自動快速排（吸）氣閥在農(nóng)村飲水安全工程中的應用

周立國

摘 要：沙灣縣農(nóng)村飲水安全工程的設計實施主要以跨村、跨鎮(zhèn)集中連片供水為主，管水管線長，為了保證的管道的運行安全和正常供水，除了進行好供水管道的水力計算，管材管徑及承壓等級的選擇外，供水管道自動排（吸）氣閥設置的位置和大小的選擇更為重要。

關鍵詞：自動快速排氣閥 農(nóng)村飲水安全 工程應用

1.供水管道排氣閥的重要性

長期以來，我們對供水管道是否含氣、是否可能造成爆管，管道停水放空形成的負壓造成管道損壞的問題認識不足，也就沒有從根本上解決正常運行的管網(wǎng)為何時常出現(xiàn)管道漏水、管道流水不暢的問題。因此有必要揭示正常運行的供水管網(wǎng)可能存氣的原因以及管道升壓和造成爆管的原理，以便提高對含氣型斷流水水錘的認識能力。

1.1供水管網(wǎng)的氣體產(chǎn)生主要有下面8種情況

1.1.1直接進氣情況分析

（1）初始未充水的管道或管道使用中放空時的進氣；

（2）部分區(qū)域或全管網(wǎng)因故停水；

（3）個別管段事故搶修放空。

1.1.2自由狀態(tài)下空氣進氣情況分析

（1）管道進口位置以及負壓管道系統(tǒng)與相關設備未封閉嚴實；

（2）如果管道系統(tǒng)內(nèi)產(chǎn)生負壓的情況下，空氣順著排氣閥以及排氣管等位置進入空氣；

（3）單一或多個大用戶流量調(diào)節(jié)速度過快導致管道產(chǎn)生負壓，排氣閥或管道封閉不嚴位置進入空氣；

（4）溶解在水中釋放出來的空氣：清水中溶解的空氣有2%；

（5）水泵吸水管以及葉輪中，由于運行狀態(tài)下出現(xiàn)負壓而造成氣體釋放。

1.2供水管網(wǎng)氣囊運動特征與可能的危害

因為供水管網(wǎng)自身管徑沿主水流方向從大逐漸變小，管道中的氣體形式表現(xiàn)為段塞硫，即是氣體通常是保持獨立氣囊狀態(tài)不連續(xù)的處于管頂位置。氣囊長度以及占過水斷面面積往往是氣體含量、實際管徑、管道縱斷面具體情況而確定的。相關理論研究以及實踐經(jīng)驗證明，氣囊順著管頂隨水流運動，很有可能在管道彎道位置以及閥門等位置出現(xiàn)聚集情況，同時形成壓力振蕩。因為管網(wǎng)水流速度與方向呈現(xiàn)出一定的隨機性，氣囊運動導致的壓力增加必然很有可能是因為水流流速情況變化而決定的。相關研究結(jié)果表明，當壓力增加到2Mpa的狀態(tài)下，很容易對普通供水管道造成損壞。同時需要引起注意的問題在于，持續(xù)在管網(wǎng)內(nèi)運行的氣囊，氣囊體積大小會因為實際所處位置的壓力大小而發(fā)生改變，從而在很大程度上促進了含氣水流的壓力變化，導致管道爆裂的可能性提高。管道含氣危害通常會因為含氣量多少、管理實際構(gòu)造等因素直接相關，危害包含了顯性危害與隱性危害兩種，分別表現(xiàn)出如下特征：

1.2.1顯性危害通常表現(xiàn)出如下的特征

（1）排氣不流暢導致通水出現(xiàn)問題。當水氣相間的情況下，水流不通，造成水流通道截面逐漸減小或出現(xiàn)切斷現(xiàn)象，水無法順利流通，系統(tǒng)循環(huán)效率降低，局部流速增加，很容易引起水頭損害，為了維持原來的循環(huán)水量或水頭必須增開水泵，增加動力和對行費用。如果管道沿程存在較大的起伏問題，很容易產(chǎn)生數(shù)量較多且較大的跌水，多個頂端氣阻高差疊加，當其慢慢靠近或達到水泵揚程的狀態(tài)下，會引起出水困難或者管道終端不出水的現(xiàn)象。

（2）排水不通暢導致通水和運行過程中存在爆管問題，造成供水系統(tǒng)不能正常運轉(zhuǎn)。管道由于排氣原因而引起爆管的可能性很大，按照計算結(jié)果，排氣不暢導致的氣爆壓力甚至可以高達20到40個大氣壓，產(chǎn)生的破壞力約為靜壓40到80個大氣壓，能夠?qū)θ魏喂┧艿涝斐蓳p壞。

（3）由于水中容解空氣的不斷釋放和空氣氣囊的逐漸形成和增大，管內(nèi)水流速度動壓不斷變化，系統(tǒng)參數(shù)不穩(wěn)定，并可能產(chǎn)生較大的振動和噪音。

（4）交替接觸空氣和水，金屬表面腐蝕加劇。

（5）管道內(nèi)產(chǎn)生異常噪聲。

1.2.2排氣不暢引起的隱性危害

（1）排氣不暢往往會導致管道內(nèi)部氣壓不穩(wěn)定，流量無法準確調(diào)節(jié)，自動控制失效，安全防護無法發(fā)揮作用。

（2）導致管道水壓實驗準確性降低，例如說DN400或以下管道不進行漏水量測驗，僅僅以10分鐘落壓不超過5m為合格時，若管道排氣不暢，測試時把空氣壓縮，即便管道漏水量相對較大，但會被大量壓縮空氣體積膨脹彌補，主要表現(xiàn)為壓力降落較小，無法準確體現(xiàn)出管道具體質(zhì)量。

