哈大客運專線車站真空卸污系統(tǒng)應用與改進

黃焱歆，齊鳴春，范英宏

(1.中國鐵道科學研究院節(jié)能環(huán)保勞衛(wèi)研究所，北京 100081;2.鐵道第三勘察設計院，天津 300142)

1 哈大客運專線車站真空卸污系統(tǒng)概況

哈大客運專線已投入運營，配套的動車整備設施真空卸污系統(tǒng)已完成安裝調試。哈大線的沈陽北站和長春車站都加裝了真空卸污系統(tǒng)，這是國內首次在寒冷地區(qū)鐵路車站設置真空卸污系統(tǒng)，為了適應寒冷地區(qū)的運行環(huán)境，對設備進行了多方面的改進，真空機組、卸污單元及真空管道均增加了加熱配置，卸污單元安裝在單元井中。但是在施工過程中，真空管道出現(xiàn)的問題比較多。本文對寒冷地區(qū)車站真空卸污系統(tǒng)中存在的問題進行分析和探討，并根據(jù)現(xiàn)場實際條件提出了相應整改措施，可為以后寒冷地區(qū)車站真空卸污系統(tǒng)的設計、施工及設備改進提供借鑒和依據(jù)。

1.1 真空卸污系統(tǒng)介紹

真空卸污系統(tǒng)由真空機組(含控制系統(tǒng))、卸污單元、真空管道等組成。真空系統(tǒng)的各個組成部分是不可分割的，當一個部分發(fā)生故障，將影響整個系統(tǒng)的運轉。

真空卸污系統(tǒng)中真空機組是系統(tǒng)產生真空的核心，而真空管道是保證系統(tǒng)實現(xiàn)真空的關鍵，施工中真空管道的關鍵節(jié)點、坡度、施工質量以及特殊配件的使用是整個系統(tǒng)實現(xiàn)真空的主要影響因素。

首先真空系統(tǒng)必須保持密封性能才能實現(xiàn)真空，系統(tǒng)對氣密性要求極為嚴格，一旦有一處泄漏將無法形成真空，所以整個系統(tǒng)的施工質量尤其是管道施工質量最為重要。在寒冷地區(qū)車站真空管道采用直埋方式，管道設計年限為0～30年。當車站股道間地面硬化后一旦出現(xiàn)問題，必須重新開挖分段查找泄漏點。

真空管道不同于常規(guī)的重力管道和壓力管道，對于真空管道的設計，坡度要求極為嚴格，水流必須順坡流向真空機組設備間，嚴禁逆坡。同時當管道繞行障礙物及提升時必須設置關鍵節(jié)點，關鍵節(jié)點的正確設置是影響管道真空運行效果的關鍵，必須嚴格按設計施工。管道的連接有特殊的要求，所有管道連接必須采用 ＜45°的彎頭連接，如圖1 所示［1］。

圖1 真空管道關鍵節(jié)點及特殊配件示意

1.2 寒冷地區(qū)車站真空卸污系統(tǒng)設備增設功能

1)真空機組:機組型號為VX186-184QM;機組功率每套44 kW;機組長為2 900mm，寬為1 050mm，高為1 800mm;真空機組安裝在設備間內，設備間應提供采暖。為了防止供暖設備出現(xiàn)故障，在真空機組箱體內增加電加熱措施，如溫度下降到設定溫度后，可自動開啟加熱功能。

2)卸污單元:采用電動盤繞式，配有卸污用的自動回復軟管及快速接頭;操作者可根據(jù)需要的長度從不同方向抽拉軟管，利用電動驅動盤繞軟管［2］。本項目卸污單元的工作半徑為12.5m(宜為10m)，單元尺寸為960mm×600mm×950mm。

卸污單元安裝在股道間的卸污單元井內，設備井井口高于地面270mm。在單元井的蓋板下增設了保溫層，每個單元箱體兩側壁板增設了電加熱片。同時對軟管材質進行了改進，保證寒冷條件下拉伸軟管不易斷裂，并在寒冷地區(qū)對卸污單元做了耐寒試驗，卸污單元安裝圖如圖2所示。

3)真空管道:真空管道采用聚乙烯PE100管材，承壓達到1.0mPa，每組單元下方設一條真空管道。管道采用直埋方式，直接安裝在冰凍線以下。

圖2 卸污單元安裝示意(單位:mm)

長春站和沈陽北站因為是既有車站，所以管道需要提升以穿越既有的旅客通道和行包通道;同時管道在跨越障礙物時安裝在冰凍線以上，管道需增加電伴熱帶，以防止溫度過低時真空管道內污水凍結。在卸污支管和卸污單元連接處均增設了保溫材料，支管由于安裝在主干管上方，卸污完畢后很少存水。真空管道內存水主要集中在真空主干管末端和單元井內盤繞的軟管中。真空管道系統(tǒng)圖如圖3所示。

圖3 真空管道系統(tǒng)(標高單位:m)

