نقاط نمونه برداری آب توازن کشتی ها

مقدمه

مطابق با ماده 9 کنوانسیون آب توازن کشتی ها، طرف های مسئول این کنوانسیون (Parties) می توانند به منظور تعیین اینکه آیا شناور با الزامات کنوانسیون تطابق دارد یا خیر، از آب توازنشان نمونه برداری کنند.

در این ماده قانونی، صراحتاً به این موضوع اشاره می شود که، کشتی های مشمول مفاد کنوانسیون، ممکن است در هر بندر یا پایانه دریایی طرف های مسئول پیوسته به آن، توسط افسران کنترل ایمنی برای بررسی انطباق با مفاد کنوانسیون، بازرسی شوند. به استثنای موارد مندرج در بند 2 این ماده، بازرسی ها محدود به موارد زیر خواهد بود:

1. بررسی وجود گواهینامه معتبر مدیریت آب توازن بر روی شناور (BWMC)
2. بررسی کتابچه ثبت آب توازن بر روی شناور (BWRB)
3. نمونه برداری (Sampling) از آب توازن طبق دستورالعمل های آیمو. با این حال زمان لازم برای بررسی و آزمایش نمونه ها نباید منجر به تأخیر بی مورد در عملیات، حرکت یا خروج کشتی مورد نظر شود.

با توجه به تفاوت ماهوی و بسیار زیاد پارامتر های مقررات D-1 و D-2، الزامات نمونه برداری برای کنترل انطباق با آنها نیز دو مسیر و روش جداگانه، می طلبد. در حال حاضر، استفاده از روشهای تعویض آب توازن مگر در موارد بسیار خاص، دیگر مجاز نیست. بنابراین، نمونه برداری برای کنترل انطباق با آن نیز پس از این، چندان کاربردی نخواهد بود.

مقرره D-2 کنوانسیون، معیار زیر را برای آب توازن تخلیه شده ی شناورها، تعیین کرده است:

1. ریزموجودات (میکروارگانیزم) با ابعاد 50 میکرومتر و بزرگتر: کمتر از 10 عدد در هر متر مکعب
2. ریزموجودات با ابعاد 10 میکرو متر و بزرگتر تا 50 میکرومتر: کمتر از 10 عدد در هر میلی لیتر
3. میکروب های آگهساز (Indicator Microbes) زیر نباید بیشتر از مقادیر تعیین شده باشند:
   1. میکروب های وبای مژک دار اس شکل Toxicogenic Vibrio cholera (O1 and O139) کمتر از 1 cfu ( واحد تشکیل دهنده کلونی) در هر 100 میلی لیتر یا کمتر از 1 cfu در هر گرم (جرم تر) نمونه ژئوپلانکتون
   2. اشریچیا کلی (Escherichia Coli) کمتر از 250cfu در هر 100 میلی لیتر
   3. انتروکوک روده ای (Intestinal Enterococci) کمتر از 100 cfu در هر 100 میلی لیتر

اگرچه در مفاد خود کنوانسیون مدیریت آب توازن، هیچگونه اشاره مستقیمی به نقاط نمونه برداری (Sampling Points) نشده است، اما دستورالعمل های تأیید سیستم مدیریت آب توازن (دستورالعمل شماره 8) که با قطعنامه MEPC. 174 (58) به تصویب رسیده، صراحتاً خواستار ایجاد تسهیلات نمونه برداری بر روی شناور شده است. این نقاط نه تنها برای دریافت گواهینامه تأییدیه نوع سیستم ها کاربرد دارد، بلکه به منظور سایر فرآیند های نمونه برداری نیز استفاده می شود. در نتیجه وجود نقاط نمونه برداری موضوع این مقاله در هر شناور، لازم و ضروری است.

نقاط نمونه برداری چه هستند؟

یک نقطه نمونه برداری به معنای محلی است که در مسیر خروجی آب توازن به دریا، تعبیه می شود و فرآیند نمونه برداری در آن تکمیل می گردد. این محل باید تا حد امکان به نقطه تخلیه آب توازن نزدیک باشد. روشهای دیگر نمونه برداری مانند نمونه برداری از دریچه های مخازن، لوله های اندازه گیری سطح (ساندینگ) یا هواگرد ها (Air Pipes)، برای کنترل تطابق با الزامات مقرره D-2 ترجیح داده نمی شوند. آزمایش های علمی نشان داده اند که استفاده از این روشها ممکن است تخمین دقیقی از غلظت ریزموجودات در آب توازن را به دست ندهد. به عنوان مثال، چنین نمونه برداری هایی ممکن است تخمینی کمتر یا بیشتر از حد مجاز را به ما نشان دهند.

نمونه برداری مستقیم از داخل مخازن نیز در صورتی می تواند استفاده شود که فرآیند پردازش آب توازن قبل از تخلیه از مخازن به پایان رسیده باشد. بدیهی است که اگر بخشی از فرآیند در هنگام تخلیه انجام شود، این روش نامناسب خواهد بود. بر این اساس و با توجه به کاستی های اشاره شده، نمونه برداری برای تعیین انطباق با مقرره D-2، باید در نزدیکی نقطه تخلیه به دریا انجام گردد. تنها استثنائی که در این مورد با آن روبرو هستیم، زمانی است که تخلیه مخازن به جای استفاده از پمپ های آب توازن، به صورت تخلیه مستقیم به دریا می ریزند. در این حالت نمونه برداری از مخزن ممکن است به عنوان رویکردی مناسب پذیرفته شود.

