压载水TRO中和处理系统及船舶的制作方法

本发明涉及船舶技术领域，尤其是涉及一种压载水tro中和处理系统及具有该系统的及船舶。

背景技术：

国际海事组织(internationalmaritimeorganization，imo)把压载水管理系统的处理方法划分为两大类：使用活性物质的方法和不使用活性物质的方法。活性物质，指一种物质或生物，包括对有害水生物和病原体具有一般或特殊作用的病毒或真菌，它能够对海水中的目标生物起到杀灭作用。采用活性物质的处理方法主要是通过物理或化学方法产生或者直接配制后，将一种或多种特定的活性物质注入到压载水中，利用活性物质的灭活杀菌能力实现压载水的处理，从而满足压载水公约的排放标准。压载水管理系统中活性物质的投加量一般以总残留氧化物(totalresidualoxidant，tro)浓度计。目前imo和美国海岸警卫队(unitedstatescoastguard，uscg)对采用活性物质的压载水管理系统的加药浓度提出了认证要求。采用活性物质的压载水管理系统的加药浓度必须根据imobwmscode(国际海事组织压载水管理系统认可规则)和uscgfinalrulecfr162.060(美国海岸警卫队最终法规162.060条款)中的要求通过陆基试验和实船实验进行形式认可。此外，为了防止处理后的压载水在排放时tro对接受水体的潜在环境风险，imo和美国环保局(u.senvironmentalprotectionagency，epa)均要求排放压载水中的tro浓度应小于0.1mg/l。为了满足该排放要求，所有使用活性物质的压载水管理系统均需要配备中和装置，通过向排放水中投加中和剂与tro进行中和反应，并在排载点设置tro检测仪，实时监测排放水中的tro浓度，保证经中和处理后的压载水tro浓度小于0.1mg/l。

目前压载水管理系统使用的中和处理装置主要由以下三大组成部分：中和剂配制及投药模块、控制模块和tro监测模块(发明专利201410201450.7)。中和剂配制及投药模块主要是用于中和剂溶液的配制和加药，控制模块主要是通过可编程控制器和人机交互界面等控制整套中和处理装置的正常操作和运行；tro监测模块包含1到2个tro分析仪(或称为余氯分析仪)用于实时监测排放压载水在排舷外侧的tro浓度(必须使用)和未中和处理前的tro浓度(如有需要)，确保经中和处理后排放压载水中的tro浓度小于imo和港口国规定的排放标准。中和处理装置使用的tro分析仪主要采用dpd比色法、电流法和氧化还原电位法进行tro浓度的测量，该仪表灵敏度较高，内部结构复杂，集成度很高。而船舶上环境条件挑战性比较高，如振动、倾斜、高湿度、高温、低温以及电磁干扰等对tro分析仪运行的稳定性和可靠性造成了很大影响。一般tro分析仪还需要船员定期进行校验或更换试剂。据船东和船员反馈，tro分析仪已经成为影响压载水管理系统正常运行的重要桎梏。

此外，船舶上的压载管系的布置和输送水质也复杂多变，除了常见的将压载管系布置在船舱花钢板以下，对于某些特殊设计的船舶如油船和化学品船等，全部压载管系或部分压载管系会浸没在水面以下，若无法解决tro分析仪的安装问题将严重限制采用活性物质的压载水处理系统的市场竞争力。而对于压载管系中的扫舱排载管系，因为是用于压载舱舱底水的排放，在长期运营后，扫舱管系排放的舱底水中含有一定的泥沙等沉积物，极易堵塞tro分析仪的取样管路，或造成tro分析仪内部测量部件的失效，从而使得tro分析仪无法正常工作，进而导致整套中和处理装置失灵。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种压载水tro中和处理系统，旨在解决上述背景技术存在的不足，在工艺流程和控制逻辑上进行优化，取消了中和处理系统中的tro检测模块，同时又能够达到良好的中和效果，确保经中和处理后的排放压载水中tro浓度远远小于排放限值，满足imo和相关港口国的排放要求。

