真空排水系统在广州地铁APM线的应用及优化对策

徐胜运

（广州市地下铁道总公司，广东 广州510310）

0 引言

广州地铁珠江新城输送集运线（以下简称“APM线”）是广州地铁唯一一条全线卫生间使用真空排水系统的运营线路。本文就真空排水系统与传统重力流排水系统进行对比分析，结合该系统在APM线运行的实际情况，对其在地铁中的运行现状进行初步分析与探讨。

传统重力流排水系统污水利用自带的重力作用，经排水管汇入地铁车站集水井，再通过集水井中潜污泵将收集的污水抽至室外，经处理后排入市政污水管网。该系统长期运行弊病较多，会产生异味，环境污染严重，且潜污泵检修不便。

真空排水系统是利用真空将各分散点的污水收集至中间提升器，再通过排污泵将污水排至指定地点的一种完全密闭的建筑物内排水系统。其特点是：系统完全密闭，不产生异味，不对环境造成污染；占地面积极小，可实现同层排水，节约有效空间；真空坐便器每次冲水1.5 L，是普通便器用水量的1／4，节水效果显著。系统流程大致如图1所示。

图1 真空排水系统流程示意图

1 APM线真空排水系统介绍

APM全线9个车站、控制中心及广州塔车场的卫生间均采用重力流与真空结合式真空排水系统。真空排水系统主要由真空泵站（泵组、真空收集罐等）、真空管道网络、真空便器、中间收集提升器（真空控制阀组、液位控制器等）、真空地漏等组成。

以APM线车站真空排水系统为例，车站真空卫生间的污废水经卫生器具流入中间提升器真空控制阀，当控制阀内的水位上升到设定位置时，液位控制器依靠弹簧自动打开真空控制阀。系统内外存在气压差，在系统内部真空能量的作用下产生快速气流，使真空便器、真空地漏及收集提升器内的污水克服管道阻力流入真空收集罐内，完成污水的真空收集。污水排出后真空控制阀自动关闭。当真空收集罐内污水到设定液位时，液位传感器响应，污水泵启动，将罐内污水排至室外压力井。当真空收集罐内气压低于下限值时，一台真空泵启动，将罐内空气抽出，经通气管排至室外；若气压未达上限值，两台真空泵启动，直至达到设定值。真空泵使得系统内维持着40～60 k Pa的真空度。

真空排水系统核心部位是真空泵站，APM线车站真空泵站尺寸约为1.2 m×1.7 m×1.75 m，占地面积极小。其内包括一个容积200 L的真空收集罐、两台排气量144 L／min的真空泵、若干台流量22 m3／h及扬程30 m的排污泵等。APM线车站真空泵站大致如图2所示。

2 APM线真空排水系统存在问题分析及优化对策

2.1 车站真空卫生间

2.1.1 存在的问题

真空排水系统在广州地铁APM线全线站点中使用，主要存在真空泵站的单向阀堵塞、真空控制阀隔膜磨损、真空排污管渗漏等问题。

（1）真空泵单向阀堵塞严重。由于站内员工或乘客使用不规范，经常把杂物扔进卫生器具内，系统管道常常发生堵塞，直接影响系统排污。一般情况下，杂质会被截留在真空泵站的单向阀前，一旦发生堵塞，整套真空泵污水设备将无法使用。由于设备长时间使用，单向阀长期受到阻碍物的冲击，阀片磨损严重，导致阀片关不严，失去密封性，从而空气泄流、污水倒灌，使真空收集罐真空度不足，导致真空泵起泵频繁，泵组性能下降。

（2）真空隔膜控制阀磨损率高。真空隔膜阀为常压与管道内负压的界面，是一种常闭的负压气动阀，用于控制污水的抽吸，是真空排水系统中的关键阀件。根据4年来设备运营情况，真空卫生间真空控制阀内的隔膜磨损严重，真空隔膜阀常见的自然失效方式为隔膜破裂造成的密封不良、漏水、漏气以致阀门开启不及时或不能开启。

