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1、Z 1 7 、Z 1 8 次直达列车抽污排放及处理系统的设计引言Z17 、Z18 次直达列车抽污排放及处理系统的设计周芳唐文( 长沙铁路勘察设计有限公司)随着铁路科学技术的迅猛发展，环保节能的新型列车也呼之即出，自从2 0 0 4 年4 月2 8 日直达列车的开行，铁路的历史又翻开了崭新的一页。新型的直达列车，涵盖了中国铁路的许许多多的新技术、新成果，随之列车配套的系统也相应出炉。在这一次技术革新中，我们担当了Z 1 7 、Z 1 8 次( 长沙至北京) 直达列车污物接收、排放、处理的科研设计任务。由于Z 1 7 、Z 1 8 次直达列车为新型环保列车，它厕所结构和功能与以往的列车的厕所大不一
2、样，首先列车的粪便污水不直接对外排放，其次在大便器下面安装了一个储污箱，容积为0 5 立方米，储污箱被自动抽成真空，储污箱四周还有自动加温设备，还有液位显示装置，总而言之，直达列车的厕所更科学、更环保。1列车抽污、排放、处理的工艺设计方法为了能使列车的粪便废水及时顺畅的排出，设计采用了负压原理，进行抽污排放。简单的讲，在地面制作一套地面接收储存装置，利用真空泵将其抽成真空，然后利用管道将地面接收装置与列车对接，对接之后，将列车的集便箱的阀门全部开启，由于列车集便箱与地面接收装置存在压差，这时列车集便箱的废水就从列车集便箱( 高压) 流到地面接收装置( 低压) ，当列车集便箱的废水全部流入地面接
3、收装置后，地面接收装置恢复常压，粪便废水在重力作用下从储污罐内自流到室外处理池，经室外处理池处理后，排入市政排水管网。工艺流程如下：列车污水地面管道地面储污罐自流污水处理池达标排入市政排水管网设备平面布置图如下：1 5 0Z 1 7 、Z 1 8 次直达列车抽污排放及处理系统的设计2 列车抽污、排放、处理的工艺的技术指标1 排放标准：国家污水综合排放标准G B 8 9 7 8 1 9 9 6 中第二类污染物最高允许排放浓度之级标准。2 真空负压值：- 0 0 8 0 M p a - 0 0 4 0M p a 。3 抽便排放时间：列车移动时间+ 抽便时间+ 储污罐排放时间= 3 次木3 分钟次+
4、 3 次： ：8 分钟次+ 5分钟= 3 8 分钟。4 地面储污罐容积：按照一天一车计算污水量，1 6 车1 M 3 1 0 5 ( 冲洗水量) = 1 6 8 M 35 地面化粪池容积：按照一天最高1 0 0 0 人计算，选用1 3 - 1 0 0 A 0 0 型化粪池，共l O O M 3 。6 A 级厌氧池，设计停留时间2 4 h ，4 0 M 3 ；A 级缺氧池，设计停留时间5 h ，l O M 3 ；0 级生化池，设计停留时间8 h ，1 6 M 3 ；3 列车抽污、排放、处理的工艺的技术研究在接到长沙车辆段集便处理工程的任务后，设计对集便工程相关信息进行了搜寻，由于这类工1 5 1
5、Z 1 7 、Z 1 8 次直达列车抽污排放及处理系统的设计程在国内确无首例，因此设计采用的参数、技术标准只有借鉴国外的资料，并参考有关这方面设备资料，但抽便设备与抽便系统相比，差异相当大。最常见抽便设备如抽便汽车，它常用于民航的机场，它结构简单，灵活方便，投资费用不高。而抽便系统结构复杂，它有长长的输送管道，有地面接收储存装置，有抽空的动力设备，有自动控制系统，有设备房屋及附属设施，它设备固定，投资费用高，施工难度大。其中最难处理的有几点：1 系统的气密性的控制，2 系统的负压值的控制，3 整个系统的自动化控制。本工程还要遵守以下规范及标准：室外给水设计规范G B J1 3 8 6 ，室外排
