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管道內(nèi)氣體的來源、運行特點及其危害管道中存有氣體的情況很多，氣體來源主要有兩個方面：1>管網(wǎng)起伏大，停泵或停水管道局部產(chǎn)生真空致使管道從排氣閥或高的用水點吸氣; 2>吸入水泵的天然水體，其溶解空氣的大體積含氣率約為2%(即水中含溶解性氣體約為20L/m3)，研究表明當(dāng)壓力降低到某一值時水中溶解性氣體會以微小氣泡的形式迅速析出，并隨水流運行而聚積成大氣泡或大氣囊。在較長距離的輸管道中，由于設(shè)計流速一般不大，管道中的氣體多以氣囊形式存在于管子上部。在多起伏的管道中，氣囊多存在于管道的凸起點;而在坡度小、較平坦管道中，氣體則以眾多相互獨立的大氣囊形式分散存在。根據(jù)美國著名水錘專家馬丁教授的研究理論，較平坦的供水管路在充水和運行過程中呈現(xiàn)六種氣液兩相流狀態(tài)。輸水管道充水排氣過程是相當(dāng)復(fù)雜的，一般來說剛開始充水時管道流態(tài)多為層狀流、波狀流、段塞流或環(huán)狀流，排氣較為容易;后期則多呈段塞流、氣團流或泡沫流狀態(tài)，普通排氣裝置就很難排氣了。管道中存在的氣囊的大小、數(shù)量則取決于管道的復(fù)雜程度、管徑大小、充水的速度和方法、排氣措施等。
障分析改造項目情況比較復(fù)雜，為做好施工圖設(shè)計我設(shè)計人員先后二次到現(xiàn)場進行踏勘，一是查看現(xiàn)場情況確定輸水管線的走向;二是聽取廠里動力處的同志匯報舊輸水管線在使用過程中出現(xiàn)的問題和對本次改造的意見，其中雙扣排氣閥有一點引起了我的高度重視，近幾年管道爆管現(xiàn)象頻繁發(fā)生，平均一個多月爆一次管，嚴(yán)重影響了正常的生產(chǎn)。我到的前一天就有一處管道爆管，全廠停水搶修，我要求到現(xiàn)場看了一下，管材為鑄鐵管，管徑為DN300，爆管現(xiàn)象為承口處裂縫長1m，發(fā)生在二次加壓泵房加壓泵由小泵運行換大泵時。動力處的同志說一周前還爆過一次管，上次爆管和這次情況相似，發(fā)生在全廠停車檢修完畢開泵送水時。輸水管線上的排氣閥，年久失修，沒有及時更換已失去排氣功能，通過對爆管時間和現(xiàn)象的分析，我認為是管道排氣不暢，管道內(nèi)有大量氣囊存在，引發(fā)啟泵水錘是爆管的主要原因。
二次加壓泵房的水泵沒有變頻設(shè)備，直接啟動開啟速度太快，在大泵換小泵或剛啟泵時，幾秒鐘內(nèi)水泵就能達到額定壓力和流量,管道內(nèi)的壓力和流速急劇增大，氣體受壓縮后，體積變小，內(nèi)壓升高，水泵口的壓力降低，流量增大，氣體的內(nèi)壓升到一定程度后反膨脹，動量和沖量交替轉(zhuǎn)換，復(fù)合式排氣閥管道中引起一系列急劇的壓力交替升降的水力沖擊現(xiàn)象，并以壓力波的形式在管道中傳遞，引起啟泵水錘，終導(dǎo)致爆管。水泵啟動時，管道內(nèi)的流速遠高于設(shè)計流速，產(chǎn)生啟泵水錘的壓力可高達2MPa左右，遠高于試驗壓力，這種連續(xù)波動的動壓破壞力是靜壓的數(shù)倍，舊管道使用年限較長，強度降低，極易發(fā)生爆管。為了避免啟泵水錘引發(fā)的爆管現(xiàn)象再次發(fā)生，本次設(shè)計管道的排氣問題至關(guān)重要。
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