輸水自動(dòng)排氣閥故障維護(hù)輸水管線的改造。該廠的用水取自湘江，從江邊取水泵房到凈化站新鋪設(shè)一條DN500的供水管道，從凈化站到二次加壓泵房，二次加壓泵房到生產(chǎn)區(qū)新鋪設(shè)兩條DN500的供水管道，總長(zhǎng)度約為3km。本次改造地形起伏多，輸水管線要穿越整個(gè)生活區(qū)，隨著生產(chǎn)規(guī)模的不斷發(fā)展，對(duì)供水系統(tǒng)的安全性要求越來(lái)越高，難度比較大。在電站、灌野、城鎮(zhèn)經(jīng)?？梢钥吹捷斔艿搅烁叱霭惭b有會(huì)接管小關(guān)出來(lái)，裝上閘閥和排氣閥，看上去也沒啥動(dòng)靜，排氣閥真的又在運(yùn)作嗎？能起到什么作用？ 根據(jù)國(guó)內(nèi)外對(duì)有壓輸水管道氣水兩相流的理論研究和實(shí)驗(yàn)成果,對(duì)進(jìn)排氣閥的結(jié)構(gòu)原理進(jìn)行分析,論述長(zhǎng)距離有壓輸水管路進(jìn)排氣閥的選型設(shè)計(jì)問題.
得名“排氣閥”大家一想便知道是用來(lái)排氣的，卻不知排氣閥也是用來(lái)進(jìn)氣的，排氣閥就是用來(lái)排除管道里的氣體，和管道真空時(shí)進(jìn)行補(bǔ)氣。輸水管道中存在氣體的危害：

表1.1-1 設(shè)備材料報(bào)價(jià)表

1.管道產(chǎn)生的危害加大沿程摩阻：氣泡使水的流動(dòng)體積變大，水與管壁的相對(duì)流速加大，即摩阻水頭損失加大，則水泵揚(yáng)程提高，出水量減少。
2.加大局部阻力：氣泡集聚成為氣囊，使管道流水截面減小，增加了水頭損失，形成氣阻時(shí)，甚至水泵不能按設(shè)計(jì)流量出水：當(dāng)管道沿程起伏較大，形成多個(gè)較大的跌水，多個(gè)頂端氣阻高差疊加，接近或達(dá)到水泵揚(yáng)程時(shí)出水困難甚至管道終端出口不出水。
3.造成管道水壓試驗(yàn)失真：如DN400及以下管道不作漏水量試驗(yàn)，只以10mill落壓不大于5m為合格時(shí)，當(dāng)管道排氣不凈，試壓過(guò)程將空氣壓縮，雖然管道漏水量較大，但被大量壓縮空氣體積膨脹所彌補(bǔ)，而表現(xiàn)為壓力降落不大，不能真實(shí)反映管道質(zhì)量。

