哈大客运专线车站真空卸污系统应用与改进

黄焱歆，齐鸣春，范英宏

(1.中国铁道科学研究院节能环保劳卫研究所，北京 100081;2.铁道第三勘察设计院，天津 300142)

1 哈大客运专线车站真空卸污系统概况

哈大客运专线已投入运营，配套的动车整备设施真空卸污系统已完成安装调试。哈大线的沈阳北站和长春车站都加装了真空卸污系统，这是国内首次在寒冷地区铁路车站设置真空卸污系统，为了适应寒冷地区的运行环境，对设备进行了多方面的改进，真空机组、卸污单元及真空管道均增加了加热配置，卸污单元安装在单元井中。但是在施工过程中，真空管道出现的问题比较多。本文对寒冷地区车站真空卸污系统中存在的问题进行分析和探讨，并根据现场实际条件提出了相应整改措施，可为以后寒冷地区车站真空卸污系统的设计、施工及设备改进提供借鉴和依据。

1.1 真空卸污系统介绍

真空卸污系统由真空机组(含控制系统)、卸污单元、真空管道等组成。真空系统的各个组成部分是不可分割的，当一个部分发生故障，将影响整个系统的运转。

真空卸污系统中真空机组是系统产生真空的核心，而真空管道是保证系统实现真空的关键，施工中真空管道的关键节点、坡度、施工质量以及特殊配件的使用是整个系统实现真空的主要影响因素。

首先真空系统必须保持密封性能才能实现真空，系统对气密性要求极为严格，一旦有一处泄漏将无法形成真空，所以整个系统的施工质量尤其是管道施工质量最为重要。在寒冷地区车站真空管道采用直埋方式，管道设计年限为0～30年。当车站股道间地面硬化后一旦出现问题，必须重新开挖分段查找泄漏点。

真空管道不同于常规的重力管道和压力管道，对于真空管道的设计，坡度要求极为严格，水流必须顺坡流向真空机组设备间，严禁逆坡。同时当管道绕行障碍物及提升时必须设置关键节点，关键节点的正确设置是影响管道真空运行效果的关键，必须严格按设计施工。管道的连接有特殊的要求，所有管道连接必须采用 ＜45°的弯头连接，如图1 所示［1］。

图1 真空管道关键节点及特殊配件示意

1.2 寒冷地区车站真空卸污系统设备增设功能

1)真空机组:机组型号为VX186-184QM;机组功率每套44 kW;机组长为2 900mm，宽为1 050mm，高为1 800mm;真空机组安装在设备间内，设备间应提供采暖。为了防止供暖设备出现故障，在真空机组箱体内增加电加热措施，如温度下降到设定温度后，可自动开启加热功能。

2)卸污单元:采用电动盘绕式，配有卸污用的自动回复软管及快速接头;操作者可根据需要的长度从不同方向抽拉软管，利用电动驱动盘绕软管［2］。本项目卸污单元的工作半径为12.5m(宜为10m)，单元尺寸为960mm×600mm×950mm。

卸污单元安装在股道间的卸污单元井内，设备井井口高于地面270mm。在单元井的盖板下增设了保温层，每个单元箱体两侧壁板增设了电加热片。同时对软管材质进行了改进，保证寒冷条件下拉伸软管不易断裂，并在寒冷地区对卸污单元做了耐寒试验，卸污单元安装图如图2所示。

3)真空管道:真空管道采用聚乙烯PE100管材，承压达到1.0mPa，每组单元下方设一条真空管道。管道采用直埋方式，直接安装在冰冻线以下。

图2 卸污单元安装示意(单位:mm)

长春站和沈阳北站因为是既有车站，所以管道需要提升以穿越既有的旅客通道和行包通道;同时管道在跨越障碍物时安装在冰冻线以上，管道需增加电伴热带，以防止温度过低时真空管道内污水冻结。在卸污支管和卸污单元连接处均增设了保温材料，支管由于安装在主干管上方，卸污完毕后很少存水。真空管道内存水主要集中在真空主干管末端和单元井内盘绕的软管中。真空管道系统图如图3所示。

图3 真空管道系统(标高单位:m)

