海盾压载水自动控制及监控报警系统开发

刘明，邹宁，张允彦

（威海中远造船科技有限公司，山东 威海 264200）

1 装置简介

海盾压载水处理系统主要由负压式自清洗过滤器+紫外反应器+控制单元组成。过滤器极大降低了压载水中的沉积物负荷，去除大型生物体；紫外反应器是采用中压紫外灯管杀灭水质中的浮游生物、病毒和其他微生物；控制单元主要是用于对设备运行、逻辑控制、监控报警控制。系统正常工作模式分压载、排载、扫舱三种模式，系统在压载模式下运行，本地水经过过滤器过滤，拦截下来≥50微米固体和海洋生物，当压差传感器达到设定值时，系统会自动通过排污泵将沉积物排到原海域，以防出现生物异地侵蚀的情况，然后通过紫外反应器进行灭活杀菌处理，最后，才打入船舶压载舱中。在压载的过程中，由于船舶的压载泵的流量会根据吃水以及压载水系统的变化而变化，所以，当实际流量大于额定流量时，压舱水流速加快，紫外光照时间变短，此时，控制单元会通过调节紫外反应器后的比例阀开度来控制流量，确保压舱水处理达标。当本地水质较清澈时，紫外光照射穿透力强，控制系统也会根据光强传感器反馈参数调节紫外灯输出功率，以达到节能目的。考虑到紫外杀菌方式的压载水管理系统没有残余灭活能力以及生物的光复活性，海洋生物有可能出现复活或者是繁殖，因此，在排载时仍进行一次紫外杀灭。排载模式下运行，船舶压舱水由压载泵吸出，经过滤器和紫外反应器处理后，排出舷外；当压载舱内水量较少时，压载泵无法正常排载，需由喷射泵引入驱动水，带动压舱水完成扫舱流程。

2 系统组成

负压式自清洗过滤器是在原气体辅助液体式反冲洗滤器的基础上进行优化升级的，滤芯均采用50微米的滤网编制而成，过滤效果一样，优势在于水质较差水域压载时，气体辅助液体式反冲洗滤器反冲洗频繁，耗气量较大，对船舶空压机要求较高，噪声大，且会产生几秒断流现象，对船舶装卸货有一定影响；而负压式自清洗过滤器无需耗气，可连续作业，当滤器压差达到预设值，控制系统就开启自动清洗循环，由旋转电机带动排污轴上的吸嘴进行圆周运动，将滤网内部的积层清除，经排污口排出，运行时，系统不会产生断流现象。

紫外反应器采用“十字交叉”布局，使高剂量输出介质中压灯管与流体垂直，借助计算机辅助光场和流场耦合技术设计而成。内部安装导流板和旋流板，可有效减缓水流对于紫外灯管的冲击。中间位置安装有超声波清洗装置，利用超声波的空化作用，将声能转化为机械振动，对石英套管表面的污物进行撞击、剥离，以达到清洗、阻垢效果。

控制单元主要有系统控制箱、紫外控制柜、紫外电源柜、远程控制箱（可选）及滤器接线盒组成。系统控制箱主要职能：人机交互界面，紫外灯、阀门等执行部件的控制及反馈信号的输入，温度、压力、光强、流量等传感器信号读取，全自动控制逻辑，设备运行数据采集与存储，故障报警与记录，应急停止。紫外控制柜主要是为紫外电源柜提供电源。紫外电源柜装有紫外驱动器，是紫外灯的配电、监控和控制中心，将收集到的紫外灯运行信息发给PLC，以实现灯管功率调节、运行故障报警等功能。远程控制箱一般安装于压载水控制室或甲板办公室，通过通讯电缆与系统控制箱连接，以实现对本系统的远程控制和监控，方便船员在多地操作。

3 控制系统的设计

控制系统操作界面主要由“Home”“UV Manager”“Alarm”“Log”和“Maint”五个界面组成，通过点击触摸屏上对应的按钮进行切换，实现对系统的运行操作、报警监控、数据记录及参数选择等功能。

3.1 Home 界面

Home界面主要实现系统运行手/自动选择、压载/排载/扫舱模式选择、运行泵的选择及IMO/USCG标准选择等，监控系统运行中阀门状态、滤器运行及排污泵启动情况，显示压力、光强、温度传感器及流量计实时读数，通过GPS信号记录船舶所在位置，实现本地/远程操作切换，系统启动/停止等功能。

