CN101668706A - 用于处理压舱水的系统、过程和控制单元 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于处理压舱水的系统，该系统包括水的入口和出口、连接到所述入口和出口上的管路、以及连接到所述管路上的至少一个处理单元，该系统能够在运行期间处理压舱水，该压舱水流过所述单元、用于所述压舱水的过滤装置、以及用于控制穿过所述管路、处理单元以及过滤装置的流的阀装置。该系统的特征在于，布置有控制单元，该控制单元能够管理和控制启动、压舱、卸压舱、清洁以及所有的故障功能和状况期间的所有的不同的过程序列，由此防止被沾染的水离开系统。本发明还涉及用于处理压舱水的过程、用于控制过程的方法以及实施该方法的软件。

Description

用于处理压舱水的系统、过程和控制单元

技术领域

本发明涉及用于处理水尤其是船舶中的压舱水的方法和系统。

背景技术

对于被污染的液体尤其是水的环境影响，存在着越来越强烈的要求。清洁的且未受污染的水的获取在世界上成为主要问题。这涉及淡水和成水这两者。同时，世界的许多地区中的淡水供给有限，因为其中许多淡水源被人类污染。

对于咸水而言，许多年来，诸如化学品、原油、汽油、重金属以及来自工厂烟囱的烟灰等的各种有害物质和污染物质被倾倒入海洋中，这些污染物影响了海洋中的脆弱的生态平衡。

海洋中的生态平衡还因压舱水处置而被人类影响。船舶布置有压舱水箱，当船舶没有满载货物时，压舱水箱被注满以保持船舶稳定。即，当船舶在例如黑海的港口卸货，然后收到在红海的港口提取另一批货物的指令时，该船舶用来自黑海的海水注满其压舱水箱。当船舶随后到达红海的港口时，其排空压舱水箱，以接收新货物。因此，黑海的水中的物种被运送至红海。所运送的物种可能与红海的普通物种完全不同，并可能因此引发大的生态问题。众所周知，从正常的环境被运送至新的环境的物种可能引发大问题，例如因为其在新的环境中没有天敌，以及本地物种感染疾病和被运送来的物种消灭等。仅提出几种，被认为如果蔓延则会成为主要生态问题的一些物种有霍乱、海藻、有毒藻类以及贝类。据估计，在全世界约有30～50亿吨压舱水被运送。因此，这成为主要问题就不意外了，关于该问题，联合国的国际海事组织(the International Maritime Organization)已经发布了一项公约，要求从2009年开始，所有的商业船舶装备并使用处置压舱水的专用系统。

已经发展了许多系统来例如用化学品来处理并净化水，其中常使用氯化物。为了降低许多化学品对环境的负面影响，已经发展了不使用化学品而是依赖于其它效应以杀死水中的生物体，从而净化水的系统。

在一些国家中，发展了一些方法以在饮水装置和洗浴设施中用臭氧(O₃)来净化水，并且还用溶解于水中的臭氧来进行物体的清洁、消毒和杀菌。臭氧的反应能力(2.07V的电化学氧化电势)归因于其为强力氧化剂的事实。高的化学反应能力与不稳定的电子结构有关，该不稳定的电子结构从其它分子获取电子，这因而意味着形成自由基。在该过程中，臭氧分子被分解。通过其氧化效应，臭氧迅速地作用于某些无机物和有机物。

其对于某些烃、糖类、杀虫剂等的氧化效应可能意味着臭氧在某些过程中是不错的化学品选择。臭氧、氧、过氧化氢物以及紫外辐射的组合意味着依靠产生更多的自由基，使反应进行得更快且更有效。光解的和光催化的过程被用来分解有机物，使其无害，并且出于该目的而使用不同波长的光。其中一种常用的光谱为紫外光，在该紫外光中，某些波长在产生所期望的效果方面比其它波长更有效。例如，200nm以下的波长在从液态的氧产生臭氧方面具有良好效果，该臭氧与有机物反应。为了增大效果，一些方法使用额外的氧以促进臭氧的产生。

另一种方法为，用一定波长的紫外光来辐射所产生的臭氧，以破坏臭氧并产生比臭氧更活泼的自由基。在EP0800407中公开了这样的一种方法，在该方法中，要处理的介质被引入至某种形态的外壳中。在该外壳中，介质暴露于频谱分布于130-400nm范围内的紫外辐射。

特别是200nm以下的波长将介质中的氧转化为臭氧分子(O₃)。所形成的臭氧分子同时被上述波长范围内尤其是400nm波长的辐射分解。同时，所形成的O₂被破坏，以形成原子氧。

为了增大产生自由基尤其是HO’自由基时的效率，利用了催化剂，该催化剂被布置在臭氧被分解为自由基的区域。用作催化剂的材料可以包括金属和/或金属氧化物，例如贵金属、氧化铝、氧化钛、氧化硅及它们的混合物。

为了处理船舶中的压舱水，很重要的是与处理相关而进行压舱和卸压舱，从而确保未处理过的水不能离开船舶；而且，控制并监视设备、压舱水泵设备以及处理设备，从而获得安全且理想的功能并能够指示系统的不同零件的故障，以能够采取适当的措施；并且还不危及船舶的安全性。

可以在具有许多紫外辐射装置的反应器或净化器中进行自由基的产生，这些紫外辐射装置能够产生臭氧并同时破坏臭氧，以便在存在催化剂的情况下产生自由基。产生装置优选为发射某些波长的紫外灯，这些灯由驱动单元操作。这些灯的功率相当高，并需要来自驱动单元的大量电力，这又意味着其产生大量的热。驱动单元放置在用于保护的机壳(cabinet)内，且优选地放置在气密的机壳内，以满足关于抗爆炸的安全性要求，即所谓的EX等级。因此，必须对在机壳内产生的热进行处理，使机壳内的构件不过热。由于机壳是气密的，因而不可能具有空气的入口和出口以在机壳内使冷却空气循环。