2 運行中真空卸污系統(tǒng)存在的問題

2.1 真空管道

真空管道因為是直埋，施工中出現(xiàn)了一些問題。

1)實際施工的管道坡度未達標。真空管道因為是直埋方式，且埋深較深，有的管道需要穿越承臺柱的基礎，所以真空管道很早就隨著土建施工一起進行，但是安裝好的管道并沒有達到設計要求，管道坡度不是很準確，影響了系統(tǒng)正常工作。

2)真空管道特殊位置需安裝特殊配件。真空管道的轉彎和提升處必須采用45°彎頭;在干管和支管連接處必須采用斜三通，而在實際施工中采用了直三通。部分管道提升關鍵節(jié)點、坡度和配件達不到設計要求［3-4］。為了保證管道焊接質量，真空管道要求在支管接入干管時采用電熔連接，而且寒冷地區(qū)冬季施工時熱熔和電熔時間需適當加長才能保證焊接質量。

3)真空管道的關鍵節(jié)點施工質量不達標。在施工關鍵節(jié)點處重視不夠，關鍵節(jié)點的提升沒有按照設計要求做，為系統(tǒng)運行帶來了隱患。只能采用增加試驗的方法，通過真空度的變化探測關鍵節(jié)點的質量。

這件事情的結果是，我給那名員工打了電話，他的態(tài)度依舊很蠻橫，在查詢得知自己工資已上賬后就杳無音訊了，也沒有因自己不佳的態(tài)度而致歉。

4)管道氣密性不達標。在每段管道直埋前需做分段氣密性試驗，保證管道氣密性要求。由于施工時部分管段打壓不及時，使管道最后試壓時發(fā)現(xiàn)整個真空管道系統(tǒng)不保壓，而此時管道已經直埋于地下，如返工損失極大，也影響了設備的正常使用。通過對真空管道系統(tǒng)分段開挖，分段打壓查找泄漏點。

2.2 卸污單元

1)卸污單元泄漏。部分卸污單元與支管球閥因為材質的不同，低溫條件下熱脹冷縮系數(shù)不同，所以連接處產生局部微小泄漏。在單元軟管與球閥連接處增加了管箍數(shù)量，并用膠粘加大了單元定期檢查力度，并增加了單元真空壓力表設備，以觀察每個單元壓力降，以利于排查。

2)卸污單元二次安裝。原設計卸污單元井的井口高于地面270mm，以防止雨水等雜物進入。但是在卸污單元安裝完畢后，因為設計變更，股道間道砟又加高了約40 cm，所以原設計井口在地面以下，這樣股道間的道砟還有污水都進入到單元井內。只能將單元設備重新吊裝出來，對單元井井口進行了加高處理，高于新的硬化地面約150mm，單元井后重新安裝單元，并對單元井內底面進行了加高處理。

3)卸污軟管長度增加。單元井距離一般宜為20.0m，沈陽北站單元井的距離為25.0m，卸污軟管長度為13.5m。當實際卸污時，因為軟管長度增加而管徑不變增大了系統(tǒng)的水頭損失，造成平均流量減少，延長了卸污時間［5］。同時軟管過長，管內的積水凍冰。

2.3 真空系統(tǒng)出現(xiàn)問題原因及分析

1)哈大是在寒冷地區(qū)車站第一次使用真空卸污系統(tǒng)，對單元間距、材質選擇和管材連接施工等問題需要不斷改進。

2)設備招標時間太晚，土建先行后，真空管道安裝時沒有設備廠家指導，管道安裝存在很多問題。

3)當管道直埋后，現(xiàn)場一些其它施工在直埋的管道上面進行，極易對管道造成破壞，管道打壓不及時也影響了提前發(fā)現(xiàn)問題。

4)車站的真空卸污系統(tǒng)是兩家單位共同完成的，真空管道和設備安裝分別由2個不同的單位完成，一旦真空系統(tǒng)出現(xiàn)問題時，事故責任不好劃分，亦為設備的運轉和維修帶來麻煩。

3 真空系統(tǒng)改進措施

針對哈大線車站真空卸污系統(tǒng)施工中發(fā)現(xiàn)的問題，尤其是真空管道的設計和施工問題，建議在寒冷地區(qū)車站設置真空卸污系統(tǒng)進行改進。

