摘要:通過(guò)工程實(shí)踐，分析給水管網(wǎng)中含氣的多種原因，提出系統(tǒng)在含氣運(yùn)行中可能
　　存在的危害，并建議性給出相應(yīng)的解決方法。
　　關(guān)鍵詞:冷熱水管網(wǎng),混流,分離,聚集
　　
　　建筑給水系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，有時(shí)會(huì)聽(tīng)到管網(wǎng)中有“咔、咔”的響聲，打開(kāi)龍頭后有時(shí)會(huì)出現(xiàn)水帶著氣一起噴出的現(xiàn)象，甚至曾發(fā)生過(guò)個(gè)別人被熱水輕微燙傷之類(lèi)的小事故。管網(wǎng)中的氣體到底是如何產(chǎn)生的?而且時(shí)有時(shí)無(wú)，這個(gè)問(wèn)題該如何解決?有什么辦法來(lái)消除這種現(xiàn)象？本人根據(jù)多年的工程實(shí)踐，就以上問(wèn)題進(jìn)行粗淺分析和探討。
　　一、在給水系統(tǒng)中氣與水的關(guān)系
　　氣與水的關(guān)系很密切，雖然造成系統(tǒng)中含氣的原因有很多種，但氣體在管道中只有兩種狀態(tài)，即氣體溶解于水中和氣體未溶解于水中。
　　1、氣體溶解于水
　　在特定的溫度和壓力下，一定體積水中自身溶解有固定量的氣體，這個(gè)固定量也就是氣體在水中的溶解飽和值。在0．1MPa的壓力下，不同溫度點(diǎn)的每1000毫升水中溶解的氣體量見(jiàn)表1。
　　
　　                                        表1每1000毫升水中氣體的毫升數(shù)
　　                     　　
　　2、氣體未溶解于水中
　　氣體未溶解于水中主要有三種情況：夾氣混流、升溫分離、降壓分離。
　　2．1夾氣混流
　　在一定的壓力和溫度下，水中溶解的氣體也是一定的。多余的氣體將會(huì)夾雜在水中一起流動(dòng)，形成“夾氣混流”。例如，在市政給水中，即使不考慮壓降問(wèn)題，由于管網(wǎng)運(yùn)行情況復(fù)雜多變，往往夾雜著氣體，隨水進(jìn)入?yún)^(qū)域管網(wǎng)或用戶，并向壓力低的方向聚集。
　　2．2升溫分離
　　當(dāng)壓力不變溫度升高時(shí)，水中溶解的氣體量就會(huì)減小，部分溶解的氣體將會(huì)隨著溫度的升高而被析出，即“升溫分離”，形成夾氣混流。例如，在換熱器、加熱器和混合器等加熱設(shè)備內(nèi)部，當(dāng)水溫升高時(shí)，低溫水中溶解的氣體會(huì)在加熱界面附近產(chǎn)生升溫分離(如圖1所示)，并伴隨水的流動(dòng)向高處或出口處移動(dòng)，進(jìn)入管網(wǎng)。
　　2．3降壓分離
　　當(dāng)溫度不變壓力降低時(shí)，部分氣體也會(huì)與水分離，即“降壓分離”，形成夾氣混流。
　　例1：在冷、熱水管網(wǎng)中，當(dāng)采用下行上給供水方式時(shí)，隨著水的流動(dòng)，壓力會(huì)逐漸降低，產(chǎn)生降壓分離；當(dāng)采用上行下給供水方式時(shí)，在上行段壓力會(huì)逐漸降低，也會(huì)產(chǎn)生降壓分離。
　　例2：在管道連接一些設(shè)備時(shí)，如水泵的進(jìn)出口部，選擇異徑接頭不對(duì)時(shí)會(huì)產(chǎn)生渦流現(xiàn)象，在渦流區(qū)域中壓力會(huì)降低產(chǎn)生降壓分離。
