内气

供水管道内气体产生的原因分析及进排气阀的应用

摘要:本文对供水管道内气体的产生原因进行了分析，并对排气阀的原理进

行了介绍，从而说明了排气阀在管道工程中的重要性。

关键词：供水管道气体排气阀应用

随着我国城镇化、工业化的快速发展，城市及工业供水的需求量增大，

管道供水工程的建设也越来越多,供水安全日益引起人们的关注。在有压管道

中，由于某种原因（如阀门启闭，换向阀变换工位，水泵机组突然停车，管道中

有气室等），使水流速度发生突然变化，同时引起管道中水流压力急剧上升或下

降的现象，称为水击，或水锤。水锤引起的压强升高，可达管道正常工作压强的

几十倍至数百倍。另外，还会使管内出现负压。压强大幅波动，有很大的破坏性，

可导致管道系统强烈振动、噪声，造成阀门破坏、管件接头破裂、断开，甚至管

道炸裂等重大事故。在长距离输水管道上水锤的危害是极具破坏性的。

1、管道爆管原因分析

供水管道爆管的原因有很多，大致可分为水力因素和非水力因素，如管

道老化施工，意外挖断，地震、地层非均匀沉降、地面超重负荷、管道强度不

合格等，这些因素我们称之为非水力因素；管道内的压力波动、振荡等造成管道

压力冲击破坏，这种破坏我们称之为爆管的水力因素。造成爆管的水力因素以气、

水两相非稳定流运动升压为主。供水管网爆管事故也越来越多，大多数是由于给

水管网未解决排气问题，在管道上形成气囊，当快速开关阀门或水泵起停时，管

道会产生大的压力增值，气体可压缩特性，使应力集中到气囊产生高压形成水锤，

从而导致爆管。同时对给水管路的流量造成影响，即我们所说的气阻。

2、管内气体的来源

长期以来，人们对供配水管道是否含气、是否可能造成爆管问题认识不

足，就不能从根本上解决管网时常漏水的问题。因此我们有必要来研讨正常运行

中供水管网可能存气的原因以及管道升压和造成爆管的原理，以便得提高对含气

型断流水水锤的认识能力。正常运行管网中的气体产生主要有下面几种情况：

2.1水泵开启时，水泵高速运行压缩空管路中的空气，同时水泵的运转也

会带入大量空气。

2.2水泵停运时管路会产生负压，空气就会被吸人，

2.3在一般情况下，水中约含2VOL%的溶解空气，在输水过程中，这些

空气由于不断地释放出来，

2.4单个或多个大用户流量调节过快使管道出现负压，排气阀及管道不严

处注气；

2.5在水泵吸水管和叶轮内，因运行负压产生的气体释放。

3、供水管网气囊运动特点及危害分析

由于供水管网的管径沿主水流方向由大变小，管道存气的主要形式是段

塞流，即气体以不连续的多个独立气囊存在于管顶。其气囊长度和占过水断面面

积取决于气体的含量、管径大小及管道纵断面条件等等。理论研究和实践表明，

气囊沿管顶随水流运动，易在管道转弯、变径、阀门等处产生聚集，并产生压力

振荡。由于管网水流速度和方向具有很大的随机性，气囊运动引起的压力升高将

在很大的程度上取决于水流速度变化的剧烈程度。经有关实验证明，其压力升高

达2Mpa，足以破坏一般供水管道。此外值得注意的是，长期在管网中运动的气

囊，其体积的大小随所到之处的压力大小变化。这进一步加剧了含气水流的压力

波动，造成管道爆裂增多。管道含气危害由含气量的大小、管道构造以及运行操

作等等因素有关，其危害可分成显性和隐性两类，排气不畅可能产生如下问题：

爆管，造成严重事故；水阻大增；办水能力下降，管道压力不稳，接口松动，漏

水量增大；管道使用寿命降低，维护管理量增加等。

4、排气阀的原理

大量的理论研究和一些应用表明,有压供水管道含气较多时,极易发生对

管道危害最大的断流弥合水锤,长期使用会使管壁疲劳脆裂,寿命缩短,加大漏失

水量,甚至爆管.供水管道爆漏的最大病根就是管道排气问题,解决问题的最重要

途径就是排净管道存气,选用能够排净的排气阀。在管网中安装排气阀，在水泵

启动时可以将管网系统中的气体快速而有效的排出；在停泵时可以快速吸人空气

从而避免管道负压的产生；在工作状态下可以及时的将管路中的少量空气排出，

致使水中析出的微量空气不会大量集积形成气囊，从而有效的防止水锤产生。从

以上排气阀工作原理可以看出，在给水管网中安装排气阀，是从原理上解决爆管

失效事故的一种有效手段管路当中按规定安装进排气阀，避免管道当中存在气

室，产生直接或间接水锤，对输水管道安全至关重要。

5、排气阀的特点

5.1快速、大量排气。排气阀孔口采用全尺寸出口、进口具有最大排气、

吸气功效。当管道开始进水时，能快速的排出管道中的气体。

5.2微量排气：当管内注满水时，主浮球会上浮，将排气口封住，运行过

程中产生的少量气体，会通过装于排气阀边上的微量排气阀排出，以避免管内气

体的聚集。微量排气阀采用杆杠式结构，灵敏的动作快速的排出累积的少量气体

且能快速关闭排气口减少水损。

5.3快速吸气：当管内水流中断或产生负压时，主浮球会自动下落，打开

主排气口快速吸入气体，补充到管内，以保护管道不受损坏，达到破坏真空的目

的。

5.4主排气阀和微量排气阀均能自支排气自动密封，消除手动操作的安全

隐患。

5.5采用特殊浮球直径，不管气压多大、气流流速多快也不会吹堵

6、排气阀的布置

根据相关资料，结合相关工程运行、设计实例，在以下位置需要安装进、

排气阀

6.1局部最高点——最主要的安装点，由水力坡度确定，而不是由水平基准

线确定。

6.2如在停泵时有可能出现水柱分离式断流弥合水锤（水柱中断部位）

6.3下降坡度变大、变小点——安装一个微量排气阀；当需要真空保护时，

可安装一个复合式排气阀。

6.4长距离无折点上升管段——每400～800m安装一个高速排气、吸气阀。

6.5长距离无折点下降管段——每400～800m安装一个多功能复合式排气

阀。

6.6长距离水平管线——每400～800m安装一个多功能复合式排气阀。

6.7水泵：在出水管上尽可能靠近止回阀处安装微量排气阀。如果水泵入口

有吸水提升段，则要安装复合式排气阀。6.8大型阀门：大型水力控制阀最高点

或上游邻近点或减压阀下游，需安装微量排气阀。

7、结语

有压管道供水的动行维护和水锤防护是工程设计、水务公司最为关心和担忧

的问题，认清管道内气体的成因和排气原理，做好用好排气阀，减少事故，延长

管道使用寿命非常关键，实应广为提倡和宣传。