加气冲洗在输水干管上的应用

摘要：与传统的冲洗方式相比，阐述了加气冲洗的优点，并以实际的管道为例，介绍了加气冲洗的主要的设备和具体的实施步骤。结果显示，加气冲洗时管内水体获得的能量和推动力更大，对大质量的杂质冲洗效果更显著，提高了冲洗效果，缩短了冲洗的周期和次数。

关键词： 输水管道 加气冲洗 气水比节水

Abstract:Compared with the traditional washing , expounds the advantages of gas-washing, taking the actual pipeline as an example, introduces the main equipment aerated flush and the concrete implementation steps. Results show that thegas-washing inside the pipe can be obtained during the flushing water energy and push more impurities, on large mass flushing effect is more significant, improve the washing effect, shorten the cycle and the number of washing.

Keywords: Delivery pipe; Gas-washing; Ratio of gas and water ;water saving

中图分类号： TV672 文献标识码： A

传统的冲洗方式中长距离、大口径的输水干管的冲洗，一般是采用净水厂提供的饮用水反复冲洗，待出水浊度合格后，再加药消毒后并网运行。为了达到冲洗所需要的流速和流量，净水厂必须保证足够的供水压力和水量，这就给净水厂的正常运行造成一定的困难和影响，只能在用水低峰时段进行，从而造成冲洗过程的不连续作业，往往会出现事倍功半的局面。同时，由于存在施工等种种原因，管内杂质较多，传统的冲洗方式需要多次反复冲洗（DN1000管道及其以上的管道一般冲洗次数在10~20次），才能达到要求，冲洗周期较长，耗费大量水资源、人力和物力，有的长距离管段还需要分段冲洗，进一步增加了工程的整个时间周期。

加气冲洗即在管道内有一定体积水的工况下，通过加气孔注入压缩空气加压到一定压力后，开启管道末端阀门，通过管内净水与压缩空气共同推动，同时伴随搅拌管道水体，带动管道内水体流动，从而把管道内杂质带出管道的冲洗方法。与传统的单水冲洗相比，加气冲洗时可以保证管道内有更高的压降和推动力，使开闸放水时更容易将杂质带走。

加气冲洗原理在原则上属于气液两相流。而对于气液两相流，由于两相介质的共存和相界面形态的多变，问题大为复杂。气液两相流体在水平管中流动时的流型可分为6种 [1]。在细泡状流型中，细泡大都位于管子上部；当气体流量增加时，小气泡合并为气塞形成气塞流型；分层流型发生于气液两相的流量较小时，此时气液两相分开流动，两相间有一平滑分解面；当气相流量较大时，两相分解面上出现流动波，形成波状分层流型；气相流量再增大，波状流中界面波峰增大到接触管顶而形成气弹状流型，但此时气弹偏向管子上部；当气相流量很高而液相流量较低时就会出现环状流型。由于气弹流、气塞流只存在于很小的区域，它们之间的差别并不明显，且流型分类过细对分析两相流动并无必要，所以较多的学者认为可以将气弹、气塞流合并为间歇流 [2]。

在间歇流包括弹状流和气塞流时。随着含水率的增加，泡状流中的小气泡积聚成大的气弹，其长度相当于数倍管径。在两个气弹之间，是充满小气泡的气弹，具有这种结构的流体流动时会产生很大的压差波动。气液两相流动有一定的周期性，但很不规则，压差波动曲线上有很大的峰值，在相邻峰值间存在着更小的波动，说明液体流动时存在着流动结构相差很大且间隔分布的流动介质，且随着气相折算流速的增加，压差峰值随之增加。通过向管道内空气加压，可以人为的增强这种作用，提高开闸瞬间时的加气冲洗的推动力，大幅改善冲洗效果。在管道承压能力及空压机允许的前提下，尽可能地加大封闭气体空间和密闭气体压强，以获得更大的内能冲洗管道[3]。

此工程为天津东部地区输水干管南北连接线，管道直径为DN1400，此段管道全长5km，主体管材为球墨铸铁管，局部难点为钢管。现已满足试压、冲水、消毒、并网通水工序条件。

1 设备和方法

1.1 主要设备

空压机 集气罐 压力表

1.2 具体过程

1.在管道起点和末端装设闸阀，利用空闲时间将管道串水至满管。

2.关闭起点闸阀，利用空压机向管道内充气，测量放水口流量，计算达到出水量 1923m3时间，到时关闭末端闸阀。

3.继续充气，升压至0.40MPa，控制气体占管道内体积的1/4,水的体积占管道内体积的3/4,即控制气水比为1:3[4]。

根据公式估算管道内水的体积：

气体所占体积1923m3，水所占体积5770m3。

4.待冲洗时，开启末端闸阀，加气冲洗过程开始，至起点压力与自然压力相同。

5.再开启起点闸，开始水冲，并适时测量出水浊度，翌日重复以上步骤，直至出水浊度满足要求为止。

6.消毒。

2、主要实验数据

表1 实验主要数据表

图 1单独水冲

图 2加气冲洗

从表1中可以看出第一天单纯的水冲洗2h， 出水160NTU浊度很高；第二天改用先加气冲洗10min，再水冲40min，取样出水浊度既下降到120NTU；第三天重复操作，冲洗效果很明显，出水浊度已经降到33NTU，剩余的浊度采用传统水冲洗即可。

假设在冲洗次数和时间完全相同的情况，采用传统的冲洗方法需要消耗水量为 ：7.693万m3，而加气冲洗消耗水量为 7.3084万m3，节水0.3846万m3，节水率5% 。而实际中，传统冲洗的次数往往要大于加气冲洗的次数。据测算,在管道比较干净,冲水长度小于2km情况下, 以DN1000管道、冲洗长度2km计算,冲洗水量一般约为管道容纳水量的10~15倍，如管道较脏、较长、口径较大,则冲水量更多[5]。本工程为DN1400管道，全厂5km, 按15倍管道水量计算时，节水量为0.769315-7.3084= 4.2311万m3，节水率36.7% 。

同时从图1和图2 也可以看出，加气冲洗相比传统冲洗，管内水体获得的能量更大，管道内的推动力要更大，对大质量杂质的冲洗效果更显著。

3、结论

①加气冲洗与传统冲洗相比，在节约水资源上有明显作用。本工程的节水率测算后在5%~36.7%之间，实际中可能还要高于这个数值。

② 加气冲洗会在局部会产生强大的推动力，有效除去管内壁及管底部的大质量杂质，提高冲洗效果，缩短冲洗的周期和次数。

参考文献：

[1] 连桂森.多相流动基础.给水排水,浙江大学出版社，1989

[2] 夏国栋.水平管内气液两相流流型和摩阻压降的研究。东北电力元硕士学位论文，1994

[3] 魏国强,邱迪,冯茂彬.加气冲洗自来水管道降浊方法研究[J].供水技术,2009,Vol 3,No 2 :53-54

[4][5]姚慧健,赵勇,邢雯雯,等.给水管道工程加气冲洗方案探讨[J].给水排水,2010,Vol 36,No 7 :109-111