周立國(guó)

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

關(guān)鍵詞：自動(dòng)快速排氣閥 農(nóng)村飲水安全 工程應(yīng)用

1.供水管道排氣閥的重要性

長(zhǎng)期以來(lái)，我們對(duì)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(fù)壓造成管道損壞的問(wèn)題認(rèn)識(shí)不足，也就沒(méi)有從根本上解決正常運(yùn)行的管網(wǎng)為何時(shí)常出現(xiàn)管道漏水、管道流水不暢的問(wèn)題。因此有必要揭示正常運(yùn)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(duì)含氣型斷流水水錘的認(rèn)識(shí)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(jìn)氣情況分析

（1）初始未充水的管道或管道使用中放空時(shí)的進(jìn)氣；

（2）部分區(qū)域或全管網(wǎng)因故停水；

（3）個(gè)別管段事故搶修放空。

1.1.2自由狀態(tài)下空氣進(jìn)氣情況分析

（1）管道進(jìn)口位置以及負(fù)壓管道系統(tǒng)與相關(guān)設(shè)備未封閉嚴(yán)實(shí)；

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

（3）單一或多個(gè)大用戶流量調(diào)節(jié)速度過(guò)快導(dǎo)致管道產(chǎn)生負(fù)壓，排氣閥或管道封閉不嚴(yán)位置進(jìn)入空氣；

（4）溶解在水中釋放出來(lái)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(yùn)行狀態(tài)下出現(xiàn)負(fù)壓而造成氣體釋放。

1.2供水管網(wǎng)氣囊運(yùn)動(dòng)特征與可能的危害

因?yàn)楣┧芫W(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(dú)立氣囊狀態(tài)不連續(xù)的處于管頂位置。氣囊長(zhǎng)度以及占過(guò)水?dāng)嗝婷娣e往往是氣體含量、實(shí)際管徑、管道縱斷面具體情況而確定的。相關(guān)理論研究以及實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)證明，氣囊順著管頂隨水流運(yùn)動(dòng)，很有可能在管道彎道位置以及閥門(mén)等位置出現(xiàn)聚集情況，同時(shí)形成壓力振蕩。因?yàn)楣芫W(wǎng)水流速度與方向呈現(xiàn)出一定的隨機(jī)性，氣囊運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致的壓力增加必然很有可能是因?yàn)樗髁魉偾闆r變化而決定的。相關(guān)研究結(jié)果表明，當(dāng)壓力增加到2Mpa的狀態(tài)下，很容易對(duì)普通供水管道造成損壞。同時(shí)需要引起注意的問(wèn)題在于，持續(xù)在管網(wǎng)內(nèi)運(yùn)行的氣囊，氣囊體積大小會(huì)因?yàn)閷?shí)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(jìn)了含氣水流的壓力變化，導(dǎo)致管道爆裂的可能性提高。管道含氣危害通常會(huì)因?yàn)楹瑲饬慷嗌?、管理?shí)際構(gòu)造等因素直接相關(guān)，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(dǎo)致通水出現(xiàn)問(wèn)題。當(dāng)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(wú)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(lái)的循環(huán)水量或水頭必須增開(kāi)水泵，增加動(dòng)力和對(duì)行費(fèi)用。如果管道沿程存在較大的起伏問(wèn)題，很容易產(chǎn)生數(shù)量較多且較大的跌水，多個(gè)頂端氣阻高差疊加，當(dāng)其慢慢靠近或達(dá)到水泵揚(yáng)程的狀態(tài)下，會(huì)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(dǎo)致通水和運(yùn)行過(guò)程中存在爆管問(wèn)題，造成供水系統(tǒng)不能正常運(yùn)轉(zhuǎn)。管道由于排氣原因而引起爆管的可能性很大，按照計(jì)算結(jié)果，排氣不暢導(dǎo)致的氣爆壓力甚至可以高達(dá)20到40個(gè)大氣壓，產(chǎn)生的破壞力約為靜壓40到80個(gè)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(dòng)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(dòng)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(huì)導(dǎo)致管道內(nèi)部氣壓不穩(wěn)定，流量無(wú)法準(zhǔn)確調(diào)節(jié)，自動(dòng)控制失效，安全防護(hù)無(wú)法發(fā)揮作用。

