真空排水系統(tǒng)在廣州地鐵APM線的應用及優(yōu)化對策

徐勝運

（廣州市地下鐵道總公司，廣東 廣州510310）

0 引言

廣州地鐵珠江新城輸送集運線（以下簡稱“APM線”）是廣州地鐵唯一一條全線衛(wèi)生間使用真空排水系統(tǒng)的運營線路。本文就真空排水系統(tǒng)與傳統(tǒng)重力流排水系統(tǒng)進行對比分析，結合該系統(tǒng)在APM線運行的實際情況，對其在地鐵中的運行現(xiàn)狀進行初步分析與探討。

傳統(tǒng)重力流排水系統(tǒng)污水利用自帶的重力作用，經(jīng)排水管匯入地鐵車站集水井，再通過集水井中潛污泵將收集的污水抽至室外，經(jīng)處理后排入市政污水管網(wǎng)。該系統(tǒng)長期運行弊病較多，會產(chǎn)生異味，環(huán)境污染嚴重，且潛污泵檢修不便。

真空排水系統(tǒng)是利用真空將各分散點的污水收集至中間提升器，再通過排污泵將污水排至指定地點的一種完全密閉的建筑物內(nèi)排水系統(tǒng)。其特點是：系統(tǒng)完全密閉，不產(chǎn)生異味，不對環(huán)境造成污染；占地面積極小，可實現(xiàn)同層排水，節(jié)約有效空間；真空坐便器每次沖水1.5 L，是普通便器用水量的1／4，節(jié)水效果顯著。系統(tǒng)流程大致如圖1所示。

圖1 真空排水系統(tǒng)流程示意圖

1 APM線真空排水系統(tǒng)介紹

APM全線9個車站、控制中心及廣州塔車場的衛(wèi)生間均采用重力流與真空結合式真空排水系統(tǒng)。真空排水系統(tǒng)主要由真空泵站（泵組、真空收集罐等）、真空管道網(wǎng)絡、真空便器、中間收集提升器（真空控制閥組、液位控制器等）、真空地漏等組成。

以APM線車站真空排水系統(tǒng)為例，車站真空衛(wèi)生間的污廢水經(jīng)衛(wèi)生器具流入中間提升器真空控制閥，當控制閥內(nèi)的水位上升到設定位置時，液位控制器依靠彈簧自動打開真空控制閥。系統(tǒng)內(nèi)外存在氣壓差，在系統(tǒng)內(nèi)部真空能量的作用下產(chǎn)生快速氣流，使真空便器、真空地漏及收集提升器內(nèi)的污水克服管道阻力流入真空收集罐內(nèi)，完成污水的真空收集。污水排出后真空控制閥自動關閉。當真空收集罐內(nèi)污水到設定液位時，液位傳感器響應，污水泵啟動，將罐內(nèi)污水排至室外壓力井。當真空收集罐內(nèi)氣壓低于下限值時，一臺真空泵啟動，將罐內(nèi)空氣抽出，經(jīng)通氣管排至室外；若氣壓未達上限值，兩臺真空泵啟動，直至達到設定值。真空泵使得系統(tǒng)內(nèi)維持著40～60 k Pa的真空度。

真空排水系統(tǒng)核心部位是真空泵站，APM線車站真空泵站尺寸約為1.2 m×1.7 m×1.75 m，占地面積極小。其內(nèi)包括一個容積200 L的真空收集罐、兩臺排氣量144 L／min的真空泵、若干臺流量22 m3／h及揚程30 m的排污泵等。APM線車站真空泵站大致如圖2所示。

2 APM線真空排水系統(tǒng)存在問題分析及優(yōu)化對策

2.1 車站真空衛(wèi)生間

2.1.1 存在的問題

真空排水系統(tǒng)在廣州地鐵APM線全線站點中使用，主要存在真空泵站的單向閥堵塞、真空控制閥隔膜磨損、真空排污管滲漏等問題。

（1）真空泵單向閥堵塞嚴重。由于站內(nèi)員工或乘客使用不規(guī)范，經(jīng)常把雜物扔進衛(wèi)生器具內(nèi)，系統(tǒng)管道常常發(fā)生堵塞，直接影響系統(tǒng)排污。一般情況下，雜質(zhì)會被截留在真空泵站的單向閥前，一旦發(fā)生堵塞，整套真空泵污水設備將無法使用。由于設備長時間使用，單向閥長期受到阻礙物的沖擊，閥片磨損嚴重，導致閥片關不嚴，失去密封性，從而空氣泄流、污水倒灌，使真空收集罐真空度不足，導致真空泵起泵頻繁，泵組性能下降。

（2）真空隔膜控制閥磨損率高。真空隔膜閥為常壓與管道內(nèi)負壓的界面，是一種常閉的負壓氣動閥，用于控制污水的抽吸，是真空排水系統(tǒng)中的關鍵閥件。根據(jù)4年來設備運營情況，真空衛(wèi)生間真空控制閥內(nèi)的隔膜磨損嚴重，真空隔膜閥常見的自然失效方式為隔膜破裂造成的密封不良、漏水、漏氣以致閥門開啟不及時或不能開啟。

