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摘要：在海上油气田钻井平台、油气处理平台或海上浮式储卸油装置的生活楼上，生活污水管线的设计是生活楼配管设计的重点和难点。生活污水管线的设计不仅关系到生活污水的排放是否满足有关环境保护的强制性法规要求，而且关系到生活楼上居住人员的居住环境和生活质量。本文重点介绍了海上油气田生活楼上重力排放式生活污水系统组成、黑灰水系统的划分原则、生活污水管线系统原理设计基本步骤、污水及透气管线尺寸的确定方法、污水系统设计重点部分介绍、常用污水管线材料、污水处置装置选型及污水管线布置要求，包括管路穿舱要求、管路支架设计要求等方面的内容。
关键词：海上生活楼 生活污水 黑水 灰水 管线 设计
中图分类号：TE54 海上油田建设工程 文献标识码 ：【J】
1. 前言
海上石油、天然气平台或浮式储油装置生活楼（以下简称“海上生活楼”）的生活污水主要有两种类型，一种是来自卫生间大便器（马桶）、小便器及医务室等区域排出的污水，这些污水通常含有人体排泄物如粪便或尿，并可能含有诸如大肠杆菌之类的有害病菌，我们称之为“黑水”；另外一种生活污水是来自生活楼内日常洗浴的污水以及厨房、洗衣间等区域所产生的污水，这些污水对环境污染较小，我们称之为“灰水”。根据国际海事组织颁发的“防止船舶造成污染公约”IMO MARPOL 73/78，黑水排放到大海前需要经过专门处理（分解净化、杀菌），达标后方可排入大海；而灰水通常由于其水质能满足排放要求，可以直接排入大海。
生活污水的排放方式包括重力排放及真空抽吸排放两种方式。从成本方面考虑，目前大多数海上生活楼采用的是重力排放系统。生活污水重力排放系统按其管路连接方式又可以分为两种形式，一种是黑水、灰水各自独立的管路系统，如图1所示。目前海上生活楼多采用这种方式，其特点是可以有效减少生活污水处理装置的设计容量，从而有效节约成本和设备所占用的空间，同时相互独立的管路系统可以最大限度地减少交叉污染。生活污水重力排放管路连接的另外一种方式是黑、灰水管线合并的管路系统，即每一层的生活污水全部汇集到同一根总管，然后经同一根排放竖管进入生活污水处理装置进行处理，处理合格后排放大海，如图2所示。目前挪威北海油田的生活楼多采用这种管路布置方式，其特点是由于黑、灰水都经过处理后排放大海，因此，其对周围环境的污染最小；同时，这种布置由于共用一根水平总管及竖管，因此可以有效减少污水管线的长度；其缺点是黑水及气味有可能通过灰水系统的漏水口外溢，对相关区域造成污染，因此在管路设计时必须采取相应的预防措施。
在生活污水排放管线的高点设置透气管线，其目的是防止管路中的水封发生虹吸现象，防止管路中产生背压并及时向管路中补气以平衡管路中可能产生的内外压差。
海上生活楼生活污水管线的设计不同于民用建筑的生活排水管线设计，其特点是海上生活楼由于各层卫生设施布置比较分散，因此其排水总管水平管线较长，管线设计不当将会导致排水不畅、异味外溢甚至管路堵塞；同时，由于这些生活污水管线大多与生活楼内的空调风道、电缆托架等布置在同一区域，专业间交叉较多，受限于生活楼的层高，生活污水管线布置比较困难。
本文主要对海上生活楼重力排放式生活污水管线系统的原理设计、材料选择及管线布置等进行初步探讨。
2. 黑、灰水系统范围界定
根据海上防污染公约及相关环境保护法规要求，黑水必须经过专门处理达标后方可排入大海，因此在进行生活楼污水管线设计时首先要对黑水、灰水管路的范围进行划分和界定。根据ISO 15749-1 的相关规定，下列区域的生活污水属于黑水系统：
- 卫生间大便器（马桶）、小便器的排水，以及临近这些区域的地漏；
- 医务室、病室区域的大便器（马桶）、小便器、洗手盆、淋浴、浴缸等所有排水；
在海上生活楼内，除上述区域以外的其它排水，通常属于灰水管线的范围，主要包括：
- 洗漱设备，如洗手盆、淋浴、浴缸等设备排水及该区域地漏排水；
- 洗衣间洗衣设备、洗衣盆、地漏等排水；
- 厨房、配餐区域内洗池、地漏、洗碗机、废物粉碎机及其他厨房设备的排水；
- 空调系统冷凝水、冷库区域排水；
- 其他区域排水，如游泳池排水等
3. 生活楼生活污水系统设计
3.1 生活污水系统原理图
典型的生活楼生活污水系统原理图如图1、图2所示。海上生活楼生活污水排放系统一般包括黑水系统、灰水系统及透气系统。生活污水系统原理图是生活污水管线布置的依据，通常需要报送甲方或第三方审查及认可。在生活污水系统原理图至少要显示以下主要内容：
- 生活楼各层室内卫生排水设施及其他排水设施管口的位置及管径；
- 生活楼各层室内湿区漏水口的位置及管径；
- 生活楼各层生活污水水平总管及透气管所谓管径、坡度；各层生活污水竖管位置、管径；
- 管道水封及疏通口的位置、透气管道的终止位置；