已经发展了一些冷却外壳内的发热设备的办法。在EP0361196中公开了一个示例，其中，为了抗腐蚀而由铜制成的冷却系统被布置在机壳内。该方案的缺陷在于机壳不是气密的，而且冷却装置被布置在机壳内。这又意味着机壳必须布置有用于管路的通道，而且，如果在却系统中发生泄漏，则可能损坏机壳内的设备。FR2624684公开了一种冷却机壳的内部的类似方案，其中，冷却管路被布置在外壳内。US7051802公开了一种冷却装置，其中，空气被冷却液的外部冷却源冷却，然后吹过外壳。因此，所公开的机壳布置有空气的入口和出口，不能被用于机壳内的设备必须与外界隔离的环境中，例如EX环境。

因此，需要一种冷却装置，其例如在爆炸环境中确保气密的机壳内的发热构件的足够的冷却，且没有损坏构件和/或影响环境的风险。

过滤器被用在过滤出流体中的固体的许多领域和用途中。一个应用为用于处理船舶中的压舱水的系统。这些系统的主要目的是，防止生活在世界的一个水域中的生物体被运送到不是其天然栖息地的其它水域，并且，如果该生物体被放入新环境中，其可能负面地影响天然的海洋生命。

这些系统包括将压舱水中的生物体消灭的一些类型的处理装置。然而，要处理的海水可能含有不希望进入压舱水处理系统的大的生物体和其它物质。因此它们在压舱水系统的入口管道上布置有过滤器。过滤器可以含有细网孔的过滤板或过滤筒，它们有效地过滤出大于网孔的尺寸的物质。

然而，为了获得过滤器的完整的功能，必须定期对其进行清洁。一种清洁过滤部件或过滤筒的方法为反向冲洗过滤构件以去除被过滤出的大的物质。绝对不能在存在未处理过的生物体的情况下排放反向冲洗液，并且对于压舱水而言，过滤器仅能被用于压舱期间，这是因为在反向冲洗的清洁过程期间，废水(reject water)或者必须在压舱完成时在相同的地方被泵抽回，或者被处理。

通常，通过船舶的反向冲洗管路系统来用泵抽废水，这意味着，当压舱水操作完成时，在过滤器和排放地之间的反向冲洗管路内依然存在着被沾染的水。当船舶在新的地方时，这些水在下次压舱期间将被冲入海洋，因而被沾染的水将被泵抽至船外。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于处理船舶中的压舱水的系统，该系统将提供设备的完整功能和控制和船舶的完全安全性，以及处理过程的完全控制，以使得未处理过的水离开船舶的风险最小。

通过独立权利要求的内容将达成本发明。优选的实施例是从属权利要求的主题。

根据本发明的用于处理被沾染的压舱水的系统，包括水的入口和出口，连接到所述入口和出口上的管路，以及连接到所述管路上的至少一个处理单元，所述系统能够在运行期间处理压舱水，该压舱水流过所述单元、用于所述压舱水的过滤装置以及阀装置，该阀装置用于控制穿过所述管路、处理单元以及过滤装置的流。为了非常安全且有效地处理压舱水，该系统包括控制单元，该控制单元布置成并能够管理和控制启动、压舱、卸压舱、清洁以及所有的故障功能和状况期间的不同的过程步骤，以确保未处理过的水不以不受控制的方式离开系统。

根据发明的一个方面，作为一个选择，可以依赖于用于处理压舱水的AOT技术，该技术将紫外辐射灯和催化剂一起使用。这些灯在催化剂存在的反应区域非常有效地产生臭氧和自由基。然而，它们需要启动时间以恰当地起作用，并且根据本发明的系统注意到在启动期间存在着未被沾染的水的冷却流。另外，如果在启动期间，冷却水的水位过低和/或温度变得过高，则由处理单元处理。

此外，只有当处理单元完全起作用时，才进行被沾染的压舱水的处理。如果其中的一个灯在运行期间损坏，则控制单元处置该状况并关闭处理单元。此外，如果处理单元关闭，则向船舶的控制面板发送警报以相应地调整穿过系统的流。优选对该情况进行记录，从而有系统的处理历史记录。

此外，系统包括附加的有益功能，即，控制单元控制并监视例如过滤器的反向冲洗和处理单元的灯的清洁。因此，控制单元管理并控制启动、压舱、卸压舱、清洁以及当使用系统时有可能发生的所有的故障功能和状况期间的所有不同的过程步骤。这均以非常可靠的方式完成，确保没有被沾染的压舱水以不受控制的方式离开船舶。

根据发明的另一个方面，本发明的目的在于确保恰当地冷却本发明的系统中所包括的不同的构件。

在该方面，其特征在于与用于处理压舱水的系统一起使用的冷却装置，该系统具有包含发热构件的充分气密的机壳，该装置包括：热传导面板，其能够附连到所述机壳上，而且当附连时布置成靠近所述发热构件；管道，其被布置到所述面板上并能够连接到冷却介质上；以及附连装置，其用于将所述管路附连成与所述面板接触。

根据本发明的又一个方面，所述面板构成所述机壳的壁部且被密封地附连到所述机壳上。优选地将所述发热构件附连到所述面板上。

根据本发明的再一个方面，面对所述机壳内部的所述面板的表面布置有冷却翅片且优选地具有至少15mm的厚度。

根据本发明的又一个方面，其还包括被布置在所述管路之外的绝热体。

有利的是管路能够连接到船舶的低温水回路上。

本发明具有许多优点。由于热传导面板和冷却管路被布置在机壳之外，且热传导构件被布置为靠近面板甚至直接接触面板，因而在通过将来自构件的热传导至面板且由冷却管路进行冷却来获得良好的冷却效果的同时，不存在机壳内的冷却介质发生泄漏的风险。

还可以将面板制成为机壳的壁部并气密地附连到机壳的其它壁部上。面板随后成为机壳的组成部分，并且，可以使用其内表面以直接将发热构件附连在该表面上。为了保持气密性，在面板和机壳之间布置密封件。优选地还将冷却翅片布置在面板的内表面上以增大热传导性能。

优选地该面板具有相当大的厚度，该厚度不仅提升热传导，还赋予机壳稳定性并支撑被附连到面板上的构件。为了进一步提高冷却装置的有效性，将绝热体布置在用于将致冷导向面板的冷却管路之外，该绝热体可以为由合适的绝热材料制成的平板或面板。

