船舶艙底水中混有各種油類、淤泥、雜質(zhì)和其他沉積物。這種污水，特別是含油類較多的污水如果不加處理任意排放，會造成航行水域和停泊水域的嚴重污染。國際海事組織（IMO） 嚴禁將未經(jīng)處理的污水直接排放到舷外，并規(guī)定排出舷外的水中，含油濃度不得超過 15ppm。

目前，污水處理裝置（即油水分離器）主要是用物理處理法將水中所含的污油分離出去。它的自動控制包括水中含油濃度的檢測、報警及凈化后合乎標準的水排出舷外，分離出來的污油自動排放到污油柜。

一、油水分離器工作系統(tǒng)的組成

圖 2-3-1 示出油水分離器工作系統(tǒng)組成的原理圖。該系統(tǒng)主要由油水分離器、艙底泵、污水貯存柜、污油駁運泵、污油柜及自動檢測和控制等部分組成。油水分離器多數(shù)以重力分離作為粗分離，以聚合及過濾吸附作為細分離。它由兩個串聯(lián)的圓柱形分離筒組成，筒內(nèi)分別裝有孔徑不同的油滴聚合裝置。污水用專用泵由污水貯存柜經(jīng)濾器駁至第一級分離筒 8，污水從分離筒上部切向進入，粗大油滴依靠比重差上浮進入分離筒頂部的集油腔而與水分離。污水，不斷沿油滴聚合裝置自上而下、由外向里流動，使細小油滴逐漸聚合成大油滴上浮。第一級分離后的污水，從第一級分離筒的底部送至第二級分離筒9 的油摘聚合裝置。這樣，污水經(jīng)兩級處理后，可基本上除去油分。凈化了的水從第二級分離筒排至舷外。

油水分離器排出舷外水的含油濃度由油分濃度監(jiān)控器測定。當水中含油濃度超過標準時，監(jiān)控器將發(fā)出聲光報警信號，同時關(guān)閉電磁閥 V2，停止向舷外排水，打開電磁閥 V3，使被處理的水回至艙底。艙底泵把艙底水駁至污水貯存柜暫存，為加強油水分離效果，污水貯存柜內(nèi)常設(shè)有蒸汽或電加熱系統(tǒng)，把污水加熱到40℃左右。另外，油水分離器還設(shè)有清水系統(tǒng)，在起動油水分離器時，先打開清水閥把清水引入分離筒，然后再送進污水。當油水分離器工作時間教長時，油水分離器可用清水工作較長一段時間，用以清洗兩級分離筒及聚油裝置。在油水分漓器工作過程中，集油腔內(nèi)被分離出來的油會逐漸增多，油水分界面會下移，油水分界面由電極 S1、S2、S3 檢測。當油水分界面下移至某一位置時，排油控制裝置 2 將自動打開排油電磁閥，把集油腔中的污油排至廢油柜，該油柜中的油或送至焚燒爐燒掉，或用駁運泵駁至岸（或接收船）上加以處理。

二、油分濃度監(jiān)視報警器

在油水分離器的自動控制系統(tǒng)中，油分濃度監(jiān)視報警器是最重要的設(shè)備。它隨時監(jiān)視水中含油濃度是否超過 15ppm，如果超過，它會立即發(fā)聲光報警并停止處理的水排出舷外。油分濃度監(jiān)視報警器可用濁度法、紅外線吸收法及用光散射原理制造，目前普遍采用后者，其中又有各種品牌和型號的產(chǎn)品，這里僅介紹OCD-1 型油分濃度報警器。

1．光學原理及傳感器

OCD-1 型油分濃度報警器是由德國研制生產(chǎn)的，其理論依據(jù)是瑞利散射定律和比耳定律。瑞利散射定律的物理意義是，產(chǎn)生光的散射現(xiàn)象的原因是液體介質(zhì)中顆粒物質(zhì)在光波作用下產(chǎn)生振蕩，成為發(fā)生次波的波源。在均勻介質(zhì)中，這些次波疊加的結(jié)果使光只在折射方向繼續(xù)傳播下去，在其他方向上，因次波的干涉而互相抵消，所以沒有散射光出現(xiàn)。但在非均勻介質(zhì)中由于不均勻粒子破壞了次波的相干性，則在其他方向上出現(xiàn)了散射光。艙底污水經(jīng)過油水分離器后，雖然分離出絕大部分污油，但呈乳化狀的油顆粒和其他雜質(zhì)粒子仍然存在排水中，是一種非均勻介質(zhì)。因此，在一定程度上，可以通過測定散射光的光強來測定水中含油量，參見圖2-3-2。