2.輸水自動(dòng)排氣閥故障維護(hù)故障分析改造項(xiàng)目情況比較復(fù)雜，為做好施工圖設(shè)計(jì)我設(shè)計(jì)人員先后二次到現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行踏勘，一是查看現(xiàn)場(chǎng)情況確定輸水管線的走向;二是聽取廠里動(dòng)力處的同志匯報(bào)舊輸水管線在使用過(guò)程中出現(xiàn)的問題和對(duì)本次改造的意見，其中有一點(diǎn)引起了我的高度重視，近幾年管道爆管現(xiàn)象頻繁發(fā)生，平均一個(gè)多月爆一次管，嚴(yán)重影響了正常的生產(chǎn)。我到的前一天就有一處管道爆管，全廠停水搶修，我要求到現(xiàn)場(chǎng)看了一下，管材為鑄鐵管，管徑為DN300，爆管現(xiàn)象為承口處裂縫長(zhǎng)1m，發(fā)生在二次加壓泵房加壓泵由小泵運(yùn)行換大泵時(shí)。動(dòng)力處的同志說(shuō)一周前還爆過(guò)一次管，上次爆管和這次情況相似，發(fā)生在全廠停車檢修完畢開泵送水時(shí)。輸水管線上的排氣閥，年久失修，沒有及時(shí)更換已失去排氣功能，通過(guò)對(duì)爆管時(shí)間和現(xiàn)象的分析，我認(rèn)為是管道排氣不暢，管道內(nèi)有大量氣囊存在，引發(fā)啟泵水錘是爆管的主要原因。二次加壓泵房的水泵沒有變頻設(shè)備，直接啟動(dòng)開啟速度太快，在大泵換小泵或剛啟泵時(shí)，幾秒鐘內(nèi)水泵就能達(dá)到額定壓力和流量,管道內(nèi)的壓力和流速急劇增大，氣體受壓縮后，體積變小，內(nèi)壓升高，水泵口的壓力降低，流量增大，氣體的內(nèi)壓升到一定程度后反膨脹，動(dòng)量和沖量交替轉(zhuǎn)換，管道中引起一系列急劇的壓力交替升降的水力沖擊現(xiàn)象，并以壓力波的形式在管道中傳遞，引起啟泵水錘，終導(dǎo)致爆管。水泵啟動(dòng)時(shí)，管道內(nèi)的流速遠(yuǎn)高于設(shè)計(jì)流速，產(chǎn)生啟泵水錘的壓力可高達(dá)2MPa左右，遠(yuǎn)高于試驗(yàn)壓力，這種連續(xù)波動(dòng)的動(dòng)壓破壞力是靜壓的數(shù)倍，舊管道使用年限較長(zhǎng)，強(qiáng)度降低，極易發(fā)生爆管。為了避免啟泵水錘引發(fā)的爆管現(xiàn)象再次發(fā)生，本次設(shè)計(jì)管道的排氣問題至關(guān)重要。

3.輸水自動(dòng)排氣閥故障維護(hù)管道內(nèi)氣體的來(lái)源、

運(yùn)行特點(diǎn)及其危害管道中存有氣體的情況很多，氣體來(lái)源主要有兩個(gè)方面：1>管網(wǎng)起伏大，停泵或停水管道局部產(chǎn)生真空致使管道從排氣閥或高的用水點(diǎn)吸氣; 2>吸入水泵的天然水體，其溶解空氣的大體積含氣率約為2%(即水中含溶解性氣體約為20L/m3)，研究表明當(dāng)壓力降低到某一值時(shí)水中溶解性氣體會(huì)以微小氣泡的形式迅速析出，并隨水流運(yùn)行而聚積成大氣泡或大氣囊。在較長(zhǎng)距離的輸管道中，由于設(shè)計(jì)流速一般不大，管道中的氣體多以氣囊形式存在于管子上部。在多起伏的管道中，氣囊多存在于管道的凸起點(diǎn);而在坡度小、較平坦管道中，氣體則以眾多相互獨(dú)立的大氣囊形式分散存在。根據(jù)美國(guó)水錘專家馬丁教授的研究理論，較平坦的供水管路在充水和運(yùn)行過(guò)程中呈現(xiàn)六種氣液兩相流狀態(tài)。輸水管道充水排氣過(guò)程是相當(dāng)復(fù)雜的，一般來(lái)說(shuō)剛開始充水時(shí)管道流態(tài)多為層狀流、波狀流、段塞流或環(huán)狀流，排氣較為容易;后期則多呈段塞流、氣團(tuán)流或泡沫流狀態(tài)，普通排氣裝置就很難排氣了。管道中存在的氣囊的大小、數(shù)量則取決于管道的復(fù)雜程度、管徑大小、充水的速度和方法、排氣措施等。大量的工程實(shí)踐表明，管道中存氣囊隨水流動(dòng)時(shí)，對(duì)長(zhǎng)距離輸水管線帶來(lái)了很大危害，