为了便于安装和运行，并确保良好的冷却效果，优选地将装置附连到船舶的低温水回路上，由此可以获得具有受控制的温度的冷却水。

根据本发明的又一个方面，提供了一种在用来处理压舱水的系统中的方法和系统，在该方法和系统中，防止来自反向冲洗清洁操作的被沾染的水被排放至不期望的地方。

根据本方面的一个主要方面，其特征在于一种清洁被布置在压舱水处理管道系统中的过滤器的方法，该压舱水处理管道系统被布置在船舶中，其中，该管道系统包括位于所述过滤器和排放出口之间的反向冲洗管路，该过滤器被用来过滤被沾染的流体中的物体，该方法包括：产生穿过所述过滤器和所述反向冲洗管路的反向冲洗流的步骤，以及随后用流体至少处理所述反向冲洗管路以从所述反向冲洗管路去除沾染物的步骤，沾染物在所述反向流期间从所述过滤器被去除。优选地还用流体处理所述过滤器。

根据本发明的另一个方面，将回流进行若干次，以确保从反向冲洗管路去除污染物。

根据一个备选方案，所述流体是淡水、蒸汽或它们的组合。

所述淡水可以取自船舶的自来水系统或船舶的引擎冷却系统。

根据另一个方面，在处理前加热所述淡水。

根据又一个主要方面，其包括用于执行该方法的系统。优选地该系统设有用于通过传感器和可调节的单元来自动控制该过程的装置。如果系统能够感测过滤器上的压降，那么其能够启动过滤器的自清洁处理。

本发明具有若干优点。由于本发明能够在位于压舱处的过滤器的反向冲洗清洁之后去除反向冲洗管路中的沾染物，因而大大降低了系统中残留有被沾染的水的风险。否则，被沾染的水将被排放至另一位置，这因而将致使压舱水处理系统低效。

根据本发明，可以通过不同类型的液体来对过滤器和反向冲洗管路中的被沾染的水进行处理和去除。根据一个方面，多次使用位于压舱处的海水以去除被过滤器过滤出的沾染物。在压舱期间进入系统的沾染物因而被排放回相同的地点。

根据另一个方面，来自船舶的淡水被用于进行处理。这进一步提升了无沾染物能够残留在系统中的安全性。在该方面，船舶的自来水和冷却水均可以使用。优选地在处理前加热所使用的水，这甚至进一步提升了处理的安全性和效率。也可以使用被加热的蒸汽，提供与热水相同的效果。另外，可以利用诸如臭氧或自由基的气体，这在消灭任何生物体和污染物的方面是有效的。

通过以下的详细描述和相关附图，本发明的这些和其它方面以及优点将变得清楚。

附图说明

在以下的本发明的详细描述中，将引用相关的附图，其中：

图1是根据本发明的用于处理压舱水的系统的示意图；

图2是根据图1的压舱水处理系统上的详细流程；

图3示意性地显示了根据本发明的系统中所包括的处理单元；

图4用分解透视图显示了本发明中包括的冷却装置的一个实施例；

图5显示了图4的实施例中包括的紧固装置的详细视图；

图6和7显示了安装图4的装置的不同方法；

图8显示了本发明中包括的冷却装置的另一个实施例；

图9显示了本发明可使用的过滤器的截面图；

图10a、b显示了过滤器的过滤阶段和反向冲洗阶段；

图11是处理单元的示意图。

具体实施方式

本发明对水使用不含有化学品的技术。图1示意性地显示了用于处理压舱水的系统，该系统包括液体处理单元或反应器10。整个系统的其余部分包括入口管道18、过滤器24、出口管道40以及清洁单元50。

结合图2，将更详细地描述根据本发明的压舱水处理系统及其功能。用箭头201表示用于压舱和卸压舱的系统的主管道18的进水。被船舶的控制系统控制的压舱水泵(未显示)被布置在用来泵送水穿过系统的入口处。靠近入口布置有管道分支20，其具有隔离阀23，在流方向上位于该分支之后的主管道布置有主隔离阀22。另一分支通向过滤器装置24，然后该分支经由位于主隔离阀的下游的隔离阀26回到主管道。更下游的流传感器28和压力传感器29布置被到主管道上。在所显示的系统的实施例中，主管道随后分支为四个并行的管道分支30，各管道分支布置有入口隔离阀32。

在各分支上布置有液体处理单元10即反应器。作为非限制性的示例，液体处理单元可以利用高级氧化技术(advanced oxidationtechnology：AOT)。AOT反应器利用三个重要的部件来处理流过该单元的水。一个是紫外产生装置，即＜380nm的紫外光谱内的波长，其具有的能量足以用于光催化和/或微生物的直接消灭、和/或液体或溶于其中的成分中的自由基直接形成、和/或来自以气体存在的或溶于液体中的氧的臭氧的直接形成。该波长激活第二构件，该第二构件使臭氧在水中产生并同时破坏臭氧以形成自由基。第三构件在产生臭氧和自由基的反应区域内布置催化剂，以增加自由基的量。

根据图3所示的实施例，AOT净化器包括壳体70，该壳体70在所显示的实施例中为具有矩形截面的通常细长的外壳，并具有各位于外壳的一端的入口72和出口74。当水在外壳内流动时，水将在位于入口和出口之间的细长的外壳的方向上流动。在外壳中，许多紫外辐射光源76被布置在石英玻璃制成的细长的管子78内，管子在隔室的相对的壁之间延伸。光源连接到合适的电源上。紫外辐射光源选择成使得其发射130-400nm的区域内的波长，以将介质中的氧转化为臭氧分子(O₃)并分解该臭氧分子。

另外，许多板80被布置在外壳内，板的延伸与流的方向一致，因而垂直于灯的延伸。板布置成堆，并在其间具有一定的距离。板充当用于AOT过程的催化剂，因而提升所产生的自由基的量。因此，板由具有催化性质的材料制成，以增加在反应区域内产生的自由基的数量。该材料可以包括金属和/或金属氧化物，例如贵金属、氧化铝、氧化钛、氧化硅及它们的混合物。

在反应器的内部，提供了非常彻底的混合和湍流，以确保穿过反应区域的液体的每个体积均暴露于自由基，提供非常彻底的处理。通过反应器中的多个构件来获得湍流和混合。灯的位置和形状是一个构件，与灯和流的方向以及形状、表面设计相关的催化剂的布置也有助于彻底的混合，并且在该方面，防止在接近催化剂表面的自由基最有效的地方产生盲区。因此，重要的是，优化光从灯至催化剂的活性表面的传输、生物体至表面附近的输送、以及自由基从表面至液体体积的输送。