本发明提供一种压载水tro中和处理系统，包括压载舱、压载泵、中和剂存储罐、控制系统、淡水管路、中和溶液罐、中和剂配送装置、中和剂加药泵、控制阀、排载管路和中和加药管路，所述中和剂存储罐中存储有固体中和剂；

所述压载舱的出口通过所述排载管路连通至舷外，所述压载泵设置在所述排载管路上，所述中和剂存储罐的出口通过所述中和剂配送装置与所述中和溶液罐的中和剂入口连通，所述淡水管路的出口与所述中和溶液罐的淡水入口连通，所述控制阀设置在所述淡水管路上，所述中和剂加药泵设置在所述中和加药管路上，所述中和溶液罐的出口与所述中和剂加药泵的入口连通，所述中和剂加药泵的出口连通至所述排载管路上，所述控制系统同时与所述中和剂加药泵和所述控制阀信号连接。

进一步地，还包括质量传感器，所述质量传感器设置在所述中和剂存储罐上，所述控制系统还同时与所述质量传感器信号连接。

进一步地，还包括第一液位计，所述第一液位计设置在所述中和溶液罐上，所述控制系统还同时与所述第一液位计信号连接。

进一步地，还包括第一流量计和第二流量计，所述第一流量计设置在所述排载管路上，所述第二流量计设置在所述中和加药管路上，所述控制系统还同时与所述第一流量计和所述第二流量计信号连接。

进一步地，所述中和剂加药泵连接有变频电机，所述控制系统还同时与所述变频电机信号连接。

进一步地，还包括搅拌器，所述搅拌器设置在所述中和溶液罐内，所述搅拌器连接有搅拌电机，所述控制系统还同时与所述搅拌电机信号连接。

进一步地，还包括第二液位计，所述第二液位计设置在所述压载舱上，所述控制系统还同时与所述第二液位计信号连接。

进一步地，还包括第二液位计和液位遥测系统，所述第二液位计设置在所述压载舱上，所述液位遥测系统与所述第二液位计信号连接，所述控制系统还同时与所述液位遥测系统信号连接。

进一步地，所述中和加药管路与所述排载管路相连的节点之前的所述排载管路上设有盐度计、温度计、溶解氧计和ph计，所述控制系统还同时与所述盐度计、所述温度计、所述溶解氧计和所述ph计信号连接。

本发明还提供一种船舶，包括以上所述的压载水tro中和处理系统。

本发明提供的压载水tro中和处理系统，通过计算精准控制中和剂溶液的浓度和加药量，确保经中和处理后的排放压载水的tro浓度远小于0.1mg/l，满足imo和港口国对tro的排放要求，因此在排舷外点不需要设置tro取样点和安装tro分析仪用于实时监测排放压载水的tro浓度，大大降低了整套中和处理系统的设备成本，并提高了系统的稳定性和可靠性。同时，该中和处理系统实现了中和剂溶液的自动配制和自动加药，减少了人员操作，满足船舶压载水处理系统的自动化操作要求。而且，该中和处理系统优化了中和处理的控制方法，通过相关的排载参数就能确定合适的中和剂溶液的浓度和加药量，避免了中和剂的过量消耗。

附图说明

图1为本发明第一实施例中压载水tro中和处理系统的结构示意图。

图2为本发明第二实施例中压载水tro中和处理系统的结构示意图。

图3为本发明第三实施例中压载水tro中和处理系统的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

本发明的说明书和权利要求书中的术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等(如果存在)是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。

第一实施例

如图1所示，本发明第一实施例提供的压载水tro(totalresidualoxidant，总残留氧化物)中和处理系统，包括压载舱1、压载泵2、中和剂存储罐4、控制系统5、淡水管路6、中和溶液罐7、中和剂配送装置8、中和剂加药泵10、控制阀12、排载管路16和中和加药管路17，中和剂存储罐4中存储有固体中和剂；

压载舱1的出口通过排载管路16连通至舷外，压载泵2设置在排载管路16上，中和剂存储罐4的出口通过中和剂配送装置8与中和溶液罐7的中和剂入口71连通，淡水管路6的出口与中和溶液罐7的淡水入口72连通，控制阀12设置在淡水管路6上，中和剂加药泵10设置在中和加药管路17上，中和溶液罐7的出口与中和剂加药泵10的入口连通，中和剂加药泵10的出口连通至排载管路16上，控制系统5同时与中和剂加药泵10和控制阀12信号连接。

