西安北站真空卸污設施設計及應用探討

齊 薇

西安北站真空卸污設施設計及應用探討

齊 薇

(中鐵第一勘察設計院集團有限公司,西安 710043)

西安北站是目前亞洲車場規模最大的特大型高速鐵路客運站,站場布置為一站三場,共18個站臺34條股道,是站場真空卸污設施設計比較復雜的車站之一。鄭西場真空卸污設施在實際運行過程中,因為列車停留時間縮短,出現卸污能力不足等問題,從列車卸污停時整備要求出發,分析影響真空卸污能力的各種因素,并對真空機組配置及真空管道進行優化設計,以滿足復雜且多站場車站的卸污需要。

站場;真空卸污設施;真空機組能力

1 設計概況

西安北站位于西安市北郊,是集鐵路客運、城市交通、城市軌道交通及相關商業服務設施于一體的多功能建筑綜合體,各種交通工具間實現無縫銜接及“零換乘”,是現代化的大型綜合交通樞紐中心,是鄭西客運專線引入西安樞紐新建的客運站,也是西安鐵路樞紐規劃的“三主兩輔”客運系統中的最主要的客運站。車站按一站三場布置,銜接6個方向8條鐵路。建成后的西安北站是全國銜接線路最多、站場規模最大、功能最全的特大型高速車站。

本站設計開始于2004年7月,2008年9月19日開工建設。西安北站鄭西場及南站房于2011年1月11日開通運營。車站的真空卸污設施分3個區域系統:鄭西場真空卸污系統;西成、大西場真空卸污系統;西銀、城際場真空卸污系統。真空卸污系統設計如下。

(1)鄭西場真空卸污系統

鄭西場在1-2、5-6、13-14股道之間各設1條卸污管道、共3條卸污線;每條卸污線設22個抽吸單元,共設3排66個抽吸單元。在鄭西場信號樓西側新建卸污泵房,卸污泵房內設一套在線凸輪泵機組,可以滿足4個卸污口同時作業。鄭州至西安客運專線是我國西部地區首條高速鐵路,也是我國與武廣客運專線相繼開工建設運營速度達到350 km/h的客運專線。該真空卸污系統已經投入使用2年。

(2)西成、大西場真空卸污系統

西成、大西場在17-18、19-20、21-22股道之間各設1條卸污管道,共設3條卸污線;在北站房西側設卸污泵房,該卸污泵房內預留1套真空機組。目前西成場僅鋪設了管道,3排吸污單元及1套卸污機組均由西成線實施;站臺卸污同時作業僅為4個卸污口。

(3)西銀、城際場真空卸污系統

在27-28、31-32、33-34股道之間各設1條卸污管道,共設3條卸污線;在北站房西側設卸污泵房,該卸污泵房內預留1套真空機組。目前西銀僅實施線下管路部分,3排吸污單元及1套卸污機組均由西成線實施;站臺卸污同時作業僅為4個卸污口。預留1套真空機組。

北站房設計為2臺真空機組設備臺位,2個機組臺位可以并聯運行。3場真空卸污系統平面布置如圖1所示。

圖1 真空卸污系統布置示意

2 真空卸污系統設計方案說明

真空卸污系統由真空機組設備、控制系統、卸污單元設備、真空管道系統等組成[3]。真空機組、卸污單元及真空管道完全密封,無異味、無堵塞、無泄漏現象。

(1)真空機組設計

根據工藝要求和站區的條件,真空機組置于西側的新建設備間內,設備間尺寸長×寬×高=7.2 m× 7.2 m×5.8 m。機房內設集水坑、潛污泵及排水管、上水管;機房內設置通風、空調等設備。

真空機組由2臺旋轉凸輪泵、2臺電機、電控柜、連接管道及閥部件組成[4]。采用凸輪泵機組VX186-184QM,可在凸輪泵的一端產生真空,在凸輪泵的另一端壓力排放污水。抽吸能力:2×160 m3/h;可以滿足4口同時卸污要求;機組功率:每套44 kW;可通過固體物的直徑60 mm(毛巾等均能抽吸);機組外形尺寸:長×寬×高=2 900 mm×1 050 mm×1 900 mm。如圖2所示。