各反应器布置有温度传感器34和液面传感器36。在如所见的流方向上的各反应器之后，布置隔离阀38。来自反应器的分支再次连接到与出口201连接的主管道40上，该出口设有用于将流导向船舶的压舱箱或导出船舶的位置阀(未显示)。出口管道还布置有隔离阀42。还布置有用于反应器的启动冷却流系统。其包括入口403，该入口来自布置有隔离阀43的船舶的冷却系统。管道44随后分支至所有的反应器并在这些反应器的隔离阀32之后连接到其主入口管道。在各反应器之后，返回分支46连接到主出口管道上，各返回分支布置有隔离阀48。返回分支连接到主返回管道上。

另外，本发明的系统布置有清洁单元50，该清洁单元包括注有液态的清洁介质的箱52。来自箱的入口管道54布置有泵56和位于泵的下游的隔离阀58。该管道随后分支为四个分支，各分支在其各个入口隔离阀32的下游连接到反应器上。各分支还布置有隔离阀60。在流方向上在各反应器之后和隔离阀之前，布置有分支62，该分支还布置有隔离阀64，各分支连接到返回至清洁单元的返回管道66上。清洁单元的箱布置有能够感测清洁液的液面的液面传感器68。所有的传感器经由电线而连接到控制单元上，该控制单元包含用于处置来自传感器的信号的合适的装置，基于信号的类型执行必要的动作，如以下将要描述。因此，控制单元包括处理器装置、存储装置、I/O单元以及用于通信的人机界面。控制单元还包括用于与船舶的其它控制系统进行通信的通信装置，其它控制系统例如为布置在指挥桥楼(commandobridge)上或引擎室内的控制面板。这是很重要的，因为船舶的其中一些压舱/卸压舱的功能不允许自动进行，而必须由熟练人员启动。本发明的控制单元的图形界面也可以被集成到船舶的其它控制系统中。

另外，尽管结合本发明已经或即将描述一些传感器、测量和控制装置以及阀，但是，应当理解，可以使用许多其它类型的测量和控制装置，这些对于本领域的技术人员来说已经是易于获得的。因此，可以结合气动的、液压的、电气电子的装置和通信装置及它们的组合来使用这些不同的装置。还应当理解，可以使用有线以及无线的通信系统，这些系统可以为模拟型或数字型或它们的组合。

系统旨在如下运行。

启动

当启动系统以例如进行压舱时，如下所述，系统是空的。反应器的紫外灯需要一段时间来启动且它们在运行中产生大量的热，因而在启动期间必须对它们进行冷却。在该阶段，不能用要处理的压舱水对它们进行冷却，因为在启动阶段，这些紫外灯并未完全运行。因此，在该阶段有必要使冷却流穿过反应器。所以，关闭主管道的阀22，并打开被布置在来自船舶的冷却系统的入口管道上的阀43。来自冷却系统的流流过分支的开式阀45并进入反应器10，而反应器的各主管道的隔离阀32关闭，从而不产生回流。如果因某种原因不启动其中的一个反应器，那么，关闭冷却液的该反应器的分支阀。

这样，液体流入反应器并将其注满。在该阶段，关闭返回分支的隔离阀48、主出口管道38以及清洁分支64。反应器的注入由各反应器的液面传感器36感测。当传感器示意已注满反应器时，向控制单元发送信号。随后，下一步骤是启动反应器的灯76。在启动期间，虽然优选地依次启动灯，但是，也可以通过逐步地将流向灯的电流从零增大至满额而“软”启动灯。由于使灯完全运行需要一些时间且由于其产生热量，因而必须有穿过反应器的流。返回分支的隔离阀48随后打开，以允许冷却液的流。温度传感器持续地监视反应器内的温度。也可以将启动时期设置为使得经过诸如四分钟的一段根据经验得知的时间之后，反应器准备好使用。作为代替，也可以测量灯的驱动单元上的电压，该电压与灯的运行温度相对应。

压舱

在一段时期之后，灯运行且反应器准备好处理压舱水。控制单元向船舶的控制单元发送系统已准备进行压舱的信号或信息。随后，由负责压舱的人员从船舶的控制单元启动压舱水泵。在系统中，主管道隔离阀22保持关闭，通向过滤器的分支阀23以及阀26打开。反应器的入口阀32和出口阀38以及主出口阀42也分别打开。由压舱水泵抽入的压舱水因而被引导穿过过滤器。这可以包括能够将诸如虾、贝类、海草等的较大成分从水中分离的许多不同过滤方案。在过滤器之后，接着通过反应器的各个主入口通道供给水。冷却系统分支的入口阀和出口阀均关闭。然后，通过上述的AOT技术来处理水，以有效地杀死水中的所有生物体。随后，引导水经由主出口管道进入压舱水箱。

卸压舱

当在卸压舱期间处理来自压舱箱的水时，通过压舱水泵将水从压舱箱抽入主入口管道。这时，关闭过滤分支的隔离阀23且打开主入口管道的隔离阀22。因此，在卸压舱期间，水不通过过滤器，而是被直接泵送并穿过反应器。在出口设有位置阀，使得水被泵送入海洋。

系统优选地布置有能够处置还含有空气的压舱水的泵、阀以及传感器。这是在所谓的压舱箱的清舱期间的情况，即当它们完全被清空时的情况。为了能够去除压舱水的最后体积，使用了利用风险效应(venture-effects)的特殊类型的气动的泵/喷射器。因此，最后的体积包含大量的空气并具有低流量。优选地系统包括能够测量清舱的压舱水中的空气的量的传感器。具有能够感测压舱水中的油的存在的传感器也是可行的，这可能是压舱水的最后的体积中的情况。

