排气阀在实际应用中出现问题讨论

输水管道，主要指水源至净水厂或净水厂至配水管网的管道。由于输水管道负担全系统供水，且压力较高，所以它的安全运行问题始终被从水部门和设计部门所重视

输水管道常见的事故是爆管，引起爆管的原因主要有：温度应力、管材质量、施工质量、地质构造和水锤等。管道中的气囊虽然不能直接造成水锤，但可借助水锤造成危害。本文就如何在输水管道上设置排气阀，避免气体聚集成气囊进行探讨。

实例及分析

在地形起估地段，要求输水管道的zui高点设排气阀，但实际运行中，许多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。黑龙江鹤岗的一段管道爆管就是一个典型的例子。

鹤岗市属低山丘陵区，净水厂与送水泵站分建，二者相距5公里，净化水靠重力流送至送水泵站，净水厂清水池高程210m，送水泵站清水池高程185m，输水管为dn800连续铸铁管，平均流速1.0m/s，泵站前500m有一高岗，高程185（见图一），高岗的zui高点有一排气阀，但排气阀后50m处，多次发生爆管事故，后来在爆管处加装了一双口排气阀，几年来，两排气阀间没再爆管，只在新装排气阀后10m处发生过一次爆管。

从这个例子看，爆管与管中的气体有关（安排气阀后无爆管）。下面对管道中气囊的形成过程和它的受力情况进行分析：

1.气体的聚集及平衡

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zui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p1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。

浮力分力p1=psinα （1）TD\\QXK168

式中：p--气泡受水的浮力（p=1/6π d3·p）

p--水的容重vo=B#8

d--气泡直径/bv-Fsa3~f

α--管道的俯角:CWfL}|[[Z

气泡受水流的推力为p

v2T1D'cU -9

p'=----- .s （2）SX+=$ h%

式中：----- --－流速压强（kg/cm2） X_kS| Nfb^.=5€1?.,

s-- 气泡zui大截面积（s=1/4πd2）/

v-- 水流速（m/s）0n*

当p1＝p`时，气泡受力达到平衡而静止在管道中。联立（1）、 （2）

d.sinα

10.4p.gLtWPY_€=11

c--平衡常数QeJSC,@.

式（3）说明，在恒定流条下，气泡直径与管道俯角的正弦成反比。

当d·sinα>c时，气泡向上移动。

2.管道中气囊的形态

前述气泡平衡问题时，假定了气泡为直径等于d的球形，这只能近似地形容微小气泡，实际上当气泡达到一定体积，且上升到管壁成为气囊，由于表面张力的的作用，它将以半椭圆形状存在（见图四）。随着气泡逐渐长大，气泡的形状将受水流推力、重力和管道形状控制，在长度方向伸长较大，在横向成弓形

根据模拟测量，气囊的长l与高h的关系为

1≈15hvi

3.气囊受力分析及临界位置A|H+h

根据水利学原理，气囊在管道内平衡时所受水流的推力，等于垂直于水流的截面所受的压力（见图五（1）），这个截面为以h为高的弓形（见图5（2））V

n v2 L]M

p'=∑ pi= -----.s （5）€

1 2g10z..7| |xl

s--弓形在积

气囊能引起爆管，是由于快速开关阀门或水泵起停，使管道出一了大的压力增值，气体的可压缩特性，使应力集中到气囊产生高压而爆管。

根据一些爆管的经验，气囊高度达到管径四分之一是爆管的危险点，也就是气囊的临界点。这时气囊的体积和断面积简单计算为：

v≈0.5πr3，s≈0.2πr2。-2ts018^0

对前例中dn800管道，当v=1.0m/s时，所受推力按（5）式计算：VDaoK

1.02Dj-qKEUi6

p'＝------0.2π.402=5.124（kg）*

2g

所受浮力按（1）式计算a

p1=psin α=0.5π0.43×1000sinα=100.5sinα

当p`=p1时?

5.214K&t%

α =arcsin=-----------=2.92°

100.5NEQO

该俯角α与实测爆管点俯角基本吻合。

三、结论

1.输水管道下坡段必须增设排气阀，具体位置由式p`=psinα确定，计算流速取平均值为宜

2.管道实际俯角小于计算角度时，排气阀应设在下弯曲线与直线的交点处；

3.为使管内气体尽早排出而不形成气囊，下弯管线与直管线的交点均应设排气阀；

4.本文所增设的排气阀不能取代zui高点排气阀。

排气阀是管道系统中*的辅助元件，广泛应用于锅炉、石油天然气、给排水管道中。往往安装在制高点或弯头等处，排除管道中多余气体、提高管道路使用效率及降低能耗。暖通系统及暖通空调系统在运行过程中，水在加热时释放的气体(如氢气、氧气等)带来的众多不良影响会损坏系统及降低热效应，这些气体如不能及时排掉会产生很多不良后果。诸如：由氧化导致的腐蚀；散热器里气袋的形成；热水循环不畅通不平衡，使某些散热器局部不热；管道带气运行时的噪声；循环泵的涡空现象。

