船用真空排污系统技术方案.docx
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船用真空排污系统技术方案
船用卫生间真空排水系统技术方案
船用卫生间真空排水系统特点
✧便器冲洗水量小。
每次冲洗水量小于1Ｌ。
在集粪箱同样大容积的情况下，可满足更长的使用时间，从而能有效的减少专用收集粪便船舶的使用次数。
✧管路铺设灵活。
因采用系统内部真空能量作为污水传输的动力，因此管路布置可横向布置甚至提升布置；较高的污水流动速度使真空排水管路比传统的重力排水管的管径要小，节约了安装空间，同时在安装过程中减少了吊装工具的使用，大大的提高了工效，节约了安装成本。
✧卫生，安全。
真空排水系统是一个完全密封的排水系统，无任何污水渗漏、也无任何臭气外溢，具有很好的卫生和安全特性。
船用真空系统运行条件
✧环境温度：
3～50℃
✧正常电源供应：
AC380V和AC220V
✧冲洗水：
压力≥0.25MPa（若船上不能提供该压力的压力水，系统可自配水增压装置）
✧压缩空气：
≥0.５MPa 管径：
３／８＂（仅系统自配水增压装置时需要）
真空排水系统技术方案
１ 系统工作原理：
该真空排水系统是由凸轮泵机组、真空排污管路、真空便器（包括真空座便器和真空蹲便器）、中间收集装置、真空地漏等设施组成的一个完全密闭的排水系统。
系统是利用系统内外的气压差来实现污水（灰水）的排空和传输的。
系统利用凸轮泵机组的旋转凸轮泵在排污管路中形成一定的真空，在系统内部真空和外界大气压的作用下，真空便器、真空地漏及中间收集装置内的污水和灰水克服管道阻力流入污水收集箱（或称为集粪箱）内，完成污水（灰水）的真空收集。
２ 方案说明
根据该旅游船项目的卫生间的平面布置，所设计其真空排水系统布置见下图：
如图所示，四个卫生间连接在一套真空排水系统上，各卫生间的便器通过安装在地板下面的DN65排污支管连接在一起后与排污主管（立管）相连。
排污主管的末端与凸轮泵机组相接。
凸轮泵机组用来在排污支管和排污主管内产生系统所需的真空，并将进入的污水排放到集粪箱中去。
便器内的污水进入排污支管，通过排污主管和凸轮泵机组排放到船底舱设置的集粪箱中。
洗手盆内的灰水先靠重力流到中间收集装置中，当中间收集装置内的灰水满后，自动排放到排污管路中，并最终进入船底舱设置的集粪箱中。
各卫生间的地漏内的灰水也经过排污管路，并最终进入船底舱设置的集粪箱中。
整个真空排水系统主要由真空便器，中间收集装置，凸轮泵机组，真空地漏和真空排污管路等组成。
2.1凸轮泵机组
凸轮泵机组包括：
旋转凸轮泵，压力开关，阀门和管件，电控系统等组成，用来形成系统所需的真空并将污水通过该凸轮泵机组排放到集粪箱中，同时还可实现将集粪箱内污水排放到船体外的功能（即卸污功能）。
凸轮泵机组的主要部件是旋转凸轮泵，该凸轮泵直接与真空排污主管路相连，在入口处设置有真空压力开关来控制凸轮泵启停工作，使真空排污管路中始终保持设定的真空度。
凸轮泵配置两套，一用一备。
该凸轮泵有很强自吸能力，吸程可达８米。
除可以输送各种粘稠或含有颗粒的介质外，还可抽除气体，兼有排污泵和真空泵的双重功用。
该泵允许通过的颗粒直径为４０mm。
泵结构紧凑，对介质剪切小，运行震动小。
真空排水系统运用该种泵的优势在于集粪箱不需承受真空压力，降低了设计制造成本。
电控系统用来控制凸轮泵机组的工作，必要时可实现与各便器之间的通讯，实现全部便器监控功能。
控制采用PLC集中控制方式。
对外预留有通讯接口，以便对系统远程监控。
凸轮泵机组外形尺寸小，方便运输和安装。
⑴凸轮泵机组的工作过程：
在真空排污管路上设置有真空压力开关，真空压力开关用于检测系统的真空度。
凸轮泵设置在-40KPa时启动，-65KPa时自动停止运行。
系统正常情况下采用启动单泵，双泵交替工作的模式。
系统还设置有手动模式，可使凸轮泵手动启动。
⑵主要技术参数设置：
___最小真空压力：
设置为-40KPa
___最大真空压力：
设置为-65KPa
___扬程：
１２米
___电源功率：
AC380V单泵：
7.5KW双泵15KW
AC220V300W
___外形尺寸：
1500×1100×1700mm
