船舶舱底水中混有各种油类、淤泥、杂质和其他沉积物。这种污水，特别是含油类较多的污水如果不加处理任意排放，会造成航行水域和停泊水域的严重污染。国际海事组织（IMO） 严禁将未经处理的污水直接排放到舷外，并规定排出舷外的水中，含油浓度不得超过 15ppm。

目前，污水处理装置（即油水分离器）主要是用物理处理法将水中所含的污油分离出去。它的自动控制包括水中含油浓度的检测、报警及净化后合乎标准的水排出舷外，分离出来的污油自动排放到污油柜。

一、油水分离器工作系统的组成

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图 2-3-1 示出油水分离器工作系统组成的原理图。该系统主要由油水分离器、舱底泵、污水贮存柜、污油驳运泵、污油柜及自动检测和控制等部分组成。油水分离器多数以重力分离作为粗分离，以聚合及过滤吸附作为细分离。它由两个串联的圆柱形分离筒组成，筒内分别装有孔径不同的油滴聚合装置。污水用专用泵由污水贮存柜经滤器驳至第一级分离筒 8，污水从分离筒上部切向进入，粗大油滴依靠比重差上浮进入分离筒顶部的集油腔而与水分离。污水，不断沿油滴聚合装置自上而下、由外向里流动，使细小油滴逐渐聚合成大油滴上浮。第一级分离后的污水，从第一级分离筒的底部送至第二级分离筒9 的油摘聚合装置。这样，污水经两级处理后，可基本上除去油分。净化了的水从第二级分离筒排至舷外。

油水分离器排出舷外水的含油浓度由油分浓度监控器测定。当水中含油浓度超过标准时，监控器将发出声光报警信号，同时关闭电磁阀 V2，停止向舷外排水，打开电磁阀 V3，使被处理的水回至舱底。舱底泵把舱底水驳至污水贮存柜暂存，为加强油水分离效果，污水贮存柜内常设有蒸汽或电加热系统，把污水加热到40℃左右。另外，油水分离器还设有清水系统，在起动油水分离器时，先打开清水阀把清水引入分离筒，然后再送进污水。当油水分离器工作时间教长时，油水分离器可用清水工作较长一段时间，用以清洗两级分离筒及聚油装置。在油水分漓器工作过程中，集油腔内被分离出来的油会逐渐增多，油水分界面会下移，油水分界面由电极 S1、S2、S3 检测。当油水分界面下移至某一位置时，排油控制装置 2 将自动打开排油电磁阀，把集油腔中的污油排至废油柜，该油柜中的油或送至焚烧炉烧掉，或用驳运泵驳至岸（或接收船）上加以处理。

二、油分浓度监视报警器

在油水分离器的自动控制系统中，油分浓度监视报警器是最重要的设备。它随时监视水中含油浓度是否超过 15ppm，如果超过，它会立即发声光报警并停止处理的水排出舷外。油分浓度监视报警器可用浊度法、红外线吸收法及用光散射原理制造，目前普遍采用后者，其中又有各种品牌和型号的产品，这里仅介绍OCD-1 型油分浓度报警器。

1．光学原理及传感器

OCD-1 型油分浓度报警器是由德国研制生产的，其理论依据是瑞利散射定律和比耳定律。瑞利散射定律的物理意义是，产生光的散射现象的原因是液体介质中颗粒物质在光波作用下产生振荡，成为发生次波的波源。在均匀介质中，这些次波叠加的结果使光只在折射方向继续传播下去，在其他方向上，因次波的干涉而互相抵消，所以没有散射光出现。但在非均匀介质中由于不均匀粒子破坏了次波的相干性，则在其他方向上出现了散射光。舱底污水经过油水分离器后，虽然分离出绝大部分污油，但呈乳化状的油颗粒和其他杂质粒子仍然存在排水中，是一种非均匀介质。因此，在一定程度上，可以通过测定散射光的光强来测定水中含油量，参见图2-3-2。

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图中，I入为入射光光强，I0为透射光光强，IQ为散射光光强，C为油分浓度。由图（b） 可以看出，散射光光强与油分浓度只是在一定的范围内成线性关系，超过一定的油分浓度，散射光光强不仅不随油分浓度的增加而增大，反而随油分浓度的增加而减弱。这是因为，油分浓度增大后，油颗粒的增多反而阻挡了散射光。因此，油分浓度报警器通常制成量程为30ppm 的报警器，就是为了满足其线性范围，以保证仪表的精度，对IMO要求的 15ppm排放标准， 该范围已能满足要求。

