供水管網排氣閥檢測與分析方法研究

孫俊峰，康 雅，高金良

(1.鄭州自來水投資控股有限公司，鄭州450007;2.哈爾濱工業(yè)大學市政環(huán)境工程學院，哈爾濱150090)

城市供水管網中安裝有各類大量閥門，排氣閥是其中重要的一類閥門［1］.在目前供水管網運行中排氣閥的選擇、運行狀況、排氣效果以及排氣閥好壞的判定一直是困擾供述企業(yè)的難題之一.本項目對鄭州市供水管網運行中的排氣閥進行了分類，確定出了7種類型排氣閥，并選取了閥體進行進排氣檢測，對比優(yōu)選各種排氣閥的進排氣性能，在此基礎上對管網中使用的閥體進行了現(xiàn)場監(jiān)測，考察排氣閥運行效果，統(tǒng)計分析了鄭州市排氣閥現(xiàn)狀，調查了排氣閥的分布和運行管理情況，為鄭州市今后排氣閥的選型提供了依據(jù)，對排氣閥的設置和運行管理提出了建議.

1 試驗材料與方法

1.1 試驗裝置

1.1.1 排氣閥檢測車

為檢測排氣閥性能，試驗過程中自行加工設計一套排氣閥檢測裝置，見圖1.

檢測車由空壓機、氣/水罐、壓力表、液位計、連接法蘭和各種管件組成.其上共安裝有 DN50、DN80、DN100、DN150四種國標法蘭盤，液位計可顯示氣/水罐中氣水比例，通過空壓機加壓，調節(jié)氣/水罐中壓力，通過啟閉氣路或水路電磁閥進行排氣閥的排氣和水封檢測.

圖1 排氣閥檢測車系統(tǒng)圖

1.1.2 風速儀

為確定排氣閥排氣量，試驗過程中在排氣閥出氣口安裝風速儀.風速儀測量范圍為0.0～45.0 m/s，準確率為±3%.(見圖2)

圖2 風速儀照片

1.2 試驗方法

1.2.1 瞬時加壓排氣閥排氣試驗

將排氣閥安裝于檢測車上，模擬管網在檢修或新鋪設通水時排氣閥的排氣狀態(tài).在排氣閥上安裝風速儀，放空儲氣罐中水，打開空壓機，使壓力達到0.05 MPa，后瞬時開啟氣路電磁閥，通過風速儀記錄數(shù)據(jù).按照此步驟，分別檢測 0.07、0.10、0.15、0.20、0.25、0.30、0.35、0.40、0.45、0.50 MPa 壓力下的排氣閥排氣量，考察排氣閥排氣性能.

1.2.2 穩(wěn)壓排氣閥水封排氣試驗

模擬排氣閥在管網正常運行下，氣體進入排氣閥時閥體排氣性能.由于排氣閥在管網運行過程中，所承受壓力浮動范圍較小，故在檢測過程中先提高氣/水罐內壓力，使排氣閥內浮球上浮，保持排氣閥不排氣不溢水，后調節(jié)氣/水罐壓力，直至排氣閥開始排氣或溢水，確定排氣閥的空氣浮球回落壓力和水封壓力［2］.

1.2.3 常壓排氣閥進氣試驗

排氣閥在管網中運行過程中，特別是管網事故檢修前，管道外排出自來水階段，需要大量進氣.將排氣閥安裝在檢測車上，在氣/水罐中注滿水，打開氣路電磁閥和水罐泄水閥，與大氣壓連通，通過計量單位時間內泄水閥的出水量確定排氣閥常壓下的進氣量.

2 結果與討論

2.1 瞬時加壓排氣閥排氣試驗

在排氣閥運行過程中，管網事故停水搶修完成后或新鋪設管道通水時的排氣作用是排氣閥運行最重要的功能.為模擬排氣閥此工況運行模式，排氣閥檢測時設計了瞬時加壓排氣閥排氣試驗，即以檢測車氣/水罐放空水罐體體積為標準體積進行加壓檢測，根據(jù)鄭州市供水管網實際壓力，檢測壓力分別選取0.05、0.07、0.10、0.15、0.20、0.25、0.30、0.35、0.40、0.45、0.50 MPa，當罐體氣壓達到檢測壓力后，快速開啟待檢排氣閥的進氣閥門，使排氣閥瞬時增壓，通過風速儀檢測出氣量，確定排氣閥排氣效果.

