压载水舱循环管理系统 【技术领域】
本发明涉及压载舱循环管理系统和方法，更具体地，涉及用于控制压载舱内的海洋物种和病原菌的等级的系统和方法。
背景技术
容纳水的压载舱要求对微生物和生物物质进行管理以确保在船舶从一个港口行进到另一港口时可以保持水质量。如在相关美国专利申请No.11/037,642中描述的那样，压舱水被泵入箱内，其被存储在那里以使航行船舶适当平衡。通常压舱水在一个港口装入并被运输到另一港口，在那里这些压舱水被排空至新的港口。这种常规做法存在固有的危险。
释放从遥远位置装上船的压舱水会对环境产生危害并对新港口内的人和动物产生危险。外地海洋生物引入新的生态系统会对本地植物群和动物群产生破坏性影响，这些植物群和动物群对新物种不具有天然防御。另外，有害的细菌性病原体(例如霍乱)会存在于起始港口。这些病原体经过一段时间会在压载舱中繁殖并在它们被释放的区域引发疾病爆发。可以通过杀死存在于压舱水中的那些物种来控制海洋生物和病原体所具有的危险。
在过去的百年里，氯化已经成为对水源(例如饮用水、废水和游泳池)进行消毒以消除水传染疾病的流行的标准方式。由于通过现有的压载舱循环系统得到循环的表面下方和上方的区域有限，因此会发生滞流和分层。水和添加的化学制品在整个压载舱中的循环不均匀的并受到限制，从而导致水质量不一致。
出于现有系统和方法的限制，需要一种改进的方法和系统，其用于对容纳在压载舱中的水进行管理以确保从遥远位置装上船的压舱水不会危害环境或对新港口内的人和动物产生危险。
【发明内容】
本发明涉及用于控制并使卤素在压载舱内循环以使压舱水的消毒最大化的压载舱循环系统和方法。有利地，本发明具有外部泵组件以便于压载舱系统的保养和维修。另一优点在于在一种实施方式中，泵利用两个连接件钩在压载舱外侧，由此简化了安装和维修。外部泵的另一优势在于在无需耗费成本且耗时地进行从舱中排空水的作业就可以便于泵的维修。本发明的一种实施方式包括压载舱循环系统和外部泵组件。系统包括进口管路和出口管路以及用于以可控数量向压载舱内的水中添加化学制品的装置。
该系统还包括定位在压载舱内以使水在压载舱内混合和循环的一个或多个喷射器。再循环泵位于压载舱外部并具有进口管线，其接入来自压载舱的出口管路。再循环泵与喷射器一起对水进行加压并使其在整个压载舱内再循环。再循环泵排出加压水流并在远离排放的位置吸入水。再循环泵包括从压载舱通向泵的进口管线和从泵通向压载舱的进口管的出口管线。进口管线接入压载舱的出口管以将来自压载舱的水输送到再循环泵。再循环泵对水进行加压并且出口管线将来自再循环泵的高压水流输送回到压载舱。喷射器在其进入压载舱时定位在压载舱内靠近进口管以接收从泵排出的加压水流。喷射器在加压水内拖动并将高压水射流喷入压载舱内以使卤素在压舱水内循环。
在一种实施方式中，一个或多个样本管线从压载舱中取出测试水流；该测试水流随后得到分析以测定测试水流中的卤素含量并提供卤素含量信号。控制器接收该信号并将该信号与代表压载舱内所需卤素含量的设定值进行比较。控制器以可控数量保持、增加或减少向压载舱内的水中添加的卤素量。