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比耳定律是研究非均匀介质中，透射光光强与入射光光强之间关系的规律，其表达式为当介质为舱底水时，系数 k 为一常数，τ为介质的浓度。透射光光强与介质的浓度之间是按指数规律变化的曲线。如图 2-3-3 所示，当介质的浓度越高时，透射光光强越弱。

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OCD-1 型油分浓度报警器在电路设计上，充分利用了瑞利散射定律和比耳定律。用瑞利散射定律，在水样传感器中获得反映油分浓度的散射光强度，经光电池将光强转变成相应的电流信号送到比较放大电路，若超过设定值（15ppm）则将触发两个报警电路，输出报警及控制信号。利用比耳定律，当光敏晶体管感受不到透射光时，两个报警电路也均被触发，发出污油报警。其传感器的结构原理如图 2-3-4 所示。图中，1 是红外发光二极管 LS1，工作时发射出特定光谱范围的红外线，用作测量光源；2 是光敏晶体管 PT1，接受透射光，输出与光强成比例的电流信号；3 是光电池 PD1，用于检测散射光，输出与散射光光强成比例的电流信号；4    是热敏电阻，用于补偿因环境温度变化引起的测量误差；5 是光学玻璃管，水样将从其中通过；6 是基座，对取样玻璃管及光敏元件起支承及固定作用。

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2．电路原理分析

(1）测量放大电路

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测量放大电路原理如图 2-3-5 所示，它是由接受散射光的光电池 PD1、运算放大器 IC3（型号为 LF355N）、接受透射光的光敏晶体管 PT1、比较器 IC8（型号为 LM311）及四运算放大器 IC4（型号为 LM324）等组成。图中近红外线发光二极管 LS1 作为光源接在由 R22、TR1、VR8 和 D3 组成的放大电路中，调整电位器 VR8，可以改变发光二极管 LS1 的工作电流，也就是改变测量光源的强度，VR8 在出厂时已调好，仪表投入运行以后，不可轻易改动。否则将影响仪表的灵敏度和测量精度。与 LS1 相并联的是一常开触头 S1，当取样玻璃管破裂使检测箱有水时该触头闭合，从而短接了发光二极管 LS1，发出故障报警，该故障所产生的报警与水中含油浓度超标报警的现象是一样的。光电池 PD1 的两根引线分别接在 A 和 B 两个接线端子上，而光敏晶体管的两根引线则分别接在 H 和 I 两个接线端子上。IC3 为光敏电路中常用的微功率放大器，当油分浓度增加时（在线性区内），散射光将增强，该散射光照在光电池PD1上，使光电流增加，此电流方向是从 B 到 A，由于虚地效应及运算放大的高阻抗输入，在 IC3 的输出端（检测点为 TP4）将得到一个负电位信号，油分浓度越高（在线性区内），该电位越低，经过 1/IC4 进弓步放大及温度补偿，在 1/IC4 输出端将得到一个放大了的与 IC3 输出同相的负电位信号，该信号再经过2/IC4 进行反相放大，最终在 TB4U 检测点处得到一个正电位信号。经上述分析我们可以看出，水中含油量越高，TB4U 处的正电位信号越高。此处的电位信号的大小代表了水样中油分浓度的大小。测量值的零点和增益的调整分别通过 VR5 和 VR4 来实现。当采样玻璃管中通以清水时，如果测量值不为零，则调整 VR5，强制改变 2/IC4 的输出电位使橙色灯亮，表示为 0ppm 值。调整 VR4 则改变 2/IC4 的反馈电阻，使其增益发生改变， 即改变量程。通常在使用中 VR4 已由厂家设定，不可随意改变。

