هندسة للمياه. وتصميم للعمل الميداني.
775.832.0495حسابي لدى Halogen تتبّع طلبًا تسجيل الدخول إلى السحابة
Halogen Systems
descriptionورقة بيضاء — Halogen Systems Inc. (2020)

بدائل جديدة لأجهزة DPD المتصلة لقياس TRO في BWMS

يوفر مستشعر Halogen Systems الأمبيرومتري DPI ‏(الإدخال المباشر في الأنبوب) بديلًا خاليًا من الكواشف والأغشية لأجهزة DPD المتصلة لقياس إجمالي المؤكسدات المتبقية في أنظمة إدارة مياه الصابورة. جرى التحقق منه من قِبل تحالف التقنيات الساحلية (ACT) ويدعمه اعتماد النوع من DNV، مع نشر أكثر من 2,000 مستشعر على السفن منذ عام 2014.

تقدّم هذه الورقة بيانات تقييم جهة خارجية واختبارات الاستقلال عن التدفق ونتائج تحمّل العكارة ومقارنات التكاليف وبيانات اختبارات ميدانية تثبت التشغيل على متن السفن لمدة 1.2 سنة دون صيانة.

mailتواصل معنا

أبرز مؤشرات الأداء

±4%
قابلية التكرار (ACT)
مقارنة بـ±15% و±32% لوحدات DPD
2,000+
المستشعرات المركّبة
على السفن منذ 2014
1.2 سنة
دون صيانة
792 ساعة من التشغيل الفعلي
$2,200+
وفورات التركيب
لكل جهاز مقارنةً بـ DPD

1. الخلفية

بدأت Halogen Systems, Inc. في عام 2012 لتسويق تقنية مستشعراتها متعددة المعلمات. ومنذ البداية سعت إلى التخلص من مشكلات المستشعرات الأمبيرومترية الحالية وتطوير منصة مستشعرات بديلة متينة ذات تطبيقات في قطاعات عديدة. يختلف مستشعرها جذريًا عن المستشعرات الأخرى، ومن هنا اسمه DPI ‏(الإدخال المباشر في الأنبوب) الأمبيرومتري.

مُوّل هذا المستشعر الأمبيرومتري الجديد جزئياً بعقود Small Business Investment Research (SBIR) من مكتب البحوث البحرية الأمريكي (ONR)[DoD, 2020]. منذ عام 2014، خضع هذا المستشعر لتحسينات وتطويرات مستمرة.

2. الملخص التنفيذي

مستشعر DPI الأمبيرومتري بديل جديد لأجهزة DPD المتصلة بالعملية. وعند استخدامه في أنظمة إدارة مياه الصابورة (BWMS)، يزيل هذا البديل مشكلات الامتثال المحتملة بخصائص فريدة:

speed

استجابة سريعة

قياس مباشر لـ TRO في أنبوب الصابورة للحصول على قراءات في أقل من 45 ثانية.

water

التشغيل في ميناء موحل

تشغيل متين ودقيق عند مستويات مواد صلبة عالقة كلية TSS تبلغ 20 ضعف المستويات المطلوبة وفق ETV ‏(1,000 ppm)، دون مرشحات.

science

تحمّل مرتفع للكربون العضوي الذائب DOC

تشغيل دقيق عند مستويات تحدي للكربون العضوي المذاب تبلغ 6 أضعاف المستويات التي تُختبر عندها أنظمة BWMS.

waves

مستقل عن التدفق

تشغيل دقيق عند سرعة تدفق من 0 إلى 3.73 م/ث — دون تأثير على القياس.

sensors

ملوحة وأس هيدروجيني مدمجان

يلغي مستشعر الملوحة المدمج الحاجة إلى جهاز منفصل. ويتحمل مستشعر pH ضغط 10 bar.

warning

طرازات للمناطق الخطرة وغير الخطرة

متاح للمناطق الخطرة Zone 1 Group IIC والسطح المكشوف والخط الجانبي وأنبوب الصابورة.

