供水管网排气阀检测与分析方法研究

孙俊峰，康 雅，高金良

(1.郑州自来水投资控股有限公司，郑州450007;2.哈尔滨工业大学市政环境工程学院，哈尔滨150090)

城市供水管网中安装有各类大量阀门，排气阀是其中重要的一类阀门［1］.在目前供水管网运行中排气阀的选择、运行状况、排气效果以及排气阀好坏的判定一直是困扰供述企业的难题之一.本项目对郑州市供水管网运行中的排气阀进行了分类，确定出了7种类型排气阀，并选取了阀体进行进排气检测，对比优选各种排气阀的进排气性能，在此基础上对管网中使用的阀体进行了现场监测，考察排气阀运行效果，统计分析了郑州市排气阀现状，调查了排气阀的分布和运行管理情况，为郑州市今后排气阀的选型提供了依据，对排气阀的设置和运行管理提出了建议.

1 试验材料与方法

1.1 试验装置

1.1.1 排气阀检测车

为检测排气阀性能，试验过程中自行加工设计一套排气阀检测装置，见图1.

检测车由空压机、气/水罐、压力表、液位计、连接法兰和各种管件组成.其上共安装有 DN50、DN80、DN100、DN150四种国标法兰盘，液位计可显示气/水罐中气水比例，通过空压机加压，调节气/水罐中压力，通过启闭气路或水路电磁阀进行排气阀的排气和水封检测.

图1 排气阀检测车系统图

1.1.2 风速仪

为确定排气阀排气量，试验过程中在排气阀出气口安装风速仪.风速仪测量范围为0.0～45.0 m/s，准确率为±3%.(见图2)

图2 风速仪照片

1.2 试验方法

1.2.1 瞬时加压排气阀排气试验

将排气阀安装于检测车上，模拟管网在检修或新铺设通水时排气阀的排气状态.在排气阀上安装风速仪，放空储气罐中水，打开空压机，使压力达到0.05 MPa，后瞬时开启气路电磁阀，通过风速仪记录数据.按照此步骤，分别检测 0.07、0.10、0.15、0.20、0.25、0.30、0.35、0.40、0.45、0.50 MPa 压力下的排气阀排气量，考察排气阀排气性能.

1.2.2 稳压排气阀水封排气试验

模拟排气阀在管网正常运行下，气体进入排气阀时阀体排气性能.由于排气阀在管网运行过程中，所承受压力浮动范围较小，故在检测过程中先提高气/水罐内压力，使排气阀内浮球上浮，保持排气阀不排气不溢水，后调节气/水罐压力，直至排气阀开始排气或溢水，确定排气阀的空气浮球回落压力和水封压力［2］.

1.2.3 常压排气阀进气试验

排气阀在管网中运行过程中，特别是管网事故检修前，管道外排出自来水阶段，需要大量进气.将排气阀安装在检测车上，在气/水罐中注满水，打开气路电磁阀和水罐泄水阀，与大气压连通，通过计量单位时间内泄水阀的出水量确定排气阀常压下的进气量.

2 结果与讨论

2.1 瞬时加压排气阀排气试验

在排气阀运行过程中，管网事故停水抢修完成后或新铺设管道通水时的排气作用是排气阀运行最重要的功能.为模拟排气阀此工况运行模式，排气阀检测时设计了瞬时加压排气阀排气试验，即以检测车气/水罐放空水罐体体积为标准体积进行加压检测，根据郑州市供水管网实际压力，检测压力分别选取0.05、0.07、0.10、0.15、0.20、0.25、0.30、0.35、0.40、0.45、0.50 MPa，当罐体气压达到检测压力后，快速开启待检排气阀的进气阀门，使排气阀瞬时增压，通过风速仪检测出气量，确定排气阀排气效果.

图3为陇海路与勤劳街北DN50 QB1型单口排气阀检测图.从图3中可见，随着气压的不断升高，QB1型排气阀的排气量不断增大，特别是在开启排气阀连通阀门的瞬间，在排气阀运行2 s之内，排气量迅速上升至最大值，然后逐渐降低.假设此时间段内最大排气量为检测压力的排气量，将此类点挑出后作图.(见图4).

图3 陇海路与勤劳街北DN50 QB1型单口排气阀排气量检测图

图4 陇海路与勤劳街北DN50 QB1型单口排气阀最大排气量图

从图4可见，随着压力增大排气量逐渐上升，在压力小于0.35 MPa时，具有良好的线性相关性，此后排气量少有波动，其原因为排气量已经达到此类排气阀的排气量限值.

2.2 稳压排气阀水封排气试验

目前管网中运行的排气阀种类全部为基于浮球原理的排气阀，因此在排气的运行过程中，必然存在以下两类特殊情况［3］:

1)在排气阀中充满自来水，当浮球重力大于水体对浮球的浮力时，排气阀则无法起到水封作用，因此需要确定各种排气阀的最小水封压力.

2)在排气阀中充满气体，当气体对浮球向上压力大于浮球自身重力时，排气阀则无法排气，因此需要确定各种排气阀的最小排气压力，即空气起球压力.

