浅析真空排水系统在综合管廊中的应用实例

浅析真空排水系统在综合管廊中的应用实例

杨钧

江苏恒骏建设工程有限公司 江苏省南京市 210000

摘要：排水系统是综合管廊中不可缺少的一部分，常规排水方式为在管廊内设置集水坑，坑内设置水泵将集水坑内的水抽出管廊外排入市政管网。但笔者通过徐州管廊项目接触到更新型的排水系统-真空排水系统，本文以徐州管廊项目为基础，结合综合管廊的自身特点对排水系统在综合管廊中实际应用进行探讨。

关键词：综合管廊；真空排水系统；真空收集箱；

    引言

排水系统是综合管廊工程不可缺少的一部分，根据《城市综合管廊技术规范》（GB 50838-2015），综合管廊的常规排水系统是通过在管廊的单侧或双侧设置排水明沟，在管廊纵向的低点设置集水坑，管廊内污水通过明沟流入集水坑，之后通过潜污泵提升排入市政污水管网。本文重点关注的真空排水系统（又称作负压排水系统）则是一种适用于密闭空间的新型排水方式，其主要依靠气压差将积水从器具中排出的排水方式。

1 综合管廊排水系统设计概况

徐州杏山子大道综合管廊全长3.4km，本工程综合管廊的排水设施分为泵排系统与真空排水系统。其中2.4km综合管廊采用泵排系统，1km综合管廊采用真空排水系统。

1.1泵排系统

泵排系统由排水泵坑、集水坑、潜污泵、压力废水管等组成，在管廊的区域低点、夹层节点处设置。本项目三个舱室共用一套泵排系统，舱室之间的排水坑采用通孔相连，每处泵坑设置2台潜污泵，互为备用，高报警水位同时开启。潜污泵参数：流量Q＝17m³/h，扬程H＝22m，电机功率N＝3.0kW，排出口径DN80mm。泵后压力废水管为DN100mm，就近直接排入市政排水管检查井如图1所示。

图1  泵排系统示意图

1.2真空排水系统

真空排水系统由真空泵、真空罐、真空管道、真空收集箱及相关电子配件（电磁阀、压力表、液位计等）组成，其原理是当真空排水坑内的水到达一定水位时，通过液位计反馈信号自动开启真空收集箱上方电磁阀，废水通过真空收集箱瞬间被吸入真空管道中。真空管道中的空气压差为系统提供动力，将废水输送至真空泵站的真空罐中，当真空罐水位达到预设高度后打开放空阀并启动排水泵将水排入市政污水管网。本工程设计仅提出真空排水系统应用理念，具体系统的实施由施工单位结合专业厂家进行深化设计。

2、真空排水系统的深化设计

深化后的真空排水系统主要由真空收集箱、真空罐、真空泵、排污泵和真空管组成，见图2

图2 真空排水系统示意图

2.1 真空管道的选择

根据相关规范、管廊纵向高程以及设计文件，真空泵站共服务现场真空收集箱14处（热力舱与水信舱各7处），经过与设计沟通参考管廊二级防水的相关标准，每处真空收集箱渗透水量按照0.1L/s进行计算，总渗漏水量约为5.04m³/h。根据《建筑给水排水设计标准》（GB 50015-2019）排水管道最大设计流速的取值：金属管道为10m/s，非金属管道为5m/s。考虑到真空管道的安装位置以及对后期入廊管道施工影响最小化，真空管管道管径暂定为DN50，经计算得真空管的平均流速为1.78m/s，同时还需要考虑雨水季节井盖渗漏及管节放水，真空管道暂定安全流速为4.63m/s（安全系数取2.6）。对比上述规范要求金属与非金属管道均可满足要求，取镀锌钢管与U-PVC进行对比分析详见表1

表1 真空管道材质分析表

管道种类                    镀锌钢管                   U-PVC管

综上所述，出于对管道安全性等综合方面考虑本项目真空管道采用DN50镀锌钢管。为在安装及系统运行期间可以对真空系统的气密性进行检测，真空管道在每个提升后的位置安装一处检查管。

2.2 真空收集箱的深化

真空收集箱是真空排水系统的“源头”，真空收集箱包括污水收集罐、投入式液位传感器、电动阀及电动阀控制箱组成，详见图3。在真空集水坑内设置真空收集箱，污水通过管廊一侧设置的排水沟流入真空排水坑内后通过污水收集罐进水口进入罐内，当罐内污水高度达到图示位置5（上限液位开关）时，液位感应装置将液位信号反馈至电动阀控制箱，通过控制箱开启电动阀。此时真空管道内为负压环境，污水将沿吸水管被“吸入”真空管道，水位下降至图示6位置时液位感应装置将此时液位信号反馈至电动阀控制箱，通过控制箱关闭电动阀。此时系统的一个工作周期结束，待水位上升后进入下一个循环周期。

