某滚装船真空马桶系统生产设计

杨泳东　李小虎　熊晓阳　罗垒　胡璐璐

摘    要：真空马桶与污水处理装置配带的真空装置，通过管路连通将整个管路系统形成真空。真空马桶系统通往每个马桶必须有一道隔膜阀与外界隔离，当此阀被打开时，依靠大气压的压差，将马桶内的污水抽走。污水处理装置正常工作状态下，真空装置的压力设定值为-0.6bar（停止点）～-0.4bar（起动点）。为了减少整个过程压力的消耗，浅析了真空马桶系统生产设计过程应注意的事项，保证了整个系统满足使用要求。

关键词：真空马桶;存水弯;污水处理装置

中图分类号：UU664.85                            文献标识码：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

真空马桶系统是集环保节水、污物收集、回水利用及绿色环保系统于一体的先进技术，它是将污水通过真空管道利用极少量的冲洗水收集到污水处理装置的污物存储柜内。与传统马桶相比，具有冲洗效果好、节水、防臭、安装方便等优点。该系统已在船舶、飞机及高铁上广泛应用，效果明显。

本文详细介绍了真空马桶系统的原理、功能、优点及管路布置的一般要求，以及船舶管路生产设计要点。

2     真空马桶系统的原理

真空马桶系统是通过管路内外压力差，由大气压将马桶内污物挤压至管路内，再依靠压力差及重力组合作用将污水运输至污水处理装置，改变了仅依靠重力作用的传统模式。

如图1所示，当按下卫生单元内真空马桶冲洗按钮后，马桶内的隔膜阀打开，真空管路与外界空气连通，由于管内压强低于大气，大气压强会将马桶内的污物挤压至真空管路内，真空马桶内部的隔膜阀在1～2 s后自动关闭;马桶内隔膜阀关闭后，管路中的污物会因重力的作用继续向斜度方向流动，暂存在管路中的最低点或存水弯处;下一次马桶启动时，隔膜阀将再次打开，暂存于存水弯处的污水在压力差的作用下被运输至下一个存水弯。

上述过程将不断重复进行，将污水收入污水处理装置的污物存储柜。每层甲板管路一般会设置检修用的隔膜阀（SPV1～4）和设有检修污水处理装置用的阀门（SPV5）。

使用真空马桶时不仅污物会被挤压至管路中，还会有部分空气，管路内的真空度也会因此降低。随着马桶的冲洗次数的累加，管路中的真空度下降至预设值（通常为-0.4 bar），污水处理装置内真空装置会自动启动，抽去管路内多余空气，直至管路中的真空度达到预设值（通常为-0.6 bar）。

3     真空马桶系统的功能及优点

3.1    真空马桶系统的功能

（1） 收集马桶、小便池、浴盘等卫生洁具的污水，以及管路上的其他排水设备所排出的废水，以真空排放方式将废水吸入污物存储柜;

（2） 可以使整个系统的效率达到最大化，将整个系统的负载平均分布到各条主管路。

3.2    真空马桶系统的优点

（1）节约用水。每次沖洗只需1.2～1.5 L的水，而普通马桶、节水马桶每次需要6 L，老式马桶则需要19 L;

（2）真空马桶的下水管的通径更小，更容易满足布置空间;

（3）马桶排污口可任何朝向将马桶内污物带走，管路的布置更灵巧，而普通马桶排污口必须朝下布置;

（4）因管路布置灵巧，在安装新马桶时不需要将原地面破坏;

（5）真空马桶可以安装在房间的任何地方。

4     真空马桶系统生产设计要点

4.1   管路材料及连接方式

（1）管路材料

真空系统管路材料，必须满足污水运输、防火、防腐蚀和维修保养等使用要求。无缝钢管、不锈钢管及塑料管均可用于污水真空系统，从经济、安装、重量等方面考虑，优先选择塑料管，因为塑料管具有造价低、重量轻、可塑性高、安装简便等特点。

（2）管路连接方式

无缝钢管和不锈钢管可以采用法兰、套管和对接焊的连接方式;塑料管连接方式有套管连接和法兰连接，根据不同材质套管连接方法有溶剂粘接及热熔焊接两种：热熔焊接可用于PE、PE-RT、PPR、PVC等材质;溶剂粘接主要用于PVC材质。

由于真空管路功能特性需要保持内部负压，无论采取哪种管材都尽量避免使用法兰连接，以防止气味泄漏及真空装置不必要损耗。

4.2   管路布置

（1）为了充分利用重力势能，减少真空装置能耗，真空主管路应垂直向下布置，支管总体上建议有一定向下的倾斜角度;但在空间狭小空间可设置水平管段、存水弯，存水弯既可以用来躲避障碍物，也可以作为污物堆积处灵活使用;

