相信很多做水處理以及供水工程的客戶都遇到過下面這種情況：管道安裝完畢，調試時，明明沒有怎么加壓，卻發(fā)生了爆管。第一反應是“這管道質量有問題”。甲方因為尚未使用就出現問題，遷怒與乙方，而乙方認為產品質量不佳而遷怒與供貨商。殊不知，因為業(yè)內施工的不規(guī)范和不專業(yè)，廠家和銷售商背了很多“子虛烏有的鍋”。
在此向各位詳細并專業(yè)的解釋一下，常見的爆管原因背后，你所不知道或者忽略的原因：氣囊運動效應。

因管道排氣不暢而造成的氣囊運動及隨之而來的壓力振蕩效應，輕者占據管道通水斷面造成通水困難、增大水阻、增加電耗、加劇破壞作用；重者造成管道爆裂、供水中斷。因此，如果能正確認識氣囊在管道中的運動規(guī)律以及盡早預測其危害并合理采取措施，就可望使輸水管道和城市管網爆管率下降。

1 管道中氣體來源及存氣條件
　　管道中存有氣體的情況很多，如因突然停泵或快速關閥引起管道局部產生真空致使管道從注排氣閥吸氣，給水管網中支管水位閥自動開停，水泵葉輪中負壓區(qū)的氣體釋放(這一點不容忽視)等。吸入水泵的天然水體，其溶解空氣的最大體積含氣率約為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。
　　設計良好的管道系統(tǒng)所產生的氣體應隨水流經管道末端排出或通過管道的排氣裝置排出管道，從而避免管道事故的發(fā)生。就排氣而言，設計良好的管道主要體現在兩個方面：①管道排氣順暢、無存氣條件；②如果有存氣條件則裝有性能良好的排氣裝置。常見的存氣產生在管道中的凸起點、漸縮管、水平管段及較平坦的逆坡管段、減壓孔板前、不全開的閘門等處。

2 氣囊運動及其危害
　　在較長距離的輸、配水管道中，由于設計流速一般不大，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過程中呈現六種氣液兩相流狀態(tài)(見圖1)。

　　據氣液兩相流理論，管流分析可采用一維模型，其常用分析模型為均質流、分離流和漂移通量模型三種，其中均質流模型比較適用于段塞流、氣團流和泡沫流，是對管道含氣水錘分析的最主要流態(tài)。
　　供水管道充水排氣過程是相當復雜的，一般來說剛開始充水時管道流態(tài)多為層狀或波狀流，排氣較為容易；后期則多呈段塞流、氣團流狀態(tài)，普通排氣裝置就很難排氣了。管道中存在的氣囊的大小、數量則取決于管道的復雜程度、管徑大小、充水的速度和方法等。
　　大量的工程實踐表明，管道中存在的氣囊隨水流動時由于管坡、管壁粗糙度變化以及彎管、變徑各類管道配件而分散聚合，極易造成氣囊兩端壓差改變，這種微小壓差變化對于不可壓縮的水來說不會有什么影響，但對于空氣來說影響是極大的。如著名的美國水錘專家V. L. Streeter 在其所著《瞬變流》(Hydraulic Transients)一書中介紹了一個算例：一條由水池接出的直徑為1m、長度為61m的單一管道，水池水位為30m，距管道末端12m一段存有空氣，管首端閥門在0.95s內打開，該管段開始時絕對壓力為102kPa，在接近2.5s時壓力猛增至絕對壓力2331kPa，由此可見氣囊運動所引起管道壓力振蕩的嚴重程度。
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3 幾種常見排氣方式的優(yōu)、缺點
3.1 排氣豎井
　　在管道某一合適部位裝一豎直管道，其高度高于該點的最高水壓，此即為排氣豎井。其優(yōu)點是兼有注、排氣作用且注、排氣非常通暢，但一般建造成本高、維護管理困難，故工程上采用甚少。
3.2 手動排氣閥
　　在管道中連接一個短管，管上裝有手動閘閥，預計管道中有氣體時開啟，平時關閉。它的優(yōu)點是簡單、建造成本低，但它的作用非常有限，一般僅作為自動排氣閥失效時的補充裝置。給水管隨地形敷設，即使地形比較平坦，其管內存氣也呈多個氣囊形式存在，故手動排氣閥在排完一個氣囊關閉后，管道中仍可能存在大量氣體，因而一般較大管道不宜采用。
3.3 利用配水支管排氣
　　城市配水管網的配水干管常利用用戶支管作為輔助排氣手段(有的甚至作為主要手段)，這些支管能否起到排氣作用不僅取決于支管與主管的連接方式，還取決于用戶支管末端的水流控制方式，因而其排氣的可靠性是較難把握的。即使是從連接方式上使主管道氣體能夠流入支管，支管上的控制閥門如果突然啟閉，也極易造成如美國水錘專家V.L. Streeter所述的高壓力振蕩狀態(tài)，因此在用戶狀況不明的條件下利用支管排氣是不太可靠的。
3.4 利用自動排氣閥排氣
　　輸、配水管道利用自動排氣閥排氣是目前普遍使用的方法，也是最經濟合理的方法。目前設計和選用排氣閥存在的問題是：①平坦管道不設排氣閥；②所選排氣閥結構形式不合理。正確設計并選用排氣閥應該注意：①排氣閥的安裝位置及間距；②排氣閥的安裝方式；③排氣閥的合理口徑(即排氣閥的排氣口徑與主管道口徑之比)；④排氣閥的結構形式、性能、安全可靠性。
　　根據工程實踐經驗及有關資料，建議：①在一般情況下平坦管道應每隔0.5～1.0km(一般管道每隔1.0～1.2km)設一處排氣點；②陡坡管道必須在坡頂設排氣點；③如僅在坡頂一處安裝排氣閥，則應裝設帶有緩閉裝置的，如果不帶緩閉裝置的則應同時安裝兩臺(即在管頂處裝一小口徑排氣閥，側上45°處裝一大口徑排氣閥)；④排氣閥口徑為主管道直徑的1/8～1/5；⑤盡量選用性能可靠，在多段水柱、氣柱相間條件下能持續(xù)排氣且?guī)Ь忛]的排氣閥。需要強調的是，上述觀點僅適于一般管道參考，而對于特殊的如高揚程、特大管徑、大起伏管線等還應經過專門的非穩(wěn)定流計算后確定。如華北某大型輸水管道，DN1000，管長為7.5km，靜揚程為2.2MPa。經國內兩家權威的水錘分析機構計算后，全管道上16處裝有排氣閥(每處安裝大小兩臺，大的排氣閥口徑為200mm，小的為80mm)，運行結果表明該設計合理、具有足夠的安全可靠性。

4 結語
　　研究有壓管道內氣體運動規(guī)律及氣爆型水錘防護技術對保證大型供水管道的安全運行意義重大，然而氣體在管道中的運動、滯留、積聚乃至排氣過程的機理和準確的計算方法還有待進行深入研究。
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