輸水自動(dòng)排氣閥故障維護(hù)主要有以下兩個(gè)方面：
1>排氣不暢造成輸水管通水困難，水阻增大,流量達(dá)不到設(shè)計(jì)值。坡度不是很大的輸水管在初次通水或檢修后再次通水,管道中水氣相間是必然的,如果排氣不暢，就造成了嚴(yán)重“氣堵”,氣排不出，水流不暢，充水極其困難，尤其是重力流，坡度較小,管徑較大時(shí),更為嚴(yán)重。管道內(nèi)有氣囊存在，氣阻增大，嚴(yán)重時(shí)形成“氣堵”，過(guò)水?dāng)嗝鏈p小，流量達(dá)不到設(shè)計(jì)值。
2>排氣不暢造成通水及運(yùn)行期間爆管,供水系統(tǒng)無(wú)法正常運(yùn)行。管道中存在的氣囊隨水流動(dòng)時(shí)由于管坡、管壁粗糙度變化以及彎管、變徑各類管道配件而分散聚合，管道內(nèi)流速的變化，極易造成氣囊兩端壓差改變，這種微小壓差變化對(duì)于不可壓縮的水來(lái)說(shuō)不會(huì)有什么影響，但對(duì)于空氣來(lái)說(shuō)影響是極大的，它能引起水流速度的變化和管道中壓力的急劇升降，造成水錘引發(fā)爆管。

4.排氣閥的類型排氣閥是輸水管道上的特殊產(chǎn)品,其性能差極大。目前國(guó)內(nèi)常見的排氣閥按結(jié)構(gòu)形式可分為2類，浮球式排氣閥(包括組合式、復(fù)合式、動(dòng)力復(fù)合式)和氣缸式排氣閥。
了解了管道中氣體的危害就知道排氣閥的重要性了，目前國(guó)內(nèi)做的好的有：《給水管道排氣閥》自動(dòng)排氣閥↵ZP型自動(dòng)排氣閥廣泛用于分水器、暖氣片、地板采暖、空調(diào)和供水系統(tǒng)。當(dāng)水經(jīng)過(guò)排氣閥時(shí)，閥內(nèi)的浮筒上升，關(guān)閉排氣孔，阻止水從排氣孔里流出。復(fù)合式排氣閥↵新型給水管道復(fù)合式排氣閥具有自動(dòng)進(jìn)排氣功能，是排氣量大、吸氣性能好、大量排氣時(shí)，浮球抗吸起壓力高、水密封壓力適用范圍廣的排氣閥。復(fù)合式排氣閥CARX型是我國(guó)常用的排氣閥，它在浮球式和浮球杠桿式排氣閥的基礎(chǔ)上組合改進(jìn)而成?？梢詫⒐艿乐械拇罅靠諝?、 系統(tǒng)運(yùn)行中的少量氣體，連續(xù)不斷地快速排到外界空氣中?？焖倥艢忾y↵KP排氣閥結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，體積小，排氣量大，在原基礎(chǔ)上進(jìn)行大量改進(jìn)使快速排氣閥更。當(dāng)管道空管沖水是實(shí)現(xiàn)快速排氣，當(dāng)管道內(nèi)產(chǎn)生負(fù)壓時(shí)又能快速吸氣。全壓高速排氣閥↵QSP型根據(jù)氣缸原理制成的不同于其他進(jìn)排氣閥的全新裝置，其原理是用浮筒杠桿等控制氣缸內(nèi)氣動(dòng)膜片動(dòng)作，從而控制閥體排氣口啟閉，有壓無(wú)壓氣體均可高速排出。自動(dòng)排氣閥進(jìn)口〔復(fù)合式、快速、微量〕自動(dòng)排氣閥，*的結(jié)構(gòu)，確保氣體能夠迅速上升到氣室，而液面和浮渣無(wú)法到達(dá)放氣口，安全，無(wú)需維護(hù)持續(xù)無(wú)間歇放氣。

