农村供水管网中气体产生的原因及排除办法

柳继民

（洛南县城关水务中心站 陕西 洛南 726100）

1 概况

洛南县位于秦岭东段南麓，伊洛河上游，属典型的土石山区。城关镇是全县政治经济文化中心，全镇总土地面积148km2，辖51个社区（村），常住人口9.4万人。城区及周边20个社区、村的供水任务由县供水公司承担，其余31个村的安全饮水工程，由镇水务中心站负责技术指导，所在村组织实施。截至2013年底，全镇共修建农村供水工程24处，其中联村供水7处，单村供水17处，共计修建泵站6座，10m3～100m3混凝土调节池29座，敷设PE100级Φ160～Φ25输配水管道380.6km，安装供水栓8350套，解决了8350户，3.1万人的安全饮水问题。

2 农村供水工程管网气体产生的原因

建设的农村供水工程在初期运行过程中，大多数自流引水工程由于地形起伏变化极大，地质构造复杂，人口居住分散，且居住地距离水源地较远，输配水管道不时跨河、跨沟、翻山越岭，导致工程供水出现水量减小、时有时无甚至断水现象，严重影响工程正常发挥作用。经过多次详细排查，翻阅资料，请教专家，反复实验，分析探讨，最后发现管道内产生气体是导致管网供水不正常的主要原因之一。以石塬村供水工程为例，该供水工程属自流供水最具代表性的工程项目之一，涉及石塬村12个村民小组，410户，供水人口1580人。采用柴峪沟脑泉水作为供水水源，修建30m3调节池一座，敷设Φ90倒虹吸输水管道4.7km，配水管道15.7km。工程于2009年5月建成投入试运行，2011年8月正常通水。在试运行的过程中，主管道先后3次出现暴管，通水40天左右时发现来水量减少，60天左右时出现断流，经多次分析，出现问题的原因是由于管网内产生气体所致。随后就如何排除管网气体进行了多次探索，反复实验，最终采用在关键部位多处安装排气阀的办法解决了问题。

据长期观察分析，管道内气体产生的原因主要有：施工完毕通水前或因停水维修，管道内积存气体；溶解在水中释放出来的空气，在输水过程中，特别是水在通过管道的一些附件时，这些空气随着温度和压力的不同由水中不断地释放出来，聚集在管道的高点或闭气处，形成气囊；管道系统全部或某段突然停水，形成负压，通过排气阀进入空气；输水管道输水流量大于来水量时，管道进水口瞬间露出水面，进入空气；单个或多个大用户流量调节过快，使管道出现负压，从排气阀及管道不严处进气。

供水管道中产生的气体对供水工程造成巨大的危害。首先，当空管第一次充水过快，管内形成气囊，管道出水逐渐向管末延伸，延长了管道出水时间。如果管道内气囊聚集，可使管道局部阻力增大，过流断面减小，甚至隔断，增加了水头损失，管道出现水量减小，甚至不出水。其次是管道内的气体可引起管道振动、失稳、漏水甚至爆管。管道内有大量的气体存在时，管内的压力水流并非柱状，而呈浪涌，大量的气体被压缩，并被浪涌分割成较大的分散气囊，这些气囊因水流夹带而运动、聚集和分裂，引起水流速度的变化和管道中压力的急剧升降，造成管道局部振动、失稳，时间长了，可能导致管道接头松动，使管道漏水量增大，故障增多，维护管理量增加，使用寿命降低，甚至造成爆管的危险。同时，管道内的气体还可使水表计量发生偏差。当管道中存在气体时，气体流速比同样压力下水体流速快，加上计量位置的原因，将会使水表计量发生偏差，导致供用水量不平衡。

3 排除管道内气体的办法

当供水管道运行时，管道中的气体一般会聚集在管道的最高点或闭气的地方。供水管道最大的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内的存气。经过一年多时间的不断摸索、总结与实践，采取安装排气阀等措施，排除管道内的气体，效果良好。因此说，在管网中科学、合理地设计、安装和使用排气阀，是有效并随时排出管道内的气体，确保供水管道安全和正常使用的主要措施。