مزايا التركيب والخدمة

check_circleدون تثبيت على قاعدة تجميع أو خطوط عينات أو مرشحات أو مضخات أو خط صرف أو صمامات بعيدة
check_circleدون كواشف أو أغشية أو إلكتروليت
check_circleخضع لاختبار ميداني يعادل 15 شهرًا دون صيانة أو معايرة
check_circleالتنظيف الذاتي الميكانيكي والتنظيف الكهروكيميائي
check_circleتُستبدل الأجزاء الاستهلاكية كل عامين
check_circleأداة إزالة صمام التركيب تحت الضغط لسهولة التركيب والإزالة والاستبدال

تحقق موسع من جهات خارجية

verifiedفي تقييم حديث لمستشعرات TRO أجرته ACT، أثبت هذا المستشعر الأمبيرومتري أداءً مماثلاً لوحدات DPD المتصلة[ACT HSI, 2020]
verifiedأكثر من 2,000 مستشعر مركّب في أنظمة BWMS على السفن منذ 2014
verifiedاعتمادات النوع الصادرة من DNV

3. تقييم طرف ثالث (ACT)

أجرى تحالف التقنيات الساحلية (ACT) تقييماً لأجهزة TRO لمياه الصابورة باستخدام التقنية المتاحة حالياً[ACT HF, 2020][ACT HSI, 2020][ACT Xylem, 2020]. رغم أن ACT لم يقارن المستشعرات مباشرةً، فإن عدة نقاط أساسية تتضح من هذه التقارير:

نتائج اختبار قابلية التكرار

كان جهازا DPD الجديدان تماماً، اللذان ركّبهما موظفو المصنع، كلاهما خارج حدود المواصفات الخاصة بكل منهما والبالغة 5% (عند أقل من 6 ppm). بلغت دقة DPD1 أثناء اختبار الضبط ±15%، بينما بلغت دقة DPD2 ±32%. وكان مستشعر Halogen ضمن حدود مواصفاته بفارق مريح عند ±4%. وكان معامل تباينه (2.5%) أفضل من معامل طريقة DPD المرجعية (2.6%).

نتائج اختبار الدقة

لم يعمل أحد أجهزة DPD بصورة صحيحة خلال اثنين من اختبارات الدقة، لذا تعذر جمع البيانات. في اختبارات الدقة، كان أداء مستشعر Halogen (HSI) مماثلاً لأجهزة DPD أو أفضل منها في الاختبارات التي توفرت فيها بيانات. تشير الأرقام الأقرب إلى 1.00 إلى دقة أفضل.

الجدول 1: مقارنة قابلية التكرار — ثلاثة أجهزة قيّمتها ACT

عينةالطريقة المرجعيةDPD2DPD1HSI (Halogen)
13.552.33.023.45
23.562.413.13.45
33.482.393.013.4
43.532.393.013.34
53.492.293.053.34
63.52.32.933.35
73.472.312.923.33
83.412.332.913.28
93.382.322.853.27
103.452.32.833.24
113.332.322.793.22
123.272.272.683.2
المتوسط3.452.332.933.32
الانحراف المعياري0.090.040.120.08
CV (%)2.60%1.90%4.20%2.50%
الدقة النسبية %—-32%15%4%

المصدر: تقارير تقييم Alliance for Coastal Technologies ‏(ACT). التقارير الكاملة متاحة على act-us.info

الجدول 2: ميول الانحدار الخطي التي أبلغت عنها ACT

نتائج اختبار الدقة عبر مستويات ملوحة مختلفة. تشير القيم الأقرب إلى 1.00 إلى دقة أفضل.