（3）真空排污管滲漏。現(xiàn)APM線衛(wèi)生間內(nèi)衛(wèi)生器具至真空收集罐的排污管為PVC管，由于管道處于真空狀態(tài)，易氣蝕管道連接部位，導致排污管破損而出現(xiàn)滲水漏氣。

2.1.2 解決措施

（1）加大廁所管理，提倡文明如廁，增加日常巡視力度和提高檢修質(zhì)量。針對頻繁發(fā)生的故障，維保管理人員應制定出一套規(guī)范的標準檢修工藝及流程。

（2）真空控制閥隔膜片的破損主要與備件廠家提供的產(chǎn)品質(zhì)量有關。建議采取以下措施：1）嚴格控制橡膠隔膜的加工條件，確保隔膜連接部位的牢固性；2）選用更耐久的橡膠材質(zhì)；3）研究為隔膜增加具有良好耐屈撓疲勞性及黏著強度高的骨架層。從材料質(zhì)量上進行改良，改善隔膜耐屈饒龜裂及動態(tài)疲勞性能。

（3）建議真空管道由PVC管改用PPR熱熔管，熱熔管和PVC管的耐壓和耐熱特性相似，因熱熔管管件連接部位是同質(zhì)熔接，相對較可靠，可有效減少管道漏水、漏氣，具有降低管道維修成本的優(yōu)勢。

2.2 車場真空衛(wèi)生間

2.2.1 存在的問題

APM車場真空排水系統(tǒng)經(jīng)常出現(xiàn)無法正常啟動的狀況，故障記錄頻繁顯示“綜合故障”，經(jīng)排查分析，顯示“綜合故障”的主要原因如下：

（1）真空控制閥密封性不良導致真空壓力不足，電機長時間運行時導致系統(tǒng)啟動保護；

（2）管路被雜物卡住導致電機長時間運行引起過載，系統(tǒng)停機；

（3）因單向閥內(nèi)部老化引起電磁閥故障；

（4）繼電器等元器件接觸不良或損壞；（5）控制箱變頻器出現(xiàn)故障。

第（1）～（3）點問題的解決可參考上節(jié)車站真空衛(wèi)生間的對策，定期加強機組的日常巡查與檢修，及時更換易損零部件，減少人為因素造成的管道堵塞；第（4）～（5）點問題原因是壓力繼電器及控制箱變頻器安裝在車場真空泵站的一體化組合式機組柜內(nèi)，當真空泵啟動運行時，電機轉(zhuǎn)動會產(chǎn)生強烈的振動，導致設備內(nèi)部零件產(chǎn)生移位接觸不良或損壞。同時車場凸輪泵啟動時振動很大，且泵體與控制柜安裝在機組內(nèi)，長時間的振動會導致柜內(nèi)變頻器內(nèi)部元件移位損壞。另柜內(nèi)兩個真空壓力繼電器與真空罐相連接，水泵電機振動帶動真空罐振動，導致繼電器內(nèi)部反饋信號觸點在振動的情況下產(chǎn)生移位，觸點接觸不到位時無法將真空壓力信號傳到控制柜PLC上，從而致使真空罐在真空低的情況下無法正常啟泵。

2.2.2 解決措施

針對APM車場真空排水系統(tǒng)“綜合故障”，經(jīng)技術分析，設備管理人員對機組配件進行了改造處理：

（1）將變頻器從原控制箱內(nèi)轉(zhuǎn)移到機組外面，通過接駁導線將其固定在機組外面墻壁上；

（2）將真空壓力繼電器從原先與真空罐連接管道處斷開，通過接駁銅管將其延長至墻壁處固定，并對壓力繼電器連接處制作一個螺紋銅管及一段不銹鋼緩沖管進行減振。

上述改造可大大降低泵站機組振動對變頻器及真空壓力繼電器造成的影響，APM車場真空泵站改造至今已運行一年多，“綜合故障”未再出現(xiàn)，真空排水設備運行情況良好，改造延長了部件的使用壽命，提高了系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性及可靠性。改造前與改造后的真空泵站如圖3所示。

圖3 改造前后的變頻器與真空壓力繼電器

3 結語

自APM線開通運營以來，廣州地鐵APM線真空排水設備運行良好，針對系統(tǒng)存在的問題，設備管理部門制定了系列解決措施，降低了維護成本，提高了設備穩(wěn)定性。后續(xù)如地鐵新線建設大規(guī)模投入使用，需提高系統(tǒng)穩(wěn)定性及應對大客流的運行強度。隨著人們對環(huán)境問題的日益關注以及真空排水系統(tǒng)設備的國產(chǎn)化、系統(tǒng)設計水平和設備維保管理水平的日益提高，相信真空排水系統(tǒng)作為一種新型的排水方式，會在國內(nèi)城市軌道交通地下建筑領域得到越來越多的應用。

［1］鄭慧明，李明.真空排污系統(tǒng)參數(shù)分析［J］.中國給水排水，2005（6）.

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［3］張健，高世寶，章菁.真空便器與真空排水在節(jié)水和污水源分離中的應用［J］.給水排水，2007（2）.

［4］EN12109：1999 歐洲室內(nèi)真空排水系統(tǒng)設計標準［S］.

［5］達道安.真空設計手冊［M］.北京：國防工業(yè)出版社，1991.