圖中，I入為入射光光強，I0為透射光光強，IQ為散射光光強，C為油分濃度。由圖（b） 可以看出，散射光光強與油分濃度只是在一定的范圍內(nèi)成線性關(guān)系，超過一定的油分濃度，散射光光強不僅不隨油分濃度的增加而增大，反而隨油分濃度的增加而減弱。這是因為，油分濃度增大后，油顆粒的增多反而阻擋了散射光。因此，油分濃度報警器通常制成量程為30ppm 的報警器，就是為了滿足其線性范圍，以保證儀表的精度，對IMO要求的 15ppm排放標準， 該范圍已能滿足要求。

比耳定律是研究非均勻介質(zhì)中，透射光光強與入射光光強之間關(guān)系的規(guī)律，其表達式為當介質(zhì)為艙底水時，系數(shù) k 為一常數(shù)，τ為介質(zhì)的濃度。透射光光強與介質(zhì)的濃度之間是按指數(shù)規(guī)律變化的曲線。如圖 2-3-3 所示，當介質(zhì)的濃度越高時，透射光光強越弱。

OCD-1 型油分濃度報警器在電路設(shè)計上，充分利用了瑞利散射定律和比耳定律。用瑞利散射定律，在水樣傳感器中獲得反映油分濃度的散射光強度，經(jīng)光電池將光強轉(zhuǎn)變成相應(yīng)的電流信號送到比較放大電路，若超過設(shè)定值（15ppm）則將觸發(fā)兩個報警電路，輸出報警及控制信號。利用比耳定律，當光敏晶體管感受不到透射光時，兩個報警電路也均被觸發(fā)，發(fā)出污油報警。其傳感器的結(jié)構(gòu)原理如圖 2-3-4 所示。圖中，1 是紅外發(fā)光二極管 LS1，工作時發(fā)射出特定光譜范圍的紅外線，用作測量光源；2 是光敏晶體管 PT1，接受透射光，輸出與光強成比例的電流信號；3 是光電池 PD1，用于檢測散射光，輸出與散射光光強成比例的電流信號；4    是熱敏電阻，用于補償因環(huán)境溫度變化引起的測量誤差；5 是光學玻璃管，水樣將從其中通過；6 是基座，對取樣玻璃管及光敏元件起支承及固定作用。

2．電路原理分析

(1）測量放大電路

測量放大電路原理如圖 2-3-5 所示，它是由接受散射光的光電池 PD1、運算放大器 IC3（型號為 LF355N）、接受透射光的光敏晶體管 PT1、比較器 IC8（型號為 LM311）及四運算放大器 IC4（型號為 LM324）等組成。圖中近紅外線發(fā)光二極管 LS1 作為光源接在由 R22、TR1、VR8 和 D3 組成的放大電路中，調(diào)整電位器 VR8，可以改變發(fā)光二極管 LS1 的工作電流，也就是改變測量光源的強度，VR8 在出廠時已調(diào)好，儀表投入運行以后，不可輕易改動。否則將影響儀表的靈敏度和測量精度。與 LS1 相并聯(lián)的是一常開觸頭 S1，當取樣玻璃管破裂使檢測箱有水時該觸頭閉合，從而短接了發(fā)光二極管 LS1，發(fā)出故障報警，該故障所產(chǎn)生的報警與水中含油濃度超標報警的現(xiàn)象是一樣的。光電池 PD1 的兩根引線分別接在 A 和 B 兩個接線端子上，而光敏晶體管的兩根引線則分別接在 H 和 I 兩個接線端子上。IC3 為光敏電路中常用的微功率放大器，當油分濃度增加時（在線性區(qū)內(nèi)），散射光將增強，該散射光照在光電池PD1上，使光電流增加，此電流方向是從 B 到 A，由于虛地效應(yīng)及運算放大的高阻抗輸入，在 IC3 的輸出端（檢測點為 TP4）將得到一個負電位信號，油分濃度越高（在線性區(qū)內(nèi)），該電位越低，經(jīng)過 1/IC4 進弓步放大及溫度補償，在 1/IC4 輸出端將得到一個放大了的與 IC3 輸出同相的負電位信號，該信號再經(jīng)過2/IC4 進行反相放大，最終在 TB4U 檢測點處得到一個正電位信號。經(jīng)上述分析我們可以看出，水中含油量越高，TB4U 處的正電位信號越高。此處的電位信號的大小代表了水樣中油分濃度的大小。測量值的零點和增益的調(diào)整分別通過 VR5 和 VR4 來實現(xiàn)。當采樣玻璃管中通以清水時，如果測量值不為零，則調(diào)整 VR5，強制改變 2/IC4 的輸出電位使橙色燈亮，表示為 0ppm 值。調(diào)整 VR4 則改變 2/IC4 的反饋電阻，使其增益發(fā)生改變， 即改變量程。通常在使用中 VR4 已由廠家設(shè)定，不可隨意改變。