نمونه برداری از لوله خروجی آب توازن

به منظور اندازه گیری دقیق غلظت ریزموجودات (میکروارگانیزم) آب توازن، نصب تسهیلات نمونه برداری ایزوکنتیک (Isokinetic) توصیه می شود. این روش برای نمونه برداری از مخلوط های آب با فازهای غیر قابل امتزاج ثانویه (مانند ماسه یا روغن) که در آن تفاوت چگالی قابل توجهی وجود دارد، به کار می رود. در چنین شرایطی، همگرایی و واگرایی بنادر مختلف که در آنها نمونه برداری انجام می شود، نگرانی مهمی است. از آنجایی که بیشتر ریزموجودات (میکروارگانیزم ها) به صورت طبیعی در آب شناور هستند، نمونه برداری ایزوکنتیک واقعی، ضروری نخواهد بود. با این حال ریاضیات مربوط به این روش به عنوان مبنایی برای توصیف و مشخص کردن هندسه نمونه برداری، مفید است. در زمان نمونه برداری ایزوکنتیک، باید فرآیند به گونه ای اجرا شود که نمونه دقیقی از سیال به دست آورده شود. بنابراین، تجهیزات نصب شده نباید تغییری در مشخصات یا سرعت جریان اصلی سیال ایجاد نمایند. در شرایط ایزوکنتیک، سرعت نمونه و جریان اصلی در نقطه ای که نمونه از سیال جدا می شود، برابر است. بدین منظور، نمونه بردار باید به گونه ای طراحی شود که با جدا کردن بخشی از جریان سیال، تنها آب سطح مقطع ورودی آن را بتوان به دست آورد. به بیان دیگر، جریان اصلی نباید با نزدیک شدن به نمونه بردار، همگرا یا واگرا شود.

مشخصات فنی تسهیلات نمونه برداری

از طریق مدلسازی دینامیک سیالات محاسباتی، نشان داده شده است که محاسبه قطر ایزوکنتیک می تواند برای اندازه گیری درگاه نمونه برداری به ما کمک کند. شبیه سازی ها اثبات می کند که انتقال نمونه از جریان اصلی سیال در درگاه های نمونه برداری با قطر 1.5 تا 2 برابر قطر ایزوکنتیک، بهترین نتایج را به دست می دهند. درگاه های انتخاب شده در این محدوده، دارای انتقالی آرام بودند و با توجه به پروفایل فشار موجود، فرآیند انتقال نمونه به پمپ مجزا هم نیاز نداشت.  بنابراین، قطر درگاه نمونه برداری ایزوکنتیک باید به صورت کلی، بر اساس رابطه زیر تعیین شود:

D_iso = D_m √ (Q_iso / Q_m)

که در آن D_iso و D_m به ترتیب قطر دهانه درگاه نمونه برداری و جریان اصلی در خط تخلیه هستند. و Q_iso و Q_m نیز نشان دهنده نرخ جریان حجمی مربوطه از طریق دو لوله خواهند بود. توصیه می شود که اندازه درگاه نمونه برداری بر اساس ترکیبی از حداکثر سرعت جریان نمونه و حداقل سرعت جریان آب توازن که بزرگترین قطر ایزوکنتیک را به دست می دهد، باشد.

دهانه لوله نمونه برداری باید پخ زده شود تا یک انتقال آرام و تدریجی بین قطر لوله داخلی و خارجی ایجاد شود. طول لوله نمونه برداری مستقیم رو به جریان می تواند متفاوت باشد، اما معمولا نباید کمتر از  قطر آن باشد. درگاه نمونه برداری باید به گونه ای نصب شود که دهانه رو به بالادست بوده و طول آن موازی با جهت جریان و هم مرکز با لوله تخلیه باشد. ممکن است که لوله نمونه برداری به شکل حرف ال انگلیسی با پایه ای رو به بالادست لوله تخلیه ساخته شود.

با توجه به اینکه لوله های نمونه برداری در شرایط عملیاتی، به تعمیرات احتمالی نیز نیاز خواهند داشت، مسائل ایمنی باید در این قسمت رعایت شود. لوله های نمونه برداری باید به گونه ای نصب شوند که به صورت دستی یا مکانیکی قابل بازیابی باشند یا اینکه به وسیله تسهیلاتی، از سیستم تخلیه آب توازن، جدا (ایزوله) شوند. این نکته به آن دلیل است که امکان دارد ورودی های درگاه های نمونه برداری در اثر رسوبات زیستی یا معدنی، مسدود شوند، لذا توصیه می شود که نمونه بردارها به گونه ای طراحی گردند که در دهانه شان بسته و مابین زمان های نمونه برداری، تمیز شوند.

لوله نمونه برداری و تمام اجزای آن که با لوله ی آب توازن در تماس هستند باید از مواد سازگار متالورژیکی ساخته شوند و به طور کلی در برابر خوردگی مقاوم باشند. هرگونه خوردگی در سیستم نمونه برداری بر نرخ جریان نمونه و به طور بالقوه صحت نتایج آن تأثیر گذار خواهد بود.

در حالتی که کنترل سرعت جریان نمونه مورد نظر باشد، باید از انواع شیرهای توپی، دروازه ای و پروانه ای اجتناب نمود، زیرا که ممکن است باعث ایجاد نیروهای برشی قابل توجهی شود و این مورد می تواند منجر به مرگ ریزموجودات احتمالی شود. برای کنترل جریان توصیه می شود از شیرهای دیافراگمی یا انواع مشابه آن برای به حداقل رساندن انتقال سرعت شدید استفاده شود. برای توزیع جریان، شیرهای توپی (Ball Valves) ممکن است به گونه ای استفاده شوند که تنها دو حالت کاملاً باز یا بسته را داشته باشند.