水廠輸水管道排氣閥的增設實例及分析

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。

在地形起估地段，要求輸水管道的最高點設排氣閥，但實際運行中，許多爆管并未發生在高點或低點，而是發生在高點后的下彎管段，甚至低壓管道也發生此類爆管。某市的一段管道爆管就是一個典型的例子。該市屬低山丘陵區，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連續鑄鐵管，平均流速1.0m/s，泵站前500m有一高崗，高程185m，高崗的最高點有一排氣閥，但排氣閥后50m處，多次發生爆管事故，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處發生過一次爆管。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：

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，經過最高點排氣閥時，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。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，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。

我公司技術人員根據經驗及結合該實際案列總結出結論為：

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最高點排氣閥。