排气阀的安装使用要有一定的技巧，否则会事倍功半，甚至达不到预期效果。排气阀的安装使用应注意以下几点：

（1）正确选择排气阀的种类。根据实践经验，在局部最高点应选用复合式排气阀；长距离水平管段，长距离无折点下降管段宜选用复合式排气阀或微量排气阀；下降坡度变化大，上升坡度变化小的管段宜选用微量排气阀；需要真空保护时，宜选用高速排气吸气阀或复合式排气阀；长距离无折点上升管段宜选用高速排气吸气阀或复合式排气阀。

（2）合理确定排气阀的安装位置。选择排气阀合适的安装位置，是保证整个供水管道系统安全运行的基础，安装位置直接影响着排气效果和管道的运行状态。工程设计时，往往只局限于局部最高点设置排气阀，但在石塬供水工程实际中发现，排气阀的安装位置有多种，只有综合考虑整个管路的具体情况，因地制宜，才能使排气效果达到最佳。①在供水管道最上游调节池出口处的闸阀下游，可以安装一个通气管，末端敞口带弯头且高出调节池最高水位，此管当开关主管道闸阀时起排进气作用，管网正常运行时，此管中水位与调节池中水位相同。②在管道下降坡度变大处应安装排气阀。供水管道延着下降坡度敷设时，由于管道中气体受到水流推力及浮力的共同作用，气体易集聚在下游倾斜下降管段靠近隆起“水平”管段附近，应在水平段变为下降段和下降坡度突然变大处安装排气阀。③供水管道沿着上升坡度敷设时，坡度突然变小处（工程最高点）应安装复合式排气阀。④在无折点下降、上升管段和水平管段可每800m左右安装一个排气阀。⑤在管道水平段变为上升段或上升坡度突然变大处，应安装排气阀。⑥在支管道上适量安装排气阀。根据工程实践，支管道也应安装排气阀，支管道管径小，又临近用户供水栓，根据实际情况可以少安装。

（3）排气阀选择、安装和维护应掌握技巧。在管道中安装排气阀是排除管道内气体的最有效措施，在选择、安装和维护过程中应注意：所选排气阀应有较大的排气量，以实现管道空管充水时，在短时间内快速排气，恢复至正常供水能力，但充水速度≤排气速度；排气阀应启闭灵活，在管道内有负压产生时，能迅速开启，快速大量吸入外界空气，以保证管道不会因负压而产生损害，在较低的水压下能关闭，从而避免水的大量涌出；最好选择浮球为不锈钢、阀体上有防冲击保护件的排气阀，防止浮球过早损伤，造成漏水；排气阀口径与供水管道直径之比一般采用1∶8～1∶12。

排气阀安装应由熟练的技术人员操作，先将阀体上盖打开，检查、清理内部各零部件，确保动作灵活可靠，方可按规定垂直的安装于管道之上。排气阀下端应安装一个同口径的阀门，以备检修之用。排气阀应安装在通气的阀井内，以保护排气阀不被人为损坏、冬季防冻和远离杂物。排气阀的维护周期较长，应纳入日常巡查范围，定期进行校验，并保证周围排水、通气畅通，又远离杂物。

4 结论

农村供水工程，作为农村居民生活用水的公共服务项目，直接影响着广大农村居民的生活质量和地方经济的发展。通过石塬村供水工程实践证明，在供水管网中合理的安装自动排气装置，真正做到从源头上切断管道中气体的来源，既解决了供水管网气阻、爆管的问题，又解决了管网维修工作中一直面临着排气难，排气时间长，影响供水时间长的问题，真正实现了供水管网畅通无阻，保证了供水管网安全、高效、稳定运行。陕西水利