在压载舱系统的另一实施方式中，外部再循环泵可以定位成靠近压载舱的一侧、在压载舱的盖的顶部或者在压载舱内的水的顶部浮动的浮动装置上。可选择的，再循环泵定位成靠近压载舱地底部。喷射器适于在压载舱内靠近进口管路定位或者可以在整个压载舱内移动。向压载舱添加的卤素是氨、次氯酸盐、氯和溴中的至少一种。在次氯酸盐的制备过程中发生的化学反应以及采用次氯酸盐作为消毒剂形成了在不同时刻具有活性的几种形式的氯。例如，从次氯酸盐中发现的氯离子在次氯酸盐被添加到盐水中时产生次氯酸。为了简化，在实施本发明方法时产生的多种反应的过程中形成的所有形式的氯都被成为卤素，包括氨与卤素组合时形成的氯胺。次氯酸盐发生器被用于产生次氯酸盐以添加到压舱水内。化学制品定量配给系统根据控制器发出的信号提供向压载舱添加所需卤素的控制源。一方面，化学制品定量配给系统是卤素定量配给系统，其包括次氯酸盐发生器、次氯酸盐存储舱、用于将产生的卤素泵送到压载舱的泵和将产生的卤素送入压载舱的次氯酸盐出口管线。
一方面，化学制品定量配给管线将卤素输送到压载舱以定量配给到压舱水内。出口管线从再循环泵延伸到压载舱并且化学制品定量配给管线接入出口管线。可选择的，化学制品定量配给管线将卤素从化学制品定量配给系统直接输送到压载舱。优选地，样本管线接入再循环泵出口管线以将测试水流运送到分析器。可选择的，样本管线使分析器与压载舱相连以将来自压载舱的测试水流直接运送到分析器。分析器确定测试水流中总的氯当量以提供氯相关信号。控制器接收信号并将该信号与代表压载舱内所需氯含量或氯当量的设定值进行比较的。优选地，控制器被设计成保持、增加或减少向压载舱内的水中添加的氨、次氯酸盐或氯的量。优选实施方式的一方面包括用于以可控数量向压载舱内的水中添加化学制品的装置。优选地，化学制品定量配给系统根据控制器发出的信号提供向压载舱添加氨、次氯酸盐和氯的控制源。
一种用于管理压载舱循环的方法，包括通过位于压载舱外部的再循环泵使加压水在整个压载舱内再循环。一个或多个喷射器定位在压载舱循环内，优选在来自外部再循环泵的加压水的进口上方。所述一个或多个喷射器被设计成使水在压载舱内混合和循环，从而使化学制品分散并避免产生温度梯度。水通过来自外部再循环泵的加压水在整个压载舱内再循环。通向再循环泵的进口管线接入压载舱的出口管以将水送入外部泵。来自再循环泵的出口管线将高压水从泵输送到接近喷射器的位置。喷射器吸入加压水并发出射流，这样使化学制品(特别是卤素)在整个压载舱内循环。
在本发明方法的一方面，通过经由样本管线取出测试样本而从压载舱内取出测试水流。分析测试水流中至少一种化学制品的含量以提供化学制品相关信号；以及随后将化学制品相关信号送入控制器以将该信号与代表压载舱内所需化学制品含量的设定值进行比较。控制器随后测定需要向压载舱内添加的化学制品的种类和数量。在用于管理压载舱循环的一种优选方法中，分析测试水流中的卤素含量的步骤包括分析压舱水内的氯离子含量。可选择的，分析卤素含量的步骤包括确定压舱水的氧化/还原电势。在分析所需卤素含量的另一备选方法中，所述方法包括测定压舱水的总有机碳含量。
在分析过程中确定的一种或多种化学制品随后被添加到压载舱内。通过保持、增加或减少向化学制品定量配给线路添加的化学制品数量控制压载舱内的一种或多种化学制品的含量。向压载舱内添加的化学制品还可以包括pH控制添加剂、氨和氯衍生物之外的其他消毒剂、氟化物和磷酸盐。
【附图说明】
图1是压载舱循环系统的一种实施方式，示出了在压载舱一侧的泵。
图2表示在压载舱盖的顶部具有泵的压载舱循环系统。
图3表示包括ORP分析器的压载舱循环系统的另一实施方式。
【具体实施方式】