圖3為隴海路與勤勞街北DN50 QB1型單口排氣閥檢測圖.從圖3中可見，隨著氣壓的不斷升高，QB1型排氣閥的排氣量不斷增大，特別是在開啟排氣閥連通閥門的瞬間，在排氣閥運行2 s之內，排氣量迅速上升至最大值，然后逐漸降低.假設此時間段內最大排氣量為檢測壓力的排氣量，將此類點挑出后作圖.(見圖4).

圖3 隴海路與勤勞街北DN50 QB1型單口排氣閥排氣量檢測圖

圖4 隴海路與勤勞街北DN50 QB1型單口排氣閥最大排氣量圖

從圖4可見，隨著壓力增大排氣量逐漸上升，在壓力小于0.35 MPa時，具有良好的線性相關性，此后排氣量少有波動，其原因為排氣量已經達到此類排氣閥的排氣量限值.

2.2 穩(wěn)壓排氣閥水封排氣試驗

目前管網中運行的排氣閥種類全部為基于浮球原理的排氣閥，因此在排氣的運行過程中，必然存在以下兩類特殊情況［3］:

1)在排氣閥中充滿自來水，當浮球重力大于水體對浮球的浮力時，排氣閥則無法起到水封作用，因此需要確定各種排氣閥的最小水封壓力.

2)在排氣閥中充滿氣體，當氣體對浮球向上壓力大于浮球自身重力時，排氣閥則無法排氣，因此需要確定各種排氣閥的最小排氣壓力，即空氣起球壓力.

這兩種情況下排氣閥的運行參數(shù)對管網運行具有重要意義，一方面確保排氣閥在管網運行中保持封閉，不會溢水;另一方面在管網中有氣體存在時可以及時排出，確保管網運行穩(wěn)定.在檢測過程中，模擬排氣閥管網運行狀態(tài)，分別使排氣閥先后充水充氣，然后逐漸降低壓力，直至排氣閥出現(xiàn)溢水或排氣現(xiàn)象為止，確定兩種臨界狀態(tài)下的壓力.

2.2.1 水封試驗

根據(jù)《給水管道復合高速進排氣閥》(CJ/T217－2005)對低壓水密封進行了相關規(guī)定，即低壓水密封為0.02 MPa，持壓1 min，應無可見性泄漏.

此次檢測過程中，氣壓罐上的壓力表最小讀數(shù)為0.02 MPa，所檢測的大部分排氣閥為非復合進排氣閥.部分排氣閥檢測結果見表1.

表1 排氣閥水封情況表

所檢排氣閥共36臺.如以0.02 MPa泄漏為標準衡量，不合格產品共占36.1%.由于大部分不是復合進排氣閥，根據(jù)管網實際壓力，以≤0.05 MPa為衡量標準，則占19.4%，所占比例仍較大.在管網實際運行過程中，管道壓力遠超于0.05 MPa，故排氣閥溢水問題不普遍.

2.2.2 排氣試驗

項目實施過程中，對排氣閥進行檢測時，根據(jù)檢測結果及排氣閥中浮球的種類，將目前管網中排氣閥分成三類［4］:

1)輕質浮球型

輕質浮球型為浮球的質量較輕，易被氣壓提起，空氣起球壓力小，阻礙排氣閥正常運行的排氣閥.主要包括:QB－1單口排氣閥、QB－2雙口排氣閥、P41X單口快速排氣閥和單向排氣閥這四種排氣閥.對排氣閥檢測最小排氣壓力見表2.

表2 輕質浮球型排氣閥穩(wěn)壓下排氣情況

從表2可見，此類排氣閥的空氣起球壓力較低，相比較管網實際運行壓力而言，此類排氣閥在管網正常運行過程中，如有氣體存在不會外排，對管網實際運行造成一定風險.如需提高空氣起球壓力，提高浮球質量和減小排氣口面積是有效辦法.