___重量：
500Kg
⑶信号显示：
___具有电源,运转等指示。
___能显示系统真空度和排水压力。
___紧急停止：
在控制面板上设有急停按钮。
___电动机不运转报警：
显示电动机自我保护已经停止，需要重新启动。
___真空故障报警：
在要求时间内真空度没有达到预定值，系统报警。
___设置有手动操作按钮。
备注：
由于采用凸轮泵机组，在集污箱满时，可不用外界吸污设备排空集污箱，可直接采用凸轮泵机组反转将集污箱内污水排放到指定场所。
2.2真空便器
真空便器可分为真空座便器和真空蹲便器两种。
其工作原理相同，都包含便盆、排泄阀、水阀、冲洗开关和控制装置等主要部件。
冲洗开关可根据用户的使用要求，提供手动按钮或自动感应式冲洗开关两种方式。
便器动作原理图
工作过程说明：
冲洗按钮或自动感应开关有信号后，控制模块被触动。
若系统真空度能达到要求，便器按照设定好的程序自动冲洗：
便器出口的排泄阀开启，水阀打开，便盆内污物在管道内真空和外界大气压的共同作用下进入真空排污管路。
水阀在排泄阀关闭后自动延时，以保证每次冲洗结束后能在便盆内存储一定的清水，整个冲洗约需用水1L。
若系统真空度未达到要求，则控制模块仅使水阀打开，开始冲洗便器，当真空度达到要求时，便器排空，将污水排入真空排污管路。
2.2.1真空座便器
Ｉ型不锈钢座便器
II型陶瓷座便器
便器材质：
I型：
便斗：
不锈钢材质;外壳：
玻璃钢材质
II型：
陶瓷
运行参数：
（1）冲洗水压：
推荐水压为0.25～0.35MPa
（2）运行真空度：
0.03～0.05MPa
（3）冲洗水量：
1±0.15L/次（在水压:
0.3MPa，真空度：
0.05MPa下测定）
（4）重量：
约１９Ｋg和４０Ｋg
2.2.2真空蹲便器
便器材质：
不锈钢材质（Ｉ型）或陶瓷材质（II型）
技术参数：
（1）冲洗水压：
推荐水压为0.25～0.35MPa
（2）运行真空度：
0.03～0.05MPa
（3）冲洗水量：
1±0.15L/次（在水压:
0.3MPa，真空度：
0.05MPa下测定）
（4）重量：
约１２Ｋg
备注：
该安装图仅是一种安装方式，具体安装，应根据船舶的具体结构来确定。
对于该项目，由于卫生间内每厕位空间很小，在便器后面夹层可以取消，将冲水组件安装在便器下面。
2.3、中间收集装置
中间收集装置主要由收集箱、液位开关、排泄阀和控制单元组成。
收集箱为不锈钢材质，安装在卫生间夹层内或洗面台下面，用来收集洗手盆、等重力出水点所排出的污水。
当箱体内液位达到设定高度时，控制单元使收集箱同真空排污管路连接的排泄阀打开，收集箱内的污水在压力差的作用下通过排泄阀进入真空排污管路。
--收集箱为不锈钢材质，容积为10L
--控制电源采用DC24V直流电
中间收集装置安装在地面上，通常设置在夹层或洗手盆下。
2.4真空地漏
真空地漏主要由地漏壳体（不锈钢材质）、橡胶真空隔膜等原件组成。
技术参数：
（1）净重：
10.69kg
（2）容积：
1.5L
（3）每次工作的进气量：
45±10L
工作原理：
真空地漏的污水排放口与真空排污管路相连，隔膜在真空的作用下与φ13进水口紧密贴在一起，将地漏与真空排污管路隔开，当真空地漏内污水储存到一定液位时，隔膜在污水重力的作用下与φ13孔分开，地漏内污水被吸入真空排污支管，当地漏内污水下降到不足以克服管路中真空吸力的时候，隔膜自动闭合，一次排水过程结束。
2.5真空排污管路
真空排污管路分为真空排污主管和真空排污支管，管路采用HDPE或不锈钢材质。
管路布置在上层地板和下层顶板之间的夹层内。
每个卫生间的排污支管同排污主管连接处都应加上隔离阀，以便每个卫生间出现故障使能独自关断，不影响其他卫生间的工作。
真空管路一般按5/1000~10/1000的落差布置，每隔25米左右（在总管路长度小于50米的情况下，可以按每12米设置），利用两个45°弯头提升管路至起始的水平高度，因此管路呈现“锯齿”形。
这些提升段是保证管路系统畅通的关键部分。
提升段可根据船体内部结构具体布置，以保证真空管路通过障碍物。
必须使用支架和管夹，以保证管路安全，其间隔为每1.5m管路或根据管路制造商的建议而定。