本发明的图1表示用于一个或多个水存储和处理压载舱10的压载舱循环系统，其具有位于压载舱10外部的泵66。外部泵66的一个优点在于其便于压载舱系统1的管理和修理。外部泵66可以快速和很容易地得到安装。本发明的一种实施方式要求刚好有两个连接件钩住泵系统66。由于很容易接触到泵装备，因此修理很方便。压载舱循环系统1还包括位于压载舱10内的一个或多个喷射器20，使得喷射器20接收来自外部泵66的加压水并将水作为高压射流射出。喷射器被用于提高水的原动力，并因此提高水和化学制品在压舱水内的再循环。当喷射器在来自外部泵66的加压水中拖动时，其也在箱中处于喷射器周围区域的压舱水中拖动。因此无需增加净泵送成本就可以形成提高的再循环。从喷射器20发出的射流使压舱水循环并因此使其中的化学消毒剂在整个压载舱中循环。卤素基化学消毒剂可以包括氯、次氯酸盐和溴。卤族元素改进的循环提高了对压舱水在新港口内释放之前的消毒。
如图1所示，在压载舱循环系统1的一种实施方式中，压载舱10具有起到装载压舱物和卸载压舱物两个功能的组合进口/出口管68。压舱水通过该管68进口和离开压载舱10。如果需要可以采用附加进口或出口管路。优选地，压载舱循环系统1具有用于以可控数量向压载舱内的水中添加化学制品的装置。图1表示化学制品供给系统的一种实施方式。可以采用多种化学制品供给系统，包括但不局限于所示的供给单元。图1表示氨化学制品供给系统和次氯酸盐化学制品供给系统。氨51存储在氨存储舱50内并通过氨泵进口管路52被移出。图1还表示一种添加一种或多种卤族元素的装置，特别是次氯酸盐定量配给系统，其包括通过次氯酸盐发生器出口管路72释放次氯酸盐41的次氯酸盐发生器70、和次氯酸盐出口管线56，使得次氯酸盐41可以直接被送入压载舱10或存储在次氯酸盐存储舱40内。次氯酸盐41通过次氯酸盐泵进口管路42从次氯酸盐存储舱40中被移出。可以采用冷却器舱冷却和存储氨。在美国专利No.6,805,787中公开了可以用于本发明的压载舱的一种可行的次氯酸盐发生器70，该文献在此全部引入作为参考。可以包含氯气发生器以及用于其他所需化学制品的供给系统作为压载舱循环系统1的一部分。除了氨、次氯酸盐和氯气之外，其他化学制品包括pH控制添加剂、其他消毒剂、氟化物和磷酸盐可以被用于水处理。
压载舱尺寸范围从容纳小于10,000加仑的小舱到具有高达5,00,000加仑容量的大压载舱。在较大的舱中实际需要化学制品的再循环，因为化学制品以更大的速率被消耗。较大的压载舱和有时是具有低进料速率的较小的压载舱都在压载舱内具有会形成滞流和温度梯度的区域。为了解决这一问题，一个或多个喷射器20或流动引导器位于压载舱循环系统1内。一个或多个喷射器20被设计成使水混合和循环以降低滞流并在它们被添加到压载舱10内时使化学制品混合。在本发明的一种实施方式中，喷射器20是固定的并靠近压载舱的进口管路65定位，使得注入流在被引入压载舱10内时与化学制品混合。固定喷射器20可以连接在电极上并被降低至压载舱内。可选择的，所述一个或多个喷射器20可以在压载舱循环系统10内移动并使水混合和循环，尤其是在较大的压载舱系统内。如图1-2所示，潜入式浮力系统22(例如可以从Severn Trent Systems Water Purification公司购买)可以被用于使喷射器20在整个压载舱中移动。
在本发明的另一实施方式中，喷射器20定位在从泵66排出的加压水射流内。对于外部再循环泵66，该泵位于压载舱的外侧并且可以定位成靠近压载舱(图1)的一侧4或在压载舱顶部26的附近。多个位置包括在压载舱76(图2)的盖的顶部，在船舶上可以是船的甲板。