6、水设计规范G B J1 4 8 7 ，铁路给水排水设计规范T B J1 0 8 5 ，给水排水管道工程施工及验收规范G B5 0 2 6 8 9 7 ，给水排水构筑物施工及验收规范G B J1 4 1 9 0 ，国家污水综合排放标准G B 8 9 7 8 1 9 9 6 。3 1 材料研究3 1 1 管道及法兰垫片整个输送管道采用不锈钢管，这是因为不锈钢管有以下优点：不锈钢在大气和一般介质中具有很高耐腐蚀性能，还具有较高的强度、硬度及耐磨性，能适宜较大的温度范围内工作，具有良好的综合性能。因此，含有腐蚀性的粪便废水，在负压输送的情况下，采用不锈钢管有利于工程的运行管理。而新型材料的塑料管，虽然
7、光洁度比较高，且安装方便，但耐压、耐腐性能远远不及不锈钢管；排水铸铁管虽然耐腐、耐压性能还可以，但机械性能差，脆性高，容易破碎，给施工带来诸多不便；而一般的钢管，虽然价格低廉，但耐腐性能差。因此，采用不锈钢管，有利管道的安装，更有利今后的维护管理。法兰垫片是法兰连接中起密封作用的部件，法兰所用的垫片大多数是用各种非金属板直接下料，也有部分金属垫片，垫片材料的选择，应根据温度、压力、介质的腐蚀性来决定。就金属垫片而言，包括金属平垫片、椭圆形及八角形金属垫片、透镜垫三种，其中金属平垫片，用于光滑式平焊法兰，承受温度、压力较低；椭圆形及八角形金属垫片，多用于梯形槽带对焊法兰，其密封性较好，但制造复杂
8、，要求精度高，价格昂贵；透镜垫，其密封性好，广泛用于高温、高压管道的法兰连接。而非金属垫片较多，大部分耐压、耐温性能较差，容易破裂，但牛筋橡胶垫片抗压性能好，耐温、耐腐蚀性能好，其密封性较好，价格较低廉，特别容易安装及更换。在本工程使用情况看来，其密封性、抗压性能，别的非金属垫片是无法与之相比。3 1 2 保温材料根据建筑设计规范，长沙地区室外外露水管须进行保温。考虑输送管道直径大，便于维护，这要求保温材料质量好，安拆方便，防潮隔汽，使用寿命长，耐老化性能好。设计选用了一种新型环保的保温材料一P E F ，它是采用吹膜级高压聚乙烯发泡而成，具有非常优良的防潮隔汽性能，即使厚度只有l u m 的
9、聚乙烯薄膜，也能对水、汽的隔断。它的物理性能好，导热系数为0 0 3 2 6 w m k ，吸1 5 2Z 1 7 、Z 1 8 次直达列车抽污排放及处理系统的设计水率为0 0 0 1 9 9 c m 2 ，它安全环保，安全可达到儿童玩具毒性检验标准和食品卫生标准，在使用过程中没有有害微粒及气体产生。它有成形的板材和管材，施工简单，使用方便t 外表美光。3 2 设备研究3 2 1 储污罐储污罐是地面接收设备之一，是用来储藏车上被抽取的粪便废水的设备，粪便废水在储污罐内进行压力转换后，再自流入室外化粪池。对整个工艺来说，储污罐有储藏、转换之功能，因此，设计具体的储污罐要从满足它的使用功能进行。首
10、先确定储污罐的容积，储污罐的容积是根据列车的污水量来确定的。按照长铁总公司现在的情况，一天- - N 直达车，那么储污罐的容积就要求满足一列直达车一天排放的最大污水量，一列直达车共有1 8 节车厢，其中餐车和邮政车没有设卫生间，其余车辆两头均设置了一个5 0 0 L 集便箱，因此，一天一列车最大污水量为1 6 ( 0 5 + 0 5 ) = 1 6 m 3 ，另加1 0 5 的冲洗水量，那么，储污罐的容积为1 6 1 0 5 = 1 6 。8 m 3 ，设计采用两个相同的罐体，每个罐的容积为1 0 m 3 。其次要预留好进出储污罐各种管道的接口，由于储污罐功能多，进出储污罐的管道也相当多，只有
11、预留好进出储污罐各种管道的接口，才能使列车的粪便废水顺利进出。3 2 2 真空泵作为整个系统的动力之源，它功效的好坏，直接影响系统的抽便效果，因此设计对真空泵吸气压力做了仔细的计算，设备选型采用液环式真空泵，其吸气压力为一0 1 0 d p a ，最大气量为5 0 0 M 3 h 。其次，为了防止储污罐的液体被真空泵吸入泵体内，设计在储污罐内设了隔板和档板，并在储污罐和真空泵连接的出口上安装了汽水分离器，完全阻止了液体及别的杂物进入真空泵，确保真空泵正常运行。3 2 3 快速接头作为列车和地面抽便系统的连接件，快速接头起到了连接作用，只有通过它的连接，车上的粪便废水才能流出。由于列车上的集便箱