2 运行中真空卸污系统存在的问题

2.1 真空管道

真空管道因为是直埋，施工中出现了一些问题。

1)实际施工的管道坡度未达标。真空管道因为是直埋方式，且埋深较深，有的管道需要穿越承台柱的基础，所以真空管道很早就随着土建施工一起进行，但是安装好的管道并没有达到设计要求，管道坡度不是很准确，影响了系统正常工作。

2)真空管道特殊位置需安装特殊配件。真空管道的转弯和提升处必须采用45°弯头;在干管和支管连接处必须采用斜三通，而在实际施工中采用了直三通。部分管道提升关键节点、坡度和配件达不到设计要求［3-4］。为了保证管道焊接质量，真空管道要求在支管接入干管时采用电熔连接，而且寒冷地区冬季施工时热熔和电熔时间需适当加长才能保证焊接质量。

3)真空管道的关键节点施工质量不达标。在施工关键节点处重视不够，关键节点的提升没有按照设计要求做，为系统运行带来了隐患。只能采用增加试验的方法，通过真空度的变化探测关键节点的质量。

这件事情的结果是，我给那名员工打了电话，他的态度依旧很蛮横，在查询得知自己工资已上账后就杳无音讯了，也没有因自己不佳的态度而致歉。

4)管道气密性不达标。在每段管道直埋前需做分段气密性试验，保证管道气密性要求。由于施工时部分管段打压不及时，使管道最后试压时发现整个真空管道系统不保压，而此时管道已经直埋于地下，如返工损失极大，也影响了设备的正常使用。通过对真空管道系统分段开挖，分段打压查找泄漏点。

2.2 卸污单元

1)卸污单元泄漏。部分卸污单元与支管球阀因为材质的不同，低温条件下热胀冷缩系数不同，所以连接处产生局部微小泄漏。在单元软管与球阀连接处增加了管箍数量，并用胶粘加大了单元定期检查力度，并增加了单元真空压力表设备，以观察每个单元压力降，以利于排查。

2)卸污单元二次安装。原设计卸污单元井的井口高于地面270mm，以防止雨水等杂物进入。但是在卸污单元安装完毕后，因为设计变更，股道间道砟又加高了约40 cm，所以原设计井口在地面以下，这样股道间的道砟还有污水都进入到单元井内。只能将单元设备重新吊装出来，对单元井井口进行了加高处理，高于新的硬化地面约150mm，单元井后重新安装单元，并对单元井内底面进行了加高处理。

3)卸污软管长度增加。单元井距离一般宜为20.0m，沈阳北站单元井的距离为25.0m，卸污软管长度为13.5m。当实际卸污时，因为软管长度增加而管径不变增大了系统的水头损失，造成平均流量减少，延长了卸污时间［5］。同时软管过长，管内的积水冻冰。