这两种情况下排气阀的运行参数对管网运行具有重要意义，一方面确保排气阀在管网运行中保持封闭，不会溢水;另一方面在管网中有气体存在时可以及时排出，确保管网运行稳定.在检测过程中，模拟排气阀管网运行状态，分别使排气阀先后充水充气，然后逐渐降低压力，直至排气阀出现溢水或排气现象为止，确定两种临界状态下的压力.

2.2.1 水封试验

根据《给水管道复合高速进排气阀》(CJ/T217－2005)对低压水密封进行了相关规定，即低压水密封为0.02 MPa，持压1 min，应无可见性泄漏.

此次检测过程中，气压罐上的压力表最小读数为0.02 MPa，所检测的大部分排气阀为非复合进排气阀.部分排气阀检测结果见表1.

表1 排气阀水封情况表

所检排气阀共36台.如以0.02 MPa泄漏为标准衡量，不合格产品共占36.1%.由于大部分不是复合进排气阀，根据管网实际压力，以≤0.05 MPa为衡量标准，则占19.4%，所占比例仍较大.在管网实际运行过程中，管道压力远超于0.05 MPa，故排气阀溢水问题不普遍.

2.2.2 排气试验

项目实施过程中，对排气阀进行检测时，根据检测结果及排气阀中浮球的种类，将目前管网中排气阀分成三类［4］:

1)轻质浮球型

轻质浮球型为浮球的质量较轻，易被气压提起，空气起球压力小，阻碍排气阀正常运行的排气阀.主要包括:QB－1单口排气阀、QB－2双口排气阀、P41X单口快速排气阀和单向排气阀这四种排气阀.对排气阀检测最小排气压力见表2.

表2 轻质浮球型排气阀稳压下排气情况

从表2可见，此类排气阀的空气起球压力较低，相比较管网实际运行压力而言，此类排气阀在管网正常运行过程中，如有气体存在不会外排，对管网实际运行造成一定风险.如需提高空气起球压力，提高浮球质量和减小排气口面积是有效办法.

2)杠杆型

杠杆型是指内部通过杠杆原理调节排气的排气阀.郑州市目前所安装的杠杆式的排气阀主要为DN25的FQ－2型自动排气阀.对此类排气阀检测后，在0.50 MPa时此类排气阀仍能进行排气，但排气速度缓慢，排气量极小.由于排气阀的浮球所受气压均匀，且浮球位于阀体一侧，不易被气流冲击，在大压差下仍能进行排气，但排气量较小.不适合应用于大型管网中，特别是新铺设或事故抢修后的迅速排气，仅可用于管网中的微量排气.

3)复合型

复合型是指复合式高速进排气阀.由于此类排气阀的结构设计避免了大压差情况下轻质浮球型不排气的情况，有些加入了杠杆型的排气阀特点，形成较好的适应性.目前郑州市管网使用的此类排气阀包括:FGP4X(CARX)型单口复合式高速进排气阀(山东、上海、郑蝶)，FGP4X(CARX)型双口复合式高速进排气阀(上海).对此类排气阀检测结果见表3.

表3 复合型排气阀稳压下排气情况

从表3中可见，理论空气起球压力高于管网正常压力，可以对管网微量排气，又可以适应管网抢修或新铺设的大量排气.建议今后在排气阀的采购和更换过程中，加大对此类排气阀的使用.

2.3 常压排气阀进气试验

向管网中注气是排气的重要作用之一，可以加快事故发生时管网中水流的外排，管网出现水锤时调节管网压力与平衡.检测排气阀的进气量结果见图5.

从图5可见，不同种类排气阀进气量有明显不同，进气量最小的排气阀为FQ－2型自动排气阀，其次为QB－1单口排气阀和QB－2型双口排气阀，复合型排气阀和P41X型单口快速排气阀的进气量明显好于前三种.原因是此种排气阀阀内都有套筒装置，气体在进入排气阀较为通畅，浮球不会阻碍气流的进入.此外，单向排气阀由于其上的密封盖导致此类排气阀完全起不到进气的作用.

3 结语

通过对排气阀的检测和普查，对郑州市供水管网中运行的排气阀进行了7大类划分，对比了7类排气阀的结构，分析了排气方式及工作原理.

通过瞬时加压试验，模拟排气阀在管网通水时排气状态，对比了各种排气阀的排气性能，根据检测回归曲线斜率，各种排气阀的排气性能由小到大分别是:FQ－2型、QB－1型、复合型(郑蝶)、复合型(山东)、P41X型.其中FQ－2型适用于小型管道的微量排气，建议对于大型管道上的此类排气阀进行更换.

在稳压水封试验中，如以0.05 MPa为排气阀水封最高压力，轻质浮球型排气阀溢水现象出现概率较高，但是由于管网运行压力普遍较高，阀体溢水现象不普遍.

通过稳压排气试验模拟排气阀在正常运行时阀体排气状态，确定轻质浮球型排气阀不易排出气体，而复合型和杠杆型排气阀则有较好的排气效果.

通过常压进气试验模拟排气阀在管网检修时的进气状态，FQ－2型排气阀和QB－1型排气阀进气量最小.

［1］JB/T8531－1997，阀门手动装置技术条件［S］.

［2］JB/T8528－1997，普通型阀门电动装置技术条件［S］.

［3］杨源泉.阀门设计手册［M］.北京:机械工业出版社，1992.

［4］刘 洋.排气阀在供水管网中的应用［J］.阀门，2012，5:26－29.