（3）管道漏水量提高。

（4）管道故障問題較多，持續(xù)不斷的壓力會導致管道接頭和管壁疲勞，對其使命壽命帶來影響，提高維護成本。

供水工程實際運行表明，有壓供水管道中氣體較多的情況下，很容易出現(xiàn)斷流彌合水錘，長期使用會導致水管壁疲勞引發(fā)脆裂，甚至最后出現(xiàn)爆管的情況。供水管道暴漏的一個關鍵性問題即是管道排氣，處理措施的有效策略即是真正解決好管道內(nèi)的存氣，選擇自動快速排氣（吸氣）閥能夠達到這一要求。

2.自動快速排（吸）氣閥的特點

快速排（吸）氣閥用于壓力輸送管道的吸氣和排氣。能夠排除管道中的氣體，減少阻力，節(jié)約能源。當管道負壓時，快速排（吸）氣閥能快速自動吸氣，防止管道破裂。浮球不銹鋼，使用壽命長，安全可靠。

3.自動快速排（吸）氣閥的原理

如果供水管理系統(tǒng)內(nèi)部出現(xiàn)氣體，氣體往往會沿著管道朝上，最后整體聚集于管道系統(tǒng)的高點，因此排氣閥通常都設置于管道系統(tǒng)的高點。如果氣體進入自動排氣閥閥腔，也會集中聚集在排氣閥的上部位置，排氣閥中氣體的逐漸增多，其壓力開始上升。當氣體壓力超過管道系統(tǒng)壓力時，氣體會讓腔內(nèi)水面降低，浮球和水位同時降低，排氣口打開；當氣體完全排出后水位提高，浮球上升，隨后排氣口關閉。

4.供水管道自動快速排（吸）氣閥的設置

因為供水管道排氣是否順暢是確保其能夠正常運行的關鍵性指標，工程實踐表明，不裝置或裝置排氣閥的性能如果達不到標準，往往會導致爆管或者停水停產(chǎn)的問題，帶來很大的經(jīng)濟損失。所以使用排氣性能較好的排氣閥同時科學安裝，是保證供水管道安全運行的重要條件。排氣閥必須要具備較好的性能，特別是如果管道中氣體呈段塞流、氣團流時，不但會快速排出第一個氣囊，同時可以持續(xù)排出任何氣囊。在某一壓力狀態(tài)下，排氣閥應當能夠做到閥體中充滿空氣就開啟大小排氣口排氣，水進入閥體，閥門就關閉而不排水。

能夠達到上述標準的排氣閥，其大排氣口直接應當超過公稱直徑的70%左右，而小排氣口直徑?jīng)]有規(guī)定。排氣閥口徑一般為主管道直徑的1/8～1/5。在已實施的飲水安全工程中管道管徑最大為600mm，最小為50mm，管徑小于125mm的，選擇排（吸）氣閥的規(guī)格為DN25，管徑大于125mm小于400mm的，選擇排（吸）氣閥的規(guī)格為DN50，管徑大于400mm小于600mm的，選擇排（吸）氣閥的規(guī)格為DN80。

快速排（吸）氣閥的安裝位置，大家在習慣上認為排氣閥只需安裝在管道最高點，事實上，僅在管道最高點安裝排氣閥是不夠的。排氣閥還應安裝在以下幾個位置：

（1）輸水管道下坡位置，因為水流速度的影響，會帶動氣泡通過最高排氣口，朝下游流動；

（2）管道彎曲交點位置，彎曲的管道轉(zhuǎn)變了水流方向，但阻礙了氣體的運行，很容易出現(xiàn)氣阻；

（3）下彎管線與直管線的交點，原理同上；

（4）水平管道每隔一段距離，距離大小視管道口徑、水流速而定。在實施的飲水安全管道800-1500m；

（5）多起伏的管路，應在各高點處安裝排（吸）氣閥。

項目已應用情況及應用前景預測：從2005年至2010年沙灣縣已建成老沙灣四鄉(xiāng)鎮(zhèn)、東灣鎮(zhèn)、博爾通古鄉(xiāng)、烏蘭烏蘇鎮(zhèn)三宮店片、西戈壁鎮(zhèn)、老沙灣七鄉(xiāng)鎮(zhèn)6項跨村或跨鎮(zhèn)集中連片飲水安全工程，供水管線最長的177km，最長的支線管道長度為43km，在這樣長距離管道上若不設快速排（吸）氣閥，勢必會造成流水不暢甚至空氣阻塞水流不通造成爆管，在管道排空時不及時補氣形成負壓會造成管道的破裂。在上述6項工程中管道的分水口處閥門井、村口閥門井、管線突起點、管線間隔距離800-1500m、水泵出水管處設快速排（吸）氣閥，快速排（吸）氣閥的規(guī)格按照供水管徑的大小選擇為DN25、DN50和DN80。自動快速排（吸）氣閥可應用于城鎮(zhèn)、農(nóng)村、工業(yè)、農(nóng)業(yè)噴滴灌長距離供水管道和水泵的出水口處，用以保護或改善供水系統(tǒng)的輸水效率及節(jié)約能源。

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