所有中间部分的支撑必须根据管路制造商的建议使用，所有支架必须有橡胶垫。
每一处管路换向的位置，均应有疏通孔，以便于清理管路的每一个部位。
关于管路的具体布置可参见附件2：
备注：
至于管路的长度，其原则管路越短，拐弯越少越有利于系统的工作。
因系统设置真空度为-40KPa~-65KPa，只要保证管路的的末端的真空度不低于-30KPa系统即可正常工作，因此系统管路的压力损失应小于1m。
若由于结构限制，管路的压力损失超过1m，则应该提高系统的真空度。
后面附件2中允许的压力损失不超过3m，是因为系统的设置的真空度高。
2.6臭气处理
集粪箱上设有通气口,通过该通气口排出的气体有异味,可以采用安装臭气过滤器或其他等方式处理,处理后再排放到大气中去。
3系统可满足的运行时间:
若集粪箱采用有效容积10m3,取便器每次冲洗水量1.5L,每次洗手用水量为0.6L,每次粪便污水的排泄量为0.3L,则该系统可满足的使用次数约为:
N=10000/（1.5+0.3+0.6）=4166次
取每人4小时上一次厕所则在满员的条件下,可满足的运行时间约为:
H=4x4166/464=36小时
备注:
未考虑船员人数和浴室水的收集。
附件1真空排水系统与重力排水系统的比较
对比项目
重力排水系统
真空排污系统
对真空排水系统的评价
节水情况
便器每次用水6-8L
耗水仅为1L
从实质上解决了厕所的节水问题
臭气外溢
问题
管网系统是半敞开式，密封性差，臭气外溢无法避免，容易滋生蚊蝇
管网为负压完全密闭，无臭气外溢
解决了公共卫生间的清洁卫生问题，不会对周围环境造成污染
噪声问题
冲厕噪声等效声级通常为75分贝左右，延续时间约20S
噪声声效等级通常低于75分贝，延续时间约4S
噪声声效等级低
施工难易
程度
管径较大，故开挖量大。
管道铺设需较大倾斜度，长距离输送要求有提升站，遇到障碍物不好解决
管径较小，靠真空输送，同管径管道倾斜度仅为重力管道的1/5-1/8,不需要提升站，遇到障碍物可轻松绕过
施工方便，节省了施工费用，缩短了施工周期
管网范围
适宜大规模管网，用于人口集中的大中城市
以凸轮泵机组为中心，收集半径可达到3-4公里，规模可大可小
适用于各种规模建筑排水
堵塞问题
要求对粪便有一定的稀释，靠重力流输送，流速低，易堵塞
以凸轮泵机组为输送动力源，可输送浓度较高粪便，输送速度高，不易堵塞
减小了堵塞几率
泄露问题
管网密封性不好，跑冒滴漏问题严重
真空管网中存在负压，故绝无跑冒滴漏现象
避免了跑冒滴漏现象，不会对周围环境造成影响
透气管问题
必须安装透气管，在一些地下建筑，透气管难以布置，直接伸出室外，也会造成环境污染
透气管容易布置，气体由真空泵引入空气滤池进行处理对外排放。
布置容易、环保性较好
动力源
在用户终端不需电力，在管网提升站、中水处理站、污水处理厂需消耗大量电能
在用户终端不需电力，在凸轮泵机组、中水处理站、污水处理厂需要电能。
真空排水系统能耗略高
系统监控
问题
对管网故障很难监控，往往当发现故障时，以对周围环境造成了影响
对真空管网关键点的真空度监测容易实现
真空排水系统易于监控
系统稳定性问题
系统稳定
需保证真空管网内部真空度在规定范围内，以确保系统稳定运行
需要真空动力源
系统维护管理问题
①系统易堵塞，故障率高②集水井易满溢，需经常定期清洗
凸轮泵机组需要有专人管理，系统设计人性化，便于发现故障和维护
所需管理人员较少，
维护容易
技术成熟性
一种成熟技术，已在国内得到广泛使用
1982年起已在欧洲、北美得到广泛使用，从2001年进入中国、已在多项工程上得到成功运用
技术成熟，需进一步加大推广力度
附件2
真空排污管路设计的基本原则
作为真空排水系统的重要组成部分，真空排污管路设置是否合理对系统的运行起着至关重要的作用，下面将对管道设置进行简单的介绍。
管路主要采用PE管电熔连接，局部管路会采用PVC或钢管连接。
1、管路连接和安装问题
管路连接必需牢固，接合面必需保证光滑，不得出现连接后减小过流截面积的情况。
其具体连接可参照以下各图：
（1）HDPE管的连接
热熔连接
电熔连接
HDPE管可采用热熔或电熔连接，热熔连接对工人的操作水平要求较高，接头质量易受环境因素的影响，因此通常用在密封要求不高的场合。