如上所述，通过使用泵将压舱水箱注满或清空多次。然而，压舱水箱可以放置在船舶中的许多地方，并且，有时可以将箱放置在高于压舱水系统的排出口或低于压舱水的进入口的高度。在这些情况下，并没有多次使用泵，而是通过仅使用重力来将箱清空或注满。本系统也能够处置这些情况，因为随后将流引导穿过反应器且对水进行处理，尽管该流具有较低的压力。由于较低的压力，该过程将会较慢，但系统的控制程序、传感器以及不同的功能被编程以处理该情况。当系统的流传感器和压力传感器，例如进入管道上的28和29，感测到流和压力已经减小至一定水平时，发送信号以启动压舱水泵。

在压舱和卸压舱期间监视反应器

在处理压舱水期间，持续地监视反应器。如果由温度传感器34感测的一个反应器的温度上升超过设定的温度限制，则向控制单元发送信号，从而立即关闭该反应器的灯，并向船舶的控制面板发送警报信号。如果这样的温度传感器损坏，也发送警报信号并关闭反应器。然而，在启动期间，用于冷却系统的阀45、48不关闭，而允许流穿过反应器。但是，在运行期间，关闭到反应器的主入口管道的隔离阀32和主出口管道的隔离阀38并向控制面板发送警报信号。为了进一步加强反应器的运行的安全方面，可以包括压力传感器，如果压力下降，则压力传感器发出警报并关闭反应器。

同样在启动期间，如果因反应器未被恰当地注满而启动其中一个反应器中的液面传感器36，则向控制单元发送警报信号，这触发关闭该反应器的灯的信号。冷却系统的入口和出口分支的隔离阀关闭。

反应器中的各个灯布置有能够示意灯是否处于运行中的控制装置。如果反应器中的至少一个灯和/或足够的灯发生故障且不确保充足的紫外功率，则向控制单元发送信号，并立即关闭该反应器。这意味着，该反应器中的所有灯被切断且通向该反应器的主管道的入口隔离阀和出口隔离阀被关闭，以确保未处理过的水不能流过有故障的反应器。

在关闭反应器后，控制单元通过流传感器28按照运行中的反应器的数量来检查穿过主管道的实际的流。如果流高于反应器的容量，则产生警报并向船舶的控制面板发送，示意流速率超过规定的速率并减小流。

压舱处理的控制单元不能控制和调整流速率，因为这可能在压舱和卸压舱期间危及船舶，这只能由船舶的指挥桥楼上的熟练人员或机械人员进行。然而，他们必须按照警报行动并采取适当的措施。同样，如果压舱水泵因某种原因而被切断或损坏，由传感器感测到该情况，并向控制单元发送信号，由此切断反应器并关闭反应器的主入口管道和主出口管道的隔离阀。

穿过压舱水处理系统的流和来自传感器的所有信号均被记载，以保有处理过程的记录。

压舱和卸压舱的停止

当在压舱/卸压舱之后要停止系统时，执行某些步骤以确定未处理的水不能离开船舶。当已经执行压舱且使用过滤器时，在停止之前，先反向冲洗过滤器。过滤器的出口阀26随后被关闭并由控制单元启动反向冲洗。用于反向冲洗的水在通过过滤器后返回海洋。这是可以进行的，因为仅在压舱期间使用过滤器，并在压舱之后立即执行反向冲洗，因此在未处理的水离开船舶的时刻不存在风险。然后，将灯切断并关闭反应器的入口管道和出口管道的隔离阀以及主出口隔离阀。

接着，从反应器排出剩余的水。这通过利用清洁单元的管道系统来完成。通常，通向反应器的清洁系统的入口管道和出口管道被布置在反应器的底部。为了排空反应器，将清洁单元的入口阀60和出口阀64打开。关闭清洁单元的主管道的入口阀并打开位于该入口阀的下游的分支。该分支与箭头460所示的船舶的污水箱连通。因此，反应器的未处理的水被导向污水箱且因而不能离开船舶。

系统还设有待机功能。如果已经开始压舱操作或卸压舱操作，而这因某些原因而必须暂时停止时，关闭通向反应器的主管道的阀并打开冷却液分支，允许冷却液在反应器中循环。这样，在该暂时停止期间，不需要关闭反应器的灯，否则，如果首先必须将系统完全关闭，再如上所述地启动，将花费较长的时间。

灯的清洁

在排空反应器之后，对灯进行清洁，即，在每个压舱水清洁过程之后，对灯进行清洁。这由清洁单元进行。优选地分别清洁各反应器。因此，打开一个反应器的入口阀32和出口阀38。还打开清洁单元的主入口阀60和主出口阀64，并启动泵56。这样，用来自箱的处理液冲洗反应器一段时间。由于沉积在灯上的膜是碱性的，因而优选地处理液可以具有低的pH值。处理液的一个示例包括对环境无害的乳清和柠檬酸。其中的大部分清洁液在后续的清洁过程中被再次使用。然而，当已经执行了一定次数的清洁过程时，该清洁液包含大量的沉淀物以及其它污染物，以致不得不将其更换。

在清洁过程后将反应器再次注满而不将它们排空当然是可行的。优选地，随后用淡水将它们注满，可能还加入腐蚀抑制剂、防腐剂，例如具有良好的摄取能力和接合离子的磷酸盐。在该方面，可以经由单独的管道回路来将单独的淡水箱连接到反应器上。

在系统的上述实施例中，描述了四个反应器。然而，应当理解，根据将要处理的压舱水的体积，反应器的数量可以从仅有一个反应器到相当大的数量。还应当理解，利用紫外辐射而不是上述AOT系统的其它处理单元也可用于本发明。在该方面，可以利用覆盖整个紫外光谱100-400nm的紫外产生装置。

如上所述，AOT净化器布置有许多灯。驱动单元连接到各灯上以对其进行操作，该驱动单元被放置在机壳120内。紫外灯的运行要求各驱动单元向灯提供足够的能量。这又意味着驱动单元在机壳内放出大量的热，必须对该热进行处理，以使机壳内的构件不过热。由于机壳可能被放置在要求其满足抗爆炸方面的安全性要求的环境中，即所谓的EX等级设备，因而机壳被布置为充分地气密。