الملوحة بوحدة PSUHSI (Halogen)DPD1DPD2
0.20.8090.8291.072
0.20.9620.8790.728
0.20.8140.9240.777
150.779—0.762
150.8250.7830.458
150.7930.8590.635
300.756—0.746
300.8180.7470.456
300.7170.7870.603
15لم يُختبر0.8140.585
160.7780.7940.665

المصدر: تقارير تقييم Alliance for Coastal Technologies ‏(ACT). التقارير الكاملة متاحة على act-us.info

4. استجابة سريعة بفضل التركيب المباشر داخل الأنبوب

يُركّب هذا المستشعر مباشرة في أنبوب مياه الصابورة لقراءات TRO سريعة (أقل من دقيقة واحدة). تُدخل أجهزة DPD المتصلة بالعملية والمزوّدة بخطوط طويلة لأخذ عينات المياه احتمال تلوث العينة وتأخراً — غالباً من 3 إلى 8 دقائق في بعض السفن — قبل أن يتلقى BWMS قراءة محدّثة. وغالباً ما تسبب حلقة العملية المتأخرة مشكلات في التحكم الدقيق، ما يؤدي إلى التذبذب بين الكلورة الزائدة والناقصة. كما تكون خطوط أخذ العينات الطويلة مسؤولة كثيراً عن تلوث العينة.

5. تشغيل متين في الموانئ الموحلة

تُقيَّم أنظمة BWMS باستخدام مستوى تحدٍّ يبلغ 50 ppm من إجمالي المواد الصلبة العالقة (TSS)[EPA, 2010]. إلا أن بعض الموانئ تحتوي على مستويات أعلى بكثير من المواد الصلبة العالقة، وقد تبدو المياه حتى «موحلة». ولإثبات متانة هذا المستشعر، جرى تقييمه باستخدام 40 ضعف مستوى TSS المطلوب (2,000 ppm)[HSI ISO15839, 2020].

تتأثر طريقة DPD بالعكارة — ولا يتأثر المستشعر الأمبيرومتري

أثرت المستويات المرتفعة للمواد الصلبة العالقة الكلية TSS سلبًا في طريقة DPD (المقياس الطيفي الضوئي)، ما أدى إلى قياسات أقل. للحصول على قراءات DPD دقيقة، تطلبت العينة: (1) التفاعل مع الكاشف، (2) الترشيح (5 ميكرون) لإزالة TSS، ثم (3) القياس. بدأت قياسات DPD للعينات المرشحة وغير المرشحة تتباعد عند 200 ppm من TSS، مما يشير إلى أن المياه المتسخة تتداخل مع الأطياف في طريقة قياس DPD.

عند مستويات تصريف TRO المنخفضة — مثل التركيز الأقصى المسموح به للتصريف (MADC) الحرج البالغ 0.1 ppm — يكون انخفاض دقة DPD أشد أهمية. ولا يتأثر المستشعر الأمبيرومتري بمستويات العكارة هذه.

6. لا تؤثر تغيرات معدل التدفق في دقة القياس

المستشعرات الأمبيرومترية الأخرى شديدة الحساسية لتغيرات التدفق. وقد أثبت مستشعر Halogen الاستقلال عن التدفق. خلال هذا الاختبار، تراوحت سرعة التدفق من 0 إلى 1.93 m/s إلى 3.73 m/s. وتم التحقق من دقة المستشعر باستخدام مقياس طيف ضوئي مختبري (Hach DPD) لقياس الكلور الكلي[HSI 06, 2020].