比較器 IC8 的工作電源為－15V，反相端接一參考電位，由VR1 來調(diào)整，PT1 為一光敏晶體管，其導(dǎo)通程度由透射光來決定。當油分濃度很小時，透射光較強，流過PT1 的電流較大，I 點的電位較高，IC8 的輸出信號為正飽和信號（即0V信號），此時 TB4U 處的信號隨散射光成變化而變化。當油分濃度較高時，透射光弱，流過 PT1 的電流大為減小，I 點的電位較低，當?shù)陀?IC8 反相端設(shè)定參考電位時，IC8 的輸出為負飽和信號，該信號送到運算放大器2/IC4的輸入端，使其輸出 TB4U 的電位大大提高，從而發(fā)出水中含油濃度超標報警。由此看出，電位器 VR1 為污油報警值設(shè)定電位器，在出廠時已調(diào)整到 30ppm 所對應(yīng)的電位值，在使用中不可以隨意改變。

隨著季節(jié)或航區(qū)的不同，油分濃度報警器的環(huán)境溫度是經(jīng)常變化的，這將引起電子元件參數(shù)變化。其中接受散射光的硅光電池 PD1 隨溫度的變化對儀表的測量精度影響最大。為此OCD-1 型油分濃度報警器在傳感器上設(shè)有溫度補償環(huán)節(jié)，以克服因環(huán)境溫度變化對測量精度帶來的影響。溫度補償是采用具有負溫度系數(shù)的熱敏電阻 THM1 實現(xiàn)的，當溫度升高時其電阻值下降，熱敏電阻與光電池 PD1 同安裝在鋁材基座上，故周圍環(huán)境溫度變化以后，通過鋁材基座的傳熱，使熱敏電阻和光電池的溫度一致。當環(huán)境溫度上升時，光電池的電流增加，因此將引起 1/IC4 的同相端電位下降，但由于熱敏電阻 THM1 的阻值下降，因此 1/IC4 的反相端電位也會同時下降，總的結(jié)果將使 1/IC4 的輸出端基本維持不變，從而保證了儀表的測量精度基本不隨環(huán)境溫度的變化而變化。

(2）顯示電路

OCD-1 型油分濃度報警器的 ppm 值顯示單元，與常見的表頭指針式和數(shù)字式顯示儀表不同，它是用三色燈進行顯示，紅色燈表示水樣的 ppm 值為負值，綠色燈表示水樣的 ppm 值為正值，橙色燈表示水樣的 ppm 值為 0。因此，用清水進行調(diào)零，就是通過調(diào)整調(diào)零電位器 VR5。使三色燈呈現(xiàn)橙色，此時水樣為 0ppm。儀表運行時，三色燈呈綠色，表示水樣的油分濃度為“+”ppm 值，只要報警指示燈 DS1 和 DS2 不亮，說明排水中含油濃度不超過 15ppm。如果水中含油濃度超過 15ppm，除了三色燈仍呈綠色外，紅燈 DS1 和 DS2 相繼亮，發(fā)出報警信號。用燈光顯示，電路簡單可靠、造價低。