(2)卸污單元設計

卸污單元沿股道縱向布置在線路間管溝上,設置點位根據旅客列車停車位和列車污物箱位置來確定,在1-2股道間、5-6股道間和13-14道間分別設置22套,間隔20 m,覆蓋長度440 m,滿足動車組停車卸污需要。

圖2 真空機組

考慮到現場作業人員操作方便,卸污單元盡量降低安裝高度采用半地下式安裝,單元柜體盡量靠一側布置。卸污單元外箱尺寸L×W×H=960 mm×600 mm× 950 mm。

柜體內集成裝配:真空軟管、快速接頭、球閥、不銹鋼支架、轉盤、制動裝置、電動裝置等;卸污軟管采用DN50、PVC加強襯耐真空軟管,承壓可達-100 kPa;軟管工作半徑為10 m;可電控自動伸出與收縮軟管。卸污單元如圖3所示。

(3)真空管道

圖3 卸污單元布置

真空管道采用高密度聚乙烯PE100給水管DN160 mm,壓力等級1.0 MPa,電熱熔接,設計沿水流方向0.1%坡度。同時增加了聚氨酯保溫隔熱材料。

股道間的3條真空干管敷設于線路間管溝內,在站場西側過軌,穿越股道處采用DN300 mm鋼套管保護。3條主干管在股道西側端部合并后連接至真空機組。

真空干管布置在線路間管溝內,真空干管設置在管溝內。如圖4所示。

圖4 管溝內管道安裝(單位:高程以m計,其余為mm)

(4)排污管路布置

排水管路采用HDPE管材(De225 mm),承壓不小于1 MPa。污水通過真空機組及排污管路排至化糞池。根據排污需要,在真空機房西側設置3座V= 100 m3鋼筋混凝土化糞池,污水經化糞池處理后就近納入市政排水管網。

(5)信息管理設備

信息管理設備主要功能:從真空機組中采集相關狀態信息;在信息接口計算機中顯示記錄相關狀態信息;在信息接口計算機中記錄相關狀態信息,并能隨時查看記錄;實時上傳相關狀態信息[7]。

3 真空卸污設施使用情況

目前鄭西場真空卸污設施已運行2年多,根據《鐵路站段真空卸污設施技術條件》(TB/T3163—2007)中5.2的要求,每列車卸污排空時間在20～40 min內,所以原設計滿足技術條件的要求[8]。

2011年鄭西場開通后,每列車卸污時間只有15 min,而為了保證行車安全,要求卸污工作人員必須待列車停穩后進入到股道之間作業,同時在列車離開前撤離,這樣卸污作業時間不足10 min,比技術條件的要求提高,真空機組能力略顯不足。

隨著《鐵路污水處理工程設計規范》TB10079—2013(J1503—2013)的頒布,其中關于地面卸污設施能力在規定時間排污要求[9]:立折車卸污作業時間不大于15 min;中途車站列車卸污作業時間不大于6 min;其他場所卸污時間不大于30 min。因此,面對鐵路發展的新形勢,有必要對已有的真空卸污設施進行進一步優化,根據不同條件配置不同型式卸污設施,以滿足我國鐵路發展的需求。

4 真空卸污設施改進措施

(1)鄭西場改進措施

目前鄭西場的真空機組能力因為列車停時的要求已不能滿足需要,可以采取如下措施:

一是通過增加列車停時,以滿足列車卸污需要,目前列車卸污停時已經調至20～30 min;

另外可以增大真空機組能力,通過增加一套VX186-184真空機組,再增加4口卸污能力,2套機組可以滿足8口同時作業;

也可以更換原有機組,采用增強型真空機組VX186-260型,卸污流量增大1倍,可以滿足8口同時卸污作業。

(2)對于西成、大西場和西銀、城際場優化設計

變更原設計真空機組VX186-184型,在原有設備基礎上更換連接管道,機組更換為增強型真空機組VX186-260型,可以滿足8口同時卸污作業;并且2套機組并聯,這樣當一套機組故障時,另一套機組可以應急使用。

(3)增強型真空機組組成

集成式真空機組1套、DN200進污管及排污管、DN150閘閥4個、DN150止回閥2個、真空保護閥。

增強型真空機組VX186-260QM(集成式)[10]抽吸能力:1套機組2×280 m3/h;系統真空度范圍: -30～-70 kPa,并可調節設定;使系統真空度從設定下限恢復至上限時間:小于3 min;機組功率:每套2× 30 kW;電壓:380 V,50 Hz;每套機組外形尺寸:L×W× H:3 130 mm×1 100 mm×2 000 mm。