在本发明的一方面，外部再循环泵具有将水从压载舱带到泵内的进口管线62和将压力下的水从泵66输送回到压载舱的出口管线64。在图1所示的本发明的一种实施方式中，进口管线62接进来自压载舱的组合进口/出口管路68，使得一部分离开压载舱的净化水被送入泵内得到加压并再次循环回到压载舱。出口管线64从再循环泵通向靠近喷射器的位置，使得来自泵的处理过的水由喷射器吸入并在压载舱内再循环。在图2所示的本发明的可替换的实施方式中，进口管线62接入位于压载舱10内的吸入管84。
在图1所示的本发明的一方面，样本管线28可以被用于取出来自压载舱的测试水流并将其送入分析器30。样本管线28可以接入泵出口管线64并将之前的处理过的水运送到分析器30。在备选系统中，样本管线28可以定位在压载舱内的一个或多个喷射器20的上方并将处理过的水输送到分析器30，使得分析器30可以确定处理过的水的组成。分析器30确定测试流中至少一种化学制品的含量并发出相关化学制品的信号。在用于管理压载舱循环的系统中，用于测量卤素需求含量的分析器从分析器组中选择，该分析器组包括测量压舱水内的氯离子含量的氯离子分析器、用于确定压舱水的氧化/还原电势的氧化/还原电势分析器和用于测量压舱水的总有机碳含量的总有机碳分析器。
优选地，分析器30可以确定多种化学制品的含量并向控制器34发出多个信号。控制器34接收这些信号并将信号与代表压载舱内所需化学制品含量的设定值进行比较。控制器34被设计成以可控数量保持、增加或减少向压载舱10内的水中添加的化学制品的量。在图1所示的本发明的一种实施方式中，控制器34向次氯酸盐定量配给系统75发出卤素含量信号以向压载舱系统10提供卤素的所需数量。次氯酸盐定量配给系统75包括次氯酸盐泵44和通向压载舱10的次氯酸盐定量配给管线46。控制器34还可以向氨定量配给系统55发出氨信号36以提供氨的所需数量。氨定量配给系统包括氨泵54和通向压载舱10的氨定量配给管线56。
需要多种化学制品和添加剂对压载舱10内的水进行处理和保持。添加到压载舱内的更常见的一些化学制品是至少氨、次氯酸盐和氯中的一种。添加到压载舱内的其他化学制品包括pH控制添加剂和其他消毒剂。一个或多个化学制品定量配给系统根据控制器发出的信号提供向压载舱添加的一种或多种所需化学制品的控制源。一些化学制品可以现场制作，例如通过次氯酸盐发生器产生的氯衍生物或卤素，这些化学制品立即使用或被存储用于将来的使用。
其他化学制品被运送到压载舱区域并存储在舱中。一个或多个化学制品定量配给管线将化学制品从存储舱输送到压载舱。可选择的，在图1中可以看到，氨定量配给管线56和次氯酸盐定量配给管线46将化学制品直接从氨泵54和次氯酸盐泵分别输送到压载舱。在任意实施方式中，得到定量配给的化学制品进入压载舱接近喷射器，使得从喷射器发出的射流与化学制品混合并使化学制品在压载舱水内具有良好的循环。
图3表示压载舱循环系统100的另一实施方式。该系统包括压载舱110、次氯酸盐发生器170、分析器130、控制器134、压载舱110外部的泵166和压载舱110内的喷射器120。在该实施方式中，压载舱110包括进口管路165和出口管路168。压载舱110包含盐水，通常是从具有固有海洋生物的一个港口接收的海水。在进入新港口之前，必须对压舱水中危害新港口生物体平衡的海洋生物进行消毒。为此，次氯酸盐发生器170产生卤素添加到压载舱110内的水中以杀灭生物物种。次氯酸盐发生器所需的水可以从外部泵出口管线164排走。次氯酸盐发生器出口管线146将卤素输送到压载舱110内靠近压载舱110内的一个或多个喷射器120的位置。所述一个或多个喷射器120被设计成使水在压载舱110内混合和循环，由此使卤素和其他化学制品在舱110内循环。
