一种余氯分析仪性能测试系统及评估方法与流程

本发明属于船舶压载水处理，特别涉及一种余氯分析仪性能测试系统及评估方法。

背景技术：

1、国际海事组织imo把压载水管理系统的处理方法划分为：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向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(tro)浓度计。目前imo和一些港口国比如美国海岸警卫队(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，要求必须检测进舱的tro浓度以确保生物灭活处理效果。而各压载水管理系统因处理技术不同，认证的tro加药浓度相差也很大，最低约2mg/l,最高约12mg/l。同时，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(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必须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。因此，使用活性物质的压载水管理系统必须配备余氯分析仪，该仪表必须能同时满足压载处理时的活性物质加药浓度以及排放时的tro浓度监测的需要。此外，为了适应远洋船舶全球航行的需求，压载水管理系统使用的余氯分析仪，应能在全球各个水域，各个季节均能可靠稳定的运行和测量，适应淡水，半咸水和海水各种盐度，各种水温，以及其他挑战性的水质条件。

2、根据imo压载水管理系统认可规则(以下简称bwms code)和美国环保局etv要求，压载水管理系统型式认证的陆基试验用挑战水的水质参数提出了明确要求，包括盐度，总悬浮固体(tss)，溶解性有机碳(doc)，颗粒有机碳(poc)等，但陆基试验水质要求有一定的局限性，与实船实际工况有一定偏差，主要体现在未能评估挑战性水质参数对余氯分析仪测试性能的影响，譬如特定季节如冬季极地水域的低温，中东海域的高温，以及特定水域的挑战性水质，譬如我国上海舟山港口，美国新奥尔良港的超高tss，以及欧洲某些港口的超高doc等。此外，使用活性物质的压载水管理系统在排载处理时，通常会向排放水中投加过量的中和剂，过量的中和剂对仪表在低浓度范围下测量准确性的影响也需要进行评估。

3、余氯分析仪作为压载水管理系统的关键仪表，船级社要求仪表在实船应用前必须进行型式认证，取得型式认可证书。在仪表型式认可时，船级社一般会要求仪表厂家对该仪表进行性能测试，但目前各船级社没有明确的性能测试要求，因此无法充分验证余氯分析仪在实船应用的测量性能，对压载水管理系统厂家选择合适的余氯分析仪造成一定的困难。

4、为确保选用的tro分析仪能满足压载水处理系统在各种水质条件的正常使用，必须对其进行全面地测试及评估，以验证其性能的稳定可靠，满足实船各种使用工况。因此，需要建立一种余氯分析仪性能测试系统及评估方法，模拟各种水质条件和实船使用工况，对tro分析仪进行充分验证和评估。

技术实现思路

1、本发明实施例提供一种余氯分析仪性能测试系统及评估方法，能够验证余氯分析仪的测量准确性和稳定性，协助压载水管理系统厂家选择合适的余氯分析仪，缩短测试周期，节省测试成本和试错成本。

2、本发明的一个实施例中，提供一种余氯分析仪性能测试系统，包括：试验水罐、循环泵、余氯原液储罐、中和剂储罐、酸液储罐、碱液储罐、其他化学试剂储罐、试剂加药泵、水温调节器、电导率仪、温度传感器、ph传感器、余氯分析仪安装接口和控制系统；

3、所述试验水罐用于存储和配制试验用水，采用耐化学物质腐蚀材质，并设置用于将加入化学试剂均匀混合的搅拌器和实时监测所述试验水罐内的液位并换算成试验水体积的液位计；

4、所述循环泵用于所述试验水罐内试验水的循环，混合所述试验水罐中添加的化学物质；

5、所述余氯原液储罐用于储存高浓度余氯溶液；

6、所述中和剂储罐用于储存中和剂溶液；

7、所述酸液储罐和碱液储罐分别用于储存硫酸溶液和氢氧化钠溶液，以调节测试水的ph值；

8、所述其他化学试剂储罐用于储存doc溶液或其他需要添加物；

9、所述试剂加药泵用于分别向所述余氯原液储罐、中和剂储罐、酸液储罐、碱液储罐、其他化学试剂储罐投加包括余氯原液、中和剂溶液、酸液、碱液及浓盐水的试剂溶液；

10、所述水温调节器用于对试验水进行冷却和加热；

11、所述电导率仪、温度传感器和ph传感器用于分别对试验用水的盐度、水温和ph值进行实时测量；

12、所述余氯分析仪安装接口用于安装至少一台余氯分析仪；

13、所述控制系统配备人机界面hmi和供电组件，所述hmi用于控制整套评估测试系统的正常运行，实现测试系统的可视化操作，实时显示和监测各测量仪表及水泵的运行状态，并自动记录各仪表的测量数据；所述供电组件，至少包括断路器、接触器、接线端子的电气元件，为至少包括电机、泵、监测仪表和余氯分析仪的电气部件供电和信号传输。

