自动快速排（吸）气阀在农村饮水安全工程中的应用

周立国

摘 要：沙湾县农村饮水安全工程的设计实施主要以跨村、跨镇集中连片供水为主，管水管线长，为了保证的管道的运行安全和正常供水，除了进行好供水管道的水力计算，管材管径及承压等级的选择外，供水管道自动排（吸）气阀设置的位置和大小的选择更为重要。

关键词：自动快速排气阀 农村饮水安全 工程应用

1.供水管道排气阀的重要性

长期以来，我们对供水管道是否含气、是否可能造成爆管，管道停水放空形成的负压造成管道损坏的问题认识不足，也就没有从根本上解决正常运行的管网为何时常出现管道漏水、管道流水不畅的问题。因此有必要揭示正常运行的供水管网可能存气的原因以及管道升压和造成爆管的原理，以便提高对含气型断流水水锤的认识能力。

1.1供水管网的气体产生主要有下面8种情况

1.1.1直接进气情况分析

（1）初始未充水的管道或管道使用中放空时的进气；

（2）部分区域或全管网因故停水；

（3）个别管段事故抢修放空。

1.1.2自由状态下空气进气情况分析

（1）管道进口位置以及负压管道系统与相关设备未封闭严实；

（2）如果管道系统内产生负压的情况下，空气顺着排气阀以及排气管等位置进入空气；

（3）单一或多个大用户流量调节速度过快导致管道产生负压，排气阀或管道封闭不严位置进入空气；

（4）溶解在水中释放出来的空气：清水中溶解的空气有2%；

（5）水泵吸水管以及叶轮中，由于运行状态下出现负压而造成气体释放。

1.2供水管网气囊运动特征与可能的危害

因为供水管网自身管径沿主水流方向从大逐渐变小，管道中的气体形式表现为段塞硫，即是气体通常是保持独立气囊状态不连续的处于管顶位置。气囊长度以及占过水断面面积往往是气体含量、实际管径、管道纵断面具体情况而确定的。相关理论研究以及实践经验证明，气囊顺着管顶随水流运动，很有可能在管道弯道位置以及阀门等位置出现聚集情况，同时形成压力振荡。因为管网水流速度与方向呈现出一定的随机性，气囊运动导致的压力增加必然很有可能是因为水流流速情况变化而决定的。相关研究结果表明，当压力增加到2Mpa的状态下，很容易对普通供水管道造成损坏。同时需要引起注意的问题在于，持续在管网内运行的气囊，气囊体积大小会因为实际所处位置的压力大小而发生改变，从而在很大程度上促进了含气水流的压力变化，导致管道爆裂的可能性提高。管道含气危害通常会因为含气量多少、管理实际构造等因素直接相关，危害包含了显性危害与隐性危害两种，分别表现出如下特征：

1.2.1显性危害通常表现出如下的特征

（1）排气不流畅导致通水出现问题。当水气相间的情况下，水流不通，造成水流通道截面逐渐减小或出现切断现象，水无法顺利流通，系统循环效率降低，局部流速增加，很容易引起水头损害，为了维持原来的循环水量或水头必须增开水泵，增加动力和对行费用。如果管道沿程存在较大的起伏问题，很容易产生数量较多且较大的跌水，多个顶端气阻高差叠加，当其慢慢靠近或达到水泵扬程的状态下，会引起出水困难或者管道终端不出水的现象。

（2）排水不通畅导致通水和运行过程中存在爆管问题，造成供水系统不能正常运转。管道由于排气原因而引起爆管的可能性很大，按照计算结果，排气不畅导致的气爆压力甚至可以高达20到40个大气压，产生的破坏力约为静压40到80个大气压，能够对任何供水管道造成损坏。

（3）由于水中容解空气的不断释放和空气气囊的逐渐形成和增大，管内水流速度动压不断变化，系统参数不稳定，并可能产生较大的振动和噪音。

（4）交替接触空气和水，金属表面腐蚀加剧。

（5）管道内产生异常噪声。

1.2.2排气不畅引起的隐性危害

（1）排气不畅往往会导致管道内部气压不稳定，流量无法准确调节，自动控制失效，安全防护无法发挥作用。

（2）导致管道水压实验准确性降低，例如说DN400或以下管道不进行漏水量测验，仅仅以10分钟落压不超过5m为合格时，若管道排气不畅，测试时把空气压缩，即便管道漏水量相对较大，但会被大量压缩空气体积膨胀弥补，主要表现为压力降落较小，无法准确体现出管道具体质量。