比较器 IC8 的工作电源为－15V，反相端接一参考电位，由VR1 来调整，PT1 为一光敏晶体管，其导通程度由透射光来决定。当油分浓度很小时，透射光较强，流过PT1 的电流较大，I 点的电位较高，IC8 的输出信号为正饱和信号（即0V信号），此时 TB4U 处的信号随散射光成变化而变化。当油分浓度较高时，透射光弱，流过 PT1 的电流大为减小，I 点的电位较低，当低于 IC8 反相端设定参考电位时，IC8 的输出为负饱和信号，该信号送到运算放大器2/IC4的输入端，使其输出 TB4U 的电位大大提高，从而发出水中含油浓度超标报警。由此看出，电位器 VR1 为污油报警值设定电位器，在出厂时已调整到 30ppm 所对应的电位值，在使用中不可以随意改变。

随着季节或航区的不同，油分浓度报警器的环境温度是经常变化的，这将引起电子元件参数变化。其中接受散射光的硅光电池 PD1 随温度的变化对仪表的测量精度影响最大。为此OCD-1 型油分浓度报警器在传感器上设有温度补偿环节，以克服因环境温度变化对测量精度带来的影响。温度补偿是采用具有负温度系数的热敏电阻 THM1 实现的，当温度升高时其电阻值下降，热敏电阻与光电池 PD1 同安装在铝材基座上，故周围环境温度变化以后，通过铝材基座的传热，使热敏电阻和光电池的温度一致。当环境温度上升时，光电池的电流增加，因此将引起 1/IC4 的同相端电位下降，但由于热敏电阻 THM1 的阻值下降，因此 1/IC4 的反相端电位也会同时下降，总的结果将使 1/IC4 的输出端基本维持不变，从而保证了仪表的测量精度基本不随环境温度的变化而变化。

(2）显示电路

OCD-1 型油分浓度报警器的 ppm 值显示单元，与常见的表头指针式和数字式显示仪表不同，它是用三色灯进行显示，红色灯表示水样的 ppm 值为负值，绿色灯表示水样的 ppm 值为正值，橙色灯表示水样的 ppm 值为 0。因此，用清水进行调零，就是通过调整调零电位器 VR5。使三色灯呈现橙色，此时水样为 0ppm。仪表运行时，三色灯呈绿色，表示水样的油分浓度为“+”ppm 值，只要报警指示灯 DS1 和 DS2 不亮，说明排水中含油浓度不超过 15ppm。如果水中含油浓度超过 15ppm，除了三色灯仍呈绿色外，红灯 DS1 和 DS2 相继亮，发出报警信号。用灯光显示，电路简单可靠、造价低。

三色灯光显示电路原理如图 2-3-6 所示。它主要由滤波电容 C22、双运算放大器 IC7、红色发光二极管 R、绿色发光二极管 GN、发光二极管的驱动三极管 TR8 和 TR9 等组成。双运算放大器 IC7 的型号为 LM393,A1 的同相端经 R55 与 R54 的分压取得正电位作为参考值，A2 的反相端经 R52 与 R53 分压取得负电位作为参考值，由反映水样 ppm 值的电位信号（TB4U） 经过 R56 与 C22 滤波后同时加在 A1 反相端及 A2 的同相端。当测量值 TB4U 在 0V 附近（即大于 A2 的反相端电位，而小于 Al 的同相端电压）时，比较器 A1 和 A2 均输出正电压，分别使TR8 和 TR9 导通，DS3 中的红色和绿色发光二极管同时亮，呈橙色，表示 ppm 值为零；当TB4U 为负值且低于 A2 反相端电位时，TR9 截止，TR8 导通，DS3 呈红色，表示 ppm 值为负；而当 TB4U 为正值且高于 Al 同相端电位时，TR8 截止，TR9 导通，DS3 呈绿色，表示 ppm 值为正值。

