船舶压载水处理方法和系统与流程

本发明涉及水处理技术领域，特别是涉及一种船舶及船舶压载水处理系统。

背景技术：

船舶压载水是为了控制船舶的平衡，提高船舶的稳定性而在船上加装的水。根据相关公约规定，船舶压载水使用完排放前，必须通过处理使其达到公约规定的标准。电解法是一种比较实用和常用的压载水处理技术，在一定的条件下能杀灭压载水中绝大多数的有害水生物和病原体。

电解法通过电解海水产生次氯酸钠来处理船舶压载水，压载水中的氯浓度通过余氯分析仪来检测，如果氯浓度超过或低于规定值，则系统调整电解电流，进而调整压载水中的氯浓度。但在实际应用中，余氯分析仪故障率较高，操作维护繁琐，极大地影响了系统的稳定性。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种船舶压载水处理方法和系统，以避免余氯分析仪故障造成的系统停机，提高系统的实用性和可靠性。

本发明实施例提供一种船舶压载水处理方法，包括：

提供一恒定的电流i0；

检测进入电解单元的压载水的温度；

检测进入所述电解单元的压载水的盐度；

根据当前检测得到的进入所述电解单元的压载水的温度和盐度，获得与之对应的所述电解单元的电解效率η；

通过整流器将上述恒定的电流i0进行整流，得到向所述电解单元输出的电解电流i，其中：i＝i0xη；

将所述电解电流i输出给所述电解单元。

进一步地，所述电解效率η与压载水的温度及盐度的关系为：随着压载水的温度升高，所述电解效率η逐步增大；随着压载水的盐度增加，所述电解效率η也逐步增大。

进一步地，所述根据当前检测得到的进入所述电解单元的压载水的温度和盐度，获得与之对应的所述电解单元的电解效率η，具体是：

在控制单元中预先设置电解效率η与海水温度、盐度相关的数据表格；

根据当前检测得到的进入所述电解单元的压载水的温度和盐度，通过查询所述数据表格，从而获得与之对应的所述电解单元的电解效率η。

进一步地，所述控制单元还用于以下控制逻辑：

若检测到压载水的温度低于5℃，系统发出声光报警，提醒船员启用加热装置，以确保压载水的温度高于5℃；

若检测到海水盐度低于15psu，系统发出声光报警，提醒船员采用淡水模式；

若海水盐度继续降低，达到10psu，系统将发出声光报警，并停机；

若检测到压载水的温度高于25℃，系统参照25℃的关系数据设定所述电解电流i；

若检测到压载水的盐度高于30psu，系统参照30psu的关系数据设定所述电解电流i；

若检测到压载水的温度在5℃～25℃之间、盐度在10psu～30psu之间，系统通过查询所述数据表格的关系数据设定所述电解电流i。

进一步地，所述恒定的电流i0由一恒电流提供装置提供。

本发明实施例还提供一种船舶压载水处理系统，包括：

电解单元，用于对进入所述电解单元中的压载水进行电解；

恒电流提供装置，用于提供一恒定的电流i0；

温度检测单元，用于检测进入所述电解单元的压载水的温度；

盐度检测单元，用于检测进入所述电解单元的压载水的盐度；

控制单元，与所述温度检测单元、所述盐度检测单元连接，所述控制单元用于根据当前检测得到的进入所述电解单元的压载水的温度和盐度，获得与之对应的所述电解单元的电解效率η；

整流器，与所述控制单元、所述恒电流提供装置、所述电解单元连接，所述整流器将上述恒定的电流i0进行整流，得到向所述电解单元输出的电解电流i，并将所述电解电流i输出给所述电解单元，其中：i＝i0xη。

