真空马桶装置故障分析

上海海事大学船用电喷柴油机培训课题组

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联系人：马义平

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0 引言

真空马桶比传统的冲水马桶节水效果显著, 但也有许多不足之处, 如系统结构复杂、容易堵塞等。笔者通过1例实船排除真空马桶装置故障, 总结真空马桶的常见故障及排除方法, 供同人参考。

某船定员198人, 采用某公司生产的Vacdrain2000型真空马桶设备, 左右两舷分别安装1套某公司STC 8型生活污水处理装置。

真空马桶收集装置 (见图1) 主要由真空马桶、真空收集管路、真空喷射泵、生活污水处理装置等组成。其系统工作流程为:安装在生活污水处理装置前端的离心泵从曝气室内抽取污水, 作为喷射泵的动力工作水, 真空泵吸口连接主真空收集管路 (黑水系统管路) , 当管路内真空度达设定值 (本船为60%) 后, 离心泵停止工作;同时喷射泵出口处的止回阀在真空作用下关闭, 使黑水管路密闭保持真空, 当真空度降低到一定程度 (本船为40%) 时, 离心泵自动启动运行, 重新抽真空并将真空管内存积的污水排入生活污水处理装置内。此外, 该生活污水处理装置前装有2台离心泵互为备用, 泵运行时还起到粉碎粪便的作用, 无须安装单独的粉碎泵。

图1 真空马桶收集装置

1 故障现象

某日2300时, 机舱出现2#真空马桶装置真空度低报警, 当班轮机员检查发现, 2#装置的离心泵连续运行, 但是真空表显示压力仍然低于40%, 现场启动2#备用泵后仍无法建立真空。此时1#离心泵由于连续工作时间过长, 表面温度已经很高, 为防止1#和2#泵长时间运行损坏, 于是将其关闭, 导致全船右舷真空马桶完全失效。

2 真空泵检修

次日上午, 三管轮重新启动离心泵, 真空压力仍然无法建立。现场将真空泵进口前的截止阀完全关闭后, 再次启动离心泵, 仍然无效。

查询图纸发现, 2台真空装置中间有1个旁通管路, 将旁通阀打开, 并且保持2#系统真空泵进口截止阀关闭。此时右舷真空系统恢复, 但1#系统真空泵由于工作负荷增加1倍, 启停和运行时间增加, 仅能作为临时应急使用。同时证明右舷管路密闭性正常, 判断问题发生在离心泵或者真空泵区域。

真空泵中有1个单向阀, 一旦损坏会导致真空破坏。三管轮拆检2台真空泵的单向阀片, 未发现破损或者异物卡阻, 并且阀片的密封处状况良好, 排除真空泵故障的可能性。由于每个系统均配有2台离心泵为真空喷射泵提供工作液, 平时1台即可满足正常工作, 所以2台泵同时发生故障的可能性很小, 也可以排除。启动2#离心泵, 观察真空泵的进口压力均为0.4 MPa, 但是离心泵停止后压力仍无变化, 说明压力表已经失效。三管轮更换新压力表后, 重启发现离心泵出口压力不足0.2 MPa, 且压力波动较大, 说明泵吸口不稳定, 存在吸空现象, 证明真空压力一直无法建立由离心泵进口压力低造成。

根据说明书介绍, 2套离心泵同时起粉碎泵的作用, 泵的吸口处无滤器, 所以2台泵吸口管完全堵塞的可能性较低, 因此唯一可能是泵的吸口液位太低造成吸空。由于泵的吸口位于生活污水处理装置的曝气室内, 在正常情况下液位应处于溢流状态, 不会出现低液位的情况。

为验证是低液位引起的离心泵吸空, 关闭排放泵进口阀和次级处理水舱出口阀, 启动机舱通用泵, 打开曝气室出口阀, 向曝气室内灌入海水, 约1 min后关闭通用泵, 重新启动2#离心泵, 出口压力立刻达到0.4 MPa, 真空度很快便达到60%。至此, 问题初步得到解决。

然而当天晚上, 相同故障再次发生, 判定故障根源仍未消除。

3 真空故障分析

生活污水处理装置原理见图2。曝气室内污水经过沉淀室进入初级处理室, 再通过循环泵到过滤和消毒装置后少部分进入次级处理室, 大部分 (本船设定为80%) 经过回流电磁阀回流至初级处理室。此外, 曝气室还设置1个连接排放泵进口管路的截止阀, 检修时可以打开, 通过排放泵将曝气室清空, 以便检修或注入海水用。

图2 生活污水处理装置原理

根据分析可知, 最有可能的原因是曝气室内污水从出口阀流出。在征得驾驶员同意的情况下, 手动开启排放泵, 将曝气室完全清空后拆解曝气室出口阀, 发现该阀的阀板处有1团棉絮状毛巾, 导致阀门无法正常关闭。清理后装复, 重新启动离心泵, 系统完全恢复正常。

4 故障排除

本次故障的最终原因是曝气室的出口阀关闭不严, 当次级处理水舱液位升高到一定程度、排放泵自动启动时就会将曝气室内污水一起排出。本船自出厂后未对出口阀做过任何检修, 考虑到生活污水装置附近振动较大, 长时间振动造成阀盘松动, 加上个别船员向真空马桶内随意丢弃垃圾导致出口阀故障。此外, 故障发生在夜间, 也是因为2200时左右船员洗澡比较集中, 灰水量大 (灰水直接排到次级处理柜) , 排放泵运行时间长, 而黑水量无显著变化, 所以将曝气室内污水抽空, 直接导致离心泵吸空, 真空泵失效。

5 结束语

真空马桶的故障主要有堵塞和真空不能建立。其中堵塞的主要排查方法与其他管路一致, 区别在于注意不要扩大排查管路, 因为有时打开管路会破坏真空系统。

本次故障隐蔽性较强, 管理者必须熟悉整个系统的运行和管路情况, 进行细致分析才能找出故障原因。出现类似故障, 应对引起真空不能建立的故障逐一排查, 先易后难。在日常的管理中应加强船员的纪律性, 提醒船员不要将杂物丢入系统中。对系统而言, 可考虑在合适的位置加装滤器, 并定期检修滤器, 防止类似故障的再次发生。

参考文献：

[1]周大平.真空马桶装置故障分析[J].航海技术,2017(06):65-66.

作者简介：

周大平，上海海事大学