　　例3：在管網(wǎng)中，管內(nèi)壁結(jié)垢、生銹、變形以及控制閥門(mén)等原因，使局部管道截面減小，當(dāng)水流通過(guò)該管段時(shí)，管內(nèi)會(huì)產(chǎn)生流速增加和靜壓減小的現(xiàn)象，導(dǎo)致降壓分離(圖2)。
　　例4：管道截面變化較大時(shí)，可能會(huì)造成管道內(nèi)靜壓為負(fù)的情況，若此處管壁有細(xì)小漏點(diǎn)(圖3)，會(huì)將外部空氣吸人管內(nèi)，類(lèi)似水射器現(xiàn)象，這種夾氣混流，可稱(chēng)為“吸氣混流”。
　　例5：當(dāng)水泵的吸人端動(dòng)壓為負(fù)時(shí)，如該管段存在漏點(diǎn)，會(huì)產(chǎn)生吸氣混流現(xiàn)象。
　　例6：當(dāng)管網(wǎng)出現(xiàn)間歇式供水時(shí)，如在虹吸管段存在漏點(diǎn)，也會(huì)產(chǎn)生吸氣混流現(xiàn)象。
　　二、在管網(wǎng)中氣體聚集的位置和可能產(chǎn)生的危害，一般包括三種聚集現(xiàn)象。
　　1、擁堵聚集
　　在管網(wǎng)的最高點(diǎn)或局部高點(diǎn)，由于水壓和流速相對(duì)較低，大小氣泡聚集在一起，形成“擁堵聚集”，見(jiàn)圖4、5、6。在管網(wǎng)中初始會(huì)存在如圖4情況，到一定程度，會(huì)產(chǎn)生如圖5的嚴(yán)重?cái)嗔鳜F(xiàn)象。
　　2、窩氣聚集
　　在管路中的一些標(biāo)高變化段，氣體也較容易聚集，即“窩氣聚集”。如上彎跨越障礙物后再下彎或下彎避過(guò)障礙物后再上彎。前一種情況中的結(jié)果類(lèi)似圖4、5；在后一種情況中，當(dāng)管道坡度方向錯(cuò)誤時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生氣體聚集，阻礙水流。
　　3、渦空聚集
　　在水泵的葉輪和調(diào)節(jié)閥門(mén)等處，氣體通過(guò)爆聚，從微泡聚合成較大的氣泡，伴水流動(dòng)，即“渦空聚集”。
　　三、三種聚集在冷熱水系統(tǒng)中可能產(chǎn)生的危害
　　1、在冷水系統(tǒng)中，采用上行下給供水方式的最高點(diǎn)或采用下行上給供水方式的局部高點(diǎn)未設(shè)自動(dòng)排氣閥，隨著系統(tǒng)運(yùn)行擁堵聚集現(xiàn)象將會(huì)產(chǎn)生。窩氣聚集和擁堵聚集初期，氣體以氣泡形式伴水流動(dòng)，在用水器具處破裂，使出水產(chǎn)生突變，氣和水一起流出。如圖5所示，當(dāng)產(chǎn)生斷流時(shí)，會(huì)出現(xiàn)用水器具打開(kāi)時(shí)只出氣不出水的現(xiàn)象，并伴有響聲和震動(dòng)。
　　2、在閉式熱水系統(tǒng)中，如循環(huán)加熱時(shí)段的生活熱水系統(tǒng)或采暖熱水系統(tǒng)，擁堵聚集和窩氣聚集都可能會(huì)影響水的流量，造成該管段不能正常循環(huán)，使管段內(nèi)的水溫逐漸降低。
