某滾裝船真空馬桶系統(tǒng)生產(chǎn)設(shè)計

楊泳東　李小虎　熊曉陽　羅壘　胡璐璐

摘? ? 要：真空馬桶與污水處理裝置配帶的真空裝置，通過管路連通將整個管路系統(tǒng)形成真空。真空馬桶系統(tǒng)通往每個馬桶必須有一道隔膜閥與外界隔離，當(dāng)此閥被打開時，依靠大氣壓的壓差，將馬桶內(nèi)的污水抽走。污水處理裝置正常工作狀態(tài)下，真空裝置的壓力設(shè)定值為-0.6bar（停止點(diǎn)）～-0.4bar（起動點(diǎn)）。為了減少整個過程壓力的消耗，淺析了真空馬桶系統(tǒng)生產(chǎn)設(shè)計過程應(yīng)注意的事項(xiàng)，保證了整個系統(tǒng)滿足使用要求。

關(guān)鍵詞：真空馬桶;存水彎;污水處理裝置

中圖分類號：UU664.85 ?? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

Abstract： The vacuum toilet is connected with the vacuum device of the sewage treatment plant through the pipeline to form a vacuum in the whole pipeline system. The vacuum toilet system must have a diaphragm valve to isolate from the outside. When the flushing toilet opens this valve， the sewage in the toilet will be pumped away by the pressure difference of atmospheric pressure. Under normal working condition of sewage treatment plant， the pressure setting value of vacuum pump station is from -0.6 bar （stop point） to -0.4 bar （start point）. In order to reduce the pressure consumption in the whole process， this paper analyzes the matters needing attention in the production design modeling process of the vacuum toilet system， so as to ensure that the whole system meets the using? requirements.

Key words： Vacuum toilet; Trap; Sewage treatment plant

1? ? ?前言

真空馬桶系統(tǒng)是集環(huán)保節(jié)水、污物收集、回水利用及綠色環(huán)保系統(tǒng)于一體的先進(jìn)技術(shù)，它是將污水通過真空管道利用極少量的沖洗水收集到污水處理裝置的污物存儲柜內(nèi)。與傳統(tǒng)馬桶相比，具有沖洗效果好、節(jié)水、防臭、安裝方便等優(yōu)點(diǎn)。該系統(tǒng)已在船舶、飛機(jī)及高鐵上廣泛應(yīng)用，效果明顯。

本文詳細(xì)介紹了真空馬桶系統(tǒng)的原理、功能、優(yōu)點(diǎn)及管路布置的一般要求，以及船舶管路生產(chǎn)設(shè)計要點(diǎn)。

2? ? ?真空馬桶系統(tǒng)的原理

真空馬桶系統(tǒng)是通過管路內(nèi)外壓力差，由大氣壓將馬桶內(nèi)污物擠壓至管路內(nèi)，再依靠壓力差及重力組合作用將污水運(yùn)輸至污水處理裝置，改變了僅依靠重力作用的傳統(tǒng)模式。

如圖1所示，當(dāng)按下衛(wèi)生單元內(nèi)真空馬桶沖洗按鈕后，馬桶內(nèi)的隔膜閥打開，真空管路與外界空氣連通，由于管內(nèi)壓強(qiáng)低于大氣，大氣壓強(qiáng)會將馬桶內(nèi)的污物擠壓至真空管路內(nèi)，真空馬桶內(nèi)部的隔膜閥在1～2 s后自動關(guān)閉;馬桶內(nèi)隔膜閥關(guān)閉后，管路中的污物會因重力的作用繼續(xù)向斜度方向流動，暫存在管路中的最低點(diǎn)或存水彎處;下一次馬桶啟動時，隔膜閥將再次打開，暫存于存水彎處的污水在壓力差的作用下被運(yùn)輸至下一個存水彎。

上述過程將不斷重復(fù)進(jìn)行，將污水收入污水處理裝置的污物存儲柜。每層甲板管路一般會設(shè)置檢修用的隔膜閥（SPV1～4）和設(shè)有檢修污水處理裝置用的閥門（SPV5）。

使用真空馬桶時不僅污物會被擠壓至管路中，還會有部分空氣，管路內(nèi)的真空度也會因此降低。隨著馬桶的沖洗次數(shù)的累加，管路中的真空度下降至預(yù)設(shè)值（通常為-0.4 bar），污水處理裝置內(nèi)真空裝置會自動啟動，抽去管路內(nèi)多余空氣，直至管路中的真空度達(dá)到預(yù)設(shè)值（通常為-0.6 bar）。

