CN108349573A - 船舶的压载水自动管理装置及其工作方法 - Google Patents

船舶的压载水自动管理装置及其工作方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及双壳体船舶的压载水自动管理装置，更加详细地，涉及如下的船舶的压载水自动管理装置：将一体式压载水舱的结构分为多层式结构的压载水舱，并用海水填充各个压载水舱，从而执行通过压载水维持吃水线的原始功能，并且通过设置结构和装置来使压载水舱的海水作为被用作冷却水、生活用水及杂用水等的海水来使用，由此综合管理在船舶中所使用及管理的海水，并在船舶航行的过程中，可持续且依次交换压载水舱的海水。

Description

船舶的压载水自动管理装置及其工作方法
技术领域
本发明涉及双壳体船舶的压载水自动管理装置，更加详细地，涉及如下的船舶的压载水管理装置：将一体式压载水舱的结构变更为多层式结构的压载水舱，执行通过压载水维持吃水线的原始功能，并且设置能够使压载水舱的海水作为被用作冷却水和杂用水等海水来使用的结构和装置，由此综合管理在船舶中所使用的海水，作为如上所述的装置，在船舶航行的过程中，以持续且依次交换压载水舱的海水的方式管理船舶压载水。
背景技术
自1993年以来，随着新造船的双壳体义务规定，韩国的造船业蓬勃发展，自2005年起，不具备双壳体的船舶被强制退出，但实际情况为，在韩国仍然有单壳油轮在航行，因而尚存溢油的风险，且船舶保险费也定得很高。与此相关地，压载水管理装置(Ballast Watermanagement system)市场也迎来了新的机遇。
船舶的压载水管理装置(Ballast Water management system)受联合国(UN)所属国际海事组织(IMO)的压载水管理公约(BWM Convention)的管制，韩国也于2009年起通过海洋污染防止法进行管制。上述公约若被相当于全世界舱位数量的35％的国家批准，则在12个月后生效，截止2015年1月30日，已获得相当于32.86％的44个国家的批准。即，至少在一年内可知公约的生效日。韩国以船舶压载水管理法(海洋水产部公告第2015-37号，2015年4月1日)作为法律依据(摘自“压载水吃水线和满载吃水线-韩国船级钢板船规则”，参照图8)。
货船等船舶在未装载货物的状态下其重心上升至螺旋桨不被淹没的程度，因而不仅无法航行，而且被波浪颠覆的风险很高。因此，可通过降低重心来在螺旋桨被淹没的情况下航行，并维持稳定的状态。为了执行这种功能而在船体内保管海水，将这种海水称之为压载水，并且需要用于保管压载水的空出的空间。在满载货物后船舶最大限度被淹没的位置称之为满载吃水线(DLWL)，螺旋桨淹没程度的位置称之为压载水吃水线(BWL)。
图9示出普通船舶的载重吨(Dwt)与压载水量的相关关系表(引用韩国船级资料)，并示出多个货船的压载水装载量。据此，船舶相对于货物量需要装载50％量的海水，众所周知，用于装载并排出压载水的燃料使用量在船舶的燃料使用量中约占3～5％。(引用美国海岸警卫队(US Coast Guard)资料)。根据2004年度发行的韩国船主协会的海运年报，上述费用与韩国所有航运公司的净利润相似。
一般情况下，用于双壳体货船的压载水舱的结构如图10所示。图10作为压载水舱结构的剖视图，示出船底舱、斜边舱、船侧舱及顶边舱。
依据法律规定，以如图11所示的方式详细规定船舶内用于供给压载水的设备及装置。图11示出与普通压载水装载设备相关的船级规则。
图12为普通压载水舱的配置示意图。
通常所使用的船舶压载水管理方式大致分为三种。
隔离方式为在因船舶压载水的污染严重而难以净化或无法净化的情况下所使用的方式。