进一步地，所述整流器设置在所述电解单元中。

进一步地，所述温度检测单元、所述盐度检测单元安装在压载水进入所述电解单元之前的主管路中。

进一步地，所述温度检测单元之前的主管路中还设有加热装置。

进一步地，所述电解单元之后的管路中设有电解液取样口，所述电解液取样口用于对电解液进行取样，以检测电解后压载水中的余氯浓度。

本发明提供的船舶压载水处理方法和系统，根据实时测得的压载水的温度及盐度，结合电解单元的电解效率η与压载水的温度及盐度的关系数据，计算得出电解单元当前所需的电解电流i，实现所需电解电流的自动调节控制。该系统摆脱了普遍使用的通过余氯浓度分析仪检测余氯反向控制电解电流的方法，避免余氯分析仪故障造成的系统停机，提高系统的实用性和可靠性。

附图说明

图1为本发明实施例中的船舶压载水处理系统的结构示意图；

图2为本发明实施例中的船舶压载水处理系统的结构框图；

图3为本发明实施例中电解单元的电解效率η与压载水的温度及盐度关系的数据表；

图4为本发明实施例中电解单元的电解效率η与压载水的温度及盐度关系的数据表和相关曲线图。

图5为本发明一个实例中压载水余氯浓度实测值的曲线图。

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。

如图1及图2所示，本实施例的船舶压载水处理系统，包括电解单元1、海水储罐2、压载舱(waterballasttank)3、海水供给泵4、自动调节阀5、温度检测单元6、盐度检测单元7、手动开关阀8、电解液取样口9、流量计10、加热装置11、恒电流提供装置12、整流器13和控制单元14。

电解单元1设有电解槽，电解槽的数量可以为一个或多个，优选为多个，用于对进入电解单元1的压载水进行电解，通过电解产生次氯酸杀死压载水水中的浮游生物、幼虫、孢子和病原体等生物。

恒电流提供装置12用于提供一恒定的电流i0，具体地，恒电流提供装置12可以为船舶自带的电源系统的一个电流装置。

温度检测单元6用于检测进入电解单元1的压载水的温度，温度检测单元6具体可以是一个温度传感器。

盐度检测单元7用于检测进入电解单元1的压载水的盐度，盐度检测单元7具体可以是一个盐度计。

优选地，因压载水在短时间内温度和盐度变化较小，故温度检测单元6和盐度检测单元7的检测频率可根据实际情况设定，例如设为每1分钟检测一次。

控制单元14与温度检测单元6和盐度检测单元7连接，温度检测单元6测得的温度与盐度检测单元7测得的盐度传输到控制单元14，控制单元14根据当前检测得到的进入电解单元1的压载水的温度和盐度，获得与之对应的电解单元1的电解效率η。

具体地，电解单元1的电解效率η与压载水的温度及盐度的关系数据如图3及图4所示。电解单元1的电解效率η与压载水的温度、盐度有显著的相关性，同时也受海水水质、极板工作时间等其他因素的影响，但船舶压载水处理只在加载或排载时进行，在一次加载或排载的时间内，海水水质、极板工作时间等影响电解效率η的因素不会发生明显变化，因此，电解单元的电解效率η的变化主要受海水温度和盐度的影响。所以，通过预先建立电解效率η与压载水的温度及盐度的关系数据，之后通过实时测量的进入电解单元1的压载水的温度和盐度，即可通过查找表格数据的方式得到电解单元1的电解效率η，此时查表得到的电解效率η即与海水当前的温度和盐度相对应。

首先通过实验系统，选取25组主要海水盐度和温度组合，测定电解单元1的电解效率η与海水盐度和温度的关系，得到图3中表格数据，然后采用等值插入法对图3中试验数据进行补充，并绘制曲线，可以得到如图4所示数据和相关曲线。经过数据补充，图4中的数据已经可以覆盖实船监测到的盐度和温度范围。

具体地，从图4可看出，电解效率η与压载水的温度及盐度的关系为：随着压载水的温度升高，电解效率η逐步增大；随着压载水的盐度增加，电解效率η也逐步增大。当温度或盐度升高至一定值后，电解效率η增大缓慢，基本保持不变。