3? ? ?真空馬桶系統(tǒng)的功能及優(yōu)點(diǎn)

3.1? ? 真空馬桶系統(tǒng)的功能

（1） 收集馬桶、小便池、浴盤等衛(wèi)生潔具的污水，以及管路上的其他排水設(shè)備所排出的廢水，以真空排放方式將廢水吸入污物存儲柜;

（2） 可以使整個系統(tǒng)的效率達(dá)到最大化，將整個系統(tǒng)的負(fù)載平均分布到各條主管路。

3.2? ? 真空馬桶系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)

（1）節(jié)約用水。每次沖洗只需1.2～1.5 L的水，而普通馬桶、節(jié)水馬桶每次需要6 L，老式馬桶則需要19 L;

（2）真空馬桶的下水管的通徑更小，更容易滿足布置空間;

（3）馬桶排污口可任何朝向?qū)ⅠR桶內(nèi)污物帶走，管路的布置更靈巧，而普通馬桶排污口必須朝下布置;

（4）因管路布置靈巧，在安裝新馬桶時不需要將原地面破壞;

（5）真空馬桶可以安裝在房間的任何地方。

4? ? ?真空馬桶系統(tǒng)生產(chǎn)設(shè)計要點(diǎn)

4.1? ?管路材料及連接方式

（1）管路材料

真空系統(tǒng)管路材料，必須滿足污水運(yùn)輸、防火、防腐蝕和維修保養(yǎng)等使用要求。無縫鋼管、不銹鋼管及塑料管均可用于污水真空系統(tǒng)，從經(jīng)濟(jì)、安裝、重量等方面考慮，優(yōu)先選擇塑料管，因?yàn)樗芰瞎芫哂性靸r低、重量輕、可塑性高、安裝簡便等特點(diǎn)。

（2）管路連接方式

無縫鋼管和不銹鋼管可以采用法蘭、套管和對接焊的連接方式;塑料管連接方式有套管連接和法蘭連接，根據(jù)不同材質(zhì)套管連接方法有溶劑粘接及熱熔焊接兩種：熱熔焊接可用于PE、PE-RT、PPR、PVC等材質(zhì);溶劑粘接主要用于PVC材質(zhì)。

由于真空管路功能特性需要保持內(nèi)部負(fù)壓，無論采取哪種管材都盡量避免使用法蘭連接，以防止氣味泄漏及真空裝置不必要損耗。

4.2? ?管路布置

（1）為了充分利用重力勢能，減少真空裝置能耗，真空主管路應(yīng)垂直向下布置，支管總體上建議有一定向下的傾斜角度;但在空間狹小空間可設(shè)置水平管段、存水彎，存水彎既可以用來躲避障礙物，也可以作為污物堆積處靈活使用;

（2）設(shè)置隔膜閥。真空管路對管路密性要求較高，因?yàn)檎婵振R桶在船舶日常生活頻繁使用時不可避免的會出現(xiàn)故障需要檢修。為不影響其他真空馬桶使用，需在各支管設(shè)置隔膜閥，目的是切斷支管與總管及其他支管的關(guān)聯(lián);

（3）連接馬桶管路可以垂直向上布置，若真空馬桶下層有障礙物、危險區(qū)域等不可通行時，可將真空管路垂直向上布置（高度≤3 m），如圖2所示;

（4）真空管路與洗衣機(jī)、洗手池等設(shè)備泄水管路相連時，需要設(shè)置界面隔膜閥，其作用是只允許洗衣機(jī)、洗手池等設(shè)備的泄放水通過，而不允許空氣通過，可在不影響上述設(shè)備正常泄水的情況下保持管路真空度;

（5）為了方便維護(hù)維修，通常一根支管上布置的真空馬桶不要超過20個。

4.3? ?存水彎配置

真空管路需設(shè)置存水彎。理想的管路布置為傾斜向下，每隔25～35 m左右設(shè)置一個存水彎，如圖3所示：

（1）存水彎的作用

①船舶真空馬桶管路較長，真空裝置啟動時泵口真空度已經(jīng)超過上限值，而終端真空度卻不足，設(shè)置存水彎可進(jìn)行有效的分段控制真空度，減輕主管路壓力;

② 收集污物，集中管理，作為檢修口使用;