三色燈光顯示電路原理如圖 2-3-6 所示。它主要由濾波電容 C22、雙運算放大器 IC7、紅色發(fā)光二極管 R、綠色發(fā)光二極管 GN、發(fā)光二極管的驅(qū)動三極管 TR8 和 TR9 等組成。雙運算放大器 IC7 的型號為 LM393,A1 的同相端經(jīng) R55 與 R54 的分壓取得正電位作為參考值，A2 的反相端經(jīng) R52 與 R53 分壓取得負電位作為參考值，由反映水樣 ppm 值的電位信號（TB4U） 經(jīng)過 R56 與 C22 濾波后同時加在 A1 反相端及 A2 的同相端。當測量值 TB4U 在 0V 附近（即大于 A2 的反相端電位，而小于 Al 的同相端電壓）時，比較器 A1 和 A2 均輸出正電壓，分別使TR8 和 TR9 導(dǎo)通，DS3 中的紅色和綠色發(fā)光二極管同時亮，呈橙色，表示 ppm 值為零；當TB4U 為負值且低于 A2 反相端電位時，TR9 截止，TR8 導(dǎo)通，DS3 呈紅色，表示 ppm 值為負；而當 TB4U 為正值且高于 Al 同相端電位時，TR8 截止，TR9 導(dǎo)通，DS3 呈綠色，表示 ppm 值為正值。

(3）報警顯示電路

測量電路的輸出值 TB4U除了送至顯示電路之外，還分別送至兩個報警電路。當測量值超過設(shè)定值（15ppm）時，進行延時報警，OCD-1型油分濃度報警器的第一報警單元為短延時報警單元，通常延時為 2s，也可不延時。該單元報警繼電器的觸頭，可用于水樣超過15ppm 時可延時或立即接通蜂鳴器發(fā)出報警信號。還可用于延時或立即關(guān)閉舷外閥打開回艙底閥，作為控制信號，更多的是兩者同時使用，在報警的同時關(guān)閉舷外排水閥，如果需要延時報警可通過調(diào)整電位器VR9實現(xiàn)。第二報警單元為長延時報警單元，出廠時通過調(diào)整電位器VR10， 使延時報警時間調(diào)在 10s。該單元報警繼電器的觸頭，主要用于油水分離器污水泵的控制，在水中油分濃度超過 15ppm,10s后仍然超標，則第二報警單元將使油水分離器污水泵停止工作，并發(fā)出報警信號。以上兩個報警電路的結(jié)構(gòu)原理完全相同，只是報警延時不同。圖 2-3-7所示就是其中之一，測量值 TB4U 經(jīng)電阻 R18接至比較器 3/IC4 的同相端，反相端由電位器 VR6 從穩(wěn)壓器獲得一個與 15ppm 相對應(yīng)的報警設(shè)定電位，當測量值超過 15ppm 時，3/IC4 翻轉(zhuǎn)輸出正電壓，三極管 TR2 導(dǎo)通，經(jīng)電容 Cl0 藕合送出一個負脈沖至定時芯片 IC5 的第 6 引腳，觸發(fā)計時，計時芯片 IC5 是一個雙時基集成電路，型號為 ICM7556，其原理請參考有關(guān)手冊， 在此不加贅述。當延時結(jié)束時，第 9  號引腳輸出一個穩(wěn)態(tài)高電平，這一高電平使報警指示燈DS1 亮，同時使 TR3 截止，TR4 截止，繼電器 Jl 斷電，向外電路提供一個報警及控制信號。

3．使用管理要點

儀表安裝投入運行以后必須正確地使用管理，如果使用管理不當，可能引起儀表的誤報警，甚至儀表的損壞失去排水監(jiān)控的作用。OCD-1 型油分濃度報警器在使用管理中應(yīng)注意的事項簡要歸納成以下幾點：

1）保持清水管路的暢通

OCD-1 型油分濃度報警器的儀表調(diào)零，是用船舶淡水系統(tǒng)的清水，有時油水分離器長時間不使用，淡水系統(tǒng)的管路、接頭、截止閥等可能因銹蝕而堵塞，故必須經(jīng)常檢查清水系統(tǒng)，使之保持暢通。用海水進行調(diào)零誤差太大，有時某些港口的污染嚴重，海水本身混濁程度已超過15ppm，零位根本調(diào)不出，所以必須用淡水調(diào)零，停機時也要用淡水沖洗傳感器幾分鐘。