           图3 真空收集箱

2.3 真空罐、真空泵及排污泵

2.3.1 真空罐

真空罐是真空排水系统污水的容器，罐上设置有上、下限液位开关、非金属透明水位观察管、电接点，详见图4。廊内污水通过真空管进入真空罐内，当罐内液位达到上限液位开关（图示位置4）时，液位感应装置将液位信号反馈至真空泵组控制箱，通过控制箱停止真空泵运转同时开启放空口电动阀（图示位置7）并启动排污泵，通过排污管道将水排入市政污水管网。当真空罐水位至下限液位开关时停排污泵，关闭排污口及放空口电动阀，通过电接点真空压力表设置的真空泵启动压力（通过电接点压力表设置真空泵的启动及停止压力值，这样可以保持真空系统处于设定的负压环境内）启动真空泵从而形成抽水循环。

         图4 真空罐

2.3.2 真空泵、排污泵的选型

由上文可知真空排水坑总渗漏水量Qw=5.04m³/h，综合管廊真空排水系统的具体情况对真空泵的选型进行计算，取气水比AWR为6。

QL=Qw x AWR

式中：

QL——最大小时空气量（在标准状况下，20oC，1个标准大气压下）（m3/h）；

Qw ——最大小时废水流量（m3/h）；

AWR——平均气水比，取6。

QL=5.04m3/h×6=30.24（m3/h）

真空泵启动压力（绝对压力）设为Pmax=45kPa（管内绝对压力为40kPa）

真空泵停止压力（绝对压力）设为Pmax=35kPa

真空排水系统运行时，高峰流量的所需气体：

QLs=SF x QL x Pa/Pave

式中：

QLs——真空泵组最大小时吸入气体总体积（m3/h）；

SF——安全系数，取1.2；

Pa——环境大气压（kPa），取100 kPa；

Pave——真空罐内平均气压（kPa）；

安全气量：QLs=1.2×30.24×100/40=90.72（m3/h）

参阅真空泵选型手册，采用2台油润滑旋叶式功率为2.2KW的真空泵抽气量为100m3/h，满足真空排水系统的要求。配套排污泵根据现场实际情况（排污量5.04 m³/h，扬程20.5m）选择2台排污泵，流量15m3/h, 扬程21m

2.3.3 真空排水系统施工要点控制

通过该工程的实践与操作，保持真空系统密闭环境内的负压系统尤为重要，因此在施工过程中控制整个环境的气密性尤为重要，

①甄选管道连接方式，每成型一段后必须要进行该段管道的密闭性检测；

②伸缩缝/不锈钢软管连接处的管道支架应采用可活动式支架，防止建筑物沉降导致管道漏气；

③本项目与真空泵连接管道为不锈钢管道，采用压接方式施工，压接施工质量必须严格控制；

④电动阀、止回阀应选择气密性优质的阀门，阀门安装前一定要进行气密性检测；

⑤真空管道建议按照检查口或每100米进行分段进行气密性试验，满足要求后进行分段验收。

3、泵排系统与真空排水系统的优劣

结合本综合管廊项目实际情况对该两种排水方式进行对比如下，详见表2：

表2 排水系统优劣对比表

排水系统名称               真空排水系统                   泵排系统

  4、结语

通过上文介绍了综合管廊泵排系统与真空排水系统的方式、特点并以实际工程为例对两种排水方式的优劣进行分析，可以看出真空排水系统在综合管理那个的应用中有明显的优越性，但也存在应对风险能力不足及个别节点排水布置困难的特点。为确保管廊排水系统的稳定，建议在真空排水系统中每隔一定距离设置泵排系统，增加其抵抗风险的能力。此种方式既能满足管廊日常及特殊情况下的需求，又可降低工程投资和施工难度，将真空排水系统与泵排系统相结合在管廊排水系统领域具将会有广阔的应用前景。

参考文献

[1]城镇综合管廊监控与报警系统工程技术标准[S].：GB／T 51274-2017.

[2]建筑给水排水设计标准[S].：GB 50015-2019

[3]范翔，杜超，孙国志，李萌，张建国，真空排水系统在综合管廊工程中的应用探讨[J].中国给水排水，2017（5）：37~40.

[4]何亦真，浅谈真空排水方式在管廊中的应用[J].程式建设理论研究，2019（8）；46-47.

[5]郝明水，王长祥，吕杨，何士忠，李凤祥，程式综合管廊真空排水系统模型试验及设计技术研究[J].中国给水排水，2020（12）；66~71