微量排氣閥在長距離輸水管線上的應用

安榮云

摘 要：該文對微量排氣閥的原理進行了介紹，并對微量排氣閥的口徑和安裝位置選擇進行了闡述。最后，通過工程實例證明了微量排氣閥對長距離輸水管線的安全運行起到重要的作用。

關鍵詞：微量排氣閥 口徑選擇 位置選擇

中圖分類號：TV672 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）01（c）-0079-01

1 管網中空氣的來源

給水管網輸水管道中往往會存留空氣，在管網的正常運行過程中，這些空氣會在管道中聚集。隨著空氣的不斷積累，空氣取代了同體積的水流，使得管道有效過流面積逐漸減小，管道阻力大大增加。管內存留空氣的主要來源如下：

（1）輸送水流中的溶解空氣；

（2）吸水池吸水時，產生渦流而吸入的空氣；

（3）管網系統存在泄漏口或空氣閥，當此處存在負壓時，空氣便會吸入管道；

（4）管網系統中水的溫度的升高，水中的部分溶解空氣析出。

2 微量排氣閥的工作原理

微量排氣閥為管網有壓運行過程中負責排除管內聚集的微量空氣的閥門，并通過水流對閥內浮球的作用來實現閥門的開啟和關閉。當水流充滿閥體時，微量排氣孔口關閉從而防止管內水的泄漏。隨著空氣的進入，閥內水被空氣代替從而使得其液面逐漸降低，當水流降低至不足以支撐浮球時，浮球下降并使微量排氣孔打開，釋放聚集的空氣。隨著空氣的排放，水流返回至閥體，作用于浮球，使排氣孔口在空氣完全排空后關閉。

3 微量排氣閥的口徑及安裝位置的選擇

3.1 口徑的選擇

對于微量排氣閥優良特性的發揮，關鍵的一個環節就是排氣孔口的正確選擇。確定口徑的前提是要確定所需排放的空氣量，但由于管內空氣來源復雜且難以計算隨壓力和溫度的變化而析出的空氣量，所以目前還沒有一種確定的排氣量計算方法。因此，參考美國標準AWWA M51中提供的資料，根據空氣在水中的溶解度曲線，假定空氣流量為管內水體積流量的2%。因此，通常采取的方法是按管內空氣量等于水流量的2%來計算所需排氣流量。

然后，根據前面所得的空氣流量和微量排氣閥的工作壓力，利用美國水廠協會AWWA M51標準中所提供的微量排氣閥口徑選擇方法，并由該標準中相應的表格或圖中查得合適的微量排氣閥口徑。

3.2 安裝位置的選擇

微量排氣閥的安裝位置，不僅僅是在管道系統中空氣易于聚集的最高點和局部高點，而要根據氣泡可能存在的位置不同進行位置選擇。因為，正常管網運行過程中，當水流速度足夠快時，水流會將聚集于高點的氣團攜帶至管段下坡處某位置。在此位置，氣泡受力平衡趨于靜止。在管段上坡段和平緩段，當水流不足以沿線移動氣團時，氣團會停留不前；如果坡度相對較小且管段較長，氣團往往會沿管段分散。因此，微量排氣閥的安裝位置歸納如下：

（1）管道系統的最高點和局部高點，且是最主要的安裝點，主要是微量排氣閥與高速進排氣閥的復合使用，以防止斷流彌合水錘的發生；

（2）上、下坡段坡度驟降和驟增點，在必要的點同時安裝高速進排氣閥；

（3）較長的上升段和下降段；

（4）較長的平緩段；

（5）水泵所在處。

4 工程應用實例

以深圳市梅龍供水工程為例，圖1為該供水工程的斷面圖，由圖中可以看出該系統沿線存在兩個非常特殊的節點，系統次高節點和節點H6。在這兩個點的前端都存大坡度比較大的斜坡，氣團易于聚集；而且，一旦發生正常停泵或事故停泵，將有可能造成非常嚴重的斷流空腔彌合水錘。水力計算結果顯示，在此兩點出現了比較嚴重的斷流彌合水錘。

為此，該供水工程在這兩個關鍵點分別采用了DN150和DN250的注氣微排閥。一方面，其中的微量排氣閥可以排除管段正常運行過程中積累的空氣，減少水流運行過程中氣團的積累帶來的阻力；另一方面，注氣微排閥可有效地防止斷流空腔彌合水錘。而且水力分析計算顯示，在這兩個位置安裝注氣微排閥后，管段壓力波動及升壓均大大減弱，非常有效地保護了管線的正常運行。該供水工程在充水試運行時，管線充水順利，通氣流暢；平時輸水時運行正常，能夠達到設計輸水能力。多年來泵站運行正常，一次突然的斷電事故也沒有產生水錘事故，非常有效地解決了空腔彌合水錘對管段的劇烈破壞。

5 結語

微量排氣閥是保證給水管網正常有效運行的不可或缺的裝置，越來越具有挑戰性的管網維護工作要求我們必須對微量排氣閥有更加深刻的認識：

（1）微量排氣閥與真空破壞閥組合而成的“注氣微排閥”是防止空腔彌合水錘最有效，最經濟的選擇。

（2）微量排氣閥孔口大小，絕對不能僅僅依經驗而取，必須依標準經過具體計算得出。因為，孔口過大會使排氣速度過快，從而引發新的水錘；過小則會引起排氣不暢，阻礙管網的正常運行。

（3）微量排氣閥安裝位置合適與否直接決定了其性能的發揮。完全相同的閥，安裝在了正確的位置則可以保證管道完好無損；一旦安裝位置不當，則會導致爆管。

參考文獻

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