2）檢測水樣流量應(yīng)保持在一定范圍

為保證監(jiān)控作用的快速性和檢測的精度，OCD-1 型儀表是從排水總管上經(jīng)取樣閥引入傳感器一小部分水樣，其流量要控制在0.5L/min~2L/min?？赏ㄟ^傳感器玻璃管上面的金屬旋鈕進行流量調(diào)節(jié)，旋鈕下部有一個無頭螺釘，取下旋鈕，調(diào)整無頭螺釘?shù)奈恢眉纯筛淖兞髁康拇笮?。由于油水分離器的出口水壓與淡水系統(tǒng)的水壓不一樣，通常淡水壓力要大于油水分離器的出口壓力，為使兩路流量一致，可調(diào)整淡水系統(tǒng)的節(jié)流閥開度。

3）清水調(diào)零

OCD-1 型油分濃度報警器的儀表結(jié)構(gòu)如圖 2-3-8 所示。儀表投入運行之前應(yīng)先打開淡水節(jié)流閥，讓清水沖洗玻璃管幾分鐘，再接通儀表電源開關(guān)SW 置“ON”位置，讓儀表預(yù)熱幾分鐘，這時三色燈可能呈紅、或綠、或橙色，只要玻璃管沒有污染，不會出現(xiàn)報警信號。由于傳感器中是清水，按 0.5L/min~2L/min 流量在流動，三色燈應(yīng)為橙色，否則調(diào)整電位器 VR5。若為紅色則順時針轉(zhuǎn)動 VR5 直到出現(xiàn)綠色，若為綠色則逆時針轉(zhuǎn)動 VR5 直到出現(xiàn)紅色，最后順、逆時針方向微調(diào)幾次即出現(xiàn)橙色，此時標志 ppm 值為零。然后觀察片刻，如果橙色一直穩(wěn)定不變則流動沒有問題；如果紅、橙、綠三色交替變化且不穩(wěn)定，說明水流中有氣泡或雜質(zhì)，要查明原因予以排除。清水調(diào)零完成以后，打開油水分離器出口取樣閥，關(guān)閉清水閥，油分濃度報警器投入監(jiān)控狀態(tài)。

4）清洗傳感器玻璃管

這是使用管理中需經(jīng)常做的工作。油水分離器投入工作后，檢測水樣對玻璃管的污染是經(jīng)常發(fā)生的，特別是油水分離器的濾芯失效后排水中含油量大大增加，對玻璃管的污染尤為嚴重，如果不及時清洗，將產(chǎn)生誤報警。清洗時，需要將油分濃度報警器斷電，旋開玻璃管上面的調(diào)節(jié)流量及密封的旋鈕，用儀表配備的毛刷上下刷幾次，如果污染嚴重，需加一些清洗劑或肥皂粉刷洗。然后，將上蓋旋鈕擰緊，開啟清水閥沖洗幾分鐘，重新調(diào)整儀表的零位。

5）關(guān)于電位器的調(diào)整

OCD-1 型油分濃度報警器有 8 個電位器：VR1 用于調(diào)整水中含油濃度報警工作點，VR4調(diào)整增益，VR5 用于調(diào)零，VR6 用于調(diào)一級報警整定值，VR7 用于調(diào)二級報警整定值，VR8用于調(diào)發(fā)光二極管工作電流，VR9 用于調(diào)一級報警延時，VR10 用于調(diào)二級報警延時。正常運行時，只有調(diào)零電位器 VR5 允許調(diào)整，其他電位器出廠時已調(diào)好并上了膠封，不允許隨意調(diào)整。出廠時 VR6 和 VR7 均已調(diào)在 15ppm（相當于 2.5V),VR9 調(diào)在延時不超過 2s,VR10 調(diào)在延時 10s。

