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摘 要：保证煤矿主供水管道安全可靠运行是确保煤矿安全生产的基石。本文主要针对鸳鸯湖矿区主供水管道复合式高速排气阀在运行中存在的问题，通过分析、研究制定相应的方案，在容易损坏的排气阀与主管道之间加装自制的缓冲器，从而解决了排气阀高维修率的情况，大大提高了排气阀的使用寿命。
关键词：煤矿；主供水管道；复合式高速排气阀；缓冲器
鸳鸯湖矿区地处宁夏回族自治区宁东煤田河东规划区内，矿区分布着梅花井煤矿、石槽村煤矿、麦垛山煤矿及红柳煤矿。横穿矿区的黄河水供水工程担负着矿区生产生活用水的任务。鸳鸯湖矿区供水工程的水源采用鸭子荡水库的黄河水，经过宁东水务公司的净化处理后加压输送至水务公司古窑子加压泵站，通过古梅管路，梅石管路以及石红管路输送到矿区各大煤矿。矿区主供水管路采用DN800PCCP管，DN200复合式高速排气阀，设计运行压力为2.5MPa。从古窑子至红柳加压泵站管路总长42.48km。
供水系统正常运行时，或多或少会有少量空气进入管道，同时，管道内的水在常温下会自然析出部分微量空气，特别是温度有变化时更明显，由于空气的可压缩性，由供水压力而生成的压缩空气囊破裂瞬间产生的体积变化，形成瞬间的局部超高压将管道或阀门打裂，发生爆管，对供水系统的安全稳定运行极为不利，也给矿区的生活生产带来很大损失。从古窑子至红柳加压泵站主管路上安装了38台FGP4X系列复合式高速排气阀，用于排出系统正常运行过程管线中的多余气体。但是通过2013年至2015年的长期运行，发现管路排气阀存在严重的安全隐患，因排气阀漏水而进行的抢修20余次，年平均检修率在20%左右，其漏水能够加速阀门井内钢制短节腐蚀，长时间漏水造成管路土质稀松导致管路下沉，极易引起管路爆管事故，严重威胁管路安全运行。
1 复合式高速排气阀原理
由于内部浮球的作用，普通排气阀都具有充水时排气、排水时吸气的功能，但在实际使用过程中，尽管阀体内部设有护筒，可以抵挡高速气流的冲击，但在高速排气状态下阀体内部会产生高速的扰动气流，在此影响下，浮球所受的气动力大于浮球的重力，浮球就会被高速气流吹出堵塞排气阀口，导致大量空气滞留在管道内，排气作用得不到发挥。
复合式高速排气阀是利用伯努利理论制造的一种能在气流下保持全开，当实心水柱上升时，浮球能够马上被浮起并严密封闭排气口的浮球式排气阀。排气阀采用特定的浮球直径，使得它产生的气流动力能维持浮球在气流经过时开启（浮球），实心水柱上升时产生的浮力又能使其浮起，配之入口处以一个合适角度的圆锥体，可以做到不管气压多大，气流速度多高，排气口也不会被堵住。
2 复合式高速排气阀高故障率分析
通过对故障排气阀维修发现，各种要因中浮球变形、破裂，无法封水占75%，内部连杆、护筒损坏占16%，环境影响7%及其他因素2%。浮球存在多处变形情况，顶部凹陷严重，使得密封垫不能有效密封，在长时间使用中能导致排气阀漏水；小部分排气阀内连杆、护筒有变形损坏，不能有效保障排气阀内浮球在充水过程中的垂直运动，无法达到封水效果。结合排气阀运行的实际工况条件分析，可能存在以下缺陷：主管路运行在最高压力1.5MPa左右时，运行压力较大，且管路距离长，在启、停泵状态下，管路中水流状态突然发生剧烈变化，产生瞬间大于正常运行压力的局部压力，水流气流在排气阀处形成较大的水锤冲击，使排气阀内部浮球及连杆受到不可逆的冲击破坏，排气阀无法正常封水。
3 改造方案
复合式高速排气阀频繁故障的原因可能是主管路进入阀体内部的瞬间压差太大造成的，要消除这种不利的运行条件，应在主管路T接至排气阀DN200的支管上加装一个缓冲装置，通过缓冲装置的水气混合介质的压力整体下降，进入阀体后既不会破坏阀体内部结构而且正常实现进排气的功能，保证管路安全运行。
根据科学合理，简单可行，经济适用的原则，缓冲装置的制作方法如下：
