圖1各種氣液兩相流狀態(tài)

　　輸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雜程度、管徑大小、充水的速度和方法、排氣措施等。
大量的工程實踐表明，管道中存氣囊隨水流動時，對長距離輸水管線帶來了很大危害，主要有以下兩個方面： 1>排氣不暢造成輸水管通水困難，水阻增大,流量達不到設計值。坡度不是很大的輸水管在初次通水或檢修后再次通水,管道中水氣相間是必然的,如果排氣不暢，就造成了嚴重“氣堵”,氣排不出，水流不暢，充水極其困難，尤其是重力流，坡度較小,管徑較大時,更為嚴重。管道內(nèi)有氣囊存在，氣阻增大，嚴重時形成“氣堵”，過水斷面減小，流量達不到設計值。2>排氣不暢造成通水及運行期間爆管,供水系統(tǒng)無法正常運行。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，管道內(nèi)流速的變化，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，它能引起水流速度的變化和管道中壓力的急劇升降，造成水錘引發(fā)爆管。
4．排氣閥的類型
　　排氣閥是輸水管道上的特殊產(chǎn)品,其性能差極大。目前國內(nèi)常見的排氣閥按結構形式可分為2類，浮球式排氣閥（包括組合式、復合式、動力復合式）和氣缸式排氣閥。
4．1浮球式排氣閥
　　浮球式排氣閥在其閥體內(nèi)護筒上有一浮球，在閥體內(nèi)無水時，浮球落入護筒，排氣口打開排氣，有水時，浮球浮起堵住排氣口，封住水流。該類型的排氣閥結構簡單，但有以下技術缺陷：
　　 1>水氣相間時大排氣口僅能排出第一段氣體,不能連續(xù)排氣。輸水管道坡度不大時，管道中大多是一段水一段氣的段塞流狀態(tài)，浮球式排氣閥的浮力僅幾公斤重，而排完第一段氣體，水就把浮球托起，第二段氣體即有壓力,假定壓力為0.2PMa，氣體對浮球的托力等于排氣口面積乘管道內(nèi)壓力,計算可得DN100排氣閥托球力約150kg，DN300排氣閥托球力約1400kg，故大排氣口不可能再自動開啟排氣，在段塞流狀態(tài)中失去排氣功能。
　　 2>小排氣口徑一般為3～5mm，僅能微量排氣如果大排氣口性能不好,僅靠微孔排氣，對于大管徑輸水管是極危險的。
　　 3>運行時長期不動作,浮球易因貼粘而失效。
4．2氣缸式排氣閥
　　 氣缸式排氣閥（圖2）是利用浮筒杠桿等控制氣缸內(nèi)氣動膜片動作，從而使閥體上大、小排氣口啟閉，是全壓高速排氣閥，該閥在任何壓力和水流狀態(tài)下，只要管路中的氣體進入排氣閥，排氣閥就開啟大、小排氣口排氣。當水進入排氣閥內(nèi)，大、小排氣口即關閉,不漏水。或者說該閥能做到見氣即高速排出，見水即關閉，可連續(xù)多次的大量排氣。
　　 這類排氣閥結構上的主要特點是：大、小排氣口或僅大排氣口的有效排氣口徑不小于排氣閥公稱直徑的70%～80%，排氣口徑大，排氣速度快，且在任何情況下均可高速排氣。一般設計者在選擇排氣閥時是以排氣閥的公稱直徑計算排氣量的。氣缸式排氣閥則完全能滿足設計要求,真正起到防止管道出現(xiàn)水錘和爆管的作用。

圖2 氣缸式排氣閥

5．排氣閥的選擇及安裝
　　本工程輸水管線有壓力流、有重力流、有坡度大的、有坡度小的，管道內(nèi)氣體的運行狀態(tài)比較復雜，應當選用一種排氣閥在任何狀態(tài)都能有效地排出管道內(nèi)的氣體。經(jīng)比較選用了氣缸式排氣閥。
　　 凈化站建在一山頭上，從江邊取水泵房到凈化站，管道長800m，壓力流，坡度大，在中間隆起點處安裝了排氣閥，為了能夠均勻分配進各處理構筑物的水量，在進凈化站前安裝了超聲波時差式流量計，如果管道中有大量氣囊,容易造成流量計測量超差或無法測量，所以在超聲波時差式流量計前大于10倍管徑處安裝了排氣閥，確保計量準確無誤。從凈化站到二次加壓泵房，管道長1600m，重力流，下山段坡度大，其它管道坡度較平坦，下山管道內(nèi)的氣體能夠直接排入山上的清水池，山下坡度平坦的管道共在三處安裝了排氣閥，為了保護二次加壓泵房內(nèi)的水泵，在進二次加壓泵房處的管道上安裝了排氣閥。從二次加壓泵房到生產(chǎn)區(qū)，管道長600m，壓力流，坡度較平坦，在中間隆起點處安裝了排氣閥。輸水管線上共在6處安裝了排氣閥，能夠有效地排出管道內(nèi)的氣體，確保了輸水管線不會管道內(nèi)有氣體而出現(xiàn)問題。
6．結語
　　由于輸水管道排氣順暢與否是其保證安全運行的最重要指標，工程實踐證明，不裝或者所裝排氣閥性能不符合要求，都可能造成爆管,停水停產(chǎn)，造成一定程度的經(jīng)濟損失。因此使用排氣性能良好的排氣閥并合理安裝是管路安全運行的關鍵。
　　 排氣閥要有良好的性能，尤其是當管道內(nèi)氣體呈段塞流、氣團流時，不僅能快速地排出第一個氣囊，而且能夠持續(xù)排出任何一個氣囊。即在一定壓力條件下，排氣閥必須做到閥體內(nèi)充滿空氣就開啟大小排氣口排氣，水進入閥體，閥門就關閉而不排水。滿足上述要求的排氣閥，其大排氣口直徑不得小于公稱直徑的70%～80%，小排氣口直徑不限。投標廠商必須出示排氣閥通過自行或檢測機構檢驗合格的合格證。
　　排氣閥口徑一般為主管道直徑的1/8～1/5。如果選用不帶緩閉的排氣閥時，最好在一處安裝一大一小兩個排氣閥。如果選用帶有緩閉的排氣閥，僅在管頂處安裝一個即可。如果管道平坦，坡度≤D/1000時,應每隔0.5～1.0km安裝一個排氣閥。如果坡度≤D/100時,應每隔1.0～1.5km安裝一個排氣閥。坡度再大時,可考慮每隔1.5～3.0km安裝一個排氣閥。坡度≥D/10時,可考慮僅在高點處安裝排氣閥(D為管道直徑)。多起伏的管路,應在各高點處安裝排氣閥。按有關的規(guī)范和技術要求，科學地選擇排氣閥，對所選購的排氣閥進行性能測定試驗，以鑒定排氣閥的性能，合格后方可選用。