分类
暖气式
地暖（地热）是一套系统，从地暖盘管到分水器的固定安装以及自动排气阀门管件的连接有着严格的工艺要求，在冬季供暖时，开启地暖用户首先需要排气，那么排气就需要用到排气阀。暖气排气阀一种安装于系统zui高点，用来释放供热系统和供水管道中产生的气穴的阀门。
微量式
在一般情况下，水中约含2VOL%的溶解空气，在输水过程中，这些空气由水中不断地释放出来，聚集在管线的高点处，形成空气袋（AIR POCKET）使输水变得困难，系统的输水能力可因此下降约5-15%。此微量排气阀主要功能就是排除这2VOL%的溶解空气，并适合装置于高层建筑、厂区内配管、小型泵站用以保护或改善系统的输水效率及节约能源。
单杆式（AETV SIMPLE LEVER TYPE）微量排气阀，为一类似椭圆形阀体，内部所有零件包括浮球、杠杆、杠架、阀座等均为304S.S不锈钢，内部使用标准排气孔径1/16"，适合用于zui高达PN25工作压力环境。
主要规格：
公称通径：DN15-DN25
公称压力：PN10 PN16 PN25
快速式
排气阀<大口径排气阀>应用于独立采暖系统、集中供热系统、采暖锅 炉、中央空调、地板采暖及太阳能采暖系统等管道排气。因为水中通常都溶有一定的空气，而且空气的溶解度随着温度的升高而减少，这样水在循环的过程中气体逐渐从水中分离出来，并逐渐聚在一起形成大的气泡甚至气柱，因为有水的补充，所以经常有气体产生。为此就延生出排气阀这一名词,在日常生活也解决了不少问题.
复合式
复合式排气阀为圆桶状阀体，其内部主要含有一组不锈钢球（STAINLESS STEEL BALL），杆（FLOAT ARM）及塞（POPPET）。本阀装设于泵浦出水口处或送配水管线中，用以大量排除管中集结之空气，或于管线较高处集结之微量空气排放至大气中，以提高管线及抽水机使用效率，且于管内一旦有负压产生时，此阀迅速吸入外界空气，以保护管线因负压所生产之毁损。
污水复合式排气阀原理与清水复合式排气阀相同，只是将结构略作改动，即将阀体加长，杠杆机构略作修改，使污物只积在阀体下部，不影响排气，不致漏水。
主要规格：
压力等级：PN10
公称通径：DN50-200mm

操作方法
当管内开始注水时，塞头停留在开启位置，进行大量排气，当空气排完时，阀内积水，浮球被浮起，传动塞头至关闭位置，停止大量排气，当管内水正常输送时，如有小量空气聚集在阀内到相当程度，阀内水位下降，浮球随之下降，此时空气由小孔排出，当抽水机停止，管内水流空时或遇管内产生负压时，此时塞头迅速开启，吸入空气，确保管线*。
整体单球式复合式排气阀（清水用）
压力等级：PN10
公称通径：DN25-100mm
(DN25为螺纹式，其余为法兰式)
分离式复合式排气阀（清水 污水共用）
压力等级：PN10
公称通径：DN250-300mm
整体双球式复合式排气阀
压力等级：PN10
公称通径：DN250-300mm

技术要求
①主要技术参数
a.排气阀的公称压力为 PN10。
b.密封试验压力为1.1MPa。
c.强度试验压力为1.5 MPa。
d.排气阀的水关闭压力应≤0.02 MPa。
e.排气阀的空气关闭压力应≥0.07 MPa。
f.压力试验应符合标准GB/T13927的规定。
g.连接法兰应符合标准GB/T17241.6-98的规定。
h.zui高工作压力可达10bar。
i.zui高工作温度（水）约110℃。
②性能要求
a.排气阀应有较大的排气量，当管道空管充水时可在极短的时间内实现快速排气恢复至正常供水能力。
b.排气阀在管内有负压产生时，活塞应该可以迅速开启，快速大量吸入外界空气，以保证管线不会因负压而产生损害。且在工作压力下能够将管道中集结的微量空气排出。
c.排气阀应有比较高的空气关闭压力，在活塞关闭前的较短时间内，应有足够能力将管道内的空气排放完毕，提高输水效率。
d.排气阀的水关闭压力应不大于0.02 MPa，在较低的水压下就可以关闭排气阀，从而避免水的大量涌出。
e.排气阀应采用不锈钢浮球（浮桶）作启闭件。
f.排气阀阀体上应设有防冲击保护内筒，以防大量排气后高速水流直接冲击浮球（浮桶）而造成浮球（浮桶）的过早损伤。
g.对于DN≥100的排气阀采用分体结构，由大量排气阀和自动排气阀组成，以适应管道压力的使用要求。自动排气阀应采用复杠杆机构，使浮球浮力得以大幅度放大，且关闭水位低，水中杂质不易接触密封面，排气口不会被堵塞，其抗堵塞性能可大大提高。同时在高压情况下，由于复杠杆的加力作用，使浮球能和水位同步下降，启闭件不会像传统阀门被高压吸住，从而正常排气。
h.对于高流速、频繁启动水泵、口径DN≧100的工况，为减缓水流冲击，排气阀应加装缓冲塞阀。缓冲塞阀应可以防止大量喷水但不影响大量排气，使输水效率不会受到影响，并有效防止水锤发生。