①切割与排气阀通径相同的钢管200mm，切割三块厚度5mm、直径略小于排气阀3-5mm的圆形钢板。②将三块钢板上面打孔，孔径10mm，孔距15mm，为保证排气效果，每块板上打孔的数量不少于40个；③将三块钢板等距焊接在钢管内，在钢管两侧焊接DN200法兰盘，进行防腐刷漆后，排气阀缓冲器制作完成。
4 方案实用性评价
经过制作完成的DN200复合式高速排气阀缓冲器，安装在石柳DN800 PCCP管58#桩的排气阀上，此处排气阀因为浮球、护筒被损坏而更换过阀体。经现场观察，排气阀在安装缓冲器之前受到管路最大冲击压力为0.92MPa，安装缓冲器之后受到管路最大冲击压力0.58MPa。通过安装排气阀缓冲器，排气阀所受管路最大冲击压力有明显降低，并且排气阀在排气过程中，内部浮球与护筒的撞击声音明显减小，确实能够有效减少开停泵时管内气水混合介质对排气阀的剧烈冲击作用，保护浮球、护筒不受破坏。
2014年6月24日，工作人员对石柳DN800 PCCP管58#桩加装缓冲器的排气阀进行了效果检查，排气阀在安装缓冲器运行半年后，阀体内部浮球、护筒仍完好无损，排气阀无漏水现象，可正常运行。
2014年下半年至2015年上半年先后对古梅管路、梅石管路及石红管路几处排气阀检修率高的地点均加装了缓冲器，加装缓冲器后的排气阀运行正常，没有再出现漏水维修的状况。
5 结语
经过本次技术改造，彻底解决了鸳鸯湖矿区供水工程中主管路上复合式高速排气阀高维修率的情况；通过研究制定排气阀缓冲器的制作安装方案，有效地保护了排气阀的“心脏”，降低了对管路运营维护检修成本，为矿区的安全供水打下了良好基础。
参考文献：
[1]荆波湧.神华宁夏煤业集团有限责任公司鸳鸯湖矿区供水工程方案设计[D].中煤西安设计工程有限责任公司，2007.
[2]沈金娟.长距离输水管道排气阀的合理选型及防护效果研究[D].太原理工大学，2013.
[3]何伟华.供水管网常用管材和阀门[J].北京：中国建筑工业出版社，2011（4）.
作者简介：杨考（1988-），男，汉族，陕西安康人，2011年毕业于中国矿业大学环境工程专业（给水排水方向），工学学士，助理工程师，主要从事供水技术、运行和设备管理工作。
关键词：煤矿；主供水管道；复合式高速排气阀；缓冲器
鸳鸯湖矿区地处宁夏回族自治区宁东煤田河东规划区内，矿区分布着梅花井煤矿、石槽村煤矿、麦垛山煤矿及红柳煤矿。横穿矿区的黄河水供水工程担负着矿区生产生活用水的任务。鸳鸯湖矿区供水工程的水源采用鸭子荡水库的黄河水，经过宁东水务公司的净化处理后加压输送至水务公司古窑子加压泵站，通过古梅管路，梅石管路以及石红管路输送到矿区各大煤矿。矿区主供水管路采用DN800PCCP管，DN200复合式高速排气阀，设计运行压力为2.5MPa。从古窑子至红柳加压泵站管路总长42.48km。
供水系统正常运行时，或多或少会有少量空气进入管道，同时，管道内的水在常温下会自然析出部分微量空气，特别是温度有变化时更明显，由于空气的可压缩性，由供水压力而生成的压缩空气囊破裂瞬间产生的体积变化，形成瞬间的局部超高压将管道或阀门打裂，发生爆管，对供水系统的安全稳定运行极为不利，也给矿区的生活生产带来很大损失。从古窑子至红柳加压泵站主管路上安装了38台FGP4X系列复合式高速排气阀，用于排出系统正常运行过程管线中的多余气体。但是通过2013年至2015年的长期运行，发现管路排气阀存在严重的安全隐患，因排气阀漏水而进行的抢修20余次，年平均检修率在20%左右，其漏水能够加速阀门井内钢制短节腐蚀，长时间漏水造成管路土质稀松导致管路下沉，极易引起管路爆管事故，严重威胁管路安全运行。
1 复合式高速排气阀原理
由于内部浮球的作用，普通排气阀都具有充水时排气、排水时吸气的功能，但在实际使用过程中，尽管阀体内部设有护筒，可以抵挡高速气流的冲击，但在高速排气状态下阀体内部会产生高速的扰动气流，在此影响下，浮球所受的气动力大于浮球的重力，浮球就会被高速气流吹出堵塞排气阀口，导致大量空气滞留在管道内，排气作用得不到发挥。