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(3）报警显示电路

测量电路的输出值 TB4U除了送至显示电路之外，还分别送至两个报警电路。当测量值超过设定值（15ppm）时，进行延时报警，OCD-1型油分浓度报警器的第一报警单元为短延时报警单元，通常延时为 2s，也可不延时。该单元报警继电器的触头，可用于水样超过15ppm 时可延时或立即接通蜂鸣器发出报警信号。还可用于延时或立即关闭舷外阀打开回舱底阀，作为控制信号，更多的是两者同时使用，在报警的同时关闭舷外排水阀，如果需要延时报警可通过调整电位器VR9实现。第二报警单元为长延时报警单元，出厂时通过调整电位器VR10， 使延时报警时间调在 10s。该单元报警继电器的触头，主要用于油水分离器污水泵的控制，在水中油分浓度超过 15ppm,10s后仍然超标，则第二报警单元将使油水分离器污水泵停止工作，并发出报警信号。以上两个报警电路的结构原理完全相同，只是报警延时不同。图 2-3-7所示就是其中之一，测量值 TB4U 经电阻 R18接至比较器 3/IC4 的同相端，反相端由电位器 VR6 从稳压器获得一个与 15ppm 相对应的报警设定电位，当测量值超过 15ppm 时，3/IC4 翻转输出正电压，三极管 TR2 导通，经电容 Cl0 藕合送出一个负脉冲至定时芯片 IC5 的第 6 引脚，触发计时，计时芯片 IC5 是一个双时基集成电路，型号为 ICM7556，其原理请参考有关手册， 在此不加赘述。当延时结束时，第 9  号引脚输出一个稳态高电平，这一高电平使报警指示灯DS1 亮，同时使 TR3 截止，TR4 截止，继电器 Jl 断电，向外电路提供一个报警及控制信号。

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3．使用管理要点

仪表安装投入运行以后必须正确地使用管理，如果使用管理不当，可能引起仪表的误报警，甚至仪表的损坏失去排水监控的作用。OCD-1 型油分浓度报警器在使用管理中应注意的事项简要归纳成以下几点：

1）保持清水管路的畅通

OCD-1 型油分浓度报警器的仪表调零，是用船舶淡水系统的清水，有时油水分离器长时间不使用，淡水系统的管路、接头、截止阀等可能因锈蚀而堵塞，故必须经常检查清水系统，使之保持畅通。用海水进行调零误差太大，有时某些港口的污染严重，海水本身混浊程度已超过15ppm，零位根本调不出，所以必须用淡水调零，停机时也要用淡水冲洗传感器几分钟。

2）检测水样流量应保持在一定范围

为保证监控作用的快速性和检测的精度，OCD-1 型仪表是从排水总管上经取样阀引入传感器一小部分水样，其流量要控制在0.5L/min~2L/min。可通过传感器玻璃管上面的金属旋钮进行流量调节，旋钮下部有一个无头螺钉，取下旋钮，调整无头螺钉的位置即可改变流量的大小。由于油水分离器的出口水压与淡水系统的水压不一样，通常淡水压力要大于油水分离器的出口压力，为使两路流量一致，可调整淡水系统的节流阀开度。

3）清水调零

OCD-1 型油分浓度报警器的仪表结构如图 2-3-8 所示。仪表投入运行之前应先打开淡水节流阀，让清水冲洗玻璃管几分钟，再接通仪表电源开关SW 置“ON”位置，让仪表预热几分钟，这时三色灯可能呈红、或绿、或橙色，只要玻璃管没有污染，不会出现报警信号。由于传感器中是清水，按 0.5L/min~2L/min 流量在流动，三色灯应为橙色，否则调整电位器 VR5。若为红色则顺时针转动 VR5 直到出现绿色，若为绿色则逆时针转动 VR5 直到出现红色，最后顺、逆时针方向微调几次即出现橙色，此时标志 ppm 值为零。然后观察片刻，如果橙色一直稳定不变则流动没有问题；如果红、橙、绿三色交替变化且不稳定，说明水流中有气泡或杂质，要查明原因予以排除。清水调零完成以后，打开油水分离器出口取样阀，关闭清水阀，油分浓度报警器投入监控状态。

4）清洗传感器玻璃管

这是使用管理中需经常做的工作。油水分离器投入工作后，检测水样对玻璃管的污染是经常发生的，特别是油水分离器的滤芯失效后排水中含油量大大增加，对玻璃管的污染尤为严重，如果不及时清洗，将产生误报警。清洗时，需要将油分浓度报警器断电，旋开玻璃管上面的调节流量及密封的旋钮，用仪表配备的毛刷上下刷几次，如果污染严重，需加一些清洗剂或肥皂粉刷洗。然后，将上盖旋钮拧紧，开启清水阀冲洗几分钟，重新调整仪表的零位。

