一种新型船舶排油监控系统设计

朱会东

(阜新高等专科学校 机械系，辽宁 阜新 123000)

船舶污油水排放监控系统的主要功能是用来监测和控制油船含油压载水的排放，它是防止海洋污染的重要设备[1,2]。《MARPOL73/78公约》附则I规定了船舶操作性的排放标准[3,4]：排入海中的总油量，不得超过这项残油所属的该种货油总量的1/30 000；未经稀释的排出物含油量不超过15×10-6；油量瞬间排放率不超过30 L/n mile。本文研究设计的一种PL-ODME新型排油监控系统，达到了《MARPOL73/78公约》的标准，很好地实现了对油份浓度信号、船速信号及流量信号等采集与监测，计算出油量瞬间排放率和排放总量，进而确定是否打开舷外排放阀进行排放。

1 排油监控系统总体设计

本文研制的排油监控系统是一种专用的油轮防污染设备，主要用于监视油轮每航次累计排放的总油量和压载水排放期间含油物质的瞬时排放率。当排油总量或瞬时排放率达到规定要求时，或排油监控装置出现故障时系统将自动关闭排放控制阀，停止压载水的排放运行。系统结构原理如图1所示，主要由计算机控制系统、采样系统、测量系统、阀控系统等组成。

1.1 计算机控制系统

计算机控制系统如图2所示，主要由控制单元、计算单元、分析单元、监测报警单元、显示单元、打印控制单元等部分组成。计算单元将根据测量单元来的信号计算出排放水的实际含油量，并按计程仪和流量计的信号计算出瞬时排放率。控制单元用于控制排放系统的运行方式，当排放总量、瞬时排放率超值，或系统出现故障时，将自动向阀控系统发出关闭舷外排放阀，停止压载水的排放指令。同时，控制单元还设有启动连锁功能。系统运行时运行参数将自动在显示器上进行显示，并由打印机进行记录。此外，计算机控制单元还设有人机交换界面，选择外来信号的输入方式或接受人工输入的信号。

1.2 采样系统

采样系统主要包括采样探头、取样泵单元和取样单元，如图3所示。

1)取样探头用来收集主排放管路的排放水，并把经过检测的样水，冲洗水排回到排放总管。取样探头由不锈钢的吸口管和回水管组成，为了使抽取的样品更具有代表性、吸口管应插入到排水总管内部，插入深度为排水总管内径的1/2。回水管的位置，按照排水总管里排放水的流向，设在吸水管的下游部位，以避免吸入的样水被回水管流回的液体污染。

2)取样泵单元主要功能是采集样水，是一个组装件，它的驱动马达和取样泵被固定在一块共用的底板上。取样泵单元安装在机舱和泵舱之间的隔舱壁上。它的驱动马达放在机舱一侧，取样泵放在泵房一侧。取样泵组件设有一个驱动轴穿舱件，它是一个专用的密封机构，以保证泵运行期间机舱和泵舱之间保持气密。

3)取样单元里设有一个带有光学测量器件的油份浓度测量装置，从取样泵来的样水由测量装置的入口进入，然后从出口流回到排水总管。光学测量器件将流过测量装置的样水中含油量的变化转换成相应的光信号，并通过光纤传递到测量单元。

1.3 测量系统

测量系统主要包括取样测量单元和流量测量单元，如图3所示。

1)取样测量单元由微处理器和光电器件组成，从取样单元来的光信号，在测量单元里被转换成电信号，传送到计算机单元。

2)流量测量单元主要由流量传感器和差压变送器组成。流量传感器采用阿牛巴流量传感器，设有5个测量孔，用于检测流体的动压和静压，测量信号通过高压信号管路和低压信号管路传递到差压变送器。差压变送器的作用是将阿牛巴流量传感器的压力信号转换成与排水泵排量相适应的4～20 mA 的电流信号，传送到计算机单元。差压变送器采用了一个经认可的本质安全装置，以保证其工作的安全可靠性。

1.4 阀控系统

阀控系统是计算机指令的执行单元，如图4所示。阀控系统里的电磁阀将按计算机控制系统发出的指令动作，然后由压缩空气把舷外排放阀和回水控制阀驱动到指令要求的位置。

2 排油监控系统工作原理

本系统主要根据船舶的航速(由船舶的 GPS 或者计程仪提供，通过对排放管的流量及含油污水的含油量的测定，当满足式(1)和式(2)的条件以及无任何系统运行故障(断电、样品丢失、测量或记录系统重大错、当任何传感器的输入超过系统的有效容量)时含油污水允许排放，以减少船舶对海洋的污染[5,6]。当不满足式(1)或式(2)以及有任何系统运行故障时必须终止排放。

(1)

式(1)中，Q为排量，m3/h；C为油份浓度；V为航速，n mile/h。

(2)

式(2)中，I1为上次装载量；I2为排放总量。

其中各项的测量方法如下:

1)航速测量。船舶的航速由船舶的计程仪提供，其输出为脉冲信号(200脉冲/海里或4～20 mA电流信号)。系统根据航速计单位时间输出的脉冲数可得到船舶的航行速度。

2)排量速率。排量速率采用阿牛巴流量计和差压变送器测量含油污水的排量，同其他方法相比，阿牛巴流量计具有准确度高、稳定性好等特点[7]。阿牛巴的准确度为±1%，稳定性为±0.1%，使用过程中的磨损、腐蚀以及粘附的油污灰尘等因素对阿牛巴流量计系数影响不大，它能够保持长期输出非常稳定的差压信号，保证输出差压信号与管道流量的映射关系。其系统示意图如图5所示，阿牛巴流量计将流量差压信号输出，然后经差压变送器转变为 4～20 mA电流信号，系统对电流信号进行采样，根据其大小即可得到含油污水的流量。

3)油份浓度及排放总量。油份浓度测量范围为(0～999)×10-6，系统通过对其采样可得到含油污水的油份浓度。系统根据相同油份浓度下排放时间及排放流量计算出此段时间的排放量，各个时段排放量的累计即为装置的排放总量。

3 系统功能实现

系统进入监控状态运行时，当油量瞬间排放率和排放总量达标时，系统将自动打开排放控制阀，向舷外排水。如果运行期间瞬时排放率超过15 L/km，系统会出现报警信号，并将自动关闭排放控制阀，停止向舷外排水。故障出现时，显示屏和声报警器发出相应的声光报警信号，打印机同时作出相应的故障报警记录。按下消声按钮，声响报警器停止声响，视觉报警将在显示屏继续保持直到报警信号消失。报警信号消除后，系统将自动恢复排放运行。显示屏和打印机将自动对系统运行状态的变化作出相应的显示和记录。当出现排放总量报警时，系统自动关闭排放阀，直至本航次结束。该排油监控系统目前已在某大型油船上成功应用，系统应用部分实物图如图6所示。该系统实际运行时性能良好，满足设计要求，功能符合73/78防污公约法的规定。