电熔连接操作简单，容易保证接头质量，故在真空排水系统中运用最为广泛。
（2）PVC管的连接
（3）钢材与塑料管材的连接
HDPE与钢管PVC与钢管
注意：
必需采用法兰连接。
（4）钢管连接
钢管可采用焊接或法兰连接形式。
⑸、真空主管路的安装
真空主管路采用PE管电熔连接，安装过程中应注意以下几点：
◆电熔承插连接
电熔承插链接图
1电熔承插连接管材的连接端应切割垂直，以保证有足够的熔融区。
管材切割应采用旋转切刀，DN75-DN160采用PCS140型旋转切刀，DN32-DN75的管件采用PCS075型切刀，不可采用手锯等工具操作。
2如上图所示，在熔接前，用清洁棉布擦净管材和管件链接面上的污物，并标出插入深度L1，刮除表面氧化层。
将管材插入管件中，矫直两对应的待连接件，使管材管件在同一轴线上。
防止偏心造成接头熔接不牢固。
刮除表面氧化层，可采用旋转刮刀或平板刮刀。
◆电熔鞍形连接
电熔鞍形连接时，应于管连接部位用托架支撑并固定，保证链接面能完全吻合。
电熔鞍形连接前，应用洁净棉布擦净连接面上的污物，并用刮刀刮除管连接面上的氧化层，并将连结面打毛。
⑶电熔连接焊机与电熔管件应正确接通。
先将电熔管件套在管材、管件上，检查合格后，方可通电。
通电加热的电压和加热时间应符合电熔连接焊机和电熔管件生产厂的规定，以保证在最佳供给电压、最佳加热时间下，获得最佳的熔接接头。
冷却期间，不得移动连接件或在连接处施加外力，因为只有在全部冷却到环境温度后，才能达到其最大耐压强度。
冷却期间其他外力会使管材、管件不能保持在同一轴线上，也不能形成均匀的凸缘，从而影响接头质量。
2、管路附件
（1）弯头和三通
采用弯曲半径足够大的弯头和45度三通是至关重要的。
以上附件是允许使用的。
（2）管道吊架
在真空排污管路中，由于污水流动的高速性，在弯头及真空支管与主管的交汇处会因为污水流速及流动方向的急剧变化而会产生较大的冲击力。
因此管路必需加以固定。
对于塑料管道必需在管道与管卡之间加上弹性衬垫或采用塑料管卡，以防止因管道振动或管道随温度的伸缩而损坏管道。
管道支吊架的设置密度需根据管径查阅相关规定确定，也可根据管材生产厂家的推荐值来确定。
3、管路设计和安装
（1）便器及污水收集装置出口管路的设置
尽管室内真空排污系统不依赖重力来传输污水，使得管路的铺设更加灵活，但是采用向下的管路设置仍然是最佳的选择，这样更有利于系统的运行和维护，这是在管路设计时必需遵循的原则。
当必需采用提升管路时，可参照以下图例：
提升管段直径不允许加大，需按照右上图安装。
此图例适用于一个或多个便器的情形，在提升管路水平最高点需安装止回阀。
最大提升高度为3米。
便器向下和向上提升的出水管路必需汇入独立的水平支管，每个便器都需有自己独立的提升管路。
末端便器管路到真空主管的最大距离为30m。
（2）主管路及支管的铺设
▲理想的管路铺设形式
▲允许使用的管路铺设形式
使用时必需注意：
ΣH1+H2+....HN不允许超过3米。
▲不合理的管路铺设形式
ΣH1+H2+H3+H4...>3m
水平主管路坡度应与与污水流动方向一致的坡度，最小坡度为0.2%，一般采用0.5%~0.5%。
在采取了防止倒流措施的情况下，可以在局部水平支管采用。
但坡度与水流方向相反的管路铺设是不应采用的。
顺着水流方向管径不应被减小:
▲当水平主管或支管必需通过障碍物时，必需遵循以下原则：
当L＞1m时，必需在图示位置对管路采取修正措施，以改善污水在管路中的运行状况。
（1）带清扫口的提升弯图例
★支管
当真空主管位于竖直位置时，支管必需使用45度弯头沿着水流的方向并入主管路中（如左上图所示）。
当主管水平设置时，支管必需以45度方向顺着水流方向从主管上方并入（如右上图所示）。
（3）清扫口的设置
在以下位置应当设置清扫口：
A、在水平管路末端
B、在竖直主管路的上端
C、在水平管路上每隔25-30米需设置一处清扫口（管路短时可12米左右）
D、在提升弯处
E、在90度拐角处
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