الجدول 3: اختبار التدفق — Hach DPD مقابل مستشعر Halogen

معدل التدفقHach DPD (ppm)مستشعر Halogen (ppm)الدقة
0 GPM8.988.960%
0 GPM8.839.052%
120 GPM ‏(3.73 م/ث)9.499.06-4%
120 GPM ‏(3.73 م/ث)9.489.04-5%
120 GPM ‏(3.73 م/ث)9.028.94-1%
62 GPM ‏(1.93 م/ث)8.648.994%
62 GPM ‏(1.93 م/ث)9.068.89-2%
62 GPM ‏(1.93 م/ث)8.878.921%
0 GPM9.268.92-4%
0 GPM9.238.82-4%
120 GPM ‏(3.73 م/ث)8.98.77-1%
120 GPM ‏(3.73 م/ث)9.298.91-4%
120 GPM ‏(3.73 م/ث)9.048.77-3%
62 GPM ‏(1.93 م/ث)8.98.8-1%
62 GPM ‏(1.93 م/ث)9.028.91-1%
62 GPM ‏(1.93 م/ث)8.788.841%
0 GPM8.618.782%
0 GPM9.058.75-3%
120 GPM ‏(3.73 م/ث)8.778.7-1%
120 GPM ‏(3.73 م/ث)8.828.63-2%
120 GPM ‏(3.73 م/ث)9.148.61-6%
62 GPM ‏(1.93 م/ث)8.968.67-3%
62 GPM ‏(1.93 م/ث)8.718.710%
62 GPM ‏(1.93 م/ث)9.078.55-6%
0 GPM8.88.63-2%
0 GPM8.778.48-3%

يتضح من هذه البيانات أن ظروف التدفق لها تأثير مهمل في دقة المستشعر بين سرعتي تدفق 0 و3.73 m/s.

7. تكلفة تشغيل منخفضة

لا حاجة إلى كواشف كيميائية أو أغشية، مما يخفض تكلفة التشغيل وأعمال الصيانة التي يجريها طاقم السفينة. لا يلزم سوى استبدال طقم أجزاء التآكل كل سنتين. ووفق KRS، تتطلب أجهزة DPD أيضاً عمليات صيانة إضافية[KRS].

الجدول 4: مقارنة التكاليف — DPI الأمبيرومتري مقابل DPD

الخدمةDPI أمبيرومتريDPD
الكواشفلا يوجدكل 30–60 يومًا من التشغيل
الأجزاء الاستهلاكية24 شهرًاN/A
التكلفة السنوية$120 دولار أمريكينحو $600 USD
سنويN/Aعمرة المضخة (تآكل كيميائي/بمياه البحر)
شهرياًN/Aافحص ونظف مصفاة T
ربع سنويN/Aافحص ونظف الصمام وأنابيب المضخة
نصف سنويN/Aتنظيف صمام كهرومغناطيسي ثنائي الاتجاه

8. فاصل طويل بين دورات الصيانة

وفقًا لمنهجية ISO 15839 لإجراء «اختبار ميداني»، عملت مستشعرات Halogen لمدة 24 ساعة يوميًا، بإجمالي 33 دورة على مدار 80 يومًا، ومع ذلك لم تتطلب أي صيانة أو معايرة. ويعادل ذلك 66 أسبوعًا أو 1.2 سنة من التشغيل على متن السفينة وأكثر من 792 ساعة من التشغيل الفعلي للمستشعر[HSI 04, 2020].

الجدول 5: افتراضات الاختبار الميداني — فترة الصيانة المعتادة لنظام BWMS

المعلمةالقيمة
رحلة بحرية نموذجية14 يومًا
مدة أخذ مياه الصابورة لكل رحلة10 ساعات
مدة أخذ مياه الصابورة شهريًا21.4 ساعة
فاصل فحص المعايرة60 يومًا
تشغيل المستشعر خلال 60 يوماً42.9 ساعة

خلال رحلة نموذجية مدتها أسبوعان، تحدث دورة ملء/تفريغ للصابورة تعمل فيها المستشعرات نحو 8 ساعات وتبقى متوقفة بقية الرحلة. وكان المستشعر سيخضع لإعادة المعايرة إذا انحرف في أي وقت عن قراءة DPD بنسبة 15% أو أكثر. لم تكن هناك حاجة إلى إعادة المعايرة طوال فترة الاختبار بأكملها.