（2）導(dǎo)致管道水壓實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)確性降低，例如說(shuō)DN400或以下管道不進(jìn)行漏水量測(cè)驗(yàn)，僅僅以10分鐘落壓不超過(guò)5m為合格時(shí)，若管道排氣不暢，測(cè)試時(shí)把空氣壓縮，即便管道漏水量相對(duì)較大，但會(huì)被大量壓縮空氣體積膨脹彌補(bǔ)，主要表現(xiàn)為壓力降落較小，無(wú)法準(zhǔn)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(wèn)題較多，持續(xù)不斷的壓力會(huì)導(dǎo)致管道接頭和管壁疲勞，對(duì)其使命壽命帶來(lái)影響，提高維護(hù)成本。

供水工程實(shí)際運(yùn)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(zhǎng)期使用會(huì)導(dǎo)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(gè)關(guān)鍵性問(wèn)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(dòng)快速排氣（吸氣）閥能夠達(dá)到這一要求。

2.自動(dòng)快速排（吸）氣閥的特點(diǎn)

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(dāng)管道負(fù)壓時(shí)，快速排（吸）氣閥能快速自動(dòng)吸氣，防止管道破裂。浮球不銹鋼，使用壽命長(zhǎng)，安全可靠。

3.自動(dòng)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(huì)沿著管道朝上，最后整體聚集于管道系統(tǒng)的高點(diǎn)，因此排氣閥通常都設(shè)置于管道系統(tǒng)的高點(diǎn)。如果氣體進(jìn)入自動(dòng)排氣閥閥腔，也會(huì)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(kāi)始上升。當(dāng)氣體壓力超過(guò)管道系統(tǒng)壓力時(shí)，氣體會(huì)讓腔內(nèi)水面降低，浮球和水位同時(shí)降低，排氣口打開(kāi)；當(dāng)氣體完全排出后水位提高，浮球上升，隨后排氣口關(guān)閉。

4.供水管道自動(dòng)快速排（吸）氣閥的設(shè)置

因?yàn)楣┧艿琅艢馐欠耥槙呈谴_保其能夠正常運(yùn)行的關(guān)鍵性指標(biāo)，工程實(shí)踐表明，不裝置或裝置排氣閥的性能如果達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)，往往會(huì)導(dǎo)致爆管或者停水停產(chǎn)的問(wèn)題，帶來(lái)很大的經(jīng)濟(jì)損失。所以使用排氣性能較好的排氣閥同時(shí)科學(xué)安裝，是保證供水管道安全運(yùn)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(tuán)流時(shí)，不但會(huì)快速排出第一個(gè)氣囊，同時(shí)可以持續(xù)排出任何氣囊。在某一壓力狀態(tài)下，排氣閥應(yīng)當(dāng)能夠做到閥體中充滿空氣就開(kāi)啟大小排氣口排氣，水進(jìn)入閥體，閥門(mén)就關(guān)閉而不排水。

能夠達(dá)到上述標(biāo)準(zhǔn)的排氣閥，其大排氣口直接應(yīng)當(dāng)超過(guò)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(shí)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(xí)慣上認(rèn)為排氣閥只需安裝在管道最高點(diǎn)，事實(shí)上，僅在管道最高點(diǎn)安裝排氣閥是不夠的。排氣閥還應(yīng)安裝在以下幾個(gè)位置：

（1）輸水管道下坡位置，因?yàn)樗魉俣鹊挠绊?，?huì)帶動(dòng)氣泡通過(guò)最高排氣口，朝下游流動(dòng)；

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

（3）下彎管線與直管線的交點(diǎn)，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(shí)施的飲水安全管道800-1500m；

（5）多起伏的管路，應(yīng)在各高點(diǎn)處安裝排（吸）氣閥。

項(xiàng)目已應(yīng)用情況及應(yīng)用前景預(yù)測(cè)：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(xiàng)跨村或跨鎮(zhèn)集中連片飲水安全工程，供水管線最長(zhǎng)的177km，最長(zhǎng)的支線管道長(zhǎng)度為43km，在這樣長(zhǎng)距離管道上若不設(shè)快速排（吸）氣閥，勢(shì)必會(huì)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(shí)不及時(shí)補(bǔ)氣形成負(fù)壓會(huì)造成管道的破裂。在上述6項(xiàng)工程中管道的分水口處閥門(mén)井、村口閥門(mén)井、管線突起點(diǎn)、管線間隔距離800-1500m、水泵出水管處設(shè)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(dòng)快速排（吸）氣閥可應(yīng)用于城鎮(zhèn)、農(nóng)村、工業(yè)、農(nóng)業(yè)噴滴灌長(zhǎng)距離供水管道和水泵的出水口處，用以保護(hù)或改善供水系統(tǒng)的輸水效率及節(jié)約能源。

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