本发明可以通过实验得到电解单元1的电解效率η与海水温度、盐度相关的数据表格，并将实验得到的所述数据表格预先设置在控制单元14中。

利用温度检测单元6和盐度检测单元7检测到进入电解单元1的压载水的温度和盐度之后，即可根据当前检测得到的进入电解单元1的压载水的温度和盐度，通过查询所述数据表格，从而获得与之对应的电解单元1的电解效率η。

参见图2，整流器13与控制单元14、恒电流提供装置12、电解单元1连接，整流器13将所述恒定的电流i0进行整流，得到向电解单元1输出的电解电流i，并将电解电流i输出给电解单元1。恒定的电流i0与电解电流i及电解效率η存在以下关系：i＝i0xη。

进而通过公式i＝i0xη，可以计算得到电解单元1当前所需的电解电流i，并将电解电流i输出给电解单元1。

整流器13优选地可以设置在电解单元1中，使整体结构更紧凑。

根据以上实验数据，还可以确定以下控制逻辑：

1)若检测到海水温度低于5℃，系统发出声光报警，提醒船员启用换热器，以确保海水温度高于5℃；

2)若检测到海水盐度低于15psu，系统发出声光报警，提醒船员采用淡水模式；

3)若海水盐度继续降低，达到10psu，系统发出声光报警，并停机；

4)若检测到海水的温度高于25℃，系统参照25℃的关系数据设定所述电解电流i；

5)若检测到海水的盐度高于30psu，系统参照30psu的关系数据设定所述电解电流i；

6)若检测到海水的盐度和温度均落在图4所示区间内(即温度在5℃～25℃之间、盐度在10psu～30psu之间)，系统采用查询表格法，获取对应的电解效率值，控制整流器的输出电流。

根据以上控制逻辑得到的控制系统，就是船舶压载水处理装置恒电流控制系统。

本发明基于电解海水法压载水处理装置，通过建立电解单元的电解效率与海水盐度和温度的关系曲线，实现系统运行过程中，根据海水环境就可以确定电解电流的控制。压载水处理装置在运行过程中，通过盐度和温度传感器获取到数据后，恒电流系统就可以自动输出特定电解电流，使电解液中的有效氯达到设定的浓度。目前应用的控制系统，主要是通过检测处理的压载水中的余氯浓度来反向控制电解电流，但这种控制方式受制于余氯检测仪，一旦仪表故障，系统将无法运行。本发明提供的控制系统，不再需要余氯检测仪的参与，可以摆脱余氯分析仪故障率高导致的系统停机等问题，能大大提高系统的可靠性。该系统可适用于所有类型远洋船舶。

如图1所示，温度检测单元6、盐度检测单元7安装在压载水进入电解单元1之前的主管路中，同时压载水在主管路中的流量保持不变。

海水储罐2与温度检测单元6之间的主管路上还设有加热装置11，用于当压载水温度过低时，对压载水进行加热。

电解单元1之后的管路中设有电解液取样口9，电解液取样口9用于对电解液进行取样，以检测电解后压载水中的余氯浓度，可根据该检测值与设定的有效氯浓度比较，以判定船舶压载水系统是否正常工作。

本发明基于电解海水法压载水处理装置，取消目前系统通过余氯浓度来控制电解电流的控制逻辑，通过建立电解单元的电解效率与海水盐度和温度的关系曲线，开发一种电解海水法船舶压载水处理装置恒电流控制系统，该控制系统可以避免余氯分析仪故障造成的系统停机。若该控制系统进行实船应用，将大大提高压载水系统的可靠性。

为了验证恒电流系统运行效果，特在某64kdwt散货船上进行了验证，系统运行过程中，余氯分析仪同时监测压载水中的余氯浓度，余氯浓度设定值为7.5ppm，最终运行结果如下：

从图5中可以看出，余氯浓度实际运行值平均分布于7.5ppm两侧，对数据进行分析可得，实际运行的平均值为7.58ppm，与设定值7.5ppm误差仅为1％左右。

综上，可以证明本发明提供的电解海水法恒电流控制系统可以很好的实现压载水处理装置的控制，完全满足实船应用要求。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。