图4显示了根据本方面的一个方面的冷却装置的一个实施例。该冷却装置被布置到机壳120上，该机壳由适应其要被置于其中的环境和气候的材料制成。例如，其可以由单壁或双壁的金属板制成，该金属板具有涂层以抵抗例如潮气、盐水等。在严酷的环境中，其也可以由不锈钢制成。如果该机壳是双壁的，则其可以如下所述地具有绝热体。机壳被布置为满足关于爆炸性安全环境的标准，即充分限定在标准等级内的所谓的EX等级。机壳布置有前门122，该前门具有用于关闭门并将门保持锁住的锁装置(未显示)。密封件(未显示)布置在门和机壳之间，以从周围密封机壳的内部。气密的密封件还布置在所有诸如电缆的贯穿部件的周围。

在机壳内，为了净化反应器灯而布置驱动单元124。驱动单元包括用于灯的驱动变压器和其它装置，驱动变压器包括能够输送电力以操作灯的单元。作为标准，机壳包含用于被布置在一个反应器内的十个灯的十个驱动单元。各驱动单元布置有许多风扇，例如三个，这些风扇能够使驱动装置周围的空气循环，以对它们进行冷却。将驱动单元直接附连在底盘或面板126上，形成冷却装置的一部分，并且，该面板构成机壳的后面板。优选地后面板由诸如铝的厚金属板制成，优选地至少15mm厚，这是良好的热传导材料。用多个螺钉将后面板牢固地附连到机壳上，这些螺钉适合机壳内的配合螺纹孔。另外，密封件128被布置在后面板和机壳之间，以确保EX等级。有许多材料适于密封，例如橡胶、多种塑料等。在后面板的外表面上布置有冷却回路130。在所显示的实施例中，该冷却回路包括由抗腐蚀的材料制成的管路，该管路弯曲多次并覆盖后面板的主要部分。管路由固定板132保持就位，该固定板例如由形成为包含并固定管路的压延铝制成。以适当的方式用螺钉将固定板安装到后面板上。固定板还布置有纵向槽134。在管路和固定板之外布置有隔热板136，其覆盖后面板。如图5所示，通过将自攻丝螺钉138拧入与固定板的纵向槽134配合的孔中，从而拧入槽内，将隔热板附连到冷却单元上。

在该方式中，冷却管道与后面板接触，并且，机壳内的发热设备被附连到该后面板上。在冷却管道之外，隔热板确保来自冷却介质的致冷不向环境扩散。由于后面板的厚度，其作为热传导装置而良好地起作用并还给附连到面板上的构件提供良好的支撑。另外，也可以在后面板上形成带螺纹的安装孔且不必贯穿。后面板还布置有紧固装置，例如用于将机壳附连到墙壁或其它平面上的贯穿孔140。

优选地冷却管路连接到船舶的低温(LT)水回路上，该水回路是具有受控的温度的闭合回路并还被用来冷却船舶的其它设备。如果没有低温水可用，则可以使用海水。海水的一个优点是其相对于温度变化比较稳定。为了对于不同类型的冷却介质而确保管路的功能并避免腐蚀，优选地管路由不锈钢制成。可以持续地进行水穿过冷却管路的循环，即，不必根据机壳内的设备的运行来接通或断开该循环。

当使用多于一个反应器时，或对于一个反应器使用多于一个机壳时，可以将机壳放置在常见的控制台142上，该控制台又被附连到反应器10上，以具有如图6所示的紧凑的节约空间的方案。在该情况下，各机壳布置有如上所述的它们自己的冷却装置。根据本发明如图7所示具有常见的冷却装置144也是可行的。在该情况下，控制台可以构成和/或包括机壳的后面板，并包括冷却管路。在该情况下，冷却管路的尺寸可能需要大于单个的机壳。

如果出于某些原因而不推荐或不适合在冷却管路中使用外部的冷却介质，那么也可以考虑将闭环的冷却管路附连到后面板上且与小的热交换器连通。如上所述，无论设备是开还是关，冷却介质的循环都可以是持续的。然而，可以将温度传感器放置在机壳内，或者可以使用被布置到各驱动单元上的温度传感器来测量机壳内的整体温度。如果温度升到当前值以上，这可以触发冷却装置中冷却介质的循环量的增加。

虽然按照布置有后面板的方式描述了冷却装置，但是本领域的技术人员意识到根据本发明的冷却装置可以为机壳的任一个壁的一部分。例如，如果冷却要求高，则可以将冷却装置布置在机壳的背面和侧面。如果周围的温度高于机壳内的温度，还可以考虑在机壳的未布置有冷却装置的壁上具有绝热体。

图8显示了本发明中所包括的冷却装置的另一个实施例。将机壳120安装在反应器10上，或者放置在其附近。将气/液热交换器150放置在机壳120内。热交换器以与上述相同的方式连接到冷却水回路的入口152和出口154上。还在热交换器的附近放置风扇并使其指向为吹动空气穿过热交换器。该冷却装置工作使得冷却液流过热交换器。该风扇使被热交换器冷却的空气散布在整个机壳内，确保对构件进行恰当的冷却。在该方面，机壳可以布置有能够将空气导向特定的区域和构件的挡板和引导装置。

以上系统中所用的过滤器可以为图9所示的类型。其包括壳体220，该壳体具有用于要过滤的水的主入口222和主出口224。在该壳体内，如图10a所示，将许多通常为圆柱形的过滤部件226布置成使得被过滤的水穿过过滤部件。过滤部件的设计可以为能够过滤出大于50微米的颗粒的楔形的金属丝过滤器的类型，该类型是过滤器设计的一种常见类型。然而，应当理解，也可以利用能够过滤出大于一定尺寸的颗粒的其它类型的过滤部件。

当压舱过程完成后，清洁过滤器以去除所过滤出的颗粒和生物体。为了进行这一步，如图10b所示，反向冲洗过滤器。穿过过滤器的流因而反向。接着，将通向过滤器的出口阀和入口阀布置使得入口侧关闭并使来自海洋的进入的水穿过过滤器的入口。另外，向过滤器的单独的回流出口226供给过滤清洁液，该出口226随后连接到如图11所示的具有进入海洋的排放出口29的管路228上。

该反向冲洗操作的一个问题为在回流出口管路228中将残余一些液体，这些液体被来自压舱位置的生物体沾染，尤其是被过滤出且随后在反向冲洗期间从过滤器去除的生物体沾染。当在后续的在另一位置处的压舱操作之后进行后续的回流清洁时，来自上一个位置的回流管路中的被沾染的水将在新的位置被排放。