处理方式为通过电解、紫外线处理、化学物质处理、等离子体处理等多种方式在对含有生物体的船舶压载水的生物体进行杀灭处理之后实施过滤的方式。
交换方式为在船舶压载水的污染不严重或处理量少的情况下主要使用的方式。
图13示出由联合国国际海事组织所属海洋环境保护委员会(MEPC)建议的船舶压载水管理方法。
当前通常所使用的船舶的压载水管理系统(BWMS)在以在压载水舱内装载海水的状态移动至目标港口之后，为了装载货物而排出压载水，在此过程中，产生含有禁止移动的生命物种的大量的活性物质。
图14示出禁止移动的生命物种(摘自2004年11月24日的韩国KBS1TV)。
根据用于对联合国所规定的10种禁止移动的生命物种进行杀灭处理而使用的多种方法，压载水含有污染物质，将含有上述污染物质的压载水、舱底用水、卫生间用水、清洁用水等统称为活性物质，为了防止由上述活性物质所引起的生态系统絮乱及海洋污染而实施的制度即为防止船舶中发生的海洋污染的国际防止船舶造成污染公约(MARPOL 73/78Protocol)。
每年有130亿吨以上的船舶压载水移动，而每天约7000多种禁止移动的海洋生物横过大洋并移动，从而不仅扰乱海洋生态系统，而且传播病原菌，因而使全世界的港口在遭受重创。
尤其，在美国的萨皮克(Chesapeak)湾附近发生的生态系统絮乱对周边的鲟鱼养殖造成了沉重打击，由此发生了年10亿美元(US Dollar)以上的恢复重建费用，而且对五大湖内部也造成了打击，因而使五大湖内部遭受当地生命物种消失等严重的生态系统扰乱。这种事件在导出联合国生命物种多样性公约(UNCCD方面还起到了讽刺性作用。
通过装载于船舶来移动的活性物质在进入目的港口之前，需要在离海岸20英里以上且水深为500米以上的公海上交换并排出压载水，并且需要交换以往压载水装载量的三倍，由此去除禁止移动物种的95％以上。
图15示出公海上的排出规定(摘自韩国KBS TV)。
如上所述，以往所使用的船舶的压载水管理系统(BWMS)存在如下问题：因禁止移动的生命物种移动而造成全世界海洋生态系统的扰乱，用于交换船舶的压载水的能源使用量非常多，达到船舶的燃料使用量的3～5％，因而费用负担大，用于处理活性物质的处理装置的设置及维护维修费用大，当交换船舶压载水时，尚存沉船风险，由于为了交换船舶压载水而停留在公海上的时间而造成减少航行次数等，所遭受的经济损失大。
并且，因压载水舱的结构而发生船舶的结构被扭曲的现象，随着为防止上述现象而加强压载水舱的结构，使钢材结构部件的设置量增加，从而存在船体的重量增加等结构力学问题。
发明内容
技术问题
本发明为了解决上述现有技术的问题而提出，以往的船舶压载水管理装置以如下方式构成。
船舶在航行中以多种用途来使用海水。为了使用海水，在机舱的船底面或船侧面设置用于使海水流入的流入口装置，将上述流入口装置称之为海底门(Seachest)。在上述海底门附着有作为开闭装置的阀(Valve)。在关闭上述开闭装置的状态下，形成水密结构以防止海水流入。若打开位于船底的开闭装置，则使海水借助自然压力来流入，并且使海水因船体的重量而流入至压载水吃水线。
为了使海水流动而在机房或泵房设置泵。通常使用通过电能工作的泵。通过上述泵和与海水流入口开闭装置相连接的管类(配管及配管零部件)来使海水流入所需位置。根据海水的用途来使用压载水泵、冷却水用泵、消防用泵、机械装置用泵、生活用水用泵、舱底泵等多种泵。
根据海水的用途来以独立的管理方式对压载水管理装置和普通目的的海水管理装置进行操作。
设置压载水储存舱，以在双壳体的结构物储存海水来形成使船舶淹没的重力。通过设置船底舱、船侧舱、斜边舱、顶边舱或翼舱等来填充压载水的水量。这些术语是为了当竖直观察时用于区分上部和下部。被称之为船头舱、中央舱、船尾舱等的术语用于区分船舶的前侧和后侧。在双壳体结构船舶中，除了船底舱之外，压载水舱的大部分以一体式结构来设置，因而若压载水舱的水被排出，则压载水舱的最上部空间保持为空的空间。借助为了调节压载水舱的水位而设置于上甲板的止回阀来供给压载水并填充压载水舱。
