Supapă de eliberare a aerului pentru conducta de apă - Eliminați aerul

Aerul din conductele de alimentare cu apă: un pericol subestimat

Orice conductă de transport de apă va întâmpina în mod inevitabil probleme de „blocare a aerului” în timpul umplerii inițiale, a repornirii după întreținere sau a funcționării-pe termen lung. Operatorii întreabă adesea: „de ce există aer în liniile mele de apă?” La suprafață, o conductă este un sistem închis, așa că aerul pare să nu aibă cum să intre. Cu toate acestea, experiența practică în inginerie arată că aerul se amestecă în apă în mai multe moduri și, odată ce se acumulează în punctele înalte ale conductei, provoacă o serie de probleme.

 

De unde vine aerul? – Eliberarea gazelor dizolvate

➡️Pentru a înțelege „ce provoacă aerul în conductele de apă”, trebuie mai întâi să recunoaștem un fapt fizico-chimic de bază: apa de la robinet nu este complet lipsită de gaz. Sub presiunea atmosferică standard (101,3 kPa) și 20 de grade, fiecare litru de apă poate dizolva aproximativ 9-12 mg de oxigen și aproximativ 15-20 mg de azot, volumul total de gaz reprezentând aproximativ 2% din volumul de apă. Când apa este supusă unei-agitări cu viteză mare de către rotoarele pompei, stropitări la modificări ale diametrului conductei sau scăderi de presiune în punctele înalte locale, acest aer dizolvat „se degazează” din apă, formând bule minuscule. Aceste bule minuscule se unesc treptat și în cele din urmă formează pungi mari de aer în partea de sus a secțiunilor ascendente ale țevilor.

 

➡️În plus, următoarele operațiuni pot introduce cantități mari de aer:

• Umplerea conductelor noi sau reparate:Injectarea directă a apei fără aerisirea completă captează aerul original în interiorul sistemului.
• Scurgeri de aer la aspirarea pompei:Presiunea negativă pe partea de aspirație permite aspirarea aerului extern prin garniturile arborelui sau prin golurile din flanșă.
• Unde de presiune negative de la ciocanul de berbec:Când o supapă se închide rapid, unda de presiune negativă reflectată poate scădea presiunea locală sub presiunea vaporilor saturati a apei, determinând ca apa însăși să se vaporizeze și să elibereze bule (cavitație).

 

Daune cauzate de acumularea de aer: mult dincolo de „debitul redus”

➡️Mulți personal de întreținere observă doar scăderea debitului la ieșiri, dar pericolele aerului din conducte sunt mult mai extinse. Următoarele date provin din manualul AWWA M51 și din rapoartele de analiză a incidentelor de conducte multiple:

Tip de pericol	Manifestare și impact cantitativ
Blocare de aer	Atunci când aerul ocupă 20%–30% din secțiunea transversală-tevii, capacitatea de curgere poate scădea cu 40%–60%; cu un blocaj de aer complet, debitul din aval scade la zero.
Amplificare ciocan de apă	Elasticitatea aerului prins intensifică fluctuațiile de presiune. Măsurătorile pe teren arată că o presiune în starea staționară de 1,0 MPa poate atinge un vârf de 4–6 MPa în timpul unui ciocan de berbec, suficient pentru a provoca fisuri circumferențiale în conductele din fontă ductilă.
Contorizarea și consumul de energie al pompei	Fluxul de aer-apa în două-faze interferează cu debitmetrele electromagnetice, provocând erori de până la ±15%. În plus, pentru a depăși rezistența pungilor de aer, înălțimea pompei trebuie mărită cu 0,2–0,5 bari, crescând costurile cu energie electrică cu 5%–10%.
Coroziunea internă a conductei	Oxigenul și dioxidul de carbon sunt concentrate cel mai mult la interfața gaz-lichid, accelerând coroziunea prin pitting. Statisticile de la o instalație de apă de coastă arată că secțiunile de conducte cu probleme de lungă-„aer în linia de apă” au o durată de viață a perforației la coroziune cu 7-10 ani mai scurtă decât secțiunile normale.

