈活運用規范來實現。
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