摘要:通過工程實踐，分析給水管網中含氣的多種原因，提出系統在含氣運行中可能
　　存在的危害，并建議性給出相應的解決方法。
　　關鍵詞:冷熱水管網,混流,分離,聚集
　　
　　建筑給水系統運行時，有時會聽到管網中有“咔、咔”的響聲，打開龍頭后有時會出現水帶著氣一起噴出的現象，甚至曾發生過個別人被熱水輕微燙傷之類的小事故。管網中的氣體到底是如何產生的?而且時有時無，這個問題該如何解決?有什么辦法來消除這種現象？本人根據多年的工程實踐，就以上問題進行粗淺分析和探討。
　　一、在給水系統中氣與水的關系
　　氣與水的關系很密切，雖然造成系統中含氣的原因有很多種，但氣體在管道中只有兩種狀態，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，不同溫度點的每1000毫升水中溶解的氣體量見表1。
　　
　　                                        表1每1000毫升水中氣體的毫升數
　　                     　　
　　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。多余的氣體將會夾雜在水中一起流動，形成“夾氣混流”。例如，在市政給水中，即使不考慮壓降問題，由于管網運行情況復雜多變，往往夾雜著氣體，隨水進入區域管網或用戶，并向壓力低的方向聚集。
　　2．2升溫分離
　　當壓力不變溫度升高時，水中溶解的氣體量就會減小，部分溶解的氣體將會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備內部，當水溫升高時，低溫水中溶解的氣體會在加熱界面附近產生升溫分離(如圖1所示)，并伴隨水的流動向高處或出口處移動，進入管網。
　　2．3降壓分離
　　當溫度不變壓力降低時，部分氣體也會與水分離，即“降壓分離”，形成夾氣混流。
　　例1：在冷、熱水管網中，當采用下行上給供水方式時，隨著水的流動，壓力會逐漸降低，產生降壓分離；當采用上行下給供水方式時，在上行段壓力會逐漸降低，也會產生降壓分離。
　　例2：在管道連接一些設備時，如水泵的進出口部，選擇異徑接頭不對時會產生渦流現象，在渦流區域中壓力會降低產生降壓分離。
　　例3：在管網中，管內壁結垢、生銹、變形以及控制閥門等原因，使局部管道截面減小，當水流通過該管段時，管內會產生流速增加和靜壓減小的現象，導致降壓分離(圖2)。
　　例4：管道截面變化較大時，可能會造成管道內靜壓為負的情況，若此處管壁有細小漏點(圖3)，會將外部空氣吸人管內，類似水射器現象，這種夾氣混流，可稱為“吸氣混流”。
　　例5：當水泵的吸人端動壓為負時，如該管段存在漏點，會產生吸氣混流現象。
　　例6：當管網出現間歇式供水時，如在虹吸管段存在漏點，也會產生吸氣混流現象。
　　二、在管網中氣體聚集的位置和可能產生的危害，一般包括三種聚集現象。
　　1、擁堵聚集
　　在管網的最高點或局部高點，由于水壓和流速相對較低，大小氣泡聚集在一起，形成“擁堵聚集”，見圖4、5、6。在管網中初始會存在如圖4情況，到一定程度，會產生如圖5的嚴重斷流現象。
　　2、窩氣聚集
　　在管路中的一些標高變化段，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障礙物后再上彎。前一種情況中的結果類似圖4、5；在后一種情況中，當管道坡度方向錯誤時，就會產生氣體聚集，阻礙水流。
　　3、渦空聚集
　　在水泵的葉輪和調節閥門等處，氣體通過爆聚，從微泡聚合成較大的氣泡，伴水流動，即“渦空聚集”。
　　三、三種聚集在冷熱水系統中可能產生的危害
　　1、在冷水系統中，采用上行下給供水方式的最高點或采用下行上給供水方式的局部高點未設自動排氣閥，隨著系統運行擁堵聚集現象將會產生。窩氣聚集和擁堵聚集初期，氣體以氣泡形式伴水流動，在用水器具處破裂，使出水產生突變，氣和水一起流出。如圖5所示，當產生斷流時，會出現用水器具打開時只出氣不出水的現象，并伴有響聲和震動。
　　2、在閉式熱水系統中，如循環加熱時段的生活熱水系統或采暖熱水系統，擁堵聚集和窩氣聚集都可能會影響水的流量，造成該管段不能正常循環，使管段內的水溫逐漸降低。
　　3、在開式熱水系統中，會產生與冷水系統相同的現象，此時的危害較嚴重。因為冷熱水的混合時間短，夾雜氣泡的熱水段在破裂的瞬間不能與冷水進行混合，導致用水器具出水冷熱不均。如果熱水中存在氣泡帶，盡管時間短暫，但仍有可能出現燙人的感覺。