- 生活污水处理装置及相关参数；
- 污水排海管道尺寸及位置等。
生活污水系统原理图的设计通常包括以下步骤：
？誗 确定黑、灰水排放方式；
？誗 初步确定黑、灰水及透气立管的位置、数量；
？誗 确定生活楼各层排水设施及湿区漏水口的位置、数量、管口规格。其依据是生活楼各层总体布置图及各专门区域的布置图，包括卫生设备布置图、厨房及配餐间布置图、洗衣设备布置图、空调设备布置图、机械间布置图、冷库布置图以及相关设备的厂家资料等，
？誗 按本节第1部分的要求区分各排水口的黑、灰水管线范围，将黑水、灰水管口分别汇集到各层的黑、灰水水平总管，并将各水平总管分别连接到就近的黑、灰水立管。 ？誗 设计黑、灰水系统的透气系统；
？誗 确定各管口、支管尺寸；计算并确定各层水平总管、立管、透气管线的尺寸；
？誗 确定污水处理装置形式及容量。
3.2 水平污水管线坡度要求
重力排放式生活污水管线的排放能力主要取决于污水管线的管径及其水平管线的坡度。根据IAPMO （International Association Plumbing and Mechanical Officials） 颁布的“统一给排水规范”，水平管路的坡度最好不小于1：50，当管路布置困难时，4“（DN 100）及以上尺寸的水平管路，其坡度不得小于1：100。受生活楼各层层高限制，海上生活楼各层4“及以上的生活污水水平总管的大多采取1：100的坡度进行设计。
3.3 生活污水管路防气味要求
生活楼污水系统的各路支管最终是汇集到一起的，为防止黑水系统的异味或在污水管路中产生的气味通过开敞的管口散发到生活区，连接到生活污水管路系统的每一个管口或漏水口都需要设置防臭水封，且要求水封的有效高度不小于50mm。
脸盆、洗池、小便器等卫生设施，由于其安装高度一般在甲板上500～900mm， 因此这些设备排水管的水封通常是通过连接设备与管路之间的刚性P型或S型水封弯来实现的，如图3所示。P型或S型水封弯的材料一般是黄铜镀铬或不锈钢，也可采用PVC材料；由于其外形美观，易于检修，因此在海上生活楼上得到广泛应用。
大便器（马桶）分为坐便器及蹲便器两种形式，目前国内外生产的马桶一般都自带水封，因此在管路设计时不需要加设水封。
在生活楼内的各个湿区，如厕所、洗浴场所、厨房、洗衣间等，为及时排放可能的溢水或清洗水，要设置一定数量的甲板漏水口。为防止管路中的异味外溢，这些区域的甲板漏水口一般采用的带水封的甲板漏水口，其水封高度一般不小于50毫米，如图4所示。
对排水口距离地面较近的设备如洗衣机、洗碗机等，受空间限制其排水管路上的水封须设置在甲板下的排水管路上，或将其污水排放到设备附近专门设置的带水封的地漏或沟槽内。要特别注意厨房废物粉碎机及空调设备的排水水封设置，须严格按厂家特别推荐的要求执行。
3.4 污水管路疏通口的设置
生活污水管路可能由于污物或杂物的进入而造成堵塞，因此必须在管路上设置足够数量的管路疏通口以便于维修。管路疏通口一般用螺纹管帽或管堵，材质可以是黄铜、ABS/PVC或不锈钢材料。当污水管路采用玻璃钢管时，可以采用玻璃钢管粘接不锈钢或黄铜材料的内螺纹接头，然后配螺纹管堵。疏通口应能保证气密和水密，其规格不应小于表1中规定的尺寸。
在水平管路上每隔30米或当水平管路变换方向时，须在管路上设置疏通口。疏通口宜设置在水平管线较高的末端，以便能够沿着污水的流向方向进行管路疏通。疏通口应设置在易于到达的位置，在生活楼内疏通口的下方天花板上一般设置单独的检修门。在疏通口的前方一定范围内应无障碍物：对DN 50及以下的水平管路，其疏通口前方305毫米（12”）区域内应无障碍物；对DN 50以上的管路，其疏通口前方457毫米（18”）内应无障碍物。对不能满足该要求的，可以通过将污水管路延伸的方法，将疏通口设置到满足空间要求的区域。
3.5 漏水口的设置
如上文所述，在生活楼内的各个湿区需设置足够数量的漏水口，以便能及时排出该区域的污水，这些污水包括位于该区域的设备所排出的污水、卫生清扫产生的污水以及卫生设备或管路泄漏产生的污水等。生活楼内的湿区通常包括下列处所：公共卫生间、淋浴间、厕所、厨房、配餐间、洗衣间、卫生管理员房等。甲板漏水口的数量要考虑湿区面积、排水设备位置、甲板敷料等因素。为利于污水排放，湿区的甲板敷料表面通常要向漏水口方向保持1：50～1：60左右的坡度，因此漏水口的数量、位置设置应使距离漏水口最远端的甲板敷料厚度不至于过厚。
在厨房、配餐间，漏水口的位置、数量应满足设备排水及卫生清扫的要求。在厨房的主要排水区通常设置流水沟槽，在流水沟槽内设置带水封的漏水口。对可倾式汤锅、深煎锅等厨房设备，可在厂家推荐的区域内设置单独的矩形带流水盖板的沟槽，在沟槽内安装带水封的地漏。由于厨房洗衣区域排水量较大，建议采用DN65或DN80的甲板漏水口。