　　3、在開(kāi)式熱水系統(tǒng)中，會(huì)產(chǎn)生與冷水系統(tǒng)相同的現(xiàn)象，此時(shí)的危害較嚴(yán)重。因?yàn)槔錈崴�的混合時(shí)間短，夾雜氣泡的熱水段在破裂的瞬間不能與冷水進(jìn)行混合，導(dǎo)致用水器具出水冷熱不均。如果熱水中存在氣泡帶，盡管時(shí)間短暫，但仍有可能出現(xiàn)燙人的感覺(jué)。
　　4、形成渦空聚集后，在水泵葉輪處產(chǎn)生氣蝕，在熱水系統(tǒng)由于水溫較高，氣蝕現(xiàn)象的產(chǎn)生會(huì)更加容易，當(dāng)氣蝕超過(guò)水泵的允許值后，就會(huì)損傷水泵的葉輪及腔壁，最終導(dǎo)致葉輪變形和泵體漏水。
　　                     
　　
　　　　
　　四、減少氣體聚集危害的措施
　　1、冷水系統(tǒng)主要包括：夾氣混流、吸氣混流、降壓分離和三種聚集。
　　1．1首先要解決的是來(lái)源水中已存在的夾氣混流。由生活儲(chǔ)水池、水箱通過(guò)加壓或重力自流的方式供水，可避免這一現(xiàn)象。因?yàn)椋�水池�?nèi)液面與大氣接通，水中夾雜的氣泡會(huì)脫離水體進(jìn)人大氣。
　　1．2吸氣混流和降壓分離的程度主要與管網(wǎng)和閥門(mén)的狀況有關(guān)。設(shè)計(jì)采用內(nèi)壁光滑、不易結(jié)垢生銹的管材和閥門(mén)，會(huì)減少這兩種現(xiàn)象發(fā)生。
　　1．3要避免出現(xiàn)三種聚集。其中主要是擁堵聚集，在下行上給的供水方式中，當(dāng)上部用戶長(zhǎng)期不用水時(shí)，擁堵聚集現(xiàn)象就會(huì)產(chǎn)生；在上行下給的供水方式中，在干管坡度安裝錯(cuò)誤或水箱放空等情況下，擁堵聚集現(xiàn)象會(huì)經(jīng)常發(fā)生。有效地解決方法是按正確坡度安裝管道；在管網(wǎng)的高點(diǎn)或局部高點(diǎn)要設(shè)自動(dòng)排氣閥；水箱放空前先關(guān)閉出水閥門(mén)。正常情況下，管網(wǎng)中的壓力和流量能達(dá)到使用要求時(shí)，一般都可避免出現(xiàn)窩氣聚集。水泵采用自灌式吸水并保證不出現(xiàn)負(fù)壓時(shí)，可避免出現(xiàn)渦空聚集的問(wèn)題。
　　2、熱水系統(tǒng)
　　在熱水加熱及輸送過(guò)程中，不論是開(kāi)式還是閉式系統(tǒng)都可能會(huì)出現(xiàn)：升溫分離、降壓分離、吸氣混流和三種聚集。
　　2．1首先要解決的是升溫分離。從圖1中不難看出，在lbar的壓力下，當(dāng)水溫從10℃升到60℃，水中氣體的溶解度會(huì)減少50％以上。根據(jù)圖2可以看出，在加熱設(shè)備中會(huì)產(chǎn)生大小不等的氣泡。對(duì)此，應(yīng)在熱水出水總管的適當(dāng)部位設(shè)置微泡排氣閥，排出這些產(chǎn)生的氣體。
　　2．2對(duì)于降壓分離和吸氣混流的處理辦法與冷水相同。但要注意的是，在一些供水區(qū)域中，由于管道和管網(wǎng)的原因，設(shè)計(jì)為使系統(tǒng)在較短的時(shí)間內(nèi)都能夠得到循環(huán)，往往將循環(huán)水泵的流量和揚(yáng)程選得偏大，使閉路循環(huán)中水的流速較高，從而導(dǎo)致降壓分離和吸氣混流的現(xiàn)象更加明顯，大量微小氣泡夾雜在閉式系統(tǒng)中，不能有效地從自動(dòng)排氣閥排出。因此，適當(dāng)降低熱水管網(wǎng)的循環(huán)流速和在容易聚氣段增設(shè)微泡排氣閥會(huì)起到較好作用。
