在线泵式真空集便技术在船舶生活污水收集领域的应用

蔡艳兰，张 磊

（宁波南车时代传感技术有限公司，浙江宁波 315021）

在线泵式真空集便技术在船舶生活污水收集领域的应用

蔡艳兰，张 磊

（宁波南车时代传感技术有限公司，浙江宁波 315021）

介绍在线泵式真空集便技术的工作原理和技术优势，并以某型工务船为例，详细介绍了在线泵式真空集便技术在船舶生活污水收集系统中的应用、组成及设计计算，供相关人员参考。

船舶；真空集便；在线泵式；真空泵站；真空建立

0 引言

随着节能环保理念的大力推广和人们对生态环境保护意识的日益增强，轮船、飞机、轨道客车及动车组等交通工具上的重力式集便装置已逐渐被真空式集便装置替代。根据便器排空动作原理的不同，集便装置通常可分为真空式和重力式两种型式。真空式集便装置一般分为真空保持式、真空间歇式、真空推拉式、真空在线式等型式[1]。

相较其他技术，真空在线式真空集便技术，即在线泵式真空集便技术，其系统拓展性更强，更易搭建规模化系统，故更加适合应用到轮船等规模化生活污水收集系统上。

1 在线泵式真空集便技术

1.1 工作原理

如图1所示，在线泵式真空集便技术主要是利用真空泵站能瞬时产生真空的特点，在真空泵站与座便器、灰水箱、蹲便器、小便斗等污水终端的管道间产生真空，将各污水终端内的污物吸进真空泵站中，粉碎后压力排放到生活污水处理设备或舱外。

图1 在线泵式真空集便系统工作原理

1.2 技术优势

在线泵式真空集便技术的优势在于：

1）真空抽吸、节水减排。采用国际先进的真空抽吸技术，排污效果突出，且便器冲洗耗水少，产生的黑水也少；2）双管齐下、高效防堵。真空泵站集成有真空罐和真空泵，污物经过真空罐后，再进入真空泵。同时，真空泵还具有污物粉碎机构，常规污物进入真空泵粉碎机构后被切碎，可减少后端管路堵塞可能；3）污水提升、压力排放。在线式真空泵具备污水提升、压力排放功能，无需依赖重力，污水可直接排向污水处理设备或舱外。故污水处理设备的布置位置不受其限制，管道尺寸小，不需要很大的走管空间，布管方便灵活；4）性能稳定，安全可靠。系统采用国际先进的泵站技术，双泵冗余设计，系统可频繁使用，真空系统稳定可靠；5）报警输出、自动化程度高。具备报警输出功能，可实现实时监控。全程自动运行，无需人工操作，应用方便；6）模块化设计、系统集成性强。在线泵式真空集便技术中各功能部件均已实现模块化设计，安装维护简单，且易实现系统规模化集成。

2 应用案例

以交通运输部海事系统某型工务船为例，该船总长64m，船员为8至12人，续航力大于1800海里，自持力为15天。

2.1 系统设计

按船体布置要求，该型巡逻船生活污水收集系统由真空座便器、真空蹲便器、真空洗手台（带灰水箱）、真空泵站及管道（容积约100L）组成。其设备配置见表1。

表1 系统设备配置

根据在线泵式真空集便技术的特点，该工务船生活污水收集系统可按图2设计布置。其工作原理为：系统工作真空度为-30kPa～-60kPa[2]，系统利用在线式真空泵站能瞬时产生真空的特点，通过真空泵站将污水终端（包括真空座便器、真空蹲便器和真空洗手台）与其之间的排污管道抽成真空状态，若污水终端排污阀打开，污水则可在真空的作用下被吸入排污管路，经过真空泵站过滤、粉碎后压力排放至生活污水处理装置。

2.2 部件设计

1）真空座便器

真空座便器主要包括陶瓷座便器本体、真空排污阀、便器控制器、真空开关和冲洗按钮。具备按键冲洗、压力水冲洗、真空排污、水封、按键冲洗自动记忆和低真空超时报警功能，其外形见图3。

图3 真空座便器

2）真空蹲便器

真空蹲便器主要包括不锈钢蹲便器主体、真空排污阀、便器控制器、真空开关和冲洗按钮。具备按键冲洗、压力水冲洗、真空排污、水封、按键冲洗自动记忆和低真空超时报警功能，其外形及工作原理见图4。