9. تكلفة التركيب

تكاليف تركيب مستشعر Halogen أقل بكثير من تكاليف أجهزة DPD، إذ لا توجد خطوط عينات أو خطوط صرف أو صمامات تُشغّل عن بُعد أو تجهيز للعينة أو مضخات. وتتجاوز الوفورات المقدّرة 2,200 دولار لكل جهاز.

الجدول 6: مقارنة تكاليف التركيب

الصنفجهاز DPDمستشعر أمبيرومتري
المضخة$909$0
الصمامات$1,763$0
تمديد خطوط المياه (على متن السفينة)(مشمول)$0
التثبيت على قاعدة تجميع(مشمول)$0
تهيئة العينة وترشيحها(مشمول)$0
صمام تركيب تحت الضغط وأداة إزالةN/A$450
إجمالي تكلفة التركيب الإضافية$2,672 تقديريًا$450 تقديريًا

* بيانات من العملاء

10. سهولة الصيانة

يتيح صمام Halogen للتركيب تحت الضغط تركيب المستشعر بسهولة في أنبوب مياه الصابورة، ويمكن تزويده بأداة إزالة للتثبيت الدائم أو الصيانة المتقطعة. تتضمن العملية أربع خطوات: (1) إغلاق الصمام، (2) سحب المستشعر عبر نقطة الإزالة، (3) إخراج المستشعر من لوحة أداة الإزالة بانزلاقه، و(4) فصل مشابك السرج عن صندوق التوصيل للاستبدال السريع.

11. طرازات المناطق الخطرة وغير الخطرة

تتوفر أربعة طرازات من المستشعرات. تتوفر أنواع للمناطق الخطرة (Zone 1، Group IIC) وغير الخطرة، بثلاثة خيارات تركيب: داخل الأنبوب (تحت الضغط)، وتيار جانبي، وسطح مكشوف.

plumbing

داخل الأنبوب (تركيب تحت الضغط)

تركيب مباشر في أنبوب الصابورة عبر صمام تركيب تحت الضغط. أصغر مساحة وأسرع استجابة.

water

مسار جانبي

لا حاجة إلى تنظيم الضغط أو التدفق. يمكن استخدام فرق الضغط لتدوير المياه عبر الحجرة.

deck

سطح مكشوف

يمكن تركيب جميع الطرازات على السطح المكشوف للسفن التي يكون فيها التركيب تحت السطح غير عملي.

يجعل الحجم الأصغر للمستشعر وسرعة إزالته مناسباً لحمله كقطعة احتياطية على متن السفينة، ما يقلل التوقف المحتمل. ويمكن فصل المستشعر بسهولة عن صندوق التوصيل للاستبدال أو الصيانة السريعة.

12. التنظيف الذاتي

المستشعر مشمول بسبع براءات اختراع أمريكية وخمس براءات أجنبية. تزيد المضخة المدمجة السرعة عبر أسطح أقطاب المستشعر وتزيد الإشارة، وبالتالي تزيد نسبة الإشارة إلى الضوضاء (S:N). وتتيح هذه الميزة أيضاً التنظيف المستمر للأقطاب.

تُحتجز حبيبات التنظيف في تجويف داخل المستشعر؛ ويحركها التدفق لتحتك بالأقطاب. وتُدار هذه المضخة بمحرك عمره 20,000 ساعة. وإضافة إلى TRO، يقيس المستشعر الملوحة ودرجة الحرارة وORP وpH. وتُستخدم ثلاث من هذه المعلمات لتعويض تغيرات الإشارة في المياه العذبة والشروب.

13. مستشعر ملوحة مدمج

تأتي جميع المستشعرات مع مستشعر ملوحة مدمج. وقد يقلل هذا الحاجة إلى جهاز آخر (وفورات تزيد على 3,000 دولار). وتتيح هذه الوظيفة تعويض المستشعر في موانئ المياه العذبة.