进一步地，该压载水tro中和处理系统还包括质量传感器11，质量传感器11设置在中和剂存储罐4上，控制系统5还同时与质量传感器11信号连接。

进一步地，该压载水tro中和处理系统还包括第一液位计13，第一液位计13设置在中和溶液罐7上，控制系统5还同时与第一液位计13信号连接。

进一步地，该压载水tro中和处理系统还包括第一流量计14和第二流量计15，第一流量计14设置在排载管路16上，第二流量计15设置在中和加药管路17上，控制系统5还同时与第一流量计14和第二流量计15信号连接。

进一步地，该压载水tro中和处理系统还包括搅拌器9，搅拌器9设置在中和溶液罐7内，搅拌器9连接有搅拌电机91，控制系统5还同时与搅拌电机91信号连接。

具体地，中和剂存储罐4用于储存中和剂固体，其配套的中和剂配送装置8用于将固体中和剂加入到中和溶液罐7中。中和溶液罐7的顶部设有中和剂入口71，中和剂通过中和剂配送装置8从中和剂入口71输送至中和溶液罐7中，中和溶液罐7的顶部还设有淡水入口72，淡水通过淡水管路6从淡水入口72输送至中和溶液罐7中。中和溶液罐7主要用于将固态中和剂溶解在淡水中并通过搅拌器9混合配制，并储存中和剂溶液。中和剂加药泵10的主要功能是将中和剂溶液注入到压载水的排载管路16中，中和剂溶液与压载水中的tro进行中和反应。中和剂存储罐4上的质量传感器11用于确定配制的中和剂加入量，中和溶液罐7上的第一液位计13通过监测液位确定中和剂溶液的体积，中和加药管路17上的第二流量计15用于确定中和剂加药泵10的投加流量。控制系统5根据排载处理的相关参数，利用内置的控制方法经过程序运算确定合适的中和剂溶液的浓度、体积和加药流量，并通过监控相关传感器和控制相关设备和阀门的启停实现整套中和处理系统的自动运行。

进一步地，该压载水tro中和处理系统还包括第二液位计31，第二液位计31设置在压载舱1上，控制系统5还同时与第二液位计31信号连接，第二液位计31用于计算压载舱1内压载水的体积。由于压载舱1内的压载水不一定是满载的，故不能直接将压载舱1的舱容当作压载水的体积，需要使用第二液位计31计算压载舱1内压载水的体积。需要说明的是，当压载舱1为规则的形状(如圆柱体形、长方体形等)时，可以利用第二液位计31测得压载舱1内压载水的液位，从而计算压载水的体积。

进一步地，控制系统5用于：

获取压载舱1内压载水的tro浓度及压载水的体积，并根据压载水的tro浓度及压载水的体积计算所需的中和剂溶液的浓度和体积；

根据计算得到的中和剂溶液的浓度和体积控制中和剂及淡水的加入量；

根据压载水的排载流量及压载水的tro浓度控制中和剂溶液的加药流量。

进一步地，上述获取压载舱1内压载水的tro浓度的方法包括：

在控制系统5中预先设置压载水的tro浓度随压载水在压载舱1内的停留时间衰减的第一数据库；

根据压载水的压载时间和排载时间获取压载水在压载舱1内的停留时间；

根据压载水在压载舱1内的停留时间，通过查询第一数据库，从而获得与之对应的压载水的tro浓度。

一般地，使用活性物质处理压载舱1内的压载水时，活性物质与压载水中有害生物反应后，其残余浓度(tro浓度)与压载水的盐度、温度、溶解氧、ph值及压载水在压载舱1内的停留时间(即活性物质与压载水中有害生物的反应时间)有关，但根据试验结果及实际运行情况考虑到：1、压载水的盐度、温度、溶解氧和ph值的变化对于压载水的tro浓度的影响较小；2、压载水的盐度、温度、溶解氧和ph值在实船运用时变化不大，在设计第一数据库时，充分考虑设计余量，故可将压载水的tro浓度与压载水的盐度、温度、溶解氧、ph值及压载水在压载舱1内的停留时间的关系简化为压载水的tro浓度与压载水在压载舱1内的停留时间的关系，同时结合数理统计和曲线拟合，在控制系统5中建立压载水的tro浓度随压载水在压载舱1内的停留时间衰减的第一数据库。

