推拉式真空集便器在船舶上的應用

嚴巾堪,趙斌,李鵬，呂鶴婷，劉新宇

(1.山東中車華騰環保科技有限公司，濟南 250022；2.中國中車污水處理與真空排水技術研發中心，濟南 250022)

真空集便系統是利用負壓管道中的負壓梯度將用戶處排放的污水逐步輸送、收集至真空中心集中處理及排放的污水收集系統[1]。真空集便技術由于其用水量小，系統管徑小等優點，日益受到船東的歡迎[2]，近年越來越多的船舶開始配套真空集便系統。與傳統重力排污系統相比，真空集便系統還具有管網安裝方便、不易堵塞、經濟性能好等優點[3]，但在小型船舶加裝或改造真空集便系統時，對空間占用、成本控制提出了更高的需求。為此，探討占地面積小、性價比高的新型真空便器在船舶上的應用。

1 常規真空集便系統

常規真空集便系統主要由真空便器、真空管路、中間收集器、真空泵站組成，依靠真空便器、中間收集器內部安裝的真空排污閥(真空界面閥)保持系統處于一個密閉的環境。通常真空泵站放置在機艙內，用以產生系統所必須的真空能量，設備啟停值一般設置在-30～-60 kPa之間。真空便器與中間收集器連接于真空管路的末端，用于收集污水。污水在系統內外壓力差下進入真空管路，通過真空泵站，最后排入到船舶污水處理裝置或污水艙。

常規真空集便系統工作原理見圖1。

圖1 常規真空集便系統工作原理

真空便器、中間收集器通常安裝于衛生間內部，可以固定于真空泵站上部甲板，也可以與真空泵站同層安裝。常見的真空泵站有噴射機組式真空泵站、真空泵式真空泵站、轉子泵機組式真空泵站[4]、真空排污攪碎泵式真空泵站4種類型。4種類型真空泵站結構和工作原理各有不同，但都起到了產生系統需要的真空能量同時將污水排出的作用，同時也都會占用到機艙的部分空間并增加了船舶的負荷。 這部分負荷對于中大型船舶影響不大，但對于小型船舶卻至關重要。

2 推拉式真空集便器

推拉式真空集便器主要由拉、推2個動作完成便器排污，目前已在高鐵動車上得到了批量成功應用。推拉式真空集便器省去了真空泵站，僅由便器部分組成，具有占地面積小、省水、防臭、集成度高等特點，工作原理見圖2。

圖2 推拉式真空集便器工作原理

推拉式真空集便器在按下沖洗按鈕后，首先水增壓器對便盆進行高壓水沖洗，然后便器內污水被真空吸入到中間箱內。當中間箱內污水到達設定液位后，污水被正壓氣流排出中間箱，進入到排污管路，然后污水在重力的作用下，進入到污水艙或污水處理裝置中。

在待機情況下，進水管路自動對水增壓器補水，同時真空發生器工作，中間箱保持真空狀態。

3 運用可行性分析

3.1 產品對比

兩種集便系統對比見表1。

表1 推拉式真空集便器與常規真空集便系統對比

由表1可知，推拉式真空集便器比常規真空集便系統每次沖便用水少約0.75 L，可更節約水資源，也相應減少了污水排放，降低了后續污水續處理負荷。

推拉式真空集便器相比常規真空集便器多了一種能耗，需要用到船上的壓縮空氣，每次沖洗便器耗氣量僅相當于常壓下的24 L。參照船上壓縮空氣壓力值，單次沖洗便器約消耗1.2 L(按2 MPa計算)，對船舶的影響可以忽略不計。

相比常規真空集系統，推拉式集真空便器減少了真空泵站的用電，僅電磁閥用電，用電量更低。

在價格方面，常規真空集便系統隨著系統規模的擴大，均價越低；推拉式真空集便器均價基本不隨數量變化,對比見圖3。

圖3 價格對比

在空間占用及重量負荷方面，推拉式便器省去了真空泵站，具有更大的優勢。

從管路系統考慮，常規真空集便系統管徑小，可收集整個船舶的生活污水，橫向距離可以傳遞數百米。推拉式集便器依靠壓力排放入重力常壓系統中，同時基于較少的排污量，一般設置橫向距離立管不超過4 m。

3.2 可行性分析

由表1可知，推拉式便器在耗水量、耗電量、占用空間，以及對船負載的影響等方面具有顯著優勢，相較而言更加節能。

從成本方面考慮，推拉式真空集便器單套價格較高，但在船舶上便器數量較少時，推拉式真空集便器更具有優勢。

從管路施工方面考慮，推拉式真空集便器的加裝無需對原重力管路進行改造，但基于重力排污管道污水流速的局限性，安裝位置距離排污立管不宜過大。

從使用方便考慮，推拉式真空集便器需要用到船上的壓縮空氣。為保障系統穩定運行，可增設空氣瓶，以起到穩壓作用。

從維護方面考慮，推拉式真空集便器各個部件模塊化制作，更換維護簡單，可操作性強。

3.3 案例分析

以某船增設便器為例，考慮到安裝空間的限制及節水的效果，該船選用推拉式真空座便器。設備主要組成見圖4。

圖4 坐式推拉式真空集便器組成

1)沖洗按鈕。沖洗按鈕采用手動按壓式按鈕，操作簡單可靠。

2)便盆。便盆需采用真空專用便盆，不銹鋼沖壓制成，排污口內徑40 mm，便盆內表面采用特殊涂層處理以達到更好的沖洗效果。

3)中間箱。中間箱采用不銹鋼焊接制成，容積約4.5 L，主要用于暫存污水，工作壓力為-40～40 kPa,一般保持負壓狀態。設置有液位，當污水到達液位時，箱體內轉換為正壓狀態。

4)水增壓器。水增壓器用于存放沖洗水并對沖洗水進行加壓，能承受較大的壓力，采用焊接制成，容積0.8 L。

5)真空發生器。真空發生器用于產生系統必要的真空能量，該真空集便系統的真空發生器采用大氣噴射器型式，普遍具有結構簡單、無活動部件、壽命長、成本低廉而可靠性高的特點。圖5為真空大氣噴射器構成示意，壓縮空氣進入真空大氣噴射器，從噴嘴中噴射出高速氣流，由于氣體的粘性，高速氣流卷吸走中間箱內的氣體，進而在中間箱內形成真空。

圖5 真空大氣噴射器構成示意

6)排污閥。推拉式真空集便器中設置有兩處排污閥，采用一種氣缸帶動的滑板閥。一處位于便盆出水口處，一處位于中間箱出口處，均是用于隔斷真空與大氣壓，起到密閉系統的作用，壽命滿足使用次數不低于30萬次。

7)控制模塊。控制模塊采用單片機集成控制，設備在接收到按鈕信號后自動運行。

8)設備安裝。推拉式真空集便器安裝于衛生單元，直接與重力排污管道相接。另有水源接口、氣源接口、電源接口。設備水源采用淡水或海水淡化水，水壓不低于0.02 MPa。設備氣源采用船上空壓機供應，壓力大小為0.6～1.0 MPa。設備電源采用DC24V供電，功率不超過50 W。

4 結論

基于衛生、節水及環保的需求，采用真空集便是船舶污水收集的發展趨勢。與常規真空集便系統相比，推拉式真空集便器更加節水、節能，占用空間及對船舶負荷的增加也更小。在小型船舶安裝及舊船改造時具有顯著優勢，尤其適合對重量和空間要求較高的船舶。