在为了装载货物而排出压载水的情况下，通过打开与压载水舱相连接的开闭装置来运行泵，从而向船外排出压载水，排出管设置于船侧。
通过具有这种结构的以往的船舶压载水管理装置流入到船舶内部的压载水中含有禁止移动生命物种，由此存在引起海洋生态系统扰乱的问题。
并且，船舶在吸入海水后，除压载水之外还以多种用途来使用。主要用作机械装置用的海水以引擎冷却用冷却水、发电机冷却水、主空气压缩机冷却水、尾管润滑油冷却水、锅炉用冷却水等用途来使用，为了作为消防用水、清洁用水、厨房用水、淋浴用水、马桶用水等生活用水来使用，利用调水器将海水变更为淡水来使用，因而还设置有用于上述生活用水的保管用舱。由于这种理由，在船舶航行的过程中，海水会持续流入及排出。
韩国授权专利10-1206025的船舶的淡水处理系统中公开了通过对海水进行淡水化处理来使用的装置。
上述装置存在如下问题：用于吸入被用作压载水的海水、机械装置用海水以及用作生活用水的淡水化处理装置(调水器)用海水的能源在船舶的燃料使用量中约消耗10％以上。
为了解决问题，通常需要分析相关要素之间的相互作用。图16为对通过压载水引起生态系统扰乱问题的原因进行分析的关联图。
通过分析问题的关联性，可知上述原因为如下。
一种原因在于，含有禁止移动生命物种的海水的流入。
一种原因在于，被流入的海水中所包含的禁止移动物种在船舶的航行期间内引起变异、生长或产生其他毒性物质，因而加深污染。
一种原因在于，含有禁止移动生命物种的压载水在航行过程中以加深污染的状态排出。
若仅仅以消除个别原因的方式导出问题的解决方案，则无法知晓不容易看到的潜在原因，也难以导出根本的解决方案。因而还需要导出对于结构要素之间的相互作用的原因。
另一种原因在于，一体式压载水舱在航行的过程中，使其压载水继续被隔离并维持被保管状态。因而，因禁止移动的生命物种引起变异或排出毒性物质等行为而使压载水的污染加深。
如图17所示，导出用于解决问题的最佳解决方案。
寻找通过对现有的船舶压载水管理装置进行最小限度的改变来不排出海洋生态系统扰乱物质的方法。
如下图，对与最佳解决方案相同的命题进行重新整理。
通过对现有的船舶压载水管理装置进行最小限度的改变来使其排出与压载水排出海域的条件相同的海水。
为了解决问题，需要以如下方式重新定义问题的解决方案。
与船舶压载水排出海域的位置无关地始终需要排出与排出海域的条件相同的海水。为此，需要实施船舶的压载水持续排出并流入的方案。
解决问题的方案
为了实现如上所述的目的，本发明的双壳体船舶的压载水自动管理装置通过变更以往的一体式压载水舱来设置具有多层式水密隔板结构的多个压载水舱，在各个压载水舱设置水位检测装置和水位调节用开闭装置(阀)，具有与用于供给及排出压载水的泵相连接的配管及连接件，具有为了使压载水快速移动到位于船底压载水舱而与相邻的压载水舱相连接的旁通阀，具有用于灵活地调整压载水的供给及排出的电子调节装置(ECU)，具有根据船舶的航行条件通过排放或引入压载水及冷却水等杂用水来调节水位的海水调节装置。
并且，需要增加以往使用的压载水舱的体积。即，在设定最小计划压载水吃水线[Tbal(m)]之后，当设定通常压载水装载吃水线[Tbal-n(m)]时，将未用作压载水舱的一部分用作压载水舱，从而通过设置空间及装置类，即使排出压载水，也可维持通常压载水装载吃水线[Tbal-n(m)]。根据本发明，由于压载水舱的体积增加，因而使船舶比以往的通常压载水装载吃水线更加淹没。
发明的效果
