微量排氣閥在長(zhǎng)距離輸水管線上的應(yīng)用

安榮云

摘 要：該文對(duì)微量排氣閥的原理進(jìn)行了介紹，并對(duì)微量排氣閥的口徑和安裝位置選擇進(jìn)行了闡述。最后，通過(guò)工程實(shí)例證明了微量排氣閥對(duì)長(zhǎng)距離輸水管線的安全運(yùn)行起到重要的作用。

關(guān)鍵詞：微量排氣閥 口徑選擇 位置選擇

中圖分類號(hào)：TV672 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2014）01（c）-0079-01

1 管網(wǎng)中空氣的來(lái)源

給水管網(wǎng)輸水管道中往往會(huì)存留空氣，在管網(wǎng)的正常運(yùn)行過(guò)程中，這些空氣會(huì)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(guò)流面積逐漸減小，管道阻力大大增加。管內(nèi)存留空氣的主要來(lái)源如下：

（1）輸送水流中的溶解空氣；

（2）吸水池吸水時(shí)，產(chǎn)生渦流而吸入的空氣；

（3）管網(wǎng)系統(tǒng)存在泄漏口或空氣閥，當(dāng)此處存在負(fù)壓時(shí)，空氣便會(huì)吸入管道；

（4）管網(wǎng)系統(tǒng)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(wǎng)有壓運(yùn)行過(guò)程中負(fù)責(zé)排除管內(nèi)聚集的微量空氣的閥門，并通過(guò)水流對(duì)閥內(nèi)浮球的作用來(lái)實(shí)現(xiàn)閥門的開(kāi)啟和關(guān)閉。當(dāng)水流充滿閥體時(shí)，微量排氣孔口關(guān)閉從而防止管內(nèi)水的泄漏。隨著空氣的進(jìn)入，閥內(nèi)水被空氣代替從而使得其液面逐漸降低，當(dāng)水流降低至不足以支撐浮球時(shí)，浮球下降并使微量排氣孔打開(kāi)，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(guān)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(duì)于微量排氣閥優(yōu)良特性的發(fā)揮，關(guān)鍵的一個(gè)環(huán)節(jié)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(nèi)空氣來(lái)源復(fù)雜且難以計(jì)算隨壓力和溫度的變化而析出的空氣量，所以目前還沒(méi)有一種確定的排氣量計(jì)算方法。因此，參考美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)AWWA M51中提供的資料，根據(jù)空氣在水中的溶解度曲線，假定空氣流量為管內(nèi)水體積流量的2%。因此，通常采取的方法是按管內(nèi)空氣量等于水流量的2%來(lái)計(jì)算所需排氣流量。

然后，根據(jù)前面所得的空氣流量和微量排氣閥的工作壓力，利用美國(guó)水廠協(xié)會(huì)AWWA M51標(biāo)準(zhǔn)中所提供的微量排氣閥口徑選擇方法，并由該標(biāo)準(zhǔn)中相應(yīng)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(tǒng)中空氣易于聚集的最高點(diǎn)和局部高點(diǎn)，而要根據(jù)氣泡可能存在的位置不同進(jìn)行位置選擇。因?yàn)椋９芫W(wǎng)運(yùn)行過(guò)程中，當(dāng)水流速度足夠快時(shí)，水流會(huì)將聚集于高點(diǎn)的氣團(tuán)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(dāng)水流不足以沿線移動(dòng)氣團(tuán)時(shí)，氣團(tuán)會(huì)停留不前；如果坡度相對(duì)較小且管段較長(zhǎng)，氣團(tuán)往往會(huì)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(tǒng)的最高點(diǎn)和局部高點(diǎn)，且是最主要的安裝點(diǎn)，主要是微量排氣閥與高速進(jìn)排氣閥的復(fù)合使用，以防止斷流彌合水錘的發(fā)生；

（2）上、下坡段坡度驟降和驟增點(diǎn)，在必要的點(diǎn)同時(shí)安裝高速進(jìn)排氣閥；

（3）較長(zhǎng)的上升段和下降段；

（4）較長(zhǎng)的平緩段；

（5）水泵所在處。

4 工程應(yīng)用實(shí)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(tǒng)沿線存在兩個(gè)非常特殊的節(jié)點(diǎn)，系統(tǒng)次高節(jié)點(diǎn)和節(jié)點(diǎn)H6。在這兩個(gè)點(diǎn)的前端都存大坡度比較大的斜坡，氣團(tuán)易于聚集；而且，一旦發(fā)生正常停泵或事故停泵，將有可能造成非常嚴(yán)重的斷流空腔彌合水錘。水力計(jì)算結(jié)果顯示，在此兩點(diǎn)出現(xiàn)了比較嚴(yán)重的斷流彌合水錘。

為此，該供水工程在這兩個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)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(yùn)行過(guò)程中積累的空氣，減少水流運(yùn)行過(guò)程中氣團(tuán)的積累帶來(lái)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(jì)算顯示，在這兩個(gè)位置安裝注氣微排閥后，管段壓力波動(dòng)及升壓均大大減弱，非常有效地保護(hù)了管線的正常運(yùn)行。該供水工程在充水試運(yùn)行時(shí)，管線充水順利，通氣流暢；平時(shí)輸水時(shí)運(yùn)行正常，能夠達(dá)到設(shè)計(jì)輸水能力。多年來(lái)泵站運(yùn)行正常，一次突然的斷電事故也沒(méi)有產(chǎn)生水錘事故，非常有效地解決了空腔彌合水錘對(duì)管段的劇烈破壞。

5 結(jié)語(yǔ)

微量排氣閥是保證給水管網(wǎng)正常有效運(yùn)行的不可或缺的裝置，越來(lái)越具有挑戰(zhàn)性的管網(wǎng)維護(hù)工作要求我們必須對(duì)微量排氣閥有更加深刻的認(rèn)識(shí)：

（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(jīng)濟(jì)的選擇。

（2）微量排氣閥孔口大小，絕對(duì)不能僅僅依經(jīng)驗(yàn)而取，必須依標(biāo)準(zhǔn)經(jīng)過(guò)具體計(jì)算得出。因?yàn)椋卓谶^(guò)大會(huì)使排氣速度過(guò)快，從而引發(fā)新的水錘；過(guò)小則會(huì)引起排氣不暢，阻礙管網(wǎng)的正常運(yùn)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(fā)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(wú)損；一旦安裝位置不當(dāng)，則會(huì)導(dǎo)致爆管。

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