14、进一步地，所述测试系统，包括：

15、所述试剂加药泵为耐化学试剂腐蚀材质的低流量数字变频计量泵，用于精确控制试剂投加用量。

16、进一步地，所述试验水罐采用聚乙烯(pe)或聚丙烯(pp)材料，所述试验水罐底部的设置用于将所述试验水罐内剩余试验水彻底排空的泄放口。

17、进一步地，所述循环泵为耐化学物质腐蚀的磁力泵。

18、进一步地，所述其他化学试剂储罐用于储存doc溶液或其他需要添加物，包括：

19、为模拟天然水体中doc种类，选用木质素磺酸盐作为doc添加物。

20、本发明的又一个实施例中，提供一种余氯分析仪性能测试方法，所述测试方法基于以上任一项所述的余氯分析仪性能测试系统，包括：

21、确定化学物质需要量：

22、各水质参数除tss、中和剂外，按照下式计算出原液用量：

23、c目x(v需+v罐)＝c原xv需+c罐xv罐

24、其中，c目为该化学物质在试验水罐中配制的目标浓度，c源为对应化学储罐中原液的浓度，c罐为该化学物质在试验水罐中现有浓度，v需为需要向试验水罐中加入原液的体积，v罐为试验水罐中试验水的体积；

25、tss因直接使用固体粉末，将直接称重后加入到试验水中配制目标tss浓度的试验水；中和剂根据中和反应方程式计算需要量后，按照需要量至少两倍以上过量投加，以模拟实船排载处理过量投加中和剂的工况；

26、配制试验水：

27、根据计算余氯原液和化学试剂添加量后启动试剂加药泵，向试验水罐内依次添加余氯原液和其他化学试剂后停止试剂加药泵，同时启动搅拌器和循环泵对试验水进行混合至少5分钟确保充分混合；

28、余氯分析仪测试：

29、试验水配制完成，启动余氯分析仪开始测试，在该tro浓度范围应至少测量10组以上的数据；每完成一组tro浓度的测试后，将再次启动试剂加药泵继续向储液罐内添加余氯原液，从低到高完成所有tro浓度范围的余氯分析仪性能测试；对过量添加中和剂溶液后并和测试水充分混合后，测定0mg/l tro浓度的余氯分析仪测量准确性；完成一种水质参数全部tro浓度范围测试后，将试验水罐的剩余水彻底排空并用自来水冲洗多次以避免残留中和剂对试验水配制的干扰；

30、根据试验要求进行新一组水质参数试验水的配制和余氯分析仪性能测试，依次完成所有水质的测试；

31、完成测试后，计算用于评估测试仪表的测量准确性的偏差δ

32、

33、其中，是单次试验中测量数据的平均浓度，xs为对照仪表测量的平均浓度或标准溶液浓度；

34、计算用于评估测试仪表的测量稳定性的相对标准差rsd，

35、

36、其中，σ为标准差，n为单次试验中测量数据的数量；

37、

38、进一步地，所述方法，包括：选择测试水tro浓度；

39、在仪表量程范围内根据使用需求合适tro浓度的测试水用于验证仪表测量范围，配制的试验水tro浓度应至少包括：(1)0mg/l；(2)tro允许排放浓度范围：<0.1mg/l,(3)型式认证的浓度范围；(4)满量程的45％到55％；(5)满量程的85％到95％；

40、其中，根据仪表量程增加至少1个测试水的tro浓度。

41、进一步地，所述方法，包括：选择测试水的水质参数；

42、水温：在0-40℃水温范围内，分别在低温0～10℃，中温10-20℃，及高温25-35℃，水温使用在线式温度传感器直接测量；

43、盐度：分别在<1psu的淡水、10psu-20psu的半咸水、>28psu的海水三种盐度范围内对余氯分析仪进行测试，盐度使用在线式盐度计直接测量；

44、ph值：根据天然淡水和海水的ph范围，同时考虑活性物质与压载水反应后ph变化情况，分别在ph值范围为6～7，7～8以及8～9三种ph范围内对余氯分析仪进行测试，ph值使用在线式ph传感器直接测量；

45、tss：根据imo和uscg陆基试验源水水质要求，并考虑上海舟山高tts水质特点，分别在50-100mg/l，200-400mg/l，>600mg/l三种tss范围对对余氯分析仪进行测试，tss可使用国标gb 17378.4-2007规定的方法测量；

46、doc：根据imo和uscg陆基试验源水水质要求，并考虑高doc水质特点，分别在6mg/l-10mg/l，10mg/l-15mg/l两种doc范围对对余氯分析仪进行测试，doc可使用iso 20236规定的高温催化燃烧法进行测量；

47、其他化学物质：根据使用活性物质的压载水管理系统实船排载处理流程，需要考虑常用的中和剂对余氯分析仪测量性能的影响，特别是中和剂过量投加时。

48、本发明所带来的有益效果如下：

49、从上述方案可以看出，本发明实施例提供一种余氯分析仪性能测试系统及评估方法，所述系统，包括：试验水罐、循环泵、余氯原液储罐、中和剂储罐、酸液储罐、碱液储罐、其他化学试剂储罐、试剂加药泵、水温调节器、电导率仪、温度传感器、ph传感器、余氯分析仪安装接口和控制系统。通过模拟实船各种工况的试验水配制方案，无需上船安装调试进行仪表的测试，帮助余氯分析仪厂家和压载水管理系统厂家对仪表进行全面测试和评估，并快速取得测试结果。本发明技术方案，能够验证余氯分析仪的测量准确性和稳定性，协助压载水管理系统厂家选择合适的余氯分析仪，缩短测试周期，节省测试成本和试错成本。