 

Cum să eliminați eficient aerul? – Principiul de funcționare al supapelor de eliberare automată a aerului

✔️ Soluția la aceste probleme este instalarea unei „supape de eliberare a aerului pentru conducta de apă”. Deci, „cum să scoți aerul dintr-o conductă de apă” fără a acționa manual mai multe supape de mână? Supapele automate de eliberare a aerului (clasificate conform AWWA C512) utilizează un principiu mecanic fiabil, acționat cu flotor-, care nu necesită alimentare externă sau semnal de control.

 

Proces de lucru de bază:

• Faza de evacuare a aerului:Aerul din conductă intră în camera inferioară a corpului supapei, ocupând spațiu. Plutitorul, pierzând flotabilitatea din apă, coboară și, printr-un mecanism de legătură, deschide orificiul superior (de obicei, 1/16" până la 1/2" în diametru). Aerul este evacuat continuu până când cea mai mare parte a acestuia este expulzată.
• Faza de etanșare:Când apa urcă în corpul supapei, plutitorul este ridicat în sus prin flotabilitatea apei, închizând orificiul cu o etanșare elastică (material EPDM sau FKM) pentru a preveni scurgerea apei. Valoarea presiunii de etanșare este în general proiectată pentru 1,6 MPa până la 2,5 MPa.
• Protecție la vid:Dacă conducta este drenată sau ruptă, creând o presiune negativă (de exemplu, -0,03 MPa), plutitorul scade rapid din cauza propriei greutăți și aerul extern intră printr-un orificiu de admisie cu diametru mare (la supapele de aer combinate, acesta poate avea un diametru de 2"-6"), echilibrând presiunea diferențială și împiedicând prăbușirea țevii la presiunea atmosferică.

 

Parametri cheie de proiectare și standarde industriale:

• Coeficientul de curgere al orificiului (Cv):Calculat conform API RP 520. De exemplu, la o presiune diferențială de 0,35 bar, un orificiu de 1/4" are o capacitate de evacuare a aerului de aproximativ 0,2 m³/min (condiții standard).
• Presiune diferențială de deschidere/închidere:AWWA C512 necesită ca supapa să se deschidă normal la o presiune diferențială mai mare sau egală cu 0,07 bar și să se închidă fără scurgeri continue.COVALVĂtestele din fabrică folosesc o presiune diferențială de 0,35 bar menținută timp de 15 minute, fără scurgeri.
• Material plutitor:Pentru a preveni ruginirea și lipirea din cauza imersiei prelungite în apă, plutitorul trebuie să fie fabricat din oțel inoxidabil 316L sau polipropilenă de înaltă-densitate (densitate 0,92–0,95 g/cm³). Acesta din urmă este mai rezistent la coroziunea cloraminei în aplicațiile cu apă potabilă.
• Evaluarea presiunii corporale:Pe baza presiunii de proiectare a conductei, valorile nominale comune sunt PN10 (1,0 MPa), PN16 (1,6 MPa) și PN25 (2,5 MPa). Presiunea de testare a carcasei este de 1,5 ori mai mare decât valoarea nominală, iar presiunea de testare a etanșării este de 1,1 ori.

 

Trei tipuri principale și scenariile lor aplicabile

✔️ Conform AWWA C512 și standardului european EN 1074-4, supapele automate de aer sunt împărțite în trei tipuri:

Tip	Caracteristici funcționale	Locații tipice de instalare
Supapă de eliberare a aerului cu un singur orificiu	Evacuează automat cantități mici de aer acumulat în condiții de funcționare sub presiune. Orificiu mic (mai mic sau egal cu 1/2").	Puncte înalte de-a lungul conductelor, în amonte de filtre și supape de control.
Supapă de aer/vid	Aerisirea rapidă a unor volume mari de aer în timpul umplerii (orificiu mare de admisie/evacuare); admite volume mari de aer în timpul scurgerii pentru a preveni vidul. Nu este potrivit pentru eliberarea unor cantități mici de aer în condiții de funcționare sub presiune.	Debitul pompei, începutul conductelor de lungă{0}}distanță, punctele de schimbare a pantei.
Supapă de aer combinată	Integreaza ambele functii: un orificiu mare pentru admisia/evacuarea rapida a aerului, un orificiu mic pentru eliberarea continua a aerului sub presiune.	Cele mai critice puncte maxime; recomandat pentru toate conductele principale de alimentare cu apă cu DN mai mare sau egal cu 200 mm.