12、为美国进口产品，与之配套的地面接头没有成品，这给整个工程的运行带来了困难，为此，设计大胆借用加油站的加油接头，仔细测量集便箱的管道接口，找国内生产厂家自行制摸，设计生产了一套比较结构简单、使用灵活、价格低廉的快速接头。3 2 4 阀门及阀门井为了灵活快速控制管道的开启，大部分阀门采用电动球阀，因为球阀结构简单，体积小，零件少，重量轻，开关迅速，操作方便，流体阻力小。经实验直径D N 2 0 0 的球阀开启时间为1 5 秒，别的型号阀门是无法达到的。由于整个集便场地长度为1 6 0 米，按照每节车厢2 6 1 米计算，因此可以同时进行6 节车厢进行抽便作业。室外设7 座阀门井，在每座阀门井旁边相
13、应设快速接头存放箱一个。Z 1 7 、Z 1 8 次直达列车抽污排放及处理系统的设计3 3 电控研究为了提升整个系统的自动化程度，最小范围内采用人工操作，因此，设计在自动化控制方面，和车辆段技术人员进行了全方位的沟通，特别在试运行中进行了补充，使系统自动控制更加完美。电控点一：由于列车上的人员是不确定的，因此列车集便箱的储污量也是不确定的，简单的说，有的集便箱内的粪便多，有的集便箱内的粪便少，为了准确判断集便箱的储污量，并在抽完粪便后及时关闭阀门，这就需电动控制来解决问题。先介绍抽便的工艺流程：首先操作工人在设备房开动控制柜的启动按纽，真空泵就开始工作，当负压达到一定值时，室外操作工人可以将快
14、速接头和列车对接，由于同时可以进行6 个车厢作业，那么地面1 2 套快速接头进行有序对接，当对接好个集便箱后，启动设在存放箱内的启动按纽，抽便管道的电动球阀自动开启，粪便废水从车上集便箱流入地面设备房内的储污罐，当抽完粪便后，抽便管道的电动球阀及时关闭，然后冲洗水管的电磁阀开启，当冲洗一定时间后，冲洗水管的电磁阀关闭，抽便管道的电动球阀又重新开启，粪便抽完后，抽便管道的电动球阀关闭，最后卸下快速接头。为此，要求正确判断集便箱废水是否抽完，才能在不耗能的情况下节约抽便时间。为了解决好这个问题，在抽便管道上必须安装一个感应装置，只有通过此感应装置，才能判断集便箱废水是否抽完，因此，设计在电动球阀和
15、快速接头之间安装了一个电子流量感应计，电子流量感应计能根据管道的流量发生变化准确判断集便箱废水是否抽完，然后根据它发出的信号，开启管道的电动阀门。电控点二：正确控制好整个系统的压力，经设计进行仔细计算，特别是系统试运行期间，对系统真空度进行多次试验，对抽便时间等指标进行多项比较，最后根据运行情况来看，真空控制系统的压力在一0 0 8 0 M p a “- 0 0 4 0M p a ，抽便效果为最佳。因此，当真空压力传感器检测到的压力高于- 0 0 4 0 M p a 时，要求真空泵自动启动，压力降低，当达到一0 0 8 0 M p a 时，要求真空泵自动停止。当一个储污罐装满后，要求系统能自动
16、切换到另外一个储污罐运行，并结合自动控制系统，安装水位自动报警系统，在储污罐水位偏高，控制中心均能自动报警。4 列车抽污、排放、处理的工艺的技术经济分析该项目总投资4 0 0 万元，其中设备为8 0 万元，管道安装9 0 万元，电力及自控部分为1 2 0 万元，化粪池及污水处理工程为6 0 万元，列车整体道场5 0 万元。设备运行费用：1 0 元1 L ，每天运行费用为1 0 元2 0 元。该项目由广铁( 集团公司投资建设，从实施情况分析，该技术工艺可靠，设备使用情况优良，同时，与最先采用抽便汽车抽运方案相比，初投资可能高一点，但每年的运行费用要低得多，因为汽车抽运方案的粪便处理，是由长沙市环卫局进行集中处理，而付给长沙市环卫局年处理费用高达Z 1 7 、Z 1 8 次直达列车抽污排放及处理系统的设计6 0 万元，而采用我们这套实施方案进行处理，年运行费用大约为0 7 万元左右。因此，与最先采用抽便汽车