为了消除该问题，本发明提供了一种处置水并避免任何沾染的方案。

根据本发明的一个方面，在关闭系统之前，多于一次地反向冲洗过滤器，从而降低反向冲洗管路中的生物体的数量。对于每个反向冲洗序列，沾染将会减少，这将降低管路中的生物体的数量。

根据本发明的另一个方面，当压舱水操作完成时，利用淡水来或者仅冲洗反向冲洗管路，或者还冲洗过滤器，从而将被沾染的水排回其原来的地方，而且使在反向冲洗管路中仅具有淡水。

可以进行例如两次反向冲洗序列，以完全清洁反向冲洗管路。还可以使用热的自来水来进行冲洗。用热的自来水可以清洁过滤器并去除沾染物，而且还可以用热水来消毒过滤器以及反向冲洗管路。当使用来自船舶的自来水时，无论冷热，均可以使用来自自来水系统的现有压力，由此，不需要诸如泵的其它压力装置。由于当船舶依然在出发地时，过滤器为了该操作仅需要在几个小时内被注满，因而将不对淡水系统的船上容量产生大的影响。可以不使用自来水，而使用引擎冷却水来进行冲洗，以持续地清洁过滤器和反向冲洗管路，这在船舶位于由国际海事组织定义的公海时也是可能的。当然，如上所述，可以用来自清洁过程的温水来注满未使用的反应器。

根据本发明的又一方面，可以用某种清洁过程来处理残留在反向冲洗管路中的被沾染的水。例如，如图11所示，可以将包含处理单元242和循环泵(未显示)的回路240布置到反向冲洗管路上，优选地连接到反向冲洗管路228的两端上。处理单元例如可以包括AOT单元，该AOT单元以与上述的压舱水处理系统的处理单元相同的方式起作用。

当然，使用蒸汽或水汽以作为用于过滤器和反向冲洗管路的处理流体也是可行的。随后将用于产生蒸汽且优选地还加热蒸汽的合适的装置布置为连接到系统上。加热过的蒸汽随后将具有与热水相同的消毒功能。还可以在本系统中具有水和蒸汽的组合。另外，也可以使用诸如臭氧的气体来处理过滤器和反向冲洗管路，可以单独使用气体或与其它流体结合使用。

当使用了过滤器并在短时间内不再使用时，有利的是用热水将其注满，以防止过滤器内部的污垢。如以上结合反应器所述，可以对水添加抑制剂和防腐剂。

根据本发明的控制系统还可以包括用于自动执行反向冲洗管路清洁的控制装置。过滤器例如可以包括阀控制装置以及连接到控制系统上的传感器。如果过滤器布置有能够感测过滤器上的压降的压力传感装置，则随后例如可以自动启动反向冲洗操作。如果压降超过一定的限制，则系统将启动自清洁循环。当然，也可以手动启动反向冲洗操作。系统还可以设有计数器，该计数器对反向冲洗过滤器的次数进行记录。

作为一个示例，以下将描述过滤操作。在压舱操作的末尾，由控制系统关闭压舱系统的被远程控制的主要的入口阀和出口阀。接着，将位于过滤器底部的连接到反向冲洗管路上的被远程控制的阀打开，并将过滤器放水一段时期。随后，关闭位于过滤器底部的阀并用来自淡水入口管道的热的淡水注满过滤器。当过滤器壳体内达到某个压力时，反向冲洗/排出序列开始一个完整的排出循环，以冲洗反向冲洗出口管路并穿过排放开口直至船外。在此之后，关闭热的淡水的入口，并且，为了在过滤器壳体不用期间最佳地保护过滤器，使位于过滤器底部的阀以及反向冲洗管路保持用热的淡水充满。

还应当理解，以上描述的且在附图中显示的示例被认为是本发明的非限制性示例，并且能够在权利要求的保护范围内对它们进行修改。

Claims (45)

1.一种用于处理被沾染的压舱水的系统，包括水的入口和出口、连接到所述入口和出口上的管路、连接到所述管路上的至少一个处理单元，所述系统能够在运行期间处理压舱水，该压舱水流过所述单元、用于所述压舱水的过滤装置以及用于控制穿过所述管路、处理单元以及过滤装置的流的阀装置，其特征在于，控制单元，其被布置且能够管理和控制启动、压舱、卸压舱、清洁以及所有的故障功能和状况期间的所有不同的过程步骤，由此防止被沾染的水离开该系统。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，在压舱期间该控制单元通过所述管路和阀装置在水进入处理单元之前引导水穿过该过滤器。

3.根据权利要求1或2所述的系统，其特征在于，在所述处理单元的启动期间，向所述处理单元提供未被沾染的水，并且，仅当所述处理单元运行时，供给被沾染的压舱水。

4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，液面传感器包括在所述处理单元中且连接到所述控制装置上，该液面传感器能够感测水位，并且如果所述水位低于一定的阈值，则该液面传感器能够发出警报，导致所述处理单元关闭。

5.根据上述权利要求中任一项所述的系统，其特征在于，温度传感器包括在所述处理单元中，能够感测温度，并且如果所述温度低于一定的阈值，则该温度传感器能够发出警报，导致所述至少一个处理单元关闭。

6.根据上述权利要求中任一项所述的系统，其特征在于，所述处理单元包括紫外辐射装置，所述控制装置能够感测所述紫外辐射装置的功能，并且如果所述紫外辐射装置发生故障，则所述控制单元能够发出警报，导致所述至少一个处理单元关闭。

7.根据权利要求5或6所述的系统，其特征在于，所述警报还包括由于该至少一个处理单元的关闭而调整穿过该系统的压舱水的流的要求。

8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，将穿过该系统的压舱水的流与所述至少一个处理单元的实际处理能力一起记录。

9.根据上述权利要求中任一项所述的系统，其特征在于，所述系统包括用于在压舱过程的末尾反向冲洗所述过滤器的装置。

10.根据上述权利要求中任一项所述的系统，其特征在于，用于在完成处理过程之后清空所述至少一个处理单元的装置，由此该控制单元通过该管路和阀装置能够将被清空的水引入船舶的污水舱。