6）干燥劑的更換

儀表箱左上角有一裝干燥劑的玻璃管，干燥劑正常時呈藍色，若為白色或粉紅色說明干燥劑已失效不能吸潮，需要更換，更換時要仔細，切勿弄碎干燥劑玻璃管。裝干燥劑的目的是，吸收傳感器玻璃管外面的潮氣，這是因為艙底水溫度有時很低，冬季時比儀表環(huán)境溫度約低20℃，將引起傳感器玻璃管外面結(jié)露水，嚴重影響測量精度。如果傳感器玻璃管破裂，或是玻璃管的 O 形密封圈漏水，則在換新玻璃管和O 形圈后，也要更換干燥劑。至于傳感器玻璃管和 O 形圈的更換，通常說明書中有較詳細的步驟說明，不再詳述。當傳感器玻璃管破裂時，將使檢測箱浸泡在水中，檢測箱中感受浸水的傳感器觸頭 S1 閉合，從而發(fā)出報警信號。同時， 當檢測箱充滿水時，有一過壓保護閥自動打開。將箱內(nèi)充滿的水泄放出去。

三、自動排油的控制原理

在自動排油的控制系統(tǒng)中，常采用雙電極式檢測器或單電極電容式檢測器以檢測集油腔 的油水分界面。這里僅介紹雙電極檢測器的自動控制排油原理。圖 2-3-9示出了雙電極檢測器控制電路原理圖。圖中檢測電極 S1和 S2分別置于油水分界面控制范圍的上限和下限位置上， 分離筒本體接地。它根據(jù)油和水導(dǎo)電性質(zhì)不同來檢測油水分界面的高低位置，以控制排油電磁閥的開關(guān)動作。當油水分界面在高位時，電極 S1和 S2都浸在水中，由于水中含有酸、堿或鹽分，是一種弱電解質(zhì)溶液，能夠?qū)щ?，電極 S1和 S2對地均構(gòu)成通路。當油水分界面下移到電極 S1和 S2之間時，由于油不導(dǎo)電，故電極 S1對地是斷路，電極 S2對地仍是通路。當油水分界面下移至電極 S2以下時，兩電極 S1和 S2對地均斷路。檢測電潞的電源是由二極管橋式整流電路輸出的直流電壓，其中正極接地。

當油水分界面在電極 S1 上面的時候，電極 S1 和 S2 對地均構(gòu)成通路，故晶體管 Tl 導(dǎo)通， 晶體管 T2截止，繼電器 R 斷電，常閉觸頭 R/1 閉合，常開觸頭 R/2 斷開，電磁閥 VI 斷電關(guān)閉，集油腔的污油不會經(jīng)電磁閥 V1 排出。隨著油水分離器的不斷工作，集油腔中的油會逐漸增多，油水分界面不斷下移。當油水分界面下移至 S1 和 S2 之間時，電極 S1 浸在油中，對地是斷路狀態(tài)。由于電極 S2 對地仍是通路，且繼電器 R 的常閉觸頭 R/l 是閉合的，故 Tl 仍保持導(dǎo)通，T2 保持截止狀態(tài)，繼電器 R 保持斷電，關(guān)閉電磁閥 Vl 不能排油。當油水分界面繼續(xù)下降到電極 S2 以下時，電極 S1 和 S2 均處于油中，對地斷路，這時晶體管Tl 截止，T2 導(dǎo)通， 繼電器 R 通電，觸頭 R/2 閉合，電磁閥 V1 通電打開，把集油腔的污油排放至廢油柜，觸頭R/1 斷開。隨著排油的進行，油水分界面會不斷上移。當油水分界面上移至電極S1 和 S2 之間時，雖然 S2 對地構(gòu)成通路，但因 R/l 觸頭已經(jīng)斷開，故晶體管 Tl 仍截止，T2 導(dǎo)通，繼電器 R 通電打開電磁閥 Vl 繼續(xù)向外排油，直到油水分界面上移至電極 S1 以上時，S1 對地構(gòu)成通路，晶體管 Tl 導(dǎo)通，T2 截止，繼電器 R 斷電關(guān)閉電磁閥，停止排油。以后就重復(fù)上述動作。圖中PB是應(yīng)急排油按鈕，在應(yīng)急情況下（如自動排油系統(tǒng)發(fā)生故障），可按此按鈕，使電磁閥 Vl通電向外排油。’在清洗和檢修油水分離器或清潔電極 S1 和S2 后，在裝復(fù)電極 S1 和S2 時， 一定要保持與分離筒本體的絕緣。