（3）真空排污管渗漏。现APM线卫生间内卫生器具至真空收集罐的排污管为PVC管，由于管道处于真空状态，易气蚀管道连接部位，导致排污管破损而出现渗水漏气。

2.1.2 解决措施

（1）加大厕所管理，提倡文明如厕，增加日常巡视力度和提高检修质量。针对频繁发生的故障，维保管理人员应制定出一套规范的标准检修工艺及流程。

（2）真空控制阀隔膜片的破损主要与备件厂家提供的产品质量有关。建议采取以下措施：1）严格控制橡胶隔膜的加工条件，确保隔膜连接部位的牢固性；2）选用更耐久的橡胶材质；3）研究为隔膜增加具有良好耐屈挠疲劳性及黏着强度高的骨架层。从材料质量上进行改良，改善隔膜耐屈饶龟裂及动态疲劳性能。

（3）建议真空管道由PVC管改用PPR热熔管，热熔管和PVC管的耐压和耐热特性相似，因热熔管管件连接部位是同质熔接，相对较可靠，可有效减少管道漏水、漏气，具有降低管道维修成本的优势。

2.2 车场真空卫生间

2.2.1 存在的问题

APM车场真空排水系统经常出现无法正常启动的状况，故障记录频繁显示“综合故障”，经排查分析，显示“综合故障”的主要原因如下：

（1）真空控制阀密封性不良导致真空压力不足，电机长时间运行时导致系统启动保护；

（2）管路被杂物卡住导致电机长时间运行引起过载，系统停机；

（3）因单向阀内部老化引起电磁阀故障；

（4）继电器等元器件接触不良或损坏；（5）控制箱变频器出现故障。

第（1）～（3）点问题的解决可参考上节车站真空卫生间的对策，定期加强机组的日常巡查与检修，及时更换易损零部件，减少人为因素造成的管道堵塞；第（4）～（5）点问题原因是压力继电器及控制箱变频器安装在车场真空泵站的一体化组合式机组柜内，当真空泵启动运行时，电机转动会产生强烈的振动，导致设备内部零件产生移位接触不良或损坏。同时车场凸轮泵启动时振动很大，且泵体与控制柜安装在机组内，长时间的振动会导致柜内变频器内部元件移位损坏。另柜内两个真空压力继电器与真空罐相连接，水泵电机振动带动真空罐振动，导致继电器内部反馈信号触点在振动的情况下产生移位，触点接触不到位时无法将真空压力信号传到控制柜PLC上，从而致使真空罐在真空低的情况下无法正常启泵。

2.2.2 解决措施

针对APM车场真空排水系统“综合故障”，经技术分析，设备管理人员对机组配件进行了改造处理：

（1）将变频器从原控制箱内转移到机组外面，通过接驳导线将其固定在机组外面墙壁上；

（2）将真空压力继电器从原先与真空罐连接管道处断开，通过接驳铜管将其延长至墙壁处固定，并对压力继电器连接处制作一个螺纹铜管及一段不锈钢缓冲管进行减振。

上述改造可大大降低泵站机组振动对变频器及真空压力继电器造成的影响，APM车场真空泵站改造至今已运行一年多，“综合故障”未再出现，真空排水设备运行情况良好，改造延长了部件的使用寿命，提高了系统运行的稳定性及可靠性。改造前与改造后的真空泵站如图3所示。

图3 改造前后的变频器与真空压力继电器

3 结语

自APM线开通运营以来，广州地铁APM线真空排水设备运行良好，针对系统存在的问题，设备管理部门制定了系列解决措施，降低了维护成本，提高了设备稳定性。后续如地铁新线建设大规模投入使用，需提高系统稳定性及应对大客流的运行强度。随着人们对环境问题的日益关注以及真空排水系统设备的国产化、系统设计水平和设备维保管理水平的日益提高，相信真空排水系统作为一种新型的排水方式，会在国内城市轨道交通地下建筑领域得到越来越多的应用。

［1］郑慧明，李明.真空排污系统参数分析［J］.中国给水排水，2005（6）.

［2］洪青春.真空排水系统在上海某地铁商场公厕改造中的应用［J］.中国给水排水，2009（22）.

［3］张健，高世宝，章菁.真空便器与真空排水在节水和污水源分离中的应用［J］.给水排水，2007（2）.

［4］EN12109：1999 欧洲室内真空排水系统设计标准［S］.

［5］达道安.真空设计手册［M］.北京：国防工业出版社，1991.