3.1 真空管道改進措施

當管道直埋后，因為仍有很多機械設備在管道上部進行施工，極易對管道造成損害，所以建議增加管道防護措施。同時管道連接必須嚴格按照設計要求進行，并做如下改進:①在每段施工完畢直埋前分段做打壓試驗，進行系統(tǒng)氣密性試驗，發(fā)現(xiàn)問題在直埋前及時解決;②管道直埋前要核對標高，嚴禁逆坡，對于管道坡度的校驗要有詳細的記錄資料，管道關鍵節(jié)點處要有記錄照片或詳細資料，這樣利于以后管道出現(xiàn)問題時進行排查;③可以在冰凍線以下的股道間設置一條小的管溝廊道，把真空管道安裝在管溝中，以防止被外界破壞，或在管道外增設保護層保護;④對于支管到干管的連接，因為寒冷地區(qū)冰凍線較深，所以支管較長，這樣為安裝帶來了一些不便，而且易出現(xiàn)堵塞，建議采用等徑斜三通，一直連接到單元井出口處，這樣可減少堵塞故障;⑤管道盡量采用電熔連接，這樣質量有保證，一旦被擠壓，連接處不易變形泄漏。在管道施工過程中，一定要派專人嚴格檢查每個電熔接口和熱熔接口，尤其是支管接入真空干管時需要幾個45°彎頭連接，這樣才能保證管道的質量滿足設計要求;⑥盡量避免穿越障礙物或者提升，減少水頭損失，使水流通暢;⑦需要檢查測試管道電伴熱質量，防止寒冷天氣管道內污水凍結;⑧管道施工要嚴格按照《埋地聚乙烯給水管道工程技術規(guī)程》規(guī)范要求進行，管道回填應滿足覆土要求。如圖4所示［6］，DN為公稱直徑。

圖4 管道回填剖面(單位:mm)

3.2 卸污單元改進措施

1)建議單元井距離不能太遠，一般20m以內為宜。因為軟管長度增加會增大單元的水頭損失，造成卸污時間加長。目前車站卸污主要是站內折返列車，要求列車停時很短。卸污單元半徑縮短，可減少卸污時間并節(jié)能，并且軟管短存水少可防止凍結［5］。而卸污單元井的合理布置可極大減少卸污時間，延長設備軟管的使用壽命。目前國外卸污軟管最長為10m。

2)對于單元軟管應做進一步試驗，以滿足寒冷地區(qū)的要求。同時對于軟管與連接處易于泄漏的問題應盡快找到解決辦法，并加強單元設備定期維護檢查。

3)在卸污單元安裝前核定單元井的標高，待單元井完全落實后再安裝，省去二次安裝的麻煩。

3.3 其它注意事項

1)真空卸污系統(tǒng)設備安裝完畢后，需對系統(tǒng)真空度、抽吸功能、排污功能、自控功能等進行綜合測試，使系統(tǒng)達到工況狀態(tài)。檢測及驗收按照《鐵路站段真空卸污系統(tǒng)技術條件》(TB/T 3163—2007)進行［7-8］。

2)真空系統(tǒng)招標時間宜在真空管道安裝前進行，這樣中標的設備商可現(xiàn)場指導施工，使管道施工滿足工藝和設計要求，保證質量。

3)真空卸污系統(tǒng)建議由一家單位統(tǒng)一完成，這樣將來系統(tǒng)一旦出現(xiàn)故障，易于排查，責任明確。按照整個真空系統(tǒng)進行招標，對于施工期間質量管理以及今后系統(tǒng)維修運轉都有保障。

4)寒冷地區(qū)為防止管道內污水凍結，當卸污作業(yè)完成后，在管道尾端適當加長進氣時間15～20 s，可保證支管和干管內存水減少。

4 結論

哈大客運專線是國內首次在寒冷地區(qū)車站設置真空卸污系統(tǒng)，因冰凍線較深，管道采用直埋方式，所以一旦出現(xiàn)問題隱患極大。真空卸污系統(tǒng)中對管道的連接技術要求較為嚴格;管道直埋前必須進行氣密性試驗，分段打壓;盡量避免管道提升以減少水頭損失;在有條件的情況下對真空管道采取一定防護措施。真空管道的施工質量直接決定系統(tǒng)的使用效果，所以對于設計和設備應進一步的優(yōu)化，并要加強后期設備的使用管理。哈大客運專線真空卸污系統(tǒng)的建成和投入使用，為寒冷地區(qū)真空卸污系統(tǒng)的應用提供了寶貴的經驗。

［1］中國鐵道科學研究院.鐵路真空卸污系統(tǒng)技術開發(fā)研究［R］.北京:中國鐵道科學研究院，2007.

［2］中華人民共和國鐵道部.TB/T 3243—2010 鐵路真空卸污系統(tǒng)卸污單元技術條件［S］.北京:中國鐵道出版社，2011.

［3］中華人民共和國鐵道部.TB 10010—2008 鐵路給水排水設計規(guī)范［S］.北京:中國鐵道出版社，2008.

［4］中華人民共和國建設部.GB 50268—2008 給水排水管道工程施工及驗收規(guī)范［S］.北京:中國建筑工業(yè)出版社，2008.

［5］鐵道第三勘察設計院.鐵路旅客列車卸污地面接收設施技術規(guī)程［R］.天津:鐵道第三勘察設計院，2011.

［6］中華人民共和國建設部.CJJ 101—2004 埋地聚乙烯給水管道技術規(guī)程［S］.北京:中國建筑工業(yè)出版社，2004.

［7］中華人民共和國鐵道部.TB/T 3163—2007 鐵路站段真空卸污系統(tǒng)技術條件［S］.北京:中國鐵道出版社，2007.

［8］European Committee for Standardization.BS EN 1091:1997 Vacuum sewerage systems outside buildings［S］.Brussels:European Committee for Standardization，1997.