➡️Pentru majoritatea rețelelor municipale de bucle de alimentare cu apă, supapa combinată de aer este cea mai-opțiune rentabilă. Orificiul său mic este de obicei de 1/16"–1/8" în diametru; diametrul orificiului mare este calculat pe baza debitului de scurgere a conductei, în general 1/12 până la 1/10 din diametrul conductei principale.

 

Elemente esențiale de instalare și întreținere – Evitarea „instalat, dar ineficient”

Chiar și o „supapă de eliberare a aerului pentru linia de apă” calificată corespunzător poate deveni inutilă dacă este instalată incorect. Inginerii de teren ar trebui să respecte aceste reguli:

• Instalare strict verticală:Axa centrală a corpului supapei trebuie să fie perpendiculară pe planul orizontal. O înclinare care depășește 3 grade poate face ca plutitorul să se lipească, împiedicând închiderea orificiului și ducând la scurgerea apei.
• Furnizați o supapă de serviciu de izolare:Sub supapa de aer trebuie instalată o supapă cu bilă-cu orificiu complet sau o supapă cu gură, pentru a permite îndepărtarea și repararea supapei de aer fără a goli conducta principală. În plus, se recomandă o supapă de închidere anti-șoc dedicată pentru a proteja împotriva impactului direct cu apă-la viteză mare.
• Evitați zonele turbulente:Supapa de aer trebuie instalată în punctul de scoatere-superior al țevii, la o distanță de cel puțin 5 ori diametrul țevii (5D) față de coturile sau teurile din amonte sau aval pentru a preveni antrenarea mai multor gaze în vortex.
• Îngheț și protecție:În regiunile reci, supapa de aer și conducta sa de ridicare trebuie înfășurate cu bandă de caldura și izolație. Orificiul de ventilație trebuie prevăzut cu o plasă de protecție împotriva insectelor (plasă de oțel inoxidabil, 20–40 ochiuri) pentru a preveni intrarea insectelor sau a resturilor și înfundarea scaunului.
• Inspecție regulată:Ridicați manual flotorul sau verificați funcția de aerisire folosind un robinet de testare la fiecare 6 luni. Dacă supapa evacuează frecvent (de exemplu, la fiecare câteva minute), aceasta indică o intrare continuă mare de aer în conductă - verificați intrarea pompei sau în amonte pentru scurgeri de aer.

 

Studii de caz în industrie și suport pentru date

▶️Conform unui sondaj din 2009 realizat de Asociația Americană de Lucrări de Apă (AWWA) care acoperă 127 de utilități de apă, rata-ciocanului de apă-a provocat exploziile conductelor în secțiunile de conducte fără supape de aer automate a fost de 4,7 ori mai mare decât în ​​secțiunile complet echipate cu acestea. După selectarea și instalarea corectă a supapelor de aer combinate, plângerile privind debitul scăzut cauzate de blocurile de aer au scăzut cu 82%, iar consumul mediu anual de energie al stației de pompare a scăzut cu 7,3%.

▶️Un alt exemplu dintr-un proiect de-transportare a apei pe distanțe lungi în Europa (DN1200, 47 km lungime): 22 de supape combinate de aer COVALVE au fost instalate de-a lungul întregii linii. Timpul de umplere a fost redus de la aproximativ 36 de ore la 19 ore; nicio oprire a pompei din cauza blocării aerului nu a avut loc în doi ani de funcționare.

 

📝Concluzie

☑️Problema aerului din conductele de alimentare cu apă nu este o problemă minoră – are un impact direct asupra eficienței transmisiei, a duratei de viață a echipamentului și a siguranței operaționale. În timp ce operatorii continuă să se întrebe „de ce există aer în conductele mele de apă” și „ce cauzează aerul în conductele de apă”, soluția fundamentală a fost clară de mult timp: în funcție de diametrul conductei, presiunea nominală și locul de instalare, selectați supape automate de aer care respectă standardele AWWA C512 sau EN 1074-4 și instalați-le strict în conformitate cu specificațiile de inginerie corespunzătoare - pe verticală, cu întreținere corespunzătoare.

☑️A stăpâni „cum să scoți aer dintr-o linie de apă” înseamnă trecerea de la reparațiile de urgență reactive la prevenirea proactivă.

☑️Pentru orice conductă afectată de „linia de aer în apă”, instalarea unei supape de aer fiabile este adesea cea mai rentabilă investiție-.