3.6 厨房、配餐区域污水管线设计要求
海上生活楼的定员少则几十人，多则几百人。由于厨房的用水量很大，而且需要经常性的用水及化学药剂对厨房地面进行冲洗，因此厨房的排水量很大，而且部分排水含有较多的动、植物油脂。厨房、配餐区域的排水设备包括蔬菜洗池、鱼肉洗池、洗碗池、洗碗机、可倾式汤锅、废物粉碎机、蒸饭箱等，为避免厨房污水中的动、植物油脂吸附到管壁而导致管路堵塞，同时也为了最大限度地减少排海的油脂对环境的污染，一般将厨房的含油脂污水首先单独排放到一个油脂分离器（Grease Interceptor），将污水中的油脂进行分离，分离后污水的与生活楼其他区域的灰水汇合后一起排海。油脂分离器的尺寸、容量大小取决于厨房污水的流量，为获得较好的分离效果且尽可能减小油脂分离器的尺寸，可以将不含油脂的厨房污水如蔬菜洗池的下水，不经过油脂分离器而直接连接到其他排海的灰水管路上。
厨房内一般要配备废物粉碎机，以便将鱼刺、骨头等废物粉碎成较小的颗粒，通过管道直接排入大海。废物粉碎机通常安装在洗池底部，其排出口需要按厂家要求设水封弯。排水管道的尺寸建议不小于DN80，以免管路堵塞。该管路通常不经过油脂分离器，而是直接连接到灰水总管。
3.7 透气管线设计
为平衡生活污水管路内外压力，保证管路排水流畅及减少管路中的异味，同时也为了保护水封因背压或虹吸而破坏，在生活污水管路中必须设置适当的透气管线。透气管线通常设置在各层水平污水总管的高端及竖直总管的顶点。在污水处理装置中，也必须设置专门的透气管。 黑水、灰水系统的透气管线可以合并在一起，也可以单独设置。水平安装的透气管线从其起始点向上可设1：200左右的安装坡度，以便管路中产生的凝水回流到污水管内排走。
生活楼各层的透气管线汇集后引至生活楼顶层甲板上约450MM高的位置终止。透气管的终止位置要远离空调、通风系统的新风进口。
3.8 生活污水及通气管线管径的确定
国内外有多种确定生活污水及透气管线尺寸的方法，如国际标准ISO15749-2，挪威标准Normalreglementet for sanit？覸ranlegg， Tekniske bestemmelser”， 美国PHCC协会颁布的 National Standard Plumbing Code以及美国IAPMO协会颁布的Uniform Plumbing Code（统一配管规范）等，其中美国IAPMO协会颁布的Uniform Plumbing Code（简称UPC）在海上生活楼污水管线设计中得以广泛应用。
根据 Uniform Plumbing Code确定生活污水及透气管线管径的方法如下：
？誗 绘制生活污水系统原理图，
？誗 布置污水管线，确定每根污水总管上连接的排水口数量，参照UPC表7-3，确定每路污水管路上连接的排水设备的DFU值。DFU是Drainage Fixture Unit的缩写，无量纲。对于表7-3中未出现的设备，可以根据水封管径或表7-4换算成DFU值。
？誗 根据计算的DFU值，对应UPC 表7-5确定每根污水管路的管径。
？誗 确定每根污水管的透气支管及透气总管的管径
如一条编号为4“-GW-A4-6801的灰水管线，其管径确定如下表所示：
3.9 生活污水管线材料选择
生活污水管路的材料选择取决于管路的设计寿命、防腐要求、强度要求及总造价和维修成本，管子及管件可采用金属材料，如碳钢镀锌管、不锈钢管、铸铁管、紫铜管、黄铜管等；或非金属材料，如塑料管（包括UPVC、CPVC、ABS、PE管等）、玻璃钢管。对于海上生活楼，生活污水管路材料的选择应优先考虑材料的可靠性及低维修成本，因此塑料管，如UPVC管、CPVC管、ABS管、SRPE（钢骨架聚乙烯塑料管）及玻璃钢管等得到广泛应用。
生活污水系统的管件应采用适合排水管线的专用管件，如采用紫铜管作为污水管道材料时，需要选择紫铜DWV（排水、供水、透气）系列的管件，以适应生活污水管路中的安装坡度要求。生活污水管的连接方式可采用承插焊（粘）、对焊（粘）、热熔焊、法兰连接、螺纹连接等多种形式。
3.10 生活污水处理装置设计选型
海上生活楼一般位于近海区域，因此生活污水的排放必须满足IMO 防污染公约或所在国家有关环境保护的强制性标准。2006年10月13日通过的IMO MEPC.159（55）决议案，对国际海事组织“防止船舶造成污染公约”IMO MARPOL 73/78进行了修改。根据该决议案，生活污水的排放标准为：
- 耐热大肠杆菌数量≤100个/100毫升；
- 悬浮固体颗粒总量TSS≤35毫克/升；
- 五日生化需氧量 BOD5≤25mg/升；
- 化学需氧量 COD≤125mg/升；
- PH：6～8.5
- 余氯≤0.5mg/l
