凈水廠排氣閥選型技巧

之前介紹組合式減壓閥在國華惠州熱電應用，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的管道。由于輸水管道負擔全系統(tǒng)供水，且壓力較高，所以它的安全運行問題始終被從水部門和設計部門所重視。輸水管道常見的事故是爆管，引起爆管的原因主要有：溫度應力、管材質量、施工質量、地質構造和水錘等。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置排氣閥，避免氣體聚集成氣囊進行探討。
排氣閥是輸水管道的呼吸器，當管道排水放空時，它大量吸氣，避免管道內形成負壓而損壞；當管道灌水時，它大量排氣，讓管道內快速灌滿水；在管道輸水過程中，水里釋放出的少量氣體亦應就近排掉。因而排氣閥應是復式的排氣閥，既有快排、快吸的功能，要求快排時，排氣口的風速超過100m/s時也不封堵；又要有小孔釋放少量積氣的功能。
標書要求在兩主控閥門之間的管段點、順坡埋設管道約500m設置復式排氣閥，排氣閥口徑為300mm。在《特許權協(xié)議》簽訂前的確認性談判中，同意中標方提出修改意見，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公司采購的DN100mm排氣閥為德國VAG公司的產品；DN300mm的排氣閥為以色列ARI公司的產品，不足的是DN300mm的排氣閥實質是DN200mm的規(guī)格，僅是與管道連接的法蘭盤規(guī)格為DN300mm，它的進氣量很難滿足輸水管道向府河沖排水時的進氣要求，后經艱難的談判，SADE公司才同意增添8件同規(guī)格的排氣閥，作為一種補償。
因此在A段相關主控閥門下游側，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例及分析
在地形起估地段，要求輸水管道的點設排氣閥，但實際運行中，許多爆管并未發(fā)生在高點或低點，而是發(fā)生在點后的下彎管段，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（見圖一），高崗的點有一排氣閥，但排氣閥后50m處，多次發(fā)生爆管事故，后來在爆管處加裝了一雙口排氣閥，幾年來，兩排氣閥間沒再爆管，只在新裝排氣閥后10m處發(fā)生過一次爆管。
凈水廠排氣閥選型技巧從這個例子看，爆管與管中的氣體有關（安排氣閥后無爆管）。下面對管道中氣囊的形成過程和它的受力情況進行分析：


1.氣體的聚集及平衡
上海申弘閥門有限公司主營閥門有：蒸汽減壓閥,減壓閥(氣體減壓閥,可調式減壓閥,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動。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，各氣泡運動方向相同，很難聚集成大氣泡。小氣泡沿管壁一定寬度向前流動，經過點排氣閥時，排氣管直徑內的氣泡有條件排出，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，使一些經過排氣管的小氣泡越過排氣孔也向下游流去（見圖二）。
越過排氣閥的氣泡順坡而行，運動方向與氣泡所受浮力的分力P1方向相反（見圖三），這個浮力合力產生的阻力，必然使氣泡運動的速度減慢，后序氣泡容易撞擊前面氣泡而全成大氣泡，大氣泡產生大的浮力。
式（3）說明，在恒定流條件下，氣泡直徑與管道俯角的正弦成反比。
當d·Sinα>C時，氣泡向上移動。
2.管道中氣囊的形態(tài)
前述氣泡平衡問題時，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，實際上當氣泡達到一定體積，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（見圖四）。隨著氣泡逐漸長大，氣泡的形狀將受水流推力、重力和管道形狀控制，在長度方向伸長較大，在橫向成弓形。根據(jù)模擬測量，氣囊的長L與高h的關系為：
3.氣囊受力分析及臨界位置
根據(jù)水利學原理，氣囊在管道內平衡時所受水流的推力，等于垂直于水流的截面所受的壓力（見圖五（1）），這個截面為以h為高的弓形（見圖5（2））
氣囊能引起爆管，是由于快速開關閥門或水泵起停，使管道出一了大的壓力增值，氣體的可壓縮特性，使應力集中到氣囊產生高壓而爆管。
根據(jù)一些爆管的經驗，氣囊高度達到管徑四分之一是爆管的危險點，也就是氣囊的臨界點。這時氣囊的體積和斷面積簡單計算為：
在如今的長距離輸水管道工程中，大多數(shù)都會選用PE給水管，主要是因為管材具備良好的性能可以滿足工程的要求。在整個管道建設中，除了主要材料PE給水管之外，排氣閥的設置也算是不容忽視的，具體要如何在管道系統(tǒng)中加以設計呢？
PE給水管長距離輸水系統(tǒng)中，排氣閥的設置是很有講究的，一般是位于管線的凸處，但是對于較平坦的地段每間隔一定的距離也需要設置排氣閥，及時排氣，以確保系統(tǒng)的穩(wěn)定。其實在排氣閥設置的允許大間距上也有相關的規(guī)定，一般來說設置大間距為4km；而對于局部坡度較大的地段，設計排氣閥的大間距為2km，以此確保安全。
由此可見，在整個長距離輸水工程中，除了PE給水管的品質是關鍵之外，與其他相關裝置的設計和科學管理也是分不開的。
該俯角α與實測爆管點俯角基本吻合。


凈水廠排氣閥選型技巧目前我國排氣閥的發(fā)展趨勢有以下幾個方面。
①由過去的單一型向復合型發(fā)展。近年來我國城市供水系統(tǒng)越來越多地實施了遠距離、跨流域供水工程。長距離調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雜。過去單一性能的排氣閥已遠遠不能滿足現(xiàn)代工程的需要。今后排氣閥的性能發(fā)展要使自動排氣、充水排氣等多種功能結合在一起，發(fā)揮多種作用。
②由簡單型向智能型發(fā)展。根據(jù)對輸水管道系統(tǒng)中有關氣體釋放、氣液兩相瞬變流基本理論、空氣進排氣閥特性的研究表明，在較平坦的供水管道中會呈現(xiàn)六種氣液兩相流狀態(tài)，即層流、波狀流、柱塞流、氣團流、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，自動調節(jié)排氣量、排氣壓力等，向智能方向發(fā)展。
③由開啟力矩大、施力構件體積大的排氣閥向精巧型發(fā)展。隨著閥門研究和技術的發(fā)展，大型笨重的排氣閥已經不適應現(xiàn)代社會工程，已逐漸被輕巧型所代替。


三、凈水廠排氣閥選型技巧結論
1.輸水管道下坡段必須增設排氣閥，具體位置由式P`=PSinα確定，計算流速取平均值為宜；
2.管道實際俯角小于計算角度時，排氣閥應設在下彎曲線與直線的交點處；
3.為使管內氣體盡早排出而不形成氣囊，下彎管線與直管線的交點均應設排氣閥；
4.本文所增設的排氣閥不能取代點排氣與本產品相關論文禁油脫脂氧氣減壓閥操作維護