船舶真空排污系統分類及自主設計

于 健， 吳曉睿， 董克用，2， 李啟玉， 金渝博，2

（1.上海齊耀動力技術有限公司，上海 201203；2.七一一研究所，上海 201108）

引言

目前大多數艦船還是采用重力式收集系統，主要由終端潔具、管路、污水收集裝置等幾部分組成。因為污水是依靠重力排放的，需要一定的向下傾斜坡度，管徑較大，安裝費用高［1］。目前國內艦船的排污系統主要采用豎直管道，衛生間的位置布置受到了很大限制，甚至有些離收集箱比較遠的衛生間不得不取消。另外沖刷水量大，造成船舶所需的污水收集箱容積比較大，占用艦船的空間大，特別是需在限制海區內長期航行或停泊的艦船，必然造成有效裝載容積的減小［2－3］。

與傳統重力管道相比，真空排污系統不但能節約用水，保護環境，而且具有管徑相對較小、管網安裝方便、不易堵塞、經濟性能好等優點，目前已在飛機、船舶、火車等交通領域得到了廣泛的應用［4－6］。對于空間十分寶貴的艦船，真空排污技術優勢尤其明顯。所配套的真空設備及附件技術日趨成熟，只需在日常生活中注意防異物堵塞并進行簡單維護，真空排污系統便可可靠運行。隨著人們對生活舒適度的要求提高以及節約水資源考慮，真空排污系統將逐漸取代重力排污成為船舶排污系統。

我國船舶大多采用的真空排污系統多依賴于國外進口。船用真空排污系統的國產化一方面可以實現真空排污系統國產化，解決船用重力排污系統臭味大、耗水多等問題，另一方面還可以擺脫船用真空排污系統對國外技術的依賴，同時大大提高船用真空排污系統的清潔度以及可靠性。

1 真空排污系統分類

通過對國內外技術現狀介紹，真空排污系統分如下幾類：

1）真空泵式真空排污系統。真空泵式真空排污系統是最早型式的真空排污系統，主要依靠真空泵維持排污箱中的真空度，通過排污泵將排泄物排至污水處理器。目前真空泵式排污系統已被廣泛推廣應用，主要代表公司如美國AIRVAC公司，德國RoeVAC公司。這種真空排污系統主要缺點是需要真空罐，占用空間大，不適合船用；由于占用空間大，安裝復雜、維修困難、價格昂貴。

2）文丘里噴射器式真空排污系統。文丘里噴射器式真空排污系統主要是通過文丘里噴嘴噴出液體，在噴嘴處產生真空，運用這種方式產生真空的公司主要為Hamworthy公司、EVAC公司，但文丘里噴射器式真空排污系統的缺點是效率低；不斷的循環產生真空會使排污箱中產生大量泡沫，在排泄物排至船體外部時，需要安裝打碎泡沫的裝置，增加了系統成本；污物箱會由于液體不斷循環過熱。

3）凸輪泵式真空排污系統。凸輪泵將產生真空與排污集成一體，節省了空間并提高了設備利用率，但缺點是真空抽吸效率低；能耗偏高。

4）真空排污攪碎泵式排污系統。挪威JETS真空排污攪碎泵式排污系統，提出了一種真空排污系統新理念，采用配有攪碎刀具的水環泵作為產生真空、排污裝置，泵上的攪碎刀具可以在排泄物排出之前將其攪碎，相對傳統的真空排污系統，節省了排污泵、排污箱，排泄物可以通過真空排污攪碎泵排至污物處理器或船外，其優點為線性安裝，不需要真空罐，節省船內大量空間；無泡沫產生；真空抽吸效率高，能耗低；可以直接將排泄物排至任何規格的污水處理器、污水收集箱；管路安裝靈活性；系統可靠性高。

JETS真空排污系統通過真空排污攪碎泵維持管路內40%～50%真空度。當沖洗廁所時，60～80L的空氣將會被吸入到排污管內，當真空表檢測到管網內壓力超過－40kPa時，真空排污攪碎泵開啟制造真空，并在管網內壓力降至－60kPa時，泵停止工作，真空閥門關閉，使真空管路內保持一定真空度。廁所閥門關閉后，排污管路內污物停止運動，污物會受重力的影響慢慢流至最低點。當下次沖洗廁所時，排污物受到真空作用被輸送至真空排污攪碎泵，最終被送至污物處理器或直接排至船體外部。目前，挪威JETS真空排污攪碎泵有 15MB－D、25MBA、60MBA、65MBA、95MB等多個型號，其性能如表1所示。

表1 挪威JETS各型號真空排污攪碎泵性能

2 自主設計某船真空排污系統

參照挪威JETS真空排污系統工作原理，自主設計一套應用于某船上的真空排污系統。某船船員共70人，船上現有真空便器共4套，其中真空蹲便器2套，小便器2套，灰水收集裝置共2套。船上生活用水采用淡水，真空便器的沖洗用水由船上的淡水壓力柜供應。

管路泄露系數按1.3計算，系統余量按15%計算。污物處理器按有效容積為4m3計算，則真空排污系統性能指標如下：便器每次沖水：1.2L；噪音聲效等級：不大于68dB；管內真空壓力：－40～－60kPa；

抽真空能力：不小于5m3／h；使用頻次（50Hz）：不小于70次／h；環境溫度：3～50℃；

正常電源供應：AC380V和AC220V；測試管路最大可接受泄露時間：真空度從－55kPa降至－45kPa所用時間不小于1h；系統最大可接受泄露時間：真空度從－55kPa降至－45kPa所用時間不小于20min；

污水處理器向艙外排放污物時間間隔1次／7d。

該真空排污系統包括2個蹲便器、2個小便器、病室內灰水以及洗臉盆產生的收集和排放。系統不負責船上廚房、配餐間及其他部分產生污水的收集和排放。

按照上述設計，此船排污系統可由原先重力排污系統改造成一套以50MBA真空排污攪碎泵組（2×25MBA）為核心設備的真空排污系統。

3 結語

1）真空排污系統在國外已經是一項成熟技術，在國內則處于初步發展階段。目前國內大部分排污系統依然使用重力排污，真空排污系統在國內具備廣闊的應用前景和應用空間；

2）挪威JETS公司開發的真空排污系統技術處于領先地位，其特點為系統布置緊湊、泄漏量小、能耗低，該技術在船舶真空排污系統領域最為領先。

［1］ 鄭慧明，李明.真空排污系統參數分析［J］.中國給水排水，2005，21（6）：66－68.

［2］ 段金明，周敬宣，林洪.真空排污管網水力計算方法及設計程序［J］.中國給水排水，2006，22（6）：46－49.

［3］ 周敬宣，王方明，李艷萍.糞便真空輸送管網與真空站參數的研究與設計［J］.給水排水，2002，28（5）：67－70.

［4］ 洪青春.真空排水系統在上海某地鐵商場公廁改造中的應用［J］.中國給排水，2009，25（22）：31－34.

［5］ 薛強，邱惠.真空卸污系統在北京南站的應用［J］.鐵道勞動安全衛生與環保，2009，36（5）：261－263.

［6］ 楊晚生，張吉光，張艷梅.高速客車的真空衛生系統［J］.給水排水，2002，28（8）：42－44.