（3）管道漏水量提高。

（4）管道故障问题较多，持续不断的压力会导致管道接头和管壁疲劳，对其使命寿命带来影响，提高维护成本。

供水工程实际运行表明，有压供水管道中气体较多的情况下，很容易出现断流弥合水锤，长期使用会导致水管壁疲劳引发脆裂，甚至最后出现爆管的情况。供水管道暴漏的一个关键性问题即是管道排气，处理措施的有效策略即是真正解决好管道内的存气，选择自动快速排气（吸气）阀能够达到这一要求。

2.自動快速排（吸）气阀的特点

快速排（吸）气阀用于压力输送管道的吸气和排气。能够排除管道中的气体，减少阻力，节约能源。当管道负压时，快速排（吸）气阀能快速自动吸气，防止管道破裂。浮球不锈钢，使用寿命长，安全可靠。

3.自动快速排（吸）气阀的原理

如果供水管理系统内部出现气体，气体往往会沿着管道朝上，最后整体聚集于管道系统的高点，因此排气阀通常都设置于管道系统的高点。如果气体进入自动排气阀阀腔，也会集中聚集在排气阀的上部位置，排气阀中气体的逐渐增多，其压力开始上升。当气体压力超过管道系统压力时，气体会让腔内水面降低，浮球和水位同时降低，排气口打开；当气体完全排出后水位提高，浮球上升，随后排气口关闭。

4.供水管道自动快速排（吸）气阀的设置

因为供水管道排气是否顺畅是确保其能够正常运行的关键性指标，工程实践表明，不装置或装置排气阀的性能如果达不到标准，往往会导致爆管或者停水停产的问题，带来很大的经济损失。所以使用排气性能较好的排气阀同时科学安装，是保证供水管道安全运行的重要条件。排气阀必须要具备较好的性能，特别是如果管道中气体呈段塞流、气团流时，不但会快速排出第一个气囊，同时可以持续排出任何气囊。在某一压力状态下，排气阀应当能够做到阀体中充满空气就开启大小排气口排气，水进入阀体，阀门就关闭而不排水。

能够达到上述标准的排气阀，其大排气口直接应当超过公称直径的70%左右，而小排气口直径没有规定。排气阀口径一般为主管道直径的1/8～1/5。在已实施的饮水安全工程中管道管径最大为600mm，最小为50mm，管径小于125mm的，选择排（吸）气阀的规格为DN25，管径大于125mm小于400mm的，选择排（吸）气阀的规格为DN50，管径大于400mm小于600mm的，选择排（吸）气阀的规格为DN80。

快速排（吸）气阀的安装位置，大家在习惯上认为排气阀只需安装在管道最高点，事实上，仅在管道最高点安装排气阀是不够的。排气阀还应安装在以下几个位置：

（1）输水管道下坡位置，因为水流速度的影响，会带动气泡通过最高排气口，朝下游流动；

（2）管道弯曲交点位置，弯曲的管道转变了水流方向，但阻碍了气体的运行，很容易出现气阻；

（3）下弯管线与直管线的交点，原理同上；

（4）水平管道每隔一段距离，距离大小视管道口径、水流速而定。在实施的饮水安全管道800-1500m；

（5）多起伏的管路，应在各高点处安装排（吸）气阀。

项目已应用情况及应用前景预测：从2005年至2010年沙湾县已建成老沙湾四乡镇、东湾镇、博尔通古乡、乌兰乌苏镇三宫店片、西戈壁镇、老沙湾七乡镇6项跨村或跨镇集中连片饮水安全工程，供水管线最长的177km，最长的支线管道长度为43km，在这样长距离管道上若不设快速排（吸）气阀，势必会造成流水不畅甚至空气阻塞水流不通造成爆管，在管道排空时不及时补气形成负压会造成管道的破裂。在上述6项工程中管道的分水口处阀门井、村口阀门井、管线突起点、管线间隔距离800-1500m、水泵出水管处设快速排（吸）气阀，快速排（吸）气阀的规格按照供水管径的大小选择为DN25、DN50和DN80。自动快速排（吸）气阀可应用于城镇、农村、工业、农业喷滴灌长距离供水管道和水泵的出水口處，用以保护或改善供水系统的输水效率及节约能源。

参考文献：

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