如上所述的双壳体结构船舶的压载水管理装置涉及具有在双壳体结构的货船因未装载货物而以空船状态航行的情况下的压载水管理装置的方法，具有如下效果：本发明通过设置电子式自动调节装置来进行管理，以将储存于多层式多个压载水舱的海水用作冷却水及杂用水来使压载水持续且依次进行交换，从而综合以往二元化的船舶的海水使用方式来以电子式进行自动管理，并自动管理压载水。
并且，使最初流入海域的海水在航行途中均被排出，从而向港口排出与入港港口海域的海水相同条件的海水，因而具有预防由压载水引起的禁止移动的生命物种对生态系统的扰乱的效果。
并且，根据以往的方式，为了储存及排出压载水而使用的能量达到燃料的3～5％，这相当于船舶的净利润，但根据本发明，能够以用作冷却水及杂用水的能量来代替压载水的流入及排出，从而通过节能具有增加船舶利润的效果。
并且，航行途中持续交换压载水，因而具有满足需要在离海岸200英里以上且水深为500米以上的位置交换压载水的规定的效果。由此，船舶无需停泊在外港而进入港口，因而具有提高航行次数的效果。
并且，设置有多层式水密隔板结构的压载水舱，因而提高复原性，使因船舶的损坏而引起的淹没最小化来具有节约船舶保险费的效果。
附图说明
图1为示出本发明一实施例的通过船舶的海水综合管理方式的压载水管理方法的工作过程的流程图。
图2为示出以往压载水处理方式的管理方法的流程图。
图3为以往使用的多种用途的海水及淡水用配管图。
图4为以往的一体式压载水舱结构的剖视图。
图5为本发明一实施例的多层式压载水舱的设置剖视图。
图6为示出本发明一实施例的电子调节装置(ECU)的控制要素的框图。
图7为示出对船舶的海水进行综合管理的方式的流程图。
图8为普通船舶的压载水吃水线和满载吃水线-韩国船级钢板船规则的摘录图。
图9为普通船舶的载重吨和压载水量的相关关系表。
图10为普通压载水舱结构的剖视图。
图11为与普通压载水装载设备相关的船级规则。
图12为普通压载水舱的配置示意图。
图13为示出由联合国国际海事组织所属海洋环境保护委员会建议的船舶压载水管理方法的简图。
图14为示出禁止移动的生命物种的简图。
图15为示出公海上的排出规定的简图。
图16为对由压载水引起的生态系统扰乱问题的原因进行分析的关联图。
图17为用于解决问题的最佳解决方案。
具体实施方式
以下，参照附图来对本发明的实施例详细说明如下。
首先，参照所附的图1、图5及图6来对压载水自动调节装置的结构观察如下。
本发明的双壳体船舶的压载水自动管理装置包括：具有多层式水密隔板结构的多个压载水舱，通过变更以往的一体式压载水舱结构来设置；增设的水密隔板结构的压载水舱；水位检测装置，用于检测各个压载水舱的水位；水位调节用开闭装置(阀)；与泵相连接的配管及连接件；旁通阀，用于使压载水向相邻舱移动；与冷却水及杂用水相连接的配管及连接件；以及电子调节装置(ECU)等装置，用于灵活地调节上述各个要素。
此时，优选地，增设的水密隔板结构的压载水舱的体积与用作冷却水及杂用水的海水储存用舱的体积相同。
本开发技术具有根据用途以电子式自动管理以压载水、冷却水及杂用水等多种方式使用的海水的效果。
并且，通过上述技术，具有可以根本上预防以往的船舶压载水管理装置中无法执行的由禁止移动生命物种引起的生态系统絮乱问题的效果。通过附图来说明具体内容。
在未装载货物的状态下，通过开放图5、图6的流入及排出阀11、12、13、14来运行泵22、24，从而将压载水储存至船侧舱102的顶舱并开始航行。借助图6的水位检测器500来检测水位，并由控制部600以电子式调整各种装置。