2)杠桿型

杠桿型是指內部通過杠桿原理調節(jié)排氣的排氣閥.鄭州市目前所安裝的杠桿式的排氣閥主要為DN25的FQ－2型自動排氣閥.對此類排氣閥檢測后，在0.50 MPa時此類排氣閥仍能進行排氣，但排氣速度緩慢，排氣量極小.由于排氣閥的浮球所受氣壓均勻，且浮球位于閥體一側，不易被氣流沖擊，在大壓差下仍能進行排氣，但排氣量較小.不適合應用于大型管網中，特別是新鋪設或事故搶修后的迅速排氣，僅可用于管網中的微量排氣.

3)復合型

復合型是指復合式高速進排氣閥.由于此類排氣閥的結構設計避免了大壓差情況下輕質浮球型不排氣的情況，有些加入了杠桿型的排氣閥特點，形成較好的適應性.目前鄭州市管網使用的此類排氣閥包括:FGP4X(CARX)型單口復合式高速進排氣閥(山東、上海、鄭蝶)，F(xiàn)GP4X(CARX)型雙口復合式高速進排氣閥(上海).對此類排氣閥檢測結果見表3.

表3 復合型排氣閥穩(wěn)壓下排氣情況

從表3中可見，理論空氣起球壓力高于管網正常壓力，可以對管網微量排氣，又可以適應管網搶修或新鋪設的大量排氣.建議今后在排氣閥的采購和更換過程中，加大對此類排氣閥的使用.

2.3 常壓排氣閥進氣試驗

向管網中注氣是排氣的重要作用之一，可以加快事故發(fā)生時管網中水流的外排，管網出現(xiàn)水錘時調節(jié)管網壓力與平衡.檢測排氣閥的進氣量結果見圖5.

從圖5可見，不同種類排氣閥進氣量有明顯不同，進氣量最小的排氣閥為FQ－2型自動排氣閥，其次為QB－1單口排氣閥和QB－2型雙口排氣閥，復合型排氣閥和P41X型單口快速排氣閥的進氣量明顯好于前三種.原因是此種排氣閥閥內都有套筒裝置，氣體在進入排氣閥較為通暢，浮球不會阻礙氣流的進入.此外，單向排氣閥由于其上的密封蓋導致此類排氣閥完全起不到進氣的作用.

3 結語

通過對排氣閥的檢測和普查，對鄭州市供水管網中運行的排氣閥進行了7大類劃分，對比了7類排氣閥的結構，分析了排氣方式及工作原理.

通過瞬時加壓試驗，模擬排氣閥在管網通水時排氣狀態(tài)，對比了各種排氣閥的排氣性能，根據(jù)檢測回歸曲線斜率，各種排氣閥的排氣性能由小到大分別是:FQ－2型、QB－1型、復合型(鄭蝶)、復合型(山東)、P41X型.其中FQ－2型適用于小型管道的微量排氣，建議對于大型管道上的此類排氣閥進行更換.

在穩(wěn)壓水封試驗中，如以0.05 MPa為排氣閥水封最高壓力，輕質浮球型排氣閥溢水現(xiàn)象出現(xiàn)概率較高，但是由于管網運行壓力普遍較高，閥體溢水現(xiàn)象不普遍.

通過穩(wěn)壓排氣試驗模擬排氣閥在正常運行時閥體排氣狀態(tài)，確定輕質浮球型排氣閥不易排出氣體，而復合型和杠桿型排氣閥則有較好的排氣效果.

通過常壓進氣試驗模擬排氣閥在管網檢修時的進氣狀態(tài)，F(xiàn)Q－2型排氣閥和QB－1型排氣閥進氣量最小.

［1］JB/T8531－1997，閥門手動裝置技術條件［S］.

［2］JB/T8528－1997，普通型閥門電動裝置技術條件［S］.

［3］楊源泉.閥門設計手冊［M］.北京:機械工業(yè)出版社，1992.

［4］劉 洋.排氣閥在供水管網中的應用［J］.閥門，2012，5:26－29.