11.根据权利要求10所述的系统，其特征在于，所述系统还包括清洁单元，该清洁单元包括清洁液，由此，该控制单元通过该管路和阀装置能够将清洁液引入所述至少一个处理单元。

12.根据上述权利要求中任一项所述的系统，其特征在于，该控制单元还包括用于向船舶的整个控制系统通报状态、动作以及警报的通信装置。

13.为了船舶上的压舱操作而根据权利要求1～12中任一项所述的系统的使用。

14.一种在系统中处理被沾染的压舱水的过程，该系统包括水的入口和出口、连接到所述入口和出口上的管路、以及连接到所述管路上的至少一个处理单元，所述系统能够在运行期间处理压舱水，该压舱水流过所述单元、用于所述压舱水的过滤装置以及用于控制穿过所述管路、处理单元以及过滤装置的流的阀装置，其特征在于，管理和控制启动、压舱、卸压舱、清洁以及所有的故障功能和状况期间的所有不同的过程序列，由此防止被沾染的水离开系统。

15.根据权利要求14所述的过程，其特征在于，所述过程还包括在压舱期间，在水进入处理单元之前引导水穿过所述过滤器的步骤。

16.一种用于控制根据权利要求14或15所述的过程的方法。

17.一种控制单元，包括计算机代码装置和/软件代码部分，用于使布置在所述控制单元中的处理器执行权利要求16的方法的功能。

18.一种用于根据权利要求17所述的控制单元的计算机代码装置和/或软件代码部分。

19.一种用于权利要求1的系统中的机壳，该机壳旨在且布置成包含发热构件，其中，所述机壳是充分气密的，且该机壳还包括冷却装置，该装置包括：热传导面板，其能够附连到所述机壳上，而且，当附连时布置为靠近所述发热构件；管道，其被布置到所述面板上并能够连接到冷却介质上；附连装置，其用于将所述管路附连成与所述面板接触，并且还包括被布置在所述管路之外的绝热体。

20.根据权利要求19所述的机壳，其特征在于，所述面板构成壁部且被密封地附连到所述机壳上。

21.根据权利要求19或20所述的机壳，其特征在于，所述发热构件被附连到所述面板上。

22.根据权利要求20或21所述的机壳，其特征在于，所述面板的面对该机壳内部的表面布置有冷却翅片。

23.根据权利要求19-22中任一项所述的机壳，其特征在于，所述面板具有至少15mm的厚度。

24.根据权利要求19-23中任一项所述的机壳，其特征在于，所述紧固装置包括细长的外形，该外形具有用于容纳所述管路的通道。

25.根据权利要求24所述的机壳，其特征在于，所述细长的外形还包括紧固装置。

26.一种用于权利要求1的系统中的机壳，该机壳旨在且布置成用于包含发热构件，其中，所述机壳是充分气密的，且该机壳还包括冷却装置，该装置包括能够连接到冷却介质上的热交换器，布置成接近所述热交换器并能够使空气穿过所述热交换器并在所述机壳内分布的风扇。

27.一种向根据权利要求19-26中任一项所述的机壳提供冷却介质的方法，该方法包括将所述管路连接到船舶的低温水回路上的步骤。

28.一种清洁被布置在根据权利要求1所述的压舱水处理系统中的过滤器的方法，其中，该管道系统包括位于所述过滤器和排放出口之间的反向冲洗管路，该过滤器被用来过滤被沾染的流体中的物体，该方法包括如下步骤：

-产生穿过所述过滤器和所述反向冲洗管路的反向冲洗流，以及

-用流体至少处理所述反向冲洗管路以从所述反向冲洗管路去除沾染物，该沾染物在所述反向冲洗流期间已经从该过滤器去除。

29.根据权利要求28所述的方法，其特征在于，还用流体来处理所述过滤器。

30.根据权利要求28或29所述的方法，其特征在于，执行多次流体的流以确保从反向冲洗管路去除沾染物。

31.根据权利要求30所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：每次该反向冲洗流反向冲洗该管道或该过滤器时，将新鲜的流体加入到该反向冲洗管路或过滤器中，或者这两者中。

32.根据权利要求28或29所述的方法，其特征在于，所述流体是从包括淡水、蒸汽和气体的组中选出的一种或多种流体。

33.根据权利要求32所述的方法，其特征在于，该气体是臭氧。

34.根据权利要求32所述的方法，其特征在于，所述淡水取自船舶的自来水系统。

35.根据权利要求32所述的方法，其特征在于，所述淡水取自船舶的引擎冷却系统。

36.根据权利要求32、34和35中任一项所述的方法，其特征在于，在处理之前加热所述淡水。

37.根据权利要求32所述的方法，其特征在于，该流体是水和/或蒸汽和/或气体的组合。

38.一种用于清洁布置在根据权利要求1所述的压舱水处理管道系统中的过滤器的系统，该管道系统包括位于所述过滤器和排放出口之间的反向冲洗管路，该过滤器已经被用来过滤被沾染的液体中的物体，并包括：用于产生穿过所述过滤器和所述反向冲洗管路的反向冲洗流的装置，以及用于用流体至少处理所述反向冲洗管路以从该反向冲洗管路去除沾染物的装置，该沾染物在所述反向冲洗流期间已经从该过滤器被去除。

39.根据权利要求38所述的系统，其特征在于，所述系统还包括用于用流体处理所述过滤器的装置。

40.根据权利要求38和39中任一项所述的系统，其特征在于，所述系统还包括能够自动执行根据权利要求28-37中任一项所述的方法的控制装置和传感器。

41.根据权利要求39所述的系统，其特征在于，所述控制装置和传感器包括压力传感装置，该压力传感装置能够感测所述过滤器上的压降，并且，如果压降超过一定的阈值，则启动根据权利要求27-36中任一项所述的方法。

42.根据权利要求38-41中任一项所述的系统，其特征在于，所述系统还包括用于提供流体的装置，该流体选自包括淡水、蒸汽和气体的组。

43.根据权利要求42所述的系统，其特征在于，所述淡水装置是船舶的自来水系统。

44.根据权利要求42-43中任一项所述的系统，其特征在于，所述系统还包括用于加热所述流体的加热装置。

45.根据权利要求42所述的系统，其特征在于，所述淡水装置是船舶的引擎冷却系统。

Images