14. الخلاصة

«لا تُستخدم المستشعرات الأمبيرومترية عادة في BWMS لكنها توفّر بعض المزايا المحتملة مقارنة بأجهزة أخرى. المستشعرات الأمبيرومترية خالية من الكواشف، وإذا استُخدمت في BWMS فستتيح الغمر المباشر للمستشعر في مدخل أخذ العينات، ما ينهي الحاجة إلى مضخات أخذ العينات والكواشف المرتبطة بأجهزة تحليل DPD المتصلة بالعملية.»

— Tamburri وآخرون، Water Science and Technology, 2014[Tamburri, 2014]

صُمم مستشعر Halogen الأمبيرومتري خصيصًا لتطبيقات من نوع BWMS، وهو يجمع تقنيات فريدة تخدم تطبيقات مياه الصابورة بكفاءة من حيث التكلفة، مع التخلص من بعض مشكلات الامتثال المحتملة.

المراجع

Alliance for Coastal Technologies HF. ‏(2020). بيان التحقق من أداء جهاز SSR-Ex لمراقبة المؤكسد المتبقي الكلي (TRO) والكلور. بالتيمور، ماريلاند: Alliance for Coastal Technologies. http://www.act-us.info/evaluations.php
Alliance for Coastal Technologies HSI. ‏(2020). بيان التحقق من أداء مستشعر المؤكسد المتبقي الكلي (TRO) ‏SWN-P: ‏Halogen Systems. بالتيمور، ماريلاند: Alliance for Coastal Technologies. http://www.act-us.info/evaluations.php
Alliance for Coastal Technologies Xylem. ‏(2020). بيان التحقق من أداء محلل المؤكسد المتبقي الكلي (TRO) طراز 9017: ‏OI Analytical/Xylem. بالتيمور، ماريلاند: Alliance for Coastal Technologies. http://www.act-us.info/evaluations.php
وزارة الدفاع الأمريكية DoD. ‏(2020، 07 يوليو). SBIR-STTR-Success: Halogen Systems, Inc. مسترجع من sbir.gov. https://www.sbir.gov/success/sbir-sttr-success-halogen-systems-inc
EPA. ‏(2010، سبتمبر). البروتوكول العام للتحقق من تقنية مياه الصابورة. مسترجع من خفر السواحل الأمريكي. https://www.dco.uscg.mil/Portals/9/ETV%20EPA%20Report.pdf?ver=2018-05-22-081043-607
Hach. ‏(10014). الطريقة 10014. الكلور الكلي USEPA من 2 إلى 500 µg/L Cl₂.
HSI 03. ‏(2020). أداء المستشعر الأمبيرومتري في العكارة. الورقة البيضاء 03.
HSI 04. ‏(2020). اختبار Halogen الميداني وفق ISO 15839. الورقة البيضاء 04.
HSI 06. ‏(2020). تقرير اختبار المستشعر الأمبيرومتري مع التدفق. الورقة البيضاء 06.
HSI ISO15839. ‏(2020). التقرير النهائي ISO 15839 — مستشعر Halogen. Incline Village.
ISO 2.1. ‏(2003). جودة المياه — مستشعرات/معدات تحليل المياه المتصلة — المواصفات. جنيف، سويسرا: المنظمة الدولية للتقييس.
السجل الكوري للشحن (KRS). (دون تاريخ). معلومات تقنية عن BWMS لمالكي السفن والمفتشين (مترجمة). بوسان، جمهورية كوريا.
Tamburri, Z.-F. A. (2014). تقييم نهج قياس المؤكسدات المتبقية الكلية في أنظمة إدارة مياه الصابورة التي تستخدم المؤكسدات. Water Science and Technology، 1585–1593.

تنزيل الورقة البيضاء الكاملة

احصل على الورقة الكاملة مع جميع الأشكال والمخططات وصور المنتجات بصيغة PDF.

موارد ذات صلة