　　2．3在三種聚集中首先要解決的也是擁堵聚集，如圖4、5、6中所示，設(shè)置自動(dòng)排氣閥是每個(gè)設(shè)計(jì)人員都知道的。但是，氣體一定會(huì)在排氣閥處排出嗎?答案是不一定的，因?yàn)闊崴�系統(tǒng)既有開(kāi)式系統(tǒng)又有閉式系統(tǒng)，開(kāi)式運(yùn)行時(shí)，由于流速較高，氣體被夾帶在水中，在排氣閥處難于聚集，從而使排氣閥難以動(dòng)作。閉式運(yùn)行時(shí)，當(dāng)管內(nèi)流速較低時(shí)，窩氣聚集就會(huì)產(chǎn)生，影響某段管道的循環(huán)。因此，在設(shè)計(jì)和施工中應(yīng)盡量避免出現(xiàn)上彎和下彎的管段，難以避免時(shí)，宜在抬頭管段加設(shè)排氣閥，在距離循環(huán)水泵進(jìn)水端的一段距離加設(shè)微泡排氣閥，可減少進(jìn)水泵中的氣體，減低了渦空聚集發(fā)生的可能性。應(yīng)當(dāng)注意，選用管徑時(shí)應(yīng)將管內(nèi)流速控制在微泡排氣閥的允許范圍內(nèi)。
　　3、采暖系統(tǒng)
　　供回水溫度較高，且有些系統(tǒng)采用間歇運(yùn)行方式，所以針對(duì)采暖熱水系統(tǒng)的水流較快和溫差、壓力變化大的特點(diǎn)，不但要在熱水出水總管的適當(dāng)部位設(shè)置微泡排氣閥，排出新產(chǎn)生的氣泡，而且還要在系統(tǒng)的最高處裝設(shè)自動(dòng)排氣閥，并保證管道坡向、坡度正確。
　　4、附屬管件
　　4．1要避免渦流現(xiàn)象的發(fā)生，對(duì)管件的選擇及連接方式也是十分重要的。在連接大小口徑管道時(shí)，特別要防止直接將大管采用盲頭式連接小管。要盡量用標(biāo)準(zhǔn)異徑接頭。在管道與水泵等設(shè)備的連接處變徑時(shí)，要注意異徑接頭的選擇，當(dāng)從上部成直角接設(shè)備時(shí)，要選底平偏心異徑接頭，相反是要選頂平偏心異徑接頭。
　　4．2在冷熱水立管的上部某些支管的水表前，可考慮裝設(shè)微泡排氣閥，以減少氣泡對(duì)水表的影響。
　　五、總結(jié)
　　通過(guò)分析可以看出，在正常的冷熱水供水系統(tǒng)中，自身溶氣和夾氣混流是水中含氣的根源，其中自身溶氣不可避免，夾氣混流可通過(guò)技術(shù)措施得到控制。吸氣混流和降壓分離雖廣泛存在，但產(chǎn)生的空氣量是有限的。升溫分離是熱水系統(tǒng)中含氣的根源。擁堵聚集的出現(xiàn)及其嚴(yán)重程度對(duì)系統(tǒng)的影響最大，既要在設(shè)計(jì)施工中加以注意，也要在使用中做好定期檢查。窩氣聚集和渦空聚集在冷水系統(tǒng)中基本不會(huì)發(fā)生，但在熱水系統(tǒng)中就會(huì)產(chǎn)生一系列問(wèn)題，尤其是窩氣聚集，由于位置隱蔽、難以檢查等原因，會(huì)對(duì)竣工后查找、維修等方面帶來(lái)困難。所以，在設(shè)計(jì)和施工中，應(yīng)避免吸氣混流、降壓分離、窩氣聚集和渦空聚集，處理好夾氣混流、升溫分離的問(wèn)題。在使用中，要明確可能出現(xiàn)擁堵聚集的部位，做到定期檢查處理。
　　
　　
　　•參考文獻(xiàn)
　　《給水排水設(shè)計(jì)手冊(cè)》