關于復合式高速排氣閥性能改進的探究

摘 要：保證煤礦主供水管道安全可靠運行是確保煤礦安全生產的基石。本文主要針對鴛鴦湖礦區主供水管道復合式高速排氣閥在運行中存在的問題，通過分析、研究制定相應的方案，在容易損壞的排氣閥與主管道之間加裝自制的緩沖器，從而解決了排氣閥高維修率的情況，大大提高了排氣閥的使用壽命。

關鍵詞：煤礦；主供水管道；復合式高速排氣閥；緩沖器

鴛鴦湖礦區地處寧夏回族自治區寧東煤田河東規劃區內，礦區分布著梅花井煤礦、石槽村煤礦、麥垛山煤礦及紅柳煤礦。橫穿礦區的黃河水供水工程擔負著礦區生產生活用水的任務。鴛鴦湖礦區供水工程的水源采用鴨子蕩水庫的黃河水，經過寧東水務公司的凈化處理后加壓輸送至水務公司古窯子加壓泵站，通過古梅管路，梅石管路以及石紅管路輸送到礦區各大煤礦。礦區主供水管路采用DN800PCCP管，DN200復合式高速排氣閥，設計運行壓力為2.5MPa。從古窯子至紅柳加壓泵站管路總長42.48km。

供水系統正常運行時，或多或少會有少量空氣進入管道，同時，管道內的水在常溫下會自然析出部分微量空氣，特別是溫度有變化時更明顯，由于空氣的可壓縮性，由供水壓力而生成的壓縮空氣囊破裂瞬間產生的體積變化，形成瞬間的局部超高壓將管道或閥門打裂，發生爆管，對供水系統的安全穩定運行極為不利，也給礦區的生活生產帶來很大損失。從古窯子至紅柳加壓泵站主管路上安裝了38臺FGP4X系列復合式高速排氣閥，用于排出系統正常運行過程管線中的多余氣體。但是通過2013年至2015年的長期運行，發現管路排氣閥存在嚴重的安全隱患，因排氣閥漏水而進行的搶修20余次，年平均檢修率在20%左右，其漏水能夠加速閥門井內鋼制短節腐蝕，長時間漏水造成管路土質稀松導致管路下沉，極易引起管路爆管事故，嚴重威脅管路安全運行。

1 復合式高速排氣閥原理

由于內部浮球的作用，普通排氣閥都具有充水時排氣、排水時吸氣的功能，但在實際使用過程中，盡管閥體內部設有護筒，可以抵擋高速氣流的沖擊，但在高速排氣狀態下閥體內部會產生高速的擾動氣流，在此影響下，浮球所受的氣動力大于浮球的重力，浮球就會被高速氣流吹出堵塞排氣閥口，導致大量空氣滯留在管道內，排氣作用得不到發揮。

復合式高速排氣閥是利用伯努利理論制造的一種能在氣流下保持全開，當實心水柱上升時，浮球能夠馬上被浮起并嚴密封閉排氣口的浮球式排氣閥。排氣閥采用特定的浮球直徑，使得它產生的氣流動力能維持浮球在氣流經過時開啟（浮球），實心水柱上升時產生的浮力又能使其浮起，配之入口處以一個合適角度的圓錐體，可以做到不管氣壓多大，氣流速度多高，排氣口也不會被堵住。

2 復合式高速排氣閥高故障率分析

通過對故障排氣閥維修發現，各種要因中浮球變形、破裂，無法封水占75%，內部連桿、護筒損壞占16%，環境影響7%及其他因素2%。浮球存在多處變形情況，頂部凹陷嚴重，使得密封墊不能有效密封，在長時間使用中能導致排氣閥漏水；小部分排氣閥內連桿、護筒有變形損壞，不能有效保障排氣閥內浮球在充水過程中的垂直運動，無法達到封水效果。結合排氣閥運行的實際工況條件分析，可能存在以下缺陷：主管路運行在最高壓力1.5MPa左右時，運行壓力較大，且管路距離長，在啟、停泵狀態下，管路中水流狀態突然發生劇烈變化，產生瞬間大于正常運行壓力的局部壓力，水流氣流在排氣閥處形成較大的水錘沖擊，使排氣閥內部浮球及連桿受到不可逆的沖擊破壞，排氣閥無法正常封水。

3 改造方案

復合式高速排氣閥頻繁故障的原因可能是主管路進入閥體內部的瞬間壓差太大造成的，要消除這種不利的運行條件，應在主管路T接至排氣閥DN200的支管上加裝一個緩沖裝置，通過緩沖裝置的水氣混合介質的壓力整體下降，進入閥體后既不會破壞閥體內部結構而且正常實現進排氣的功能，保證管路安全運行。

根據科學合理，簡單可行，經濟適用的原則，緩沖裝置的制作方法如下：

①切割與排氣閥通徑相同的鋼管200mm，切割三塊厚度5mm、直徑略小于排氣閥3-5mm的圓形鋼板。②將三塊鋼板上面打孔，孔徑10mm，孔距15mm，為保證排氣效果，每塊板上打孔的數量不少于40個；③將三塊鋼板等距焊接在鋼管內，在鋼管兩側焊接DN200法蘭盤，進行防腐刷漆后，排氣閥緩沖器制作完成。

4 方案實用性評價

經過制作完成的DN200復合式高速排氣閥緩沖器，安裝在石柳DN800 PCCP管58#樁的排氣閥上，此處排氣閥因為浮球、護筒被損壞而更換過閥體。經現場觀察，排氣閥在安裝緩沖器之前受到管路最大沖擊壓力為0.92MPa，安裝緩沖器之后受到管路最大沖擊壓力0.58MPa。通過安裝排氣閥緩沖器，排氣閥所受管路最大沖擊壓力有明顯降低，并且排氣閥在排氣過程中，內部浮球與護筒的撞擊聲音明顯減小，確實能夠有效減少開停泵時管內氣水混合介質對排氣閥的劇烈沖擊作用，保護浮球、護筒不受破壞。

2014年6月24日，工作人員對石柳DN800 PCCP管58#樁加裝緩沖器的排氣閥進行了效果檢查，排氣閥在安裝緩沖器運行半年后，閥體內部浮球、護筒仍完好無損，排氣閥無漏水現象，可正常運行。

2014年下半年至2015年上半年先后對古梅管路、梅石管路及石紅管路幾處排氣閥檢修率高的地點均加裝了緩沖器，加裝緩沖器后的排氣閥運行正常，沒有再出現漏水維修的狀況。

5 結語

經過本次技術改造，徹底解決了鴛鴦湖礦區供水工程中主管路上復合式高速排氣閥高維修率的情況；通過研究制定排氣閥緩沖器的制作安裝方案，有效地保護了排氣閥的“心臟”，降低了對管路運營維護檢修成本，為礦區的安全供水打下了良好基礎。

參考文獻：

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作者簡介：楊考（1988-），男，漢族，陜西安康人，2011年畢業于中國礦業大學環境工程專業（給水排水方向），工學學士，助理工程師，主要從事供水技術、運行和設備管理工作。