凈水廠排氣閥選型技巧

之前介紹組合式減壓閥在國(guó)華惠州熱電應(yīng)用，現(xiàn)在介紹凈水廠排氣閥選型技巧輸水管道，主要指水源至凈水廠或凈水廠至配水管網(wǎng)的管道。由于輸水管道負(fù)擔(dān)全系統(tǒng)供水，且壓力較高，所以它的安全運(yùn)行問(wèn)題始終被從水部門和設(shè)計(jì)部門所重視。輸水管道常見(jiàn)的事故是爆管，引起爆管的原因主要有：溫度應(yīng)力、管材質(zhì)量、施工質(zhì)量、地質(zhì)構(gòu)造和水錘等。管道中的氣囊雖然不能直接造成水錘，但可借助水錘造成危害。本文就如何在輸水管道上設(shè)置排氣閥，避免氣體聚集成氣囊進(jìn)行探討。
排氣閥是輸水管道的呼吸器，當(dāng)管道排水放空時(shí)，它大量吸氣，避免管道內(nèi)形成負(fù)壓而損壞；當(dāng)管道灌水時(shí)，它大量排氣，讓管道內(nèi)快速灌滿水；在管道輸水過(guò)程中，水里釋放出的少量氣體亦應(yīng)就近排掉。因而排氣閥應(yīng)是復(fù)式的排氣閥，既有快排、快吸的功能，要求快排時(shí)，排氣口的風(fēng)速超過(guò)100m/s時(shí)也不封堵；又要有小孔釋放少量積氣的功能。
標(biāo)書要求在兩主控閥門之間的管段點(diǎn)、順坡埋設(shè)管道約500m設(shè)置復(fù)式排氣閥，排氣閥口徑為300mm。在《特許權(quán)協(xié)議》簽訂前的確認(rèn)性談判中，同意中標(biāo)方提出修改意見(jiàn)，將排氣閥口徑及數(shù)量明確為DN300mm的為20件、DN100mm的為20件，超出部分由成都另行解決。
SADE公司采購(gòu)的DN100mm排氣閥為德國(guó)VAG公司的產(chǎn)品；DN300mm的排氣閥為以色列ARI公司的產(chǎn)品，不足的是DN300mm的排氣閥實(shí)質(zhì)是DN200mm的規(guī)格，僅是與管道連接的法蘭盤規(guī)格為DN300mm，它的進(jìn)氣量很難滿足輸水管道向府河沖排水時(shí)的進(jìn)氣要求，后經(jīng)艱難的談判，SADE公司才同意增添8件同規(guī)格的排氣閥，作為一種補(bǔ)償。
因此在A段相關(guān)主控閥門下游側(cè)，均并列安裝了兩套DN300mm排氣閥，并順坡管段約400～900m有一件排氣閥。


二、凈水廠排氣閥選型技巧實(shí)例及分析
在地形起估地段，要求輸水管道的點(diǎn)設(shè)排氣閥，但實(shí)際運(yùn)行中，許多爆管并未發(fā)生在高點(diǎn)或低點(diǎn)，而是發(fā)生在點(diǎn)后的下彎管段，甚至低壓管道也發(fā)生此類爆管。黑龍江鶴崗的一段管道爆管就是一個(gè)典型的例子。
鶴崗市屬低山丘陵區(qū)，凈水廠與送水泵站分建，二者相距5公里，凈化水靠重力流送至送水泵站，凈水廠清水池高程210m，送水泵站清水池高程185m，輸水管為DN800連續(xù)鑄鐵管，平均流速1.0m/s，泵站前500m有一高崗，高程185（見(jiàn)圖一），高崗的點(diǎn)有一排氣閥，但排氣閥后50m處，多次發(fā)生爆管事故，后來(lái)在爆管處加裝了一雙口排氣閥，幾年來(lái)，兩排氣閥間沒(méi)再爆管，只在新裝排氣閥后10m處發(fā)生過(guò)一次爆管。
凈水廠排氣閥選型技巧從這個(gè)例子看，爆管與管中的氣體有關(guān)（安排氣閥后無(wú)爆管）。下面對(duì)管道中氣囊的形成過(guò)程和它的受力情況進(jìn)行分析：