当在远离排放的位置吸收的水流过位于压载舱110外部的再循环泵166时，所述再循环泵排出加压水流。再循环泵166包括来自压载舱110的出口管166的进口管线162和回到压载舱的出口管166。出口管线166进入压载舱110并成为通向喷射器120的进口管165。喷射器120在其进入压载舱110时优选靠近进口管165定位以接收从外部再循环泵166排出的加压水流。
为了控制压载舱110内的卤素的量，必须测定卤素含量，与有效消毒的所需含量进行比较，并在需要的时候随后增加含量。氧化/还原电势分析器30与出口管线164相连以确定从泵166排出的水中的卤素的需求含量。如果需要额外的卤素，分析器130发出卤素需求信号。该信号由控制器134接收，控制器134被设计成接收卤素需求信号并将该信号与代表压载舱110内所需的卤素含量的设定值进行比较。控制器134以对由分析器130产生的信号作出响应的可控方式保持、增加或减少向压载舱内的水中添加的卤素量。次氯酸盐定量配给系统随后响应由控制器134发出的信号向压载舱内提供更少或更多数量的所需卤素。
本发明还涉及一种用于管理压载舱循环的方法。在方法实施过程中，通过以可控数量添加化学制品(优选在卤族内)来处理压载舱内的水。压载舱10适合包括进口和出口管路64，68。位于压载舱外部的再循环泵66使经过压载舱10的水再循环并得到加压。通向再循环泵的进口管线62接至压载舱的出口管68以将水输送到再循环泵66并且从再循环泵66到压载舱10的出口管线64将来自泵66的高压水流输送到接近喷射器20的位置。
一个或多个喷射器20或流动引导器定位在压载舱循环内使水混合和循环，以使进入压载舱10内的化学制品分散。一个或多个喷射器20定位成接收和吸入来自再循环泵66的压力水流。当水通过喷射器20被吸入时，其产生使卤素在整个压载舱10内循环的射流。外部再循环泵可以根据现场位置定位在压载舱外侧的多个位置。其可以在压载舱侧面或在顶部。
由于再循环泵处于压载舱外部，因此通向再循环泵的进口管线接入压载舱的出口管并且再循环泵与压载舱之间的出口管线被用于将来自泵的高压水输送到接近喷射器20的位置。在该方法实施的过程中，通过首先经过样本管线取出测试样本对来自压载舱的测试水流进行取样。分析取样的测试水流中的卤素含量并产生与压载舱内的卤素含量相关的卤素相关信号。卤素相关信号随后被送入控制器内并且将该信号与代表压载舱内所需卤素含量的设定值进行比较。
测量需要添加到压载舱内的卤素(例如氯或溴)的种类和含量并向压载舱内添加一种或多种卤素。一个或多个化学制品定量配给管线将额外的卤素从化学制品定量配给系统直接供给到压载舱10。这样，通过保持、增加或减少向从卤素发生器通向压载舱系统的定量配给管线内添加的卤素量而控制压载舱内的一种或多种卤素的含量。
在本发明的方法实施过程中，分析测试水流中的卤素含量包括分析压舱水内的氯离子含量。可选择的，分析卤素含量的步骤包括确定压舱水的氧化/还原电势，这样又可以确定满足消毒所需含量的所需卤素量。在分析卤素含量的另一备选方法中，所述方法包括测量压舱水的总有机碳含量，这一含量随后被用于确定实现最佳消毒所需的卤素或氯的所需含量。
之前的描述是本发明优选实施方式示例和说明，尺寸、形状、材料和其他细节的变化对本领域技术人员是显而易见的。需要强调的是落入附加权利要求范围或精神内的所有的这些变化和修改都应该由此得到包含。