3.2 UV Manager界面

UV Manager界面主要用于显示紫外反应器各灯管运行状态、单次运行时间和累计运行时间，以便于操作者可直观看到灯管情况，并根据灯管使用时间及损耗程度及时更换灯管。

3.3 Alarm 界面

Alarm界面主要用于记录系统运行中各设备的故障情况，包括阀门故障、灯管故障、传感器故障、流量计故障、通讯故障、GPS信号故障、旁通阀门开关信息等，程序设计时，已对每个零部件故障进行单独反馈，以达到故障反馈精确到点的目的，便于船员判断故障原因、排查并消除故障，当故障检修完成后，对应的报警记录会自动消除，系统恢复正常。

3.4 Log 界面

Log界面主要用于记录系统运行的时间、经纬度、操作模式及处理水质容积等信息，数据主要来源于船舶驾驶台GPS和Home界面操作和模式选择，存储于系统记忆卡中，可容纳两年数据，支持数据端口下载留存，以便于检察官和港口国检查。

3.5 Maint界面

Maint界面主要供系统开发、现场调试工程师使用，根据现场情况进行系统内部数据修改及相应部件操作控制，该界面设有密码，仅对具备一定专业技术的人员开放。

3.6 压载/排载模式

紫外灯管暖灯需要3～5分钟，在压载模式下运行，应先打开排舷外阀门，压舱水经过压载泵、滤器、紫外反应器后打到本地水域，即所谓的SEA TO SEA，待灯管暖灯完成后，关闭排舷外阀门，打开进舱阀门，压舱水可正常打入压载舱。在排载模式下运行，压舱水先在船舶内部循环，待灯管暖灯结束后，打开排舷外阀门，关闭内部循坏阀门，压舱水可正常排出船舶。在整个系统运行过程中，内部设备均根据既定程序自动完成，操作者无须单独完成滤器、阀门、紫外等设备的启动，只需通过RUN/STOP完成系统启/停即可。

4 性能测试

4.1 性能检测

为确保系统运行稳定可靠，应定期对零部件进行性能测试。

第一点针对镇流器的检查。需要镇流器，在整个测试过程中一直保持正常的启动，点亮灯管。

第二点针对超声波清洗装置的检查。检测清洗装置能否在系统运行的过程中正常的清洗。

第三点针对阀门的检查。主要检查阀门能否在测试的过程中按照既定好的程序进行有效的开关。

第四点针对温度传感器的检查。在检查温度传感器的时候，需要显示正常下的工作记录值，其记录值的状况与实际不能够偏差超过5%。

第五点针对压力传感器的检查。检查压力传感器的时候，需要测试中的压力传感器的数值和正常工作的时候，其数值压力偏差不能够超过2%。

第六点，针对紫外线传感器的检查。检测紫外线灯管能否正常的启动，其光强数值不能够低于80%。

第七点针对故障报警的检测。重点测试整个系统，如果在运行的过程中出现了故障，声光报警器能否及时的发出提示音。

4.2 滤器保养

系统运行结束后，两个小时内需用淡水对滤器进行保养，防止滤器腐蚀、滤筒堵塞及海生物繁衍。如在水质较差水域使用后到达干净水域，需要先运行10分钟以上，清洁滤筒内部脏污，然后再进行淡水保养。

4.3 能源故障检测

在对电气以及电子部件进行相应的额定电压以及频率检测的时候，需要在系统设备正常运行下进行检测，在五分钟内切断能源三次，每次切段时间都要保持在30秒，在试验完毕后，检查镇流器的自动保护功能，重新上电操作后其是否能够正常开启。经过检测，镇流器在重新上电后操作可以正常开启。

5 结语

本文中所介绍的海盾压载水处理系统，主要是依照压载水管理系统认可指南要求所设计的，其内部的零部件是比较少的，整个系统操作简单方便，无论是维护还是调节，都是比较方便的，系统经过了性能测试，也达到了相关的使用需求。整个程序采用分层控制，逻辑功能强、传输数据精准、快捷，软件的控制界面也比较生动，可以让工作人员更加快速地完成系统的控制。可以根据具体的工作情况调整方式以及工作参数，所以，整个系统还是比较有应用价值的。