在線泵式真空集便技術在船舶生活污水收集領域的應用

蔡艷蘭，張 磊

（寧波南車時代傳感技術有限公司，浙江寧波 315021）

在線泵式真空集便技術在船舶生活污水收集領域的應用

蔡艷蘭，張 磊

（寧波南車時代傳感技術有限公司，浙江寧波 315021）

介紹在線泵式真空集便技術的工作原理和技術優勢，并以某型工務船為例，詳細介紹了在線泵式真空集便技術在船舶生活污水收集系統中的應用、組成及設計計算，供相關人員參考。

船舶；真空集便；在線泵式；真空泵站；真空建立

0 引言

隨著節能環保理念的大力推廣和人們對生態環境保護意識的日益增強，輪船、飛機、軌道客車及動車組等交通工具上的重力式集便裝置已逐漸被真空式集便裝置替代。根據便器排空動作原理的不同，集便裝置通常可分為真空式和重力式兩種型式。真空式集便裝置一般分為真空保持式、真空間歇式、真空推拉式、真空在線式等型式[1]。

相較其他技術，真空在線式真空集便技術，即在線泵式真空集便技術，其系統拓展性更強，更易搭建規模化系統，故更加適合應用到輪船等規模化生活污水收集系統上。

1 在線泵式真空集便技術

1.1 工作原理

如圖1所示，在線泵式真空集便技術主要是利用真空泵站能瞬時產生真空的特點，在真空泵站與座便器、灰水箱、蹲便器、小便斗等污水終端的管道間產生真空，將各污水終端內的污物吸進真空泵站中，粉碎后壓力排放到生活污水處理設備或艙外。

圖1 在線泵式真空集便系統工作原理

1.2 技術優勢

在線泵式真空集便技術的優勢在于：

1）真空抽吸、節水減排。采用國際先進的真空抽吸技術，排污效果突出，且便器沖洗耗水少，產生的黑水也少；2）雙管齊下、高效防堵。真空泵站集成有真空罐和真空泵，污物經過真空罐后，再進入真空泵。同時，真空泵還具有污物粉碎機構，常規污物進入真空泵粉碎機構后被切碎，可減少后端管路堵塞可能；3）污水提升、壓力排放。在線式真空泵具備污水提升、壓力排放功能，無需依賴重力，污水可直接排向污水處理設備或艙外。故污水處理設備的布置位置不受其限制，管道尺寸小，不需要很大的走管空間，布管方便靈活；4）性能穩定，安全可靠。系統采用國際先進的泵站技術，雙泵冗余設計，系統可頻繁使用，真空系統穩定可靠；5）報警輸出、自動化程度高。具備報警輸出功能，可實現實時監控。全程自動運行，無需人工操作，應用方便；6）模塊化設計、系統集成性強。在線泵式真空集便技術中各功能部件均已實現模塊化設計，安裝維護簡單，且易實現系統規模化集成。

2 應用案例

以交通運輸部海事系統某型工務船為例，該船總長64m，船員為8至12人，續航力大于1800海里，自持力為15天。

2.1 系統設計

按船體布置要求，該型巡邏船生活污水收集系統由真空座便器、真空蹲便器、真空洗手臺（帶灰水箱）、真空泵站及管道（容積約100L）組成。其設備配置見表1。

表1 系統設備配置

根據在線泵式真空集便技術的特點，該工務船生活污水收集系統可按圖2設計布置。其工作原理為：系統工作真空度為-30kPa～-60kPa[2]，系統利用在線式真空泵站能瞬時產生真空的特點，通過真空泵站將污水終端（包括真空座便器、真空蹲便器和真空洗手臺）與其之間的排污管道抽成真空狀態，若污水終端排污閥打開，污水則可在真空的作用下被吸入排污管路，經過真空泵站過濾、粉碎后壓力排放至生活污水處理裝置。

2.2 部件設計

1）真空座便器

真空座便器主要包括陶瓷座便器本體、真空排污閥、便器控制器、真空開關和沖洗按鈕。具備按鍵沖洗、壓力水沖洗、真空排污、水封、按鍵沖洗自動記憶和低真空超時報警功能，其外形見圖3。

圖3 真空座便器

2）真空蹲便器

真空蹲便器主要包括不銹鋼蹲便器主體、真空排污閥、便器控制器、真空開關和沖洗按鈕。具備按鍵沖洗、壓力水沖洗、真空排污、水封、按鍵沖洗自動記憶和低真空超時報警功能，其外形及工作原理見圖4。