2.3 真空系统出现问题原因及分析

1)哈大是在寒冷地区车站第一次使用真空卸污系统，对单元间距、材质选择和管材连接施工等问题需要不断改进。

2)设备招标时间太晚，土建先行后，真空管道安装时没有设备厂家指导，管道安装存在很多问题。

3)当管道直埋后，现场一些其它施工在直埋的管道上面进行，极易对管道造成破坏，管道打压不及时也影响了提前发现问题。

4)车站的真空卸污系统是两家单位共同完成的，真空管道和设备安装分别由2个不同的单位完成，一旦真空系统出现问题时，事故责任不好划分，亦为设备的运转和维修带来麻烦。

3 真空系统改进措施

针对哈大线车站真空卸污系统施工中发现的问题，尤其是真空管道的设计和施工问题，建议在寒冷地区车站设置真空卸污系统进行改进。

3.1 真空管道改进措施

当管道直埋后，因为仍有很多机械设备在管道上部进行施工，极易对管道造成损害，所以建议增加管道防护措施。同时管道连接必须严格按照设计要求进行，并做如下改进:①在每段施工完毕直埋前分段做打压试验，进行系统气密性试验，发现问题在直埋前及时解决;②管道直埋前要核对标高，严禁逆坡，对于管道坡度的校验要有详细的记录资料，管道关键节点处要有记录照片或详细资料，这样利于以后管道出现问题时进行排查;③可以在冰冻线以下的股道间设置一条小的管沟廊道，把真空管道安装在管沟中，以防止被外界破坏，或在管道外增设保护层保护;④对于支管到干管的连接，因为寒冷地区冰冻线较深，所以支管较长，这样为安装带来了一些不便，而且易出现堵塞，建议采用等径斜三通，一直连接到单元井出口处，这样可减少堵塞故障;⑤管道尽量采用电熔连接，这样质量有保证，一旦被挤压，连接处不易变形泄漏。在管道施工过程中，一定要派专人严格检查每个电熔接口和热熔接口，尤其是支管接入真空干管时需要几个45°弯头连接，这样才能保证管道的质量满足设计要求;⑥尽量避免穿越障碍物或者提升，减少水头损失，使水流通畅;⑦需要检查测试管道电伴热质量，防止寒冷天气管道内污水冻结;⑧管道施工要严格按照《埋地聚乙烯给水管道工程技术规程》规范要求进行，管道回填应满足覆土要求。如图4所示［6］，DN为公称直径。

图4 管道回填剖面(单位:mm)

3.2 卸污单元改进措施

1)建议单元井距离不能太远，一般20m以内为宜。因为软管长度增加会增大单元的水头损失，造成卸污时间加长。目前车站卸污主要是站内折返列车，要求列车停时很短。卸污单元半径缩短，可减少卸污时间并节能，并且软管短存水少可防止冻结［5］。而卸污单元井的合理布置可极大减少卸污时间，延长设备软管的使用寿命。目前国外卸污软管最长为10m。

2)对于单元软管应做进一步试验，以满足寒冷地区的要求。同时对于软管与连接处易于泄漏的问题应尽快找到解决办法，并加强单元设备定期维护检查。

3)在卸污单元安装前核定单元井的标高，待单元井完全落实后再安装，省去二次安装的麻烦。

3.3 其它注意事项

1)真空卸污系统设备安装完毕后，需对系统真空度、抽吸功能、排污功能、自控功能等进行综合测试，使系统达到工况状态。检测及验收按照《铁路站段真空卸污系统技术条件》(TB/T 3163—2007)进行［7-8］。

2)真空系统招标时间宜在真空管道安装前进行，这样中标的设备商可现场指导施工，使管道施工满足工艺和设计要求，保证质量。

3)真空卸污系统建议由一家单位统一完成，这样将来系统一旦出现故障，易于排查，责任明确。按照整个真空系统进行招标，对于施工期间质量管理以及今后系统维修运转都有保障。

4)寒冷地区为防止管道内污水冻结，当卸污作业完成后，在管道尾端适当加长进气时间15～20 s，可保证支管和干管内存水减少。

4 结论

哈大客运专线是国内首次在寒冷地区车站设置真空卸污系统，因冰冻线较深，管道采用直埋方式，所以一旦出现问题隐患极大。真空卸污系统中对管道的连接技术要求较为严格;管道直埋前必须进行气密性试验，分段打压;尽量避免管道提升以减少水头损失;在有条件的情况下对真空管道采取一定防护措施。真空管道的施工质量直接决定系统的使用效果，所以对于设计和设备应进一步的优化，并要加强后期设备的使用管理。哈大客运专线真空卸污系统的建成和投入使用，为寒冷地区真空卸污系统的应用提供了宝贵的经验。

［1］中国铁道科学研究院.铁路真空卸污系统技术开发研究［R］.北京:中国铁道科学研究院，2007.

［2］中华人民共和国铁道部.TB/T 3243—2010 铁路真空卸污系统卸污单元技术条件［S］.北京:中国铁道出版社，2011.

［3］中华人民共和国铁道部.TB 10010—2008 铁路给水排水设计规范［S］.北京:中国铁道出版社，2008.

［4］中华人民共和国建设部.GB 50268—2008 给水排水管道工程施工及验收规范［S］.北京:中国建筑工业出版社，2008.

［5］铁道第三勘察设计院.铁路旅客列车卸污地面接收设施技术规程［R］.天津:铁道第三勘察设计院，2011.

［6］中华人民共和国建设部.CJJ 101—2004 埋地聚乙烯给水管道技术规程［S］.北京:中国建筑工业出版社，2004.

［7］中华人民共和国铁道部.TB/T 3163—2007 铁路站段真空卸污系统技术条件［S］.北京:中国铁道出版社，2007.

［8］European Committee for Standardization.BS EN 1091:1997 Vacuum sewerage systems outside buildings［S］.Brussels:European Committee for Standardization，1997.