为满足该标准，生活污水在排海前必须经过适当的处理后方可排入大海。海上生活污水处理的方式主要包括生物化学法和电解法两种。采用生物化学法进行污水处理的的污水处理装置一般由曝气箱、沉淀箱、处理水箱、空气泵、循环泵、粉碎泵、排污泵以及电气仪表控制箱、管线及阀门等部件组成，通过生物膜、活性污泥对生活污水中的有机物进行分解，通过加氯对污水进行消毒杀菌。采用电解法进行污水处理的污水装置由缓冲罐、粉碎泵、电解池、处理罐、排气泵、阀门及管件、控制箱等部件组成，缓冲罐中的生活污水由粉碎泵输送到处理罐，电解池中的海水经过电解产生次氯酸钠，注入到处理罐中对污水进行杀菌、消毒、分解，过程中产生的气体由排气泵抽走排大气。
生活污水处理装置的容量可按需要处理的污水量、污水中所需处理的BOD5数量来确定，也可按在海上生活楼的定员来选择。
3.11 生活污水管线布置
3.11.1 生活污水管线布置原则
在进行海上生活楼各层管线布置时，应优先布置重力排放式生活污水管线。对于水平走向的生活污水管线，必须按照原理图的要求沿其流向设置坡度：对于4”及以上的水平总管，其坡度不小于1：100；小于4“的水平管路，其坡度应至少为1：50。为便于日后维修，水平污水管线尽可能布置在电缆托架、空调风管的下方。
水平污水管路改变流向时最好采用45°弯头，尽量避免采用90°直角弯头。水平管线流向改变时，应设置疏通口，并在疏通口下方的天花板上应设检修门。污水管线特别是黑水管线，其水平总管上的支管连接应尽可能采用45°斜三通，避免使用直三通，以减少水流干扰，保持污水水流畅通。
生活污水总管尽可能布置在走廊上方，以便维修。生活污水管应避免布置在住人房间或电气间、控制室、通讯室内，特别要避免布置在床铺、电气仪表通讯设备上方，不可避免时该区域的污水管线不能设置可拆接头或疏通口。污水管线特别是黑水管线，应尽可能避免布置在厨房、配餐间、餐厅或冷库上方，不可避免时该区域的管线不得设置可拆接头或疏通口。
3.11.2 生活污水管线穿舱设计
从安全角度考虑，海上生活楼及内部各个不同的功能区划分成不同的防火分隔区，如生活楼的外围壁及顶层、底层甲板通常为A60级防火围壁或甲板，以使整个生活楼内部形成一个安全区域。如果生活楼靠近油气生产处理区，则靠近该区域的生活楼外围壁可能设为H60或H120级防火墙，生活楼内厨房、餐厅、控制室、通讯室通常划分为A60级防火区。当生活污水管线穿过上述区域时，应设置满足防火区域完整性要求的管路穿舱件。满足防火要求的穿舱件主要有两种形式：一种是全焊接形式，即管子与穿舱套管焊接、穿舱套管与钢围壁或钢甲板焊接，围壁或甲板的防火绝缘沿管路延伸450毫米以上，如图5所示。碳钢管、不锈钢管、铸铁管等可采用此种形式；另外一种管线穿舱形式是钢质套管穿舱，套管与围壁或甲板焊接，套管与管子之间留有一定间隙填充满足防火要求（经过耐火试验，并被第三方认证）的防火填料，如图6所示。一般有色金属管或塑料管多采用此种穿舱形式。对塑料管，其防火填料遇火后高倍数膨胀，直至将塑料管挤压填实，从而达到防止烟雾及火焰通过的目的。
3.11.3 生活污水管线管支架设计
生活污水管线需根据不同的管线材质，选择合适的管卡和支架型式。 海上生活楼生活污水系统常采用的管卡型式包括U型螺栓、U型扁铁管卡、吊卡等；支架包括吊架、托架、导向支架、固定支架等多种类型。对碳钢、不锈钢或铜镍合金等管材强度较高的污水管线，可采用U型螺栓管卡，如图7所示。对UPVC、PE、FRP等非金属管道或紫铜管，通常采用U型扁铁管卡，如图8所示。由于非金属管线具有比碳钢更大的线膨胀系数，因此需要对4“及以上的非金属管线进行应力分析，以确定支架的合理位置及支架、管卡型式。
在海上生活楼各层的天花板上方，不仅有生活污水管线，而且还布置着消防、供水管线及空调风管、电缆托架等，因此采用多专业共用的组合支架不仅经济合理，而且便于施工安装，目前在蓬莱II期海上石油平台生活楼上得到广泛应用。
4. 结束语
海上生活楼生活污水管线的设计是一项比较复杂的系统工程， 其设计标准及配置方式可能会因不同的项目要求而有所不同，但无论采用哪种设计标准或管路配置方式，其目的都是为了用尽可能低的成本，在满足环保要求的前提下，将生活污水管路设计成能满足生活楼内各区域排放要求、管路安全可靠、无气味外泄、污水排放达标且维修方便的管路系统，从而为海上操作人员提供一个方便、舒适的生活环境。目前黑、灰水管线合并的生活污水排放系统在挪威北海油田及壳牌石油公司的海上生活楼中得以广泛应用，这种管线配置可大大降低材料及安装成本，在污水处理装置外形尺寸不受限的海上平台已广泛应用。
参考文献
[1] Uniform Plumbing Code，2009 Edition. International Association of Plumbing and Mechanical Officials （IAPMO）。
