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完全重力式输水管道工程排气阀的设置及选型

作者:山东华信塑胶股份有限公司来源:www.sdhxsj.com 浏览次数: 日期:2018年11月5日 14:19

一、排气阀在重力式输水管路中的重要性:

长距离、高水头、高压力、完全重力式输水管路排气十分重要,因为管道中运行时,水在管道中的状态很复杂。水在输水管道运行时,实际上是水气两相流,根据资料提供,气水两相流可分为六种流态,即层状流、波状层、段塞流、气团流、泡沫流、环状流,输水管道充水排气过程是相当复杂的,一般来说刚开始充水时管道流态多为层状流、波状流、段塞流或环状流,排气较为容易;后期则多呈段塞流、气团流或泡沫流状态。 大量的工程实践表明,管道中存气囊随水流动时,对长距离输水管线带来了很大危害,主要有以下两个方面: 1>排气不畅造成输水管通水困难,水阻增大,流量达不到设计值。坡度不是很大的输水管在初次通水或检修后再次通水,管道中水气相间是必然的,如果排气不畅,就造成了严重气堵”,气排不出,水流不畅,充水极其困难,尤其是重力流,坡度较小,管径较大时,更为严重。管道内有气囊存在,气阻增大,严重时形成气堵,过水断面减小,流量达不到设计值。2>管道中存在的气囊随水流动时由于管坡、管壁粗糙度变化以及弯管、变径各类管道配件而分散聚合,管道内流速的变化,极易造成气囊两端压差改变,这种微小压差变化对于不可压缩的水来说不会有什么影响,但对于空气来说影响是极大的,它能引起水流速度的变化和管道中压力的急剧升降,造成水锤造成通水及运行期间爆管,供水系统无法正常运行。

二、排气阀的设置
1、排气阀的设置数量
排气阀的设置数量应根据施工中实际情况确定排气阀的合理数量,合适位置根据多个工程的调查情况,排气阀过多会造成管理上的困难及增加投资,过少会影响管道进排气,容易形成水锤,造成工程事故。
在长距离输水管道施工时,应依据输水管道的纵向布置,根据实际管道线路地形,选择合适的位置(一般在驼峰处)布置一定数量的排气阀,如果管道平坦,坡度≤D/1000,应每隔0.51.0km安装一个排气阀。如果坡度≤D/100,应每隔1.01.5km安装一个排气阀。坡度再大时,可考虑每隔1.53.0km安装一个排气阀。水平距段根据经验不应大于300米就应增设一个排气阀。

2、排气阀的设置位置:
要保证排气阀的位置在运营过程中便于维修和更换,为防止杂草等堵塞气阀,要设置排气阀井,不能设置阀井处,可设置钢板罩保护。
    在管线的水平段,排气的问题比较突出,因此在施工时往往人为的把管线布置成一个高点,设置排气阀在地形起伏较小地段,要求输水管道的最高点设置排气阀。并要求采用双口排气阀,在地形起伏较大地段,以往输水管道工程实际运行中,会出现爆管并未发生在高点或低点,而是发生在高点后的下弯管段,甚至低压管道也发生此类爆管,这是因为:在正常情况下,管道中的水流可近似地看成是恒定流(压力、流速、温度不变)。在这种状态下,水中的气体要逐渐地析出,形成大小不等的气泡上升到管壁,气泡按水流流速向前运动。在上坡段,由于浮力的作用,气泡流速可能大于水流速。因管壁有一定粗糙度,各气泡运动方向相同,很难聚集成大气泡。小气泡沿管壁一定宽度向前流动,经过最高点排气阀时,排气管直径内的气泡有条件排出,而其他气泡靠水流的推力向下游流去。由于管壁处的紊流和流速和切线特性,使一些经过排气管的小气泡越过排气孔也向下游流去。越过排气阀的气泡顺坡而行,运动方向与气泡所受浮力的分力方向相反,这个浮力合力产生的阻力,必然使气泡运动的速度减慢,后序气泡容易撞击前面气泡而全成大气泡,大气泡产生大的浮力。在水流的冲压下,发生气锤,造成爆管。故施工中一般会采取在最高点下游约20~50米处增加一个排气阀。
二、排气阀的选择
1、排气阀的类型
  排气阀是输水管道上的特殊产品,其性能差极大。目前国内常见的排气阀按结构形式可分为2类,浮球式排气阀(包括组合式、复合式、动力复合式)和气缸式排气阀。
1)浮球式排气阀
  浮球式排气阀在其阀体内护筒上有一浮球,在阀体内无水时,浮球落入护筒,排气口打开排气,有水时,浮球浮起堵住排气口,封住水流。该类型的排气阀结构简单,维护较容易,但有以下技术缺陷:
   1>水气相间时大排气口仅能排出第一段气体,不能连续排气。输水管道坡度不大时,管道中大多是一段水一段气的段塞流状态,浮球式排气阀的浮力仅几公斤重,而排完第一段气体,水就把浮球托起,第二段气体即有压力,假定压力为0.2PMa,气体对浮球的托力等于排气口面积乘管道内压力,计算可得DN100排气阀托球力约150kgDN300排气阀托球力约1400kg,故大排气口不可能再自动开启排气,在段塞流状态中失去排气功能。
   2>小排气口径一般为35mm,仅能微量排气如果大排气口性能不好,仅靠微孔排气,对于大管径输水管是极危险的。
   3>运行时长期不动作,浮球易因贴粘而失效。
2)气缸式排气阀
   气缸式排气阀是利用浮筒杠杆等控制气缸内气动膜片动作,从而使阀体上大、小排气口启闭,是全压高速排气阀,该阀在任何压力和水流状态下,只要管路中的气体进入排气阀,排气阀就开启大、小排气口排气。当水进入排气阀内,大、小排气口即关闭,不漏水。 这类排气阀结构上的主要特点是:大、小排气口或仅大排气口的有效排气口径不小于排气阀公称直径的70%80%,排气口径大,排气速度快。缺点是维护较困难,容易发生故障。
2、排气阀的选择
    排气阀口径一般为主管道直径的1/8~1/5。如果选用不带缓闭的排气阀时,最好在一处安装一大一小两个排气阀。如果选用带有缓闭的排气阀,仅在管顶处安装一个即可。
当管道内气体呈段塞流、气团流时,尽量采用气缸式排气阀。即在一定压力条件下,排气阀必须做到阀体内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。满足上述要求的排气阀,其大排气口直径不得小于公称直径的70%~80%,小排气口直径不限。
排气阀在采用前,必须要求厂商出示通过自行或检测机构检验合格的合格证。 对所选购的排气阀进行100%的试验,以鉴定排气阀的性能,合格后方可选用。
排气阀的材质以球墨铸铁最为合适。承压及防腐都能满足使用要求。
6.结语
  由于输水管道排气顺畅与否是其保证安全运行的最重要指标,工程实践证明,设置排气阀的不当,经常会造成爆管,停水停产,造成一定程度的经济损失。因此合理地设置和选择排气阀是管路安全运行的关键。

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