由于处理压载水(包括压载和排载)时必须启动整套压载水处理系统，只要启动压载水处理系统就会记录时间，故可以利用压载水的压载时间和排载时间获取压载水在压载舱1内的停留时间，根据压载水在压载舱1内的停留时间，结合第一数据库，既可获得与之对应的压载水的tro浓度，同时利用第二液位计31获取压载水的体积；利用控制系统5中硬件的运算能力，结合中和剂与tro的氧化还原反应的化学反应机理并考虑质量守恒定律，并充分考虑设计余量，最终运算确定中和剂溶液配制的浓度和体积。同时，控制系统5通过自动控制中和剂的加入量和溶解水的体积实现自动控制中和剂溶液的配制浓度和体积。并根据压载水的排载流量及压载水的tro浓度，控制系统5调用相应的运算函数确定中和剂溶液的加药流量，确保排载水中的tro被彻底充分地中和，保证排载水中的tro浓度远远小于0.1mg/l。

进一步地，中和剂加药泵10连接有变频电机101，控制系统5还同时与变频电机101信号连接。根据排载管路16中压载水的实时排载流量，通过控制变频电机101的频率，实现中和剂溶液加药流量的自动调节。

控制阀12可以在控制系统5的控制下自动打开或关闭，从而控制淡水进入中和溶液罐7的量。

本实施例的压载水tro中和处理系统的工作流程如下：

1、中和处理前中和剂溶液的配制：控制系统5自动获取压载水在压载舱1内的停留时间，并根据压载水在压载舱1内的停留时间计算压载水的tro浓度，同时利用第二液位计31获取压载水的体积(当然，也可以是船员在控制系统5的人机交互界面输入排载相关参数，如压载水在压载舱1内的停留时间、压载水的体积、排载流量等)，控制系统5根据内置的控制方法确定中和剂的加入量以及淡水的加入量，从而确定中和剂溶液配制的体积及浓度。同时启动中和剂配送装置8，打开淡水管路6上的控制阀12进行中和剂溶液的配制，通过监控中和剂存储罐4的重量和中和溶液罐7的液位确定中和剂溶液的浓度及体积，达到目标浓度及体积后关闭中和剂配送装置8和控制阀12，搅拌器9运行一定时间后关闭搅拌器9，完成中和剂溶液的自动配制。

2、排载水的中和处理：开始排载时，压载泵2将压载舱1内的压载水排放至船舷外。船员在控制系统5的人机交互界面启动中和处理系统，此时中和剂加药泵10启动，进行中和剂溶液的投加，同时控制系统5通过设置在排载管路16上的第一流量计14实时监控排载流量，中和加药管路17上的第二流量计15将实时监控加药流量，控制系统5根据排载管路16实时的排载流量，自动调节中和剂加药泵10上变频电机101的频率，从而实现中和剂溶液加药流量的自动调节，将中和剂溶液的加药流量控制在目标流量，确保排载水中的tro被充分有效的中和，保证经中和处理后排载水中的tro浓度远远小于0.1mg/l，满足imo和港口国的排放标准。整个中和处理过程不需要使用tro分析仪参与控制，大大简化了中和处理的流程，并提高了整套中和处理系统的可靠性。

本发明的效果在于：

1、本发明实现了中和剂溶液的自动配制和自动加药，减少了人员操作，满足船舶压载水处理系统的自动化操作要求；

2、本发明通过优化中和处理的控制方法，通过相关的排载参数就能确定合适的中和剂溶液的浓度和加药量，避免了中和剂的过量消耗；

3、本发明通过计算精准控制中和剂溶液的浓度和加药量，确保经中和处理后的排放压载水的tro浓度远小于0.1mg/l，满足imo和港口国对tro的排放要求，因此在排舷外点不需要设置tro取样点和安装tro分析仪用于实时监测排放压载水的tro浓度，大大降低了整套中和处理系统的设备成本，并提高了系统的稳定性和可靠性；