[2] 2006 National Standard Plumbing Code， PHCC （Plumbing-Heating-Cooling Contractor Association.）
作者简介：
闫志杰（1967-），男，工程师。长期从事海上石油平台及、船舶配管设计工作，对生活楼配管有较深的研究。
关键词：海上生活楼 生活污水 黑水 灰水 管线 设计
中图分类号：TE54 海上油田建设工程 文献标识码 ：【J】
1. 前言
海上石油、天然气平台或浮式储油装置生活楼（以下简称“海上生活楼”）的生活污水主要有两种类型，一种是来自卫生间大便器（马桶）、小便器及医务室等区域排出的污水，这些污水通常含有人体排泄物如粪便或尿，并可能含有诸如大肠杆菌之类的有害病菌，我们称之为“黑水”；另外一种生活污水是来自生活楼内日常洗浴的污水以及厨房、洗衣间等区域所产生的污水，这些污水对环境污染较小，我们称之为“灰水”。根据国际海事组织颁发的“防止船舶造成污染公约”IMO MARPOL 73/78，黑水排放到大海前需要经过专门处理（分解净化、杀菌），达标后方可排入大海；而灰水通常由于其水质能满足排放要求，可以直接排入大海。
生活污水的排放方式包括重力排放及真空抽吸排放两种方式。从成本方面考虑，目前大多数海上生活楼采用的是重力排放系统。生活污水重力排放系统按其管路连接方式又可以分为两种形式，一种是黑水、灰水各自独立的管路系统，如图1所示。目前海上生活楼多采用这种方式，其特点是可以有效减少生活污水处理装置的设计容量，从而有效节约成本和设备所占用的空间，同时相互独立的管路系统可以最大限度地减少交叉污染。生活污水重力排放管路连接的另外一种方式是黑、灰水管线合并的管路系统，即每一层的生活污水全部汇集到同一根总管，然后经同一根排放竖管进入生活污水处理装置进行处理，处理合格后排放大海，如图2所示。目前挪威北海油田的生活楼多采用这种管路布置方式，其特点是由于黑、灰水都经过处理后排放大海，因此，其对周围环境的污染最小；同时，这种布置由于共用一根水平总管及竖管，因此可以有效减少污水管线的长度；其缺点是黑水及气味有可能通过灰水系统的漏水口外溢，对相关区域造成污染，因此在管路设计时必须采取相应的预防措施。
在生活污水排放管线的高点设置透气管线，其目的是防止管路中的水封发生虹吸现象，防止管路中产生背压并及时向管路中补气以平衡管路中可能产生的内外压差。
海上生活楼生活污水管线的设计不同于民用建筑的生活排水管线设计，其特点是海上生活楼由于各层卫生设施布置比较分散，因此其排水总管水平管线较长，管线设计不当将会导致排水不畅、异味外溢甚至管路堵塞；同时，由于这些生活污水管线大多与生活楼内的空调风道、电缆托架等布置在同一区域，专业间交叉较多，受限于生活楼的层高，生活污水管线布置比较困难。
本文主要对海上生活楼重力排放式生活污水管线系统的原理设计、材料选择及管线布置等进行初步探讨。
2. 黑、灰水系统范围界定
根据海上防污染公约及相关环境保护法规要求，黑水必须经过专门处理达标后方可排入大海，因此在进行生活楼污水管线设计时首先要对黑水、灰水管路的范围进行划分和界定。根据ISO 15749-1 的相关规定，下列区域的生活污水属于黑水系统：
- 卫生间大便器（马桶）、小便器的排水，以及临近这些区域的地漏；
- 医务室、病室区域的大便器（马桶）、小便器、洗手盆、淋浴、浴缸等所有排水；
在海上生活楼内，除上述区域以外的其它排水，通常属于灰水管线的范围，主要包括：
- 洗漱设备，如洗手盆、淋浴、浴缸等设备排水及该区域地漏排水；
- 洗衣间洗衣设备、洗衣盆、地漏等排水；
- 厨房、配餐区域内洗池、地漏、洗碗机、废物粉碎机及其他厨房设备的排水；
- 空调系统冷凝水、冷库区域排水；
- 其他区域排水，如游泳池排水等
3. 生活楼生活污水系统设计
3.1 生活污水系统原理图
典型的生活楼生活污水系统原理图如图1、图2所示。海上生活楼生活污水排放系统一般包括黑水系统、灰水系统及透气系统。生活污水系统原理图是生活污水管线布置的依据，通常需要报送甲方或第三方审查及认可。在生活污水系统原理图至少要显示以下主要内容：
- 生活楼各层室内卫生排水设施及其他排水设施管口的位置及管径；
- 生活楼各层室内湿区漏水口的位置及管径；
- 生活楼各层生活污水水平总管及透气管所谓管径、坡度；各层生活污水竖管位置、管径；
- 管道水封及疏通口的位置、透气管道的终止位置；
- 生活污水处理装置及相关参数；
- 污水排海管道尺寸及位置等。
生活污水系统原理图的设计通常包括以下步骤：
？誗 确定黑、灰水排放方式；
？誗 初步确定黑、灰水及透气立管的位置、数量；