5）关于电位器的调整

OCD-1 型油分浓度报警器有 8 个电位器：VR1 用于调整水中含油浓度报警工作点，VR4调整增益，VR5 用于调零，VR6 用于调一级报警整定值，VR7 用于调二级报警整定值，VR8用于调发光二极管工作电流，VR9 用于调一级报警延时，VR10 用于调二级报警延时。正常运行时，只有调零电位器 VR5 允许调整，其他电位器出厂时已调好并上了胶封，不允许随意调整。出厂时 VR6 和 VR7 均已调在 15ppm（相当于 2.5V),VR9 调在延时不超过 2s,VR10 调在延时 10s。

6）干燥剂的更换

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仪表箱左上角有一装干燥剂的玻璃管，干燥剂正常时呈蓝色，若为白色或粉红色说明干燥剂已失效不能吸潮，需要更换，更换时要仔细，切勿弄碎干燥剂玻璃管。装干燥剂的目的是，吸收传感器玻璃管外面的潮气，这是因为舱底水温度有时很低，冬季时比仪表环境温度约低20℃，将引起传感器玻璃管外面结露水，严重影响测量精度。如果传感器玻璃管破裂，或是玻璃管的 O 形密封圈漏水，则在换新玻璃管和O 形圈后，也要更换干燥剂。至于传感器玻璃管和 O 形圈的更换，通常说明书中有较详细的步骤说明，不再详述。当传感器玻璃管破裂时，将使检测箱浸泡在水中，检测箱中感受浸水的传感器触头 S1 闭合，从而发出报警信号。同时， 当检测箱充满水时，有一过压保护阀自动打开。将箱内充满的水泄放出去。

三、自动排油的控制原理

在自动排油的控制系统中，常采用双电极式检测器或单电极电容式检测器以检测集油腔 的油水分界面。这里仅介绍双电极检测器的自动控制排油原理。图 2-3-9示出了双电极检测器控制电路原理图。图中检测电极 S1和 S2分别置于油水分界面控制范围的上限和下限位置上， 分离筒本体接地。它根据油和水导电性质不同来检测油水分界面的高低位置，以控制排油电磁阀的开关动作。当油水分界面在高位时，电极 S1和 S2都浸在水中，由于水中含有酸、碱或盐分，是一种弱电解质溶液，能够导电，电极 S1和 S2对地均构成通路。当油水分界面下移到电极 S1和 S2之间时，由于油不导电，故电极 S1对地是断路，电极 S2对地仍是通路。当油水分界面下移至电极 S2以下时，两电极 S1和 S2对地均断路。检测电潞的电源是由二极管桥式整流电路输出的直流电压，其中正极接地。

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当油水分界面在电极 S1 上面的时候，电极 S1 和 S2 对地均构成通路，故晶体管 Tl 导通， 晶体管 T2截止，继电器 R 断电，常闭触头 R/1 闭合，常开触头 R/2 断开，电磁阀 VI 断电关闭，集油腔的污油不会经电磁阀 V1 排出。随着油水分离器的不断工作，集油腔中的油会逐渐增多，油水分界面不断下移。当油水分界面下移至 S1 和 S2 之间时，电极 S1 浸在油中，对地是断路状态。由于电极 S2 对地仍是通路，且继电器 R 的常闭触头 R/l 是闭合的，故 Tl 仍保持导通，T2 保持截止状态，继电器 R 保持断电，关闭电磁阀 Vl 不能排油。当油水分界面继续下降到电极 S2 以下时，电极 S1 和 S2 均处于油中，对地断路，这时晶体管Tl 截止，T2 导通， 继电器 R 通电，触头 R/2 闭合，电磁阀 V1 通电打开，把集油腔的污油排放至废油柜，触头R/1 断开。随着排油的进行，油水分界面会不断上移。当油水分界面上移至电极S1 和 S2 之间时，虽然 S2 对地构成通路，但因 R/l 触头已经断开，故晶体管 Tl 仍截止，T2 导通，继电器 R 通电打开电磁阀 Vl 继续向外排油，直到油水分界面上移至电极 S1 以上时，S1 对地构成通路，晶体管 Tl 导通，T2 截止，继电器 R 断电关闭电磁阀，停止排油。以后就重复上述动作。图中PB是应急排油按钮，在应急情况下（如自动排油系统发生故障），可按此按钮，使电磁阀 Vl通电向外排油。’在清洗和检修油水分离器或清洁电极 S1 和S2 后，在装复电极 S1 和S2 时， 一定要保持与分离筒本体的绝缘。

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