圖4 真空蹲便器的外形與原理圖

3）真空洗手臺（帶灰水箱）

真空洗手臺由不銹鋼洗手臺主體、冷熱水龍頭、15L不銹鋼灰水箱和臭氣過濾器等組成，灰水箱排放由灰水箱控制器自動控制。真空洗手臺外形及灰水箱布置見圖5。

圖5 真空洗手臺外形及灰水箱布置圖

4）真空泵站

建立真空是真空泵站的關鍵功能。為保證系統正常穩定運行，真空泵站的建立真空的能力應與污水終端的配置規模及使用情況相匹配。

真空泵站的真空建立能力的確定，需從兩個方面進行評估：一是小時高峰負荷下真空建立能力；二是瞬時真空建立能力[3]。

a）小時高峰負荷真空建立能力

在1h內真空泵站的抽氣能力Q應大于系統小時高峰耗氣量P，即：Q＞P

高峰時耗氣量P包括便器排放所需空氣量P1[2]、洗手臺灰水排放所需空氣量P2[3]和系統小時真空泄漏量P3。

已知：

代入公式后，可得：

式中，P1為污水排放所需空氣量的數值，L/h；b1為一個污水真空裝置一次空氣消耗量的數值（通常為60L），L；f1為抽水馬桶每小時的使用次數（常規值，本文取f1＝6）；f2為系統泄漏損失系數（通常為1.25）；W為帶有整體式真空裝置的抽水馬桶和與真空裝置相連的小便器的數量（本文取W＝6）；P2為灰水排放所需的空氣量的數值，L/h；a為峰值次數（通常為2次）；b2為一個灰水真空裝置一次空氣消耗量的數值（通常為50L），L；K為其所產生的灰水通過真空排水管路排放的人員數量（本文取K＝12）；m為人均24小時用水量的數值（通常為5L或15L，本文取m＝15），L；n1為一個真空裝置一次用水量的數值（通常為5L或15L，本文取n1＝15），L；P3為系統每小時泄漏的空氣量的數值，L/h；n2為系統空載時，1小時內真空泵站允許啟動次數（見表2）；V為真空管道（本文中真空管道容積約100L）與真空容器（見表2）的容積量總和，L；30%為系統真空度從60%（-60kPa）下降到30%（-30kPa）的差值。

表2 小型泵站設備參數

代入數值后，可得：

P20＝8490（L/h），P20＞Q20，說明20型泵站的抽氣能力不能滿足系統小時高峰耗氣要求；

P30＝12090（L/h），P30＜Q30，說明30型泵站的抽氣能力滿足系統小時高峰耗氣要求；

P50＝14490（L/h），P50＜Q50，表明50型泵站的抽氣能力滿足系統小時高峰耗氣要求，且冗余較多。

b）瞬時真空建立能力

指在不使用馬桶的情況下，系統從真空度低值上升到高值的時間，一般控制在30s內。瞬時真空建立能力可用以下公式判定：

代入數值后，可得：

t30＝14.4（s），說明30型泵站的瞬時真空建立能力滿足系統要求；

t50＝8.6（s），說明50型泵站的瞬時真空建立能力滿足系統要求，且冗余較多。

綜合a）、b），選用30型泵站即可滿足系統使用要求。

30型真空泵站主要由真空罐、在線式電動真空泵、控制箱、壓力開關、管件等組成。具有污物過濾、真空抽吸、壓力排放、狀態顯示、故障報警等功能，見圖6。

圖6 30型真空泵站

3 結論

目前，該工務船生活污水收集系統產品已批量投入使用 2年多，系統設備運行良好，并獲得各方用戶的好評。

在線泵式真空集便技術，采用國際先進的真空抽吸技術，排污效果突出、節能環保、不易堵塞、性能穩定，其功能部件已實現模塊化設計，安裝維護簡單，系統拓展性強，易搭建規模化系統，對于空間十分寶貴的艦船其技術優勢顯得尤其明顯[4]，非常適合推廣到船舶生活污水收集領域。

[1]唐晶.鐵道客車及動車組集便裝置[S].北京:中華人民共和國鐵道,2013.

[2]王俊.船舶與海上技術 船舶與海上結構物的排水系統第3部分:真空系統的衛生水排放及排放管道[S].北京:中華人民共和國國家質量監督檢驗檢疫總局,2012.

[3]邵曉華.真空系統在船舶污水收集中的應用[J].船舶工程,2010(增刊2):140-142.

[4]費志華.艦船生活污水真空收集技術[J].船海工程,2010(12):99-101.

Online Pump Vacuum Toilet Technology in the Field of Ship Sewage Collection

CAI Yan-lan,ZHANG Lei
(Ningbo CSR Times Transducer Technique Co.,Ltd.,Ningbo 315021,China)

Online pump vacuum toilets’ working principle and technical advantages are introduced.Taking one work boat as example,the application,components,design and calculation of the line pump vacuum toilet technology in the ship's sewage collection system is introduced,which can be used as reference for related people.

ship; vacuum toilet; online pump; vacuum pump station; vacuum building

TB75

A

10.16443/j.cnki.31-1420.2015.05.012

蔡艷蘭（1980-），女，大學本科，工程師。研究方向：船舶及鐵路真空集便技術研發。