1.氣體的聚集及平衡
上海申弘閥門有限公司主營(yíng)閥門有：蒸汽減壓閥,減壓閥(氣體減壓閥,可調(diào)式減壓閥,水減壓閥在正常情況下，管道中的水流可近似地看成是恒定流（壓力、流速、溫度不變）。在這種狀態(tài)下，水中的氣體要逐漸地析出，形成大小不等的氣泡上升到管壁，氣泡按水流流速向前運(yùn)動(dòng)。在上坡段，由于浮力的作用，氣泡流速可能大于水流速。因管壁有一定粗糙度，各氣泡運(yùn)動(dòng)方向相同，很難聚集成大氣泡。小氣泡沿管壁一定寬度向前流動(dòng)，經(jīng)過(guò)點(diǎn)排氣閥時(shí)，排氣管直徑內(nèi)的氣泡有條件排出，而其他氣泡靠水流的推力向下游流去。由于管壁處的紊流和流速和切線特性，使一些經(jīng)過(guò)排氣管的小氣泡越過(guò)排氣孔也向下游流去（見(jiàn)圖二）。
越過(guò)排氣閥的氣泡順坡而行，運(yùn)動(dòng)方向與氣泡所受浮力的分力P1方向相反（見(jiàn)圖三），這個(gè)浮力合力產(chǎn)生的阻力，必然使氣泡運(yùn)動(dòng)的速度減慢，后序氣泡容易撞擊前面氣泡而全成大氣泡，大氣泡產(chǎn)生大的浮力。
式（3）說(shuō)明，在恒定流條件下，氣泡直徑與管道俯角的正弦成反比。
當(dāng)d·Sinα>C時(shí)，氣泡向上移動(dòng)。
2.管道中氣囊的形態(tài)
前述氣泡平衡問(wèn)題時(shí)，假定了氣泡為直徑等于d的球形，這只能近似地形容微小氣泡，實(shí)際上當(dāng)氣泡達(dá)到一定體積，且上升到管壁成為氣囊，由于表面張力的的作用，它將以半橢圓形狀存在（見(jiàn)圖四）。隨著氣泡逐漸長(zhǎng)大，氣泡的形狀將受水流推力、重力和管道形狀控制，在長(zhǎng)度方向伸長(zhǎng)較大，在橫向成弓形。根據(jù)模擬測(cè)量，氣囊的長(zhǎng)L與高h(yuǎn)的關(guān)系為：
3.氣囊受力分析及臨界位置
根據(jù)水利學(xué)原理，氣囊在管道內(nèi)平衡時(shí)所受水流的推力，等于垂直于水流的截面所受的壓力（見(jiàn)圖五（1）），這個(gè)截面為以h為高的弓形（見(jiàn)圖5（2））
氣囊能引起爆管，是由于快速開(kāi)關(guān)閥門或水泵起停，使管道出一了大的壓力增值，氣體的可壓縮特性，使應(yīng)力集中到氣囊產(chǎn)生高壓而爆管。
根據(jù)一些爆管的經(jīng)驗(yàn)，氣囊高度達(dá)到管徑四分之一是爆管的危險(xiǎn)點(diǎn)，也就是氣囊的臨界點(diǎn)。這時(shí)氣囊的體積和斷面積簡(jiǎn)單計(jì)算為：
在如今的長(zhǎng)距離輸水管道工程中，大多數(shù)都會(huì)選用PE給水管，主要是因?yàn)楣懿木邆淞己玫男阅芸梢詽M足工程的要求。在整個(gè)管道建設(shè)中，除了主要材料PE給水管之外，排氣閥的設(shè)置也算是不容忽視的，具體要如何在管道系統(tǒng)中加以設(shè)計(jì)呢？
PE給水管長(zhǎng)距離輸水系統(tǒng)中，排氣閥的設(shè)置是很有講究的，一般是位于管線的凸處，但是對(duì)于較平坦的地段每間隔一定的距離也需要設(shè)置排氣閥，及時(shí)排氣，以確保系統(tǒng)的穩(wěn)定。其實(shí)在排氣閥設(shè)置的允許大間距上也有相關(guān)的規(guī)定，一般來(lái)說(shuō)設(shè)置大間距為4km；而對(duì)于局部坡度較大的地段，設(shè)計(jì)排氣閥的大間距為2km，以此確保安全。
由此可見(jiàn)，在整個(gè)長(zhǎng)距離輸水工程中，除了PE給水管的品質(zhì)是關(guān)鍵之外，與其他相關(guān)裝置的設(shè)計(jì)和科學(xué)管理也是分不開(kāi)的。
該俯角α與實(shí)測(cè)爆管點(diǎn)俯角基本吻合。


凈水廠排氣閥選型技巧目前我國(guó)排氣閥的發(fā)展趨勢(shì)有以下幾個(gè)方面。
①由過(guò)去的單一型向復(fù)合型發(fā)展。近年來(lái)我國(guó)城市供水系統(tǒng)越來(lái)越多地實(shí)施了遠(yuǎn)距離、跨流域供水工程。長(zhǎng)距離調(diào)水工程輸配水管道的管徑和壓力較大。管道中既有壓力流，又有重力流，且管道起伏多，并有倒虹吸，因而管道水力條件復(fù)雜。過(guò)去單一性能的排氣閥已遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足現(xiàn)代工程的需要。今后排氣閥的性能發(fā)展要使自動(dòng)排氣、充水排氣等多種功能結(jié)合在一起，發(fā)揮多種作用。
②由簡(jiǎn)單型向智能型發(fā)展。根據(jù)對(duì)輸水管道系統(tǒng)中有關(guān)氣體釋放、氣液兩相瞬變流基本理論、空氣進(jìn)排氣閥特性的研究表明，在較平坦的供水管道中會(huì)呈現(xiàn)六種氣液兩相流狀態(tài)，即層流、波狀流、柱塞流、氣團(tuán)流、泡沫流、環(huán)狀流。所以現(xiàn)代工程需要排氣閥可以根據(jù)工程需要，自動(dòng)調(diào)節(jié)排氣量、排氣壓力等，向智能方向發(fā)展。
③由開(kāi)啟力矩大、施力構(gòu)件體積大的排氣閥向精巧型發(fā)展。隨著閥門研究和技術(shù)的發(fā)展，大型笨重的排氣閥已經(jīng)不適應(yīng)現(xiàn)代社會(huì)工程，已逐漸被輕巧型所代替。


三、凈水廠排氣閥選型技巧結(jié)論
1.輸水管道下坡段必須增設(shè)排氣閥，具體位置由式P`=PSinα確定，計(jì)算流速取平均值為宜；
2.管道實(shí)際俯角小于計(jì)算角度時(shí)，排氣閥應(yīng)設(shè)在下彎曲線與直線的交點(diǎn)處；
3.為使管內(nèi)氣體盡早排出而不形成氣囊，下彎管線與直管線的交點(diǎn)均應(yīng)設(shè)排氣閥；
4.本文所增設(shè)的排氣閥不能取代點(diǎn)排氣與本產(chǎn)品相關(guān)論文禁油脫脂氧氣減壓閥操作維護(hù)