？誗 确定生活楼各层排水设施及湿区漏水口的位置、数量、管口规格。其依据是生活楼各层总体布置图及各专门区域的布置图，包括卫生设备布置图、厨房及配餐间布置图、洗衣设备布置图、空调设备布置图、机械间布置图、冷库布置图以及相关设备的厂家资料等，
？誗 按本节第1部分的要求区分各排水口的黑、灰水管线范围，将黑水、灰水管口分别汇集到各层的黑、灰水水平总管，并将各水平总管分别连接到就近的黑、灰水立管。 ？誗 设计黑、灰水系统的透气系统；
？誗 确定各管口、支管尺寸；计算并确定各层水平总管、立管、透气管线的尺寸；
？誗 确定污水处理装置形式及容量。
3.2 水平污水管线坡度要求
重力排放式生活污水管线的排放能力主要取决于污水管线的管径及其水平管线的坡度。根据IAPMO （International Association Plumbing and Mechanical Officials） 颁布的“统一给排水规范”，水平管路的坡度最好不小于1：50，当管路布置困难时，4“（DN 100）及以上尺寸的水平管路，其坡度不得小于1：100。受生活楼各层层高限制，海上生活楼各层4“及以上的生活污水水平总管的大多采取1：100的坡度进行设计。
3.3 生活污水管路防气味要求
生活楼污水系统的各路支管最终是汇集到一起的，为防止黑水系统的异味或在污水管路中产生的气味通过开敞的管口散发到生活区，连接到生活污水管路系统的每一个管口或漏水口都需要设置防臭水封，且要求水封的有效高度不小于50mm。
脸盆、洗池、小便器等卫生设施，由于其安装高度一般在甲板上500～900mm， 因此这些设备排水管的水封通常是通过连接设备与管路之间的刚性P型或S型水封弯来实现的，如图3所示。P型或S型水封弯的材料一般是黄铜镀铬或不锈钢，也可采用PVC材料；由于其外形美观，易于检修，因此在海上生活楼上得到广泛应用。
大便器（马桶）分为坐便器及蹲便器两种形式，目前国内外生产的马桶一般都自带水封，因此在管路设计时不需要加设水封。
在生活楼内的各个湿区，如厕所、洗浴场所、厨房、洗衣间等，为及时排放可能的溢水或清洗水，要设置一定数量的甲板漏水口。为防止管路中的异味外溢，这些区域的甲板漏水口一般采用的带水封的甲板漏水口，其水封高度一般不小于50毫米，如图4所示。
对排水口距离地面较近的设备如洗衣机、洗碗机等，受空间限制其排水管路上的水封须设置在甲板下的排水管路上，或将其污水排放到设备附近专门设置的带水封的地漏或沟槽内。要特别注意厨房废物粉碎机及空调设备的排水水封设置，须严格按厂家特别推荐的要求执行。
3.4 污水管路疏通口的设置
生活污水管路可能由于污物或杂物的进入而造成堵塞，因此必须在管路上设置足够数量的管路疏通口以便于维修。管路疏通口一般用螺纹管帽或管堵，材质可以是黄铜、ABS/PVC或不锈钢材料。当污水管路采用玻璃钢管时，可以采用玻璃钢管粘接不锈钢或黄铜材料的内螺纹接头，然后配螺纹管堵。疏通口应能保证气密和水密，其规格不应小于表1中规定的尺寸。
在水平管路上每隔30米或当水平管路变换方向时，须在管路上设置疏通口。疏通口宜设置在水平管线较高的末端，以便能够沿着污水的流向方向进行管路疏通。疏通口应设置在易于到达的位置，在生活楼内疏通口的下方天花板上一般设置单独的检修门。在疏通口的前方一定范围内应无障碍物：对DN 50及以下的水平管路，其疏通口前方305毫米（12”）区域内应无障碍物；对DN 50以上的管路，其疏通口前方457毫米（18”）内应无障碍物。对不能满足该要求的，可以通过将污水管路延伸的方法，将疏通口设置到满足空间要求的区域。
3.5 漏水口的设置
如上文所述，在生活楼内的各个湿区需设置足够数量的漏水口，以便能及时排出该区域的污水，这些污水包括位于该区域的设备所排出的污水、卫生清扫产生的污水以及卫生设备或管路泄漏产生的污水等。生活楼内的湿区通常包括下列处所：公共卫生间、淋浴间、厕所、厨房、配餐间、洗衣间、卫生管理员房等。甲板漏水口的数量要考虑湿区面积、排水设备位置、甲板敷料等因素。为利于污水排放，湿区的甲板敷料表面通常要向漏水口方向保持1：50～1：60左右的坡度，因此漏水口的数量、位置设置应使距离漏水口最远端的甲板敷料厚度不至于过厚。
在厨房、配餐间，漏水口的位置、数量应满足设备排水及卫生清扫的要求。在厨房的主要排水区通常设置流水沟槽，在流水沟槽内设置带水封的漏水口。对可倾式汤锅、深煎锅等厨房设备，可在厂家推荐的区域内设置单独的矩形带流水盖板的沟槽，在沟槽内安装带水封的地漏。由于厨房洗衣区域排水量较大，建议采用DN65或DN80的甲板漏水口。
3.6 厨房、配餐区域污水管线设计要求