4.1輸水自動(dòng)排氣閥故障維護(hù)浮球式排氣閥浮球式排氣閥在其閥體內(nèi)護(hù)筒上有一浮球，在閥體內(nèi)無(wú)水時(shí)，浮球落入護(hù)筒，排氣口打開排氣，有水時(shí)，浮球浮起堵住排氣口，封住水流。該類型的排氣閥結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但有以下技術(shù)缺陷：
1>水氣相間時(shí)大排氣口僅能排出段氣體,不能連續(xù)排氣。輸水管道坡度不大時(shí)，管道中大多是一段水一段氣的段塞流狀態(tài)，浮球式排氣閥的浮力僅幾公斤重，而排完段氣體，水就把浮球托起，第二段氣體即有壓力,假定壓力為0.2PMa，氣體對(duì)浮球的托力等于排氣口面積乘管道內(nèi)壓力,計(jì)算可得DN100排氣閥托球力約150kg，DN300排氣閥托球力約1400kg，故大排氣口不可能再自動(dòng)開啟排氣，在段塞流狀態(tài)中失去排氣功能。
2>小排氣口徑一般為3～5mm，僅能微量排氣如果大排氣口性能不好,僅靠微孔排氣，對(duì)于大管徑輸水管是極危險(xiǎn)的。
3>運(yùn)行時(shí)不動(dòng)作,浮球易因貼粘而失效。

4.2輸水自動(dòng)排氣閥故障維護(hù)氣缸式排氣閥氣缸式排氣閥是利用浮筒杠桿等控制氣缸內(nèi)氣動(dòng)膜片動(dòng)作，從而使閥體上大、小排氣口啟閉，是全壓高速排氣閥，該閥在任何壓力和水流狀態(tài)下，只要管路中的氣體進(jìn)入排氣閥，排氣閥就開啟大、小排氣口排氣。當(dāng)水進(jìn)入排氣閥內(nèi)，大、小排氣口即關(guān)閉,不漏水?；蛘哒f(shuō)該閥能做到見氣即高速排出，見水即關(guān)閉，可連續(xù)多次的大量排氣。這類排氣閥結(jié)構(gòu)上的主要特點(diǎn)是：大、小排氣口或僅大排氣口的有效排氣口徑不小于排氣閥公稱直徑的70%～80%，排氣口徑大，排氣速度快，且在任何情況下均可高速排氣。一般設(shè)計(jì)者在選擇排氣閥時(shí)是以排氣閥的公稱直徑計(jì)算排氣量的。氣缸式排氣閥則完滿足設(shè)計(jì)要求,真正起到防止管道出現(xiàn)水錘和爆管的作用。

自動(dòng)排氣閥技術(shù)要求
(1)自動(dòng)排氣閥采用一體式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，閥門由閥座、閥蓋、浮芯、閥座、防塵蓋等零件組成。
（2）自動(dòng)排氣閥在工作壓力范圍內(nèi)能正常工作，即當(dāng)閥腔內(nèi)介質(zhì)為水時(shí)閥門關(guān)閉，當(dāng)閥腔內(nèi)介質(zhì)為氣體是，閥門開啟排氣。
（3）在管內(nèi)有負(fù)壓產(chǎn)生時(shí)能快速補(bǔ)入空氣，避免由于負(fù)壓而產(chǎn)生的損害現(xiàn)象。
（4）管線運(yùn)行時(shí)自動(dòng)排氣閥能及時(shí)排出水中析出的有壓氣體，能有效防止管線運(yùn)行期間管道局部位置形成氣囊。
（5）自動(dòng)排氣閥具有工作范圍內(nèi)的承壓能力，靜水壓強(qiáng)度試驗(yàn)時(shí)能承受 1.5 倍公稱壓力。
（6）自動(dòng)排氣閥的水關(guān)閉壓力不大于 0.02MPa。
（7）自動(dòng)排氣閥啟閉靈活，工作過(guò)程中不會(huì)出現(xiàn)卡阻現(xiàn)象。
（8）連接方式為螺紋連接，安裝簡(jiǎn)單。
輸水自動(dòng)排氣閥故障維護(hù)主要零部件材質(zhì)
序號(hào) 零件名稱  材質(zhì)
1     閥座     ZG20Cr13
2     閥蓋    PA(增強(qiáng)尼龍)
3    浮芯     PP(聚丙烯)
4   密封墊   EPDM(三元乙丙橡膠)
5    閥座     H62
6   防塵蓋   06Cr19Ni10

5.排氣閥的選擇及安裝本工程輸水管線有壓力流、有重力流、有坡度大的、有坡度小的，管道內(nèi)氣體的運(yùn)行狀態(tài)比較復(fù)雜，應(yīng)當(dāng)選用一種排氣閥在任何狀態(tài)都能有效地排出管道內(nèi)的氣體。