（2）设置隔膜阀。真空管路对管路密性要求较高，因为真空马桶在船舶日常生活频繁使用时不可避免的会出现故障需要检修。为不影响其他真空马桶使用，需在各支管设置隔膜阀，目的是切断支管与总管及其他支管的关联;

（3）连接马桶管路可以垂直向上布置，若真空马桶下层有障碍物、危险区域等不可通行时，可将真空管路垂直向上布置（高度≤3 m），如图2所示;

（4）真空管路与洗衣机、洗手池等设备泄水管路相连时，需要设置界面隔膜阀，其作用是只允许洗衣机、洗手池等设备的泄放水通过，而不允许空气通过，可在不影响上述设备正常泄水的情况下保持管路真空度;

（5）为了方便维护维修，通常一根支管上布置的真空马桶不要超过20个。

4.3   存水弯配置

真空管路需设置存水弯。理想的管路布置为倾斜向下，每隔25～35 m左右设置一个存水弯，如图3所示：

（1）存水弯的作用

①船舶真空马桶管路较长，真空装置启动时泵口真空度已经超过上限值，而终端真空度却不足，设置存水弯可进行有效的分段控制真空度，减轻主管路压力;

② 收集污物，集中管理，作为检修口使用;

③ 避让其他管、结构、电、舾及设备等障碍物。

（2）存水弯的特殊布置要求

①向上避开障碍物

真空管路需要向上设置时，存水弯规格需要满足下列要求，如图4所示。

② 往下避开障碍物

真空管路需要向下设置时，存水弯规格需要满足下列要求，如图5所示。

4.4   提升管配置

连接真空马桶的真空管路如需向上布置，则需设置一段提升管路，如图6所示。

提升管设置要求如下：

（1）提升管路不宜超过3 m;

（2） 提升管与该层主管路用2个45°弯头平滑连接，防止主管路污水倒流，提升管最高点须高于主管路3倍的直径;

（3）垂直主管和最后一个真空马桶提升管之间的最大距离，不超过30 m;

（4）提升管不可设置变径接头。

4.5   管路维修性设计

真空马桶管路长时间的使用，不可避免会出现管路堵塞的情况，因此管路中应当设置足够数量的检修口以便维护保养;检修口优先设置在存水弯处，以及走廊、机械处所等人容易到达的地方，避免设置在厨房、餐厅、晾衣间、病房、娱乐室、居住舱室等影响日常起居的处所;若无存水弯也可设置在直管段与管路末端。

典型的检修口形式有四种，如图7所示。

4.6   管路支架设置

由于真空马桶管路中的污水流速极快，会对管路产生较大的冲击力，故在设置管路支架时要考虑振动;塑料管还必须要考虑温度引起的热胀冷缩等问题。

（1）钢管支架可参考CB/T3780-1997《管子吊架》的型式选取;塑料管支架则按照船厂或（下转第页）（上接第页）

塑料管厂家的标准;

（2）通常管路弯头处和支管接主管处为应力集中部位，应设置管支架固定;

（3）钢管支架间距可参考CB/Z 345-2008《船舶管系布置和安装工艺要求》;塑料管一般按照1.2 m（或塑料管厂家推荐的数值）间隔设置;

（4）与真空马桶连接的提升管，在真空马桶开启/关闭时压力值变化大，因此在提升管末端和与主管连接处附近位置应设置支架固定;

（5）设备与阀件进出口，应设置管支架。

4.7   其他注意事项

（1）真空马桶管路可以倾斜向下或水平布置，不允许平稳的向上倾斜布置，并且垂直提升的高度不能超过3 m;

（2）沿污物流向，管路通径只能增大不可减小;

（3）上升管路的支管连接主管时，须沿水流方向的45?连接;

（4）布置真空马桶管路应尽可能避免急弯，所有支管都尽量采用斜插45°的形式，拐弯处尽量采用45°弯头或弯管;

（5）通常塑料管若在60 ℃以上的温度条件下使用，其硬度、耐压及寿命均会大幅降低，因此存在负压的真空塑料管不能布置在露天甲板和高温处所;

（6）每层支管处的隔膜阀，应优先安装在垂直管路上，避免污物堆積造成堵塞。

5     结束语

真空马桶系统符合节能环保的要求，但要发挥真空马桶系统的优势，其管路材料选用及合理布置至关重要。做好真空马桶系统生产设计，应预先了解其工作原理，并有针对性地进行匹配布置。

参考文献

[1] 中国船舶工业总公司.船舶设计实用手册[M].北京：国防工业出版社，1999.

[2] 李剑波.真空排水系统的原理、方法及运用[C]. 上海建瓴工程咨询有限公司， 2011.