图4 真空蹲便器的外形与原理图

3）真空洗手台（带灰水箱）

真空洗手台由不锈钢洗手台主体、冷热水龙头、15L不锈钢灰水箱和臭气过滤器等组成，灰水箱排放由灰水箱控制器自动控制。真空洗手台外形及灰水箱布置见图5。

图5 真空洗手台外形及灰水箱布置图

4）真空泵站

建立真空是真空泵站的关键功能。为保证系统正常稳定运行，真空泵站的建立真空的能力应与污水终端的配置规模及使用情况相匹配。

真空泵站的真空建立能力的确定，需从两个方面进行评估：一是小时高峰负荷下真空建立能力；二是瞬时真空建立能力[3]。

a）小时高峰负荷真空建立能力

在1h内真空泵站的抽气能力Q应大于系统小时高峰耗气量P，即：Q＞P

高峰时耗气量P包括便器排放所需空气量P1[2]、洗手台灰水排放所需空气量P2[3]和系统小时真空泄漏量P3。

已知：

代入公式后，可得：

式中，P1为污水排放所需空气量的数值，L/h；b1为一个污水真空装置一次空气消耗量的数值（通常为60L），L；f1为抽水马桶每小时的使用次数（常规值，本文取f1＝6）；f2为系统泄漏损失系数（通常为1.25）；W为带有整体式真空装置的抽水马桶和与真空装置相连的小便器的数量（本文取W＝6）；P2为灰水排放所需的空气量的数值，L/h；a为峰值次数（通常为2次）；b2为一个灰水真空装置一次空气消耗量的数值（通常为50L），L；K为其所产生的灰水通过真空排水管路排放的人员数量（本文取K＝12）；m为人均24小时用水量的数值（通常为5L或15L，本文取m＝15），L；n1为一个真空装置一次用水量的数值（通常为5L或15L，本文取n1＝15），L；P3为系统每小时泄漏的空气量的数值，L/h；n2为系统空载时，1小时内真空泵站允许启动次数（见表2）；V为真空管道（本文中真空管道容积约100L）与真空容器（见表2）的容积量总和，L；30%为系统真空度从60%（-60kPa）下降到30%（-30kPa）的差值。

表2 小型泵站设备参数

代入数值后，可得：

P20＝8490（L/h），P20＞Q20，说明20型泵站的抽气能力不能满足系统小时高峰耗气要求；

P30＝12090（L/h），P30＜Q30，说明30型泵站的抽气能力满足系统小时高峰耗气要求；

P50＝14490（L/h），P50＜Q50，表明50型泵站的抽气能力满足系统小时高峰耗气要求，且冗余较多。

b）瞬时真空建立能力

指在不使用马桶的情况下，系统从真空度低值上升到高值的时间，一般控制在30s内。瞬时真空建立能力可用以下公式判定：

代入数值后，可得：

t30＝14.4（s），说明30型泵站的瞬时真空建立能力满足系统要求；

t50＝8.6（s），说明50型泵站的瞬时真空建立能力满足系统要求，且冗余较多。

综合a）、b），选用30型泵站即可满足系统使用要求。

30型真空泵站主要由真空罐、在线式电动真空泵、控制箱、压力开关、管件等组成。具有污物过滤、真空抽吸、压力排放、状态显示、故障报警等功能，见图6。

图6 30型真空泵站

3 结论

目前，该工务船生活污水收集系统产品已批量投入使用 2年多，系统设备运行良好，并获得各方用户的好评。

在线泵式真空集便技术，采用国际先进的真空抽吸技术，排污效果突出、节能环保、不易堵塞、性能稳定，其功能部件已实现模块化设计，安装维护简单，系统拓展性强，易搭建规模化系统，对于空间十分宝贵的舰船其技术优势显得尤其明显[4]，非常适合推广到船舶生活污水收集领域。

[1]唐晶.铁道客车及动车组集便装置[S].北京:中华人民共和国铁道,2013.

[2]王俊.船舶与海上技术 船舶与海上结构物的排水系统第3部分:真空系统的卫生水排放及排放管道[S].北京:中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局,2012.

[3]邵晓华.真空系统在船舶污水收集中的应用[J].船舶工程,2010(增刊2):140-142.

[4]费志华.舰船生活污水真空收集技术[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

蔡艳兰（1980-），女，大学本科，工程师。研究方向：船舶及铁路真空集便技术研发。