4、本发明不需要配置tro分析仪也能确保经中和处理后的压载水满足imo和港口国对tro的排放要求，大大提高了配套该中和处理系统的的压载水处理系统的船舶适用性和市场竞争力。

实例：

1、某化学品船整套压载管系的压载泵及排舷外点等全部浸没在水面以下，在进行排载时，压载舱内处理后的压载水通过扫舱泵直接排放到舷外，在排舷外点无法安装合适的tro分析仪或设置tro取样点用于tro监测。采用本发明的中和处理系统后，通过获取压载泵流量、处理后的压载水在压载舱内的停留时间等信息，自动配制合适浓度的中和剂溶液，在开始排载后，控制系统根据排载流量自动调节中和剂加药泵的加药流量，确保排载水中的tro被充分有效中和，满足了imo和港口国的tro排放要求。

2、某散货船进行扫舱排载时，压载舱内的舱底水通过扫舱泵直接排放到舷外。采用本发明的中和处理系统后，通过获取压载泵流量、处理后的压载水在压载舱内的停留时间等信息，自动配制合适浓度的中和剂溶液，在开始扫舱排载后，控制系统将自动调节中和剂加药泵的加药流量，确保扫舱排载水的tro被充分有效中和，满足了imo和港口国的tro排放要求，整个扫舱排载中和处理系统不需要在排载点安装tro分析仪或设置tro取样点用于tro监测，避免了舱底水中的泥沙和沉积物等对tro分析仪的不利影响。

第二实施例

如图2所示，本发明第二实施例提供的压载水tro中和处理系统与第一实施例大致相同，不同点在于获取压载水体积的方法及装置不同。

具体地，在本实施例中，该压载水tro中和处理系统还包括第二液位计31和液位遥测系统32，第二液位计31设置在压载舱1上，液位遥测系统32与第二液位计31信号连接，控制系统5还同时与液位遥测系统32信号连接。

由于不同船舶的空间设计不同，部分船舶上的压载舱1的形状为是不规则的，故无法直接通过第二液位计31计算压载舱1中压载水的体积，液位遥测系统32设有将压载舱1的液位转化为压载水体积的算法，故通过第二液位计31和液位遥测系统32即可测得压载舱1中压载水的体积。本实施例的其他设置与上述第一实施例相同，在此不赘述。

第三实施例

如图3所示，本发明第三实施例提供的压载水tro中和处理系统与第一实施例大致相同，不同点在于本实施例中还设有盐度计21、温度计22、溶解氧计23和ph计24，同时获取压载舱1内压载水的tro浓度的方法不同。

具体地，在本实施例中，中和加药管路17与排载管路16相连的节点之前的排载管路16上设有盐度计21、温度计22、溶解氧计23和ph计24，控制系统5还同时与盐度计21、温度计22、溶解氧计23和ph计24信号连接。

在本实施例中，获取压载舱1内压载水的tro浓度的方法包括：

在控制系统5中预先设置压载水的tro浓度与压载水的盐度、温度、溶解氧、ph及压载水在压载舱1内的停留时间相关的第二数据库；

根据压载水的压载时间和排载时间获取压载水在压载舱1内的停留时间；

根据检测到的压载水的盐度、温度、溶解氧、ph值及压载水在压载舱1内的停留时间，通过查询第二数据库，从而获得与之对应的压载水的tro浓度。

本实施例的其他设置与上述第一实施例相同，在此不赘述。

需要说明的是，本实施例与第一实施例相比，其优缺点在于，优点：本实施例相较于第一实施例更加精确，适用于各种水质条件(包括不同盐度、温度、溶解氧、ph值的压载水)的压载水；缺点：本实施例相较于第一实施例在水质差异不大的水域中两者的使用效果相同，但本实施例相较于第一实施例更为复杂，元器件更多，成本更高。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。