海上生活楼的定员少则几十人，多则几百人。由于厨房的用水量很大，而且需要经常性的用水及化学药剂对厨房地面进行冲洗，因此厨房的排水量很大，而且部分排水含有较多的动、植物油脂。厨房、配餐区域的排水设备包括蔬菜洗池、鱼肉洗池、洗碗池、洗碗机、可倾式汤锅、废物粉碎机、蒸饭箱等，为避免厨房污水中的动、植物油脂吸附到管壁而导致管路堵塞，同时也为了最大限度地减少排海的油脂对环境的污染，一般将厨房的含油脂污水首先单独排放到一个油脂分离器（Grease Interceptor），将污水中的油脂进行分离，分离后污水的与生活楼其他区域的灰水汇合后一起排海。油脂分离器的尺寸、容量大小取决于厨房污水的流量，为获得较好的分离效果且尽可能减小油脂分离器的尺寸，可以将不含油脂的厨房污水如蔬菜洗池的下水，不经过油脂分离器而直接连接到其他排海的灰水管路上。
厨房内一般要配备废物粉碎机，以便将鱼刺、骨头等废物粉碎成较小的颗粒，通过管道直接排入大海。废物粉碎机通常安装在洗池底部，其排出口需要按厂家要求设水封弯。排水管道的尺寸建议不小于DN80，以免管路堵塞。该管路通常不经过油脂分离器，而是直接连接到灰水总管。
3.7 透气管线设计
为平衡生活污水管路内外压力，保证管路排水流畅及减少管路中的异味，同时也为了保护水封因背压或虹吸而破坏，在生活污水管路中必须设置适当的透气管线。透气管线通常设置在各层水平污水总管的高端及竖直总管的顶点。在污水处理装置中，也必须设置专门的透气管。 黑水、灰水系统的透气管线可以合并在一起，也可以单独设置。水平安装的透气管线从其起始点向上可设1：200左右的安装坡度，以便管路中产生的凝水回流到污水管内排走。
生活楼各层的透气管线汇集后引至生活楼顶层甲板上约450MM高的位置终止。透气管的终止位置要远离空调、通风系统的新风进口。
3.8 生活污水及通气管线管径的确定
国内外有多种确定生活污水及透气管线尺寸的方法，如国际标准ISO15749-2，挪威标准Normalreglementet for sanit？覸ranlegg， Tekniske bestemmelser”， 美国PHCC协会颁布的 National Standard Plumbing Code以及美国IAPMO协会颁布的Uniform Plumbing Code（统一配管规范）等，其中美国IAPMO协会颁布的Uniform Plumbing Code（简称UPC）在海上生活楼污水管线设计中得以广泛应用。
根据 Uniform Plumbing Code确定生活污水及透气管线管径的方法如下：
？誗 绘制生活污水系统原理图，
？誗 布置污水管线，确定每根污水总管上连接的排水口数量，参照UPC表7-3，确定每路污水管路上连接的排水设备的DFU值。DFU是Drainage Fixture Unit的缩写，无量纲。对于表7-3中未出现的设备，可以根据水封管径或表7-4换算成DFU值。
？誗 根据计算的DFU值，对应UPC 表7-5确定每根污水管路的管径。
？誗 确定每根污水管的透气支管及透气总管的管径
如一条编号为4“-GW-A4-6801的灰水管线，其管径确定如下表所示：
3.9 生活污水管线材料选择
生活污水管路的材料选择取决于管路的设计寿命、防腐要求、强度要求及总造价和维修成本，管子及管件可采用金属材料，如碳钢镀锌管、不锈钢管、铸铁管、紫铜管、黄铜管等；或非金属材料，如塑料管（包括UPVC、CPVC、ABS、PE管等）、玻璃钢管。对于海上生活楼，生活污水管路材料的选择应优先考虑材料的可靠性及低维修成本，因此塑料管，如UPVC管、CPVC管、ABS管、SRPE（钢骨架聚乙烯塑料管）及玻璃钢管等得到广泛应用。
生活污水系统的管件应采用适合排水管线的专用管件，如采用紫铜管作为污水管道材料时，需要选择紫铜DWV（排水、供水、透气）系列的管件，以适应生活污水管路中的安装坡度要求。生活污水管的连接方式可采用承插焊（粘）、对焊（粘）、热熔焊、法兰连接、螺纹连接等多种形式。
3.10 生活污水处理装置设计选型
海上生活楼一般位于近海区域，因此生活污水的排放必须满足IMO 防污染公约或所在国家有关环境保护的强制性标准。2006年10月13日通过的IMO MEPC.159（55）决议案，对国际海事组织“防止船舶造成污染公约”IMO MARPOL 73/78进行了修改。根据该决议案，生活污水的排放标准为：
- 耐热大肠杆菌数量≤100个/100毫升；
- 悬浮固体颗粒总量TSS≤35毫克/升；
- 五日生化需氧量 BOD5≤25mg/升；
- 化学需氧量 COD≤125mg/升；
- PH：6～8.5
- 余氯≤0.5mg/l
为满足该标准，生活污水在排海前必须经过适当的处理后方可排入大海。海上生活污水处理的方式主要包括生物化学法和电解法两种。采用生物化学法进行污水处理的的污水处理装置一般由曝气箱、沉淀箱、处理水箱、空气泵、循环泵、粉碎泵、排污泵以及电气仪表控制箱、管线及阀门等部件组成，通过生物膜、活性污泥对生活污水中的有机物进行分解，通过加氯对污水进行消毒杀菌。采用电解法进行污水处理的污水装置由缓冲罐、粉碎泵、电解池、处理罐、排气泵、阀门及管件、控制箱等部件组成，缓冲罐中的生活污水由粉碎泵输送到处理罐，电解池中的海水经过电解产生次氯酸钠，注入到处理罐中对污水进行杀菌、消毒、分解，过程中产生的气体由排气泵抽走排大气。