(4)VX186-260型增強型真空機組卸污能力[11]

按照8個450 L污物箱同時卸污計算,卸污量3.6 m3,氣水比按5∶1計,并滿足3 min之內要求卸污完畢,卸污流量為7.2 m3/min。真空機組每臺泵流量280 m3/h,雙泵機組560 m3/h=9.33 m3/min＞7.2 m3/min。機組能力滿足要求。

對于車站如果按照8口同時進行卸污作業,每套真空機組8口同時卸污(包括對接接口和走行)需5 min完成,16個污物箱需要2組平行作業完成卸污,則作業時間16/8×5=10 min,滿足規范要求。

5 結論

隨著鐵路的快速發展,越來越多的大型車站將投入使用,根據中國鐵路總公司鐵總運[2013]93號文“中國鐵路總公司關于車站固定吸污設施建設的指導意見”的要求,在樞紐客運大站需要設置固定卸污設施[12],對于車站真空卸污提出來更高要求。而車站真空卸污設施直接關系到列車正點開行的問題,與鐵路運輸密切相關,因此對卸污設備要求更高,包括設備的備用及冗余能力,故障時的應急處理,備用能力的選擇。所以對于車站真空卸污設施設計需統籌考慮,既要節約投資,又要滿足列車停時需要。

通過對西安北站真空卸污設施的設計及運行的探討,可以對真空卸污系統進一步優化,為今后其他車站的真空卸污設施的設置提供了有力的支持。而隨著整個西安北站真空卸污設施的逐步完善,必將對整個環境保護帶來巨大的社會效益。

[1] 黃焱歆,張繼杰.上海站增設真空卸污系統方案[J].鐵道勞動安全衛生與環保,2013,3(1):9-12.

[2] 郭霖,吳國華,齊鳴春.北京南站動車組卸污設計[J].鐵道標準設計,2011(7):105-107.

[3] 中華人民共和國鐵道部.TB/T 3243—2010鐵路真空卸污系統卸污單元技術條件[S].北京:中國鐵道出版社,2010.

[4] BS EN 1091:1997,Vacuum sewerage systems outside buildings[S].

[5] 鐵道部運輸局.運經管驗[2008]178號“關于公布《動車組管理信息系統自動化設備接口規范》的通知”[Z].北京:鐵道部運輸局,2008.

[6] 中華人民共和國鐵道部.TB/T 3163—2007鐵路站段真空卸污系統技術條件[S].北京:中國鐵道出版社,2007.

[7] 中華人民共和國鐵道部.TBl0079—2013鐵路污水處理工程設計規范[S].北京:中國鐵道出版社,2013.

[8] 邱慧,黃焱歆,等.鐵路車站和客整所固定式卸污設施技術研究[J].鐵道勞動安全衛生與環保,2013,3(5):225-230.

Design and Application of Vacuum Sewage Discharge Facility in Xi'an North Railway Station

QI Wei
(China Railway First Survey and Design Institute Group Co.,Ltd.,Xi'an 710043,China)

The Xi'an North Railway Station,which has the largest railway yard in Asia,is an extra-large high-speed railway passenger station,including one station and three yards,a total of 18 platforms and 34 tracks.Therefore,the design of vacuum sewage discharge facility for this station became very complicated.In addition,during the practical application of the vacuum sewage discharge facility at Zhengzhou-Xi'an yard,the problem of insufficient vacuum sewage discharge capacity emerged because the train stayed for only a short time.In this paper,in light of the requirement of elapsed time of sewage discharge from the train,the various factors affecting the capacity of vacuum sewage discharge were analyzed,and design optimization for both the vacuum unit configuration and the vacuum pipeline was carried out,so as to satisfy the requirement of sewage discharge at the complicated station with multiple station and yards.

station and yard;vacuum sewage discharge facility;capacity of vacuum unit

U238;X731

A

10.13238/j.issn.1004-2954.2014.04.022

1004-2954(2014)04-0093-03

2013-11-30

齊 薇(1964—),女,高級工程師,1987年畢業于蘭州鐵道學院,工學學士,E-mail:qiwei65913@126.com。