复合式高速排气阀是利用伯努利理论制造的一种能在气流下保持全开，当实心水柱上升时，浮球能够马上被浮起并严密封闭排气口的浮球式排气阀。排气阀采用特定的浮球直径，使得它产生的气流动力能维持浮球在气流经过时开启（浮球），实心水柱上升时产生的浮力又能使其浮起，配之入口处以一个合适角度的圆锥体，可以做到不管气压多大，气流速度多高，排气口也不会被堵住。
2 复合式高速排气阀高故障率分析
通过对故障排气阀维修发现，各种要因中浮球变形、破裂，无法封水占75%，内部连杆、护筒损坏占16%，环境影响7%及其他因素2%。浮球存在多处变形情况，顶部凹陷严重，使得密封垫不能有效密封，在长时间使用中能导致排气阀漏水；小部分排气阀内连杆、护筒有变形损坏，不能有效保障排气阀内浮球在充水过程中的垂直运动，无法达到封水效果。结合排气阀运行的实际工况条件分析，可能存在以下缺陷：主管路运行在最高压力1.5MPa左右时，运行压力较大，且管路距离长，在启、停泵状态下，管路中水流状态突然发生剧烈变化，产生瞬间大于正常运行压力的局部压力，水流气流在排气阀处形成较大的水锤冲击，使排气阀内部浮球及连杆受到不可逆的冲击破坏，排气阀无法正常封水。
3 改造方案
复合式高速排气阀频繁故障的原因可能是主管路进入阀体内部的瞬间压差太大造成的，要消除这种不利的运行条件，应在主管路T接至排气阀DN200的支管上加装一个缓冲装置，通过缓冲装置的水气混合介质的压力整体下降，进入阀体后既不会破坏阀体内部结构而且正常实现进排气的功能，保证管路安全运行。
根据科学合理，简单可行，经济适用的原则，缓冲装置的制作方法如下：
①切割与排气阀通径相同的钢管200mm，切割三块厚度5mm、直径略小于排气阀3-5mm的圆形钢板。②将三块钢板上面打孔，孔径10mm，孔距15mm，为保证排气效果，每块板上打孔的数量不少于40个；③将三块钢板等距焊接在钢管内，在钢管两侧焊接DN200法兰盘，进行防腐刷漆后，排气阀缓冲器制作完成。
4 方案实用性评价
经过制作完成的DN200复合式高速排气阀缓冲器，安装在石柳DN800 PCCP管58#桩的排气阀上，此处排气阀因为浮球、护筒被损坏而更换过阀体。经现场观察，排气阀在安装缓冲器之前受到管路最大冲击压力为0.92MPa，安装缓冲器之后受到管路最大冲击压力0.58MPa。通过安装排气阀缓冲器，排气阀所受管路最大冲击压力有明显降低，并且排气阀在排气过程中，内部浮球与护筒的撞击声音明显减小，确实能够有效减少开停泵时管内气水混合介质对排气阀的剧烈冲击作用，保护浮球、护筒不受破坏。
2014年6月24日，工作人员对石柳DN800 PCCP管58#桩加装缓冲器的排气阀进行了效果检查，排气阀在安装缓冲器运行半年后，阀体内部浮球、护筒仍完好无损，排气阀无漏水现象，可正常运行。
2014年下半年至2015年上半年先后对古梅管路、梅石管路及石红管路几处排气阀检修率高的地点均加装了缓冲器，加装缓冲器后的排气阀运行正常，没有再出现漏水维修的状况。
5 结语
经过本次技术改造，彻底解决了鸳鸯湖矿区供水工程中主管路上复合式高速排气阀高维修率的情况；通过研究制定排气阀缓冲器的制作安装方案，有效地保护了排气阀的“心脏”，降低了对管路运营维护检修成本，为矿区的安全供水打下了良好基础。
参考文献：
[1]荆波湧.神华宁夏煤业集团有限责任公司鸳鸯湖矿区供水工程方案设计[D].中煤西安设计工程有限责任公司，2007.
[2]沈金娟.长距离输水管道排气阀的合理选型及防护效果研究[D].太原理工大学，2013.
[3]何伟华.供水管网常用管材和阀门[J].北京：中国建筑工业出版社，2011（4）.
作者简介：杨考（1988-），男，汉族，陕西安康人，2011年毕业于中国矿业大学环境工程专业（给水排水方向），工学学士，助理工程师，主要从事供水技术、运行和设备管理工作。