生活污水处理装置的容量可按需要处理的污水量、污水中所需处理的BOD5数量来确定，也可按在海上生活楼的定员来选择。
3.11 生活污水管线布置
3.11.1 生活污水管线布置原则
在进行海上生活楼各层管线布置时，应优先布置重力排放式生活污水管线。对于水平走向的生活污水管线，必须按照原理图的要求沿其流向设置坡度：对于4”及以上的水平总管，其坡度不小于1：100；小于4“的水平管路，其坡度应至少为1：50。为便于日后维修，水平污水管线尽可能布置在电缆托架、空调风管的下方。
水平污水管路改变流向时最好采用45°弯头，尽量避免采用90°直角弯头。水平管线流向改变时，应设置疏通口，并在疏通口下方的天花板上应设检修门。污水管线特别是黑水管线，其水平总管上的支管连接应尽可能采用45°斜三通，避免使用直三通，以减少水流干扰，保持污水水流畅通。
生活污水总管尽可能布置在走廊上方，以便维修。生活污水管应避免布置在住人房间或电气间、控制室、通讯室内，特别要避免布置在床铺、电气仪表通讯设备上方，不可避免时该区域的污水管线不能设置可拆接头或疏通口。污水管线特别是黑水管线，应尽可能避免布置在厨房、配餐间、餐厅或冷库上方，不可避免时该区域的管线不得设置可拆接头或疏通口。
3.11.2 生活污水管线穿舱设计
从安全角度考虑，海上生活楼及内部各个不同的功能区划分成不同的防火分隔区，如生活楼的外围壁及顶层、底层甲板通常为A60级防火围壁或甲板，以使整个生活楼内部形成一个安全区域。如果生活楼靠近油气生产处理区，则靠近该区域的生活楼外围壁可能设为H60或H120级防火墙，生活楼内厨房、餐厅、控制室、通讯室通常划分为A60级防火区。当生活污水管线穿过上述区域时，应设置满足防火区域完整性要求的管路穿舱件。满足防火要求的穿舱件主要有两种形式：一种是全焊接形式，即管子与穿舱套管焊接、穿舱套管与钢围壁或钢甲板焊接，围壁或甲板的防火绝缘沿管路延伸450毫米以上，如图5所示。碳钢管、不锈钢管、铸铁管等可采用此种形式；另外一种管线穿舱形式是钢质套管穿舱，套管与围壁或甲板焊接，套管与管子之间留有一定间隙填充满足防火要求（经过耐火试验，并被第三方认证）的防火填料，如图6所示。一般有色金属管或塑料管多采用此种穿舱形式。对塑料管，其防火填料遇火后高倍数膨胀，直至将塑料管挤压填实，从而达到防止烟雾及火焰通过的目的。
3.11.3 生活污水管线管支架设计
生活污水管线需根据不同的管线材质，选择合适的管卡和支架型式。 海上生活楼生活污水系统常采用的管卡型式包括U型螺栓、U型扁铁管卡、吊卡等；支架包括吊架、托架、导向支架、固定支架等多种类型。对碳钢、不锈钢或铜镍合金等管材强度较高的污水管线，可采用U型螺栓管卡，如图7所示。对UPVC、PE、FRP等非金属管道或紫铜管，通常采用U型扁铁管卡，如图8所示。由于非金属管线具有比碳钢更大的线膨胀系数，因此需要对4“及以上的非金属管线进行应力分析，以确定支架的合理位置及支架、管卡型式。
在海上生活楼各层的天花板上方，不仅有生活污水管线，而且还布置着消防、供水管线及空调风管、电缆托架等，因此采用多专业共用的组合支架不仅经济合理，而且便于施工安装，目前在蓬莱II期海上石油平台生活楼上得到广泛应用。
4. 结束语
海上生活楼生活污水管线的设计是一项比较复杂的系统工程， 其设计标准及配置方式可能会因不同的项目要求而有所不同，但无论采用哪种设计标准或管路配置方式，其目的都是为了用尽可能低的成本，在满足环保要求的前提下，将生活污水管路设计成能满足生活楼内各区域排放要求、管路安全可靠、无气味外泄、污水排放达标且维修方便的管路系统，从而为海上操作人员提供一个方便、舒适的生活环境。目前黑、灰水管线合并的生活污水排放系统在挪威北海油田及壳牌石油公司的海上生活楼中得以广泛应用，这种管线配置可大大降低材料及安装成本，在污水处理装置外形尺寸不受限的海上平台已广泛应用。
参考文献
[1] Uniform Plumbing Code，2009 Edition. International Association of Plumbing and Mechanical Officials （IAPMO）。
[2] 2006 National Standard Plumbing Code， PHCC （Plumbing-Heating-Cooling Contractor Association.）
作者简介：
闫志杰（1967-），男，工程师。长期从事海上石油平台及、船舶配管设计工作，对生活楼配管有较深的研究。