③ 避讓其他管、結(jié)構(gòu)、電、舾及設(shè)備等障礙物。

（2）存水彎的特殊布置要求

①向上避開障礙物

真空管路需要向上設(shè)置時，存水彎規(guī)格需要滿足下列要求，如圖4所示。

② 往下避開障礙物

真空管路需要向下設(shè)置時，存水彎規(guī)格需要滿足下列要求，如圖5所示。

4.4? ?提升管配置

連接真空馬桶的真空管路如需向上布置，則需設(shè)置一段提升管路，如圖6所示。

提升管設(shè)置要求如下：

（1）提升管路不宜超過3 m;

（2） 提升管與該層主管路用2個45°彎頭平滑連接，防止主管路污水倒流，提升管最高點(diǎn)須高于主管路3倍的直徑;

（3）垂直主管和最后一個真空馬桶提升管之間的最大距離，不超過30 m;

（4）提升管不可設(shè)置變徑接頭。

4.5? ?管路維修性設(shè)計

真空馬桶管路長時間的使用，不可避免會出現(xiàn)管路堵塞的情況，因此管路中應(yīng)當(dāng)設(shè)置足夠數(shù)量的檢修口以便維護(hù)保養(yǎng);檢修口優(yōu)先設(shè)置在存水彎處，以及走廊、機(jī)械處所等人容易到達(dá)的地方，避免設(shè)置在廚房、餐廳、晾衣間、病房、娛樂室、居住艙室等影響日常起居的處所;若無存水彎也可設(shè)置在直管段與管路末端。

典型的檢修口形式有四種，如圖7所示。

4.6? ?管路支架設(shè)置

由于真空馬桶管路中的污水流速極快，會對管路產(chǎn)生較大的沖擊力，故在設(shè)置管路支架時要考慮振動;塑料管還必須要考慮溫度引起的熱脹冷縮等問題。

（1）鋼管支架可參考CB/T3780-1997《管子吊架》的型式選取;塑料管支架則按照船廠或（下轉(zhuǎn)第頁）（上接第頁）

塑料管廠家的標(biāo)準(zhǔn);

（2）通常管路彎頭處和支管接主管處為應(yīng)力集中部位，應(yīng)設(shè)置管支架固定;

（3）鋼管支架間距可參考CB/Z 345-2008《船舶管系布置和安裝工藝要求》;塑料管一般按照1.2 m（或塑料管廠家推薦的數(shù)值）間隔設(shè)置;

（4）與真空馬桶連接的提升管，在真空馬桶開啟/關(guān)閉時壓力值變化大，因此在提升管末端和與主管連接處附近位置應(yīng)設(shè)置支架固定;

（5）設(shè)備與閥件進(jìn)出口，應(yīng)設(shè)置管支架。

4.7? ?其他注意事項(xiàng)

（1）真空馬桶管路可以傾斜向下或水平布置，不允許平穩(wěn)的向上傾斜布置，并且垂直提升的高度不能超過3 m;

（2）沿污物流向，管路通徑只能增大不可減小;

（3）上升管路的支管連接主管時，須沿水流方向的45?連接;

（4）布置真空馬桶管路應(yīng)盡可能避免急彎，所有支管都盡量采用斜插45°的形式，拐彎處盡量采用45°彎頭或彎管;

（5）通常塑料管若在60 ℃以上的溫度條件下使用，其硬度、耐壓及壽命均會大幅降低，因此存在負(fù)壓的真空塑料管不能布置在露天甲板和高溫處所;

（6）每層支管處的隔膜閥，應(yīng)優(yōu)先安裝在垂直管路上，避免污物堆積造成堵塞。

5? ? ?結(jié)束語

真空馬桶系統(tǒng)符合節(jié)能環(huán)保的要求，但要發(fā)揮真空馬桶系統(tǒng)的優(yōu)勢，其管路材料選用及合理布置至關(guān)重要。做好真空馬桶系統(tǒng)生產(chǎn)設(shè)計，應(yīng)預(yù)先了解其工作原理，并有針對性地進(jìn)行匹配布置。

參考文獻(xiàn)

[1] 中國船舶工業(yè)總公司.船舶設(shè)計實(shí)用手冊[M].北京：國防工業(yè)出版社，1999.

[2] 李劍波.真空排水系統(tǒng)的原理、方法及運(yùn)用[C]. 上海建瓴工程咨詢有限公司， 2011.