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国内规范中关于空气阀技术要求初探

CJ/T 217-2013《给水管道复合式高速进排气阀》标准是参考了(美国水工协会)AWWA C512 - 2004《供水系统用自动排气阀、空气阀/真空阀及复合式排气阀》编制的。对标的标准现已更新到2015版,标准名称改为《清水和废水用排气阀,空气阀/真空阀和复合空气阀》。这是空气阀的产品标准,内容主要设计空气阀的制造和验收。对于管道设计来说,有针对性的技术文件是AWWA M51 (2016)第二版《空气阀:排气阀、出气/进气阀和复合空气阀 》,它是输水管道空气阀选型,定位和安装的设计指导手册。


排气阀、出气/进气阀(有时称为空气阀/真空阀,主要目的是管道充水/放水时通过大孔口出气/进气)和复合空气阀统称为空气阀,空气阀有三个功能:

 

1.       在管道充水时释放由水排出的空气(出气),

2.       管道水放空时允许空气置换水(进气),

3.       排出管道运行产生的空气(排气)。


前两个功能是当管道压力低于大气压力,管道充水或放空时,由大孔径“出气和进气”阀来完成的,当管道充水后此空气阀关闭时,管道正常运行,压力高于大气压力,此空气阀不会再次打开;第三个功能是当管道压力高于大气压力下管道运行时,用小孔径“排气”阀来实现。


瞬时压力防护 - 可以快速排气的大孔径空气阀,出气/进气阀和复合空气阀(不包括小孔排气阀),当它们快速关闭时,会引起管道瞬时压力升高,为了抑制这种水锤压力,需考虑在出气/进气阀和复合空气阀的出口处安装节流装置,或者在出口或进口处附接缓闭装置。


管道水柱分离保护 - 当管道水柱拉断时,需要考虑安装带排气阀的真空破除器,或具有节流功能的复合空气阀。


下面摘录《CECS 193 - 2005 城镇供水长距离输水管(渠)道工程技术规程》中有关空气阀的章节,以及相关的条文说明如下:


5.3.4 输水管道在坡度小于1‰时,宜每隔 0.5~1.0km 设置进气排气阀。一般情况下,每隔 1.0km左右设置进气排气阀。进气排气阀的设置位置,应根据管路纵断面高程情况确定或经水锤防护计算确定。在寒冷地区,应采取保温措施保护进气排气阀。选用的进气排气阀应符合下列规定:    

  1. 进气排气阀的口径在仅需要排气功能时宜取输水管道直径的 1/12~1/8。在进排气功能均需要时,宜取输水管道直径的 1/8~1/5,或经计算确定。排气阀有效排气口径不得小于其公称通径的 70%;    

  2. 进气排气阀必须具有在输水管道内多段水柱气柱相间或存在多个不连续气囊情况下,连续快速(或大量)排出管道内任何一段气体的功能,即在有压条件下,进气排气阀内充满气体时,大小排气口均开启排气(编者注:当管道充水或放空完成后,大孔径空气阀关闭时,管道正常运行,压力高于大气压力,此时大孔径空气阀不会再次打开),充满水时均关闭而不漏水,出现负压时可向输水管道注气;   

  3. 安装前宜进行性能检测:在不小于 0.1MPa 的恒压条件下,交替向进气排气阀阀体内充水充气,排气阀大小排气口均做到充气开启高速排气,充水关闭不漏水,反复动作 3 次以上合格为止; 

  4. 当管道压力较大,或工况复杂对水锤防护要求较高时,应采用具有缓冲功能的排气阀或大小排气阀组合使用。


CECS 193 - 2005 城镇供水长距离输水管(渠)道工程技术规程 相关条文说明如下:


5.3.4 进气排气阀(以下简称排气阀)造价占输水管道工程的比例很小(编者注:国外规定长水平段空气阀间隔不超过500m,而国内的间隔是1000m,空气阀数量少一半,在这点上,国内还需要增加空气阀的投资。),但对输水管道安全运行至关重要。排气不畅可能产生如下问题:爆管,造成严重事故;水阻大增,输水能力降低;管道压力不稳,接口松动,漏水量增大;管道使用寿命降低,维护管理量增加。根据国外相关技术资料和国内近年来的工程实践经验,输水管道上排气阀的布置方式为在管道坡度小于1‰时,每隔 0.5~1.0km 设一处,一般情况下约 1.0km 设一处,每个排气阀都设在该管段的最高点,当管道起伏较多时,可根据其起伏高度分析是否需要增加,必要时进行相应的水力计算。排气阀的安装方式一般可每处只装一台,经水锤分析计算后,认为特别重要的位置可在一处安装大小排气阀各一台,其中较小直径的排气阀装于管顶。而较大的排气阀装在管道中心线 30°~45°角的侧面,也可以只安装一台带缓闭装置的排气阀。输水管上所用排气阀的规格与主管道直径的关系,在实际供水工程上有很大差别,以前有关文献建议排气阀的公称直径采用主管道直径的 1/12~l/10,但实际应用的一般比较大,如山西某工程主管道直径 DN3000, 排气阀一处安装 2 台直径 DN300:某电厂输水管,主管道直径 DNl000,排气阀一处安装 DN200和 DN80 各一台;内蒙古工程主管道直径 DN2000,排气阀选用直径 DN300;某引水管直径DN1600、DNl400,排气阀选用直径 DN200;某市输水管道直径 DNl200,排气阀选用 DN150、 DN100 两种。总结近年来排气阀实际使用规格,公称直径大多为主管道直径的 1/8~1/4 之间(编者注:国内空气阀选择趋向是孔径越来越大,这不仅增加了空气阀的投资,另一方面,长期操作远低于设计负荷可能会导致空气阀运行失效,当真正需要在极端条件下运行时,它们也将无法动作。),故根据实际应用及相应理论,推荐兼有注气、排气两种功能的排气阀,公称直径宜取主管道直径的 1/8~1/5,仅考虑排气功能的取 1/12~1/8。根据国内外相关理论和有关文献,较平坦的有压输水管道在充水和运行期间可能有 6 种水气相间的形态,即层状流、波状流、段塞流、气团流、泡沫流和环状流,为及时排出管道存气,理想的排气阀应在管道任何状态下都能高速大量排气,而不是仅能微量排气。工程实践证明,不能保证在管道内任何水流状态下都高速排气,在大多数工况下只能微量排气,是造成有压供水管道排气难的根源(编者注:管道初始注水和停用排空过程中,管道需要大流量的大孔径出气和进气。在正常运行阶段,只需要通过小孔径小流量排气,如果管道没有小流量排气,输水管道将无法正常运行。,也给输水工程造成了大量的爆管事故和巨大的经济损失。因此,符合有压供水管排气要求的排气阀,必须具有在管道水气相间的任何压力和状态下,只要阀体内充满气体,就可以打开大、小排气口, 高速、大量地排出管道内存气;同时还应具有缓闭功能,保证管道排净气体后在主管道中产生水拄弥合流速小于 0.3m/s,或升压值小于 0.3MPa。选择排气阀应首先按有关规程和标准提出排气阀的技术要求,必要时,可经专门论证或进行实测检验,以确保确实满足所提出的技术要求。


以上规范条文及说明,本人加注了一些个人意见,建议行业内专家学者制定出我国长距离原水输送和城镇供水主管道空气阀的选型、孔口尺寸确定和瞬变保护的技术规范,为输水管道的长期稳定运行提供技术保障。


国产废水和清水空气阀实物图片如下:

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