　　4、形成渦空聚集后，在水泵葉輪處產生氣蝕，在熱水系統由于水溫較高，氣蝕現象的產生會更加容易，當氣蝕超過水泵的允許值后，就會損傷水泵的葉輪及腔壁，最終導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首先要解決的是來源水中已存在的夾氣混流。由生活儲水池、水箱通過加壓或重力自流的方式供水，可避免這一現象。因為，水池內液面與大氣接通，水中夾雜的氣泡會脫離水體進人大氣。
　　1．2吸氣混流和降壓分離的程度主要與管網和閥門的狀況有關。設計采用內壁光滑、不易結垢生銹的管材和閥門，會減少這兩種現象發生。
　　1．3要避免出現三種聚集。其中主要是擁堵聚集，在下行上給的供水方式中，當上部用戶長期不用水時，擁堵聚集現象就會產生；在上行下給的供水方式中，在干管坡度安裝錯誤或水箱放空等情況下，擁堵聚集現象會經常發生。有效地解決方法是按正確坡度安裝管道；在管網的高點或局部高點要設自動排氣閥；水箱放空前先關閉出水閥門。正常情況下，管網中的壓力和流量能達到使用要求時，一般都可避免出現窩氣聚集。水泵采用自灌式吸水并保證不出現負壓時，可避免出現渦空聚集的問題。
　　2、熱水系統
　　在熱水加熱及輸送過程中，不論是開式還是閉式系統都可能會出現：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，當水溫從10℃升到60℃，水中氣體的溶解度會減少50％以上。根據圖2可以看出，在加熱設備中會產生大小不等的氣泡。對此，應在熱水出水總管的適當部位設置微泡排氣閥，排出這些產生的氣體。
　　2．2對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，在一些供水區域中，由于管道和管網的原因，設計為使系統在較短的時間內都能夠得到循環，往往將循環水泵的流量和揚程選得偏大，使閉路循環中水的流速較高，從而導致降壓分離和吸氣混流的現象更加明顯，大量微小氣泡夾雜在閉式系統中，不能有效地從自動排氣閥排出。因此，適當降低熱水管網的循環流速和在容易聚氣段增設微泡排氣閥會起到較好作用。
　　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，設置自動排氣閥是每個設計人員都知道的。但是，氣體一定會在排氣閥處排出嗎?答案是不一定的，因為熱水系統既有開式系統又有閉式系統，開式運行時，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作。閉式運行時，當管內流速較低時，窩氣聚集就會產生，影響某段管道的循環。因此，在設計和施工中應盡量避免出現上彎和下彎的管段，難以避免時，宜在抬頭管段加設排氣閥，在距離循環水泵進水端的一段距離加設微泡排氣閥，可減少進水泵中的氣體，減低了渦空聚集發生的可能性。應當注意，選用管徑時應將管內流速控制在微泡排氣閥的允許范圍內。
　　3、采暖系統
　　供回水溫度較高，且有些系統采用間歇運行方式，所以針對采暖熱水系統的水流較快和溫差、壓力變化大的特點，不但要在熱水出水總管的適當部位設置微泡排氣閥，排出新產生的氣泡，而且還要在系統的最高處裝設自動排氣閥，并保證管道坡向、坡度正確。
　　4、附屬管件
　　4．1要避免渦流現象的發生，對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，特別要防止直接將大管采用盲頭式連接小管。要盡量用標準異徑接頭。在管道與水泵等設備的連接處變徑時，要注意異徑接頭的選擇，當從上部成直角接設備時，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，可考慮裝設微泡排氣閥，以減少氣泡對水表的影響。
　　五、總結
　　通過分析可以看出，在正常的冷熱水供水系統中，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，夾氣混流可通過技術措施得到控制。吸氣混流和降壓分離雖廣泛存在，但產生的空氣量是有限的。升溫分離是熱水系統中含氣的根源。擁堵聚集的出現及其嚴重程度對系統的影響最大，既要在設計施工中加以注意，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中基本不會發生，但在熱水系統中就會產生一系列問題，尤其是窩氣聚集，由于位置隱蔽、難以檢查等原因，會對竣工后查找、維修等方面帶來困難。所以，在設計和施工中，應避免吸氣混流、降壓分離、窩氣聚集和渦空聚集，處理好夾氣混流、升溫分離的問題。在使用中，要明確可能出現擁堵聚集的部位，做到定期檢查處理。
　　
　　
　　•參考文獻
　　《給水排水設計手冊》