若开始航行，则因引擎及各种机械装置的运行而需要大量的技术用水，从而以其他生活用水及杂用水用途来使用的海水会持续流入，此时通过储存这种海水来使用或通过泵持续吸入来使用。使用图1的船底压载水舱121的海水来用作冷却水等技术用水及杂用水，若使杂用水及排水部400装置进行工作来使用海水并向船外排出，则船底压载水舱121被清空。船舶淹没的水位到达最初设计的通常压载水装载吃水线。此时，控制部600通过控制来打开未被清空的船底压载水舱121的旁通阀62，相邻的压载水舱的海水通过旁通阀填充被清空的压载水舱。以相同方式，相邻的船侧舱123的海水重新填充被清空的舱。依次地，若船侧舱的顶舱被清空，则水位检测装置61向控制部发送信号来使海水流入阀11、12、13、14打开并使泵运行，若顶舱被填满，则泵22、24反复执行停止的动作。此时，各个压载水舱的海水交换所需的时间设置为30分钟至90分钟。通过以如上所述的方式持续且依次使用海水，在船舶航行的过程中，海水均被交换。
在利用部分区域所使用的压载水处理装置来处理活性物质之后在公海上进行交换的方式无论其采用何种方式，均排出与排出海域的海水完全不同的状态的海水，因而这种方法还额外产生其他问题。
且，本开发技术通过研发在航行途中使压载水被持续且依次交换，在航行海洋的情况下，不仅经过从海岸距离20英里以上且水深为500米以上的海域，而且交换压载水，因而具有不仅满足国际海事组织的规定，而且满足美国海岸警卫队(USCG)的规定的效果。
并且，本开发技术无需单独储存以压载水、冷却水及杂用水等多种方式使用的海水，而使用储存于压载水舱的海水，由于无需额外使用用于储存及排出压载水的能源，因而具有节约船舶燃料的3～5％的效果。这相当于船舶运营的净利润。
具有多层式水密隔板结构的压载水舱的船舶即使在船体外板因冲击而发生破损，也可使海水仅流入破损的压载水舱，因而相对于在以往具有一体式压载水舱的船舶中发生破损时的复原力，具有显著优秀的船体复原性。
存在多种适用与本发明所体现的方法相同原理的技术，但这仅仅为与本发明相对应的技术的一例，只要是本技术领域的普通技术人员就可以容易地解决，因而均属于本发明的应用。
附图标记的说明
10：淡水储存舱 11、12、13、14、15、16：开闭装置(阀)
20：淡水化装置 22、24：压载水泵
30：海水处理装置 50：一体式压载水舱
52：机械装置用水供给管 54：生活用水供给管
61：压载水舱水位传感器 62：旁通阀
100：双壳体结构船舶的截面 101：船底
102：船体外侧壁 104：海水面
120：一体式压载水舱组 121：船底压载水舱
122：一体式船侧压载水舱 123：多层式船侧压载水舱
150：排水用管 400：排水部
500：吃水检测装置 600：电子式控制装置

Claims (3)

1.一种双壳体船舶的压载水自动管理装置，用于综合管理船舶中所使用的海水，其特征在于，包括：
多层结构的压载水舱(121、123)；
压载水舱水位传感器(61)；
配管，具有用于向相邻的压载水舱供给海水的旁通阀(62)，在船底压载水舱(121)与包括冷却水及生活用水在内的淡水化装置(20)相连接；以及
控制部(600)，与用于供给包括机械装置用冷却水在内的技术用水的配管(52)相连接，是一种进行如下调节的电子式调节装置：若船底压载水舱(121)被清空，则开放旁通阀(62)来使海水向相邻的压载水舱供给。
2.根据权利要求1所述的双壳体船舶的压载水自动管理装置，其特征在于，使多层结构的压载水舱(121、123)中的空舱变更为压载水舱，以能够装入比以往的压载水量更多的压载水量，在每个压载水舱还设置压载水舱水位传感器(61)和旁通阀(62)。
3.根据权利要求1所述的双壳体船舶的压载水自动管理装置，其特征在于，作为电子式调节装置的上述控制部(600)执行如下功能：在用于装载货物的航行途中，通过调节阀(11、13)来使海水流入，对用于向压载水舱供给海水的阀(15、16)进行调节，以从船底压载水舱向淡水化装置(20)、技术用水供给管(52)及生活用水供给管(54)供给压载水的方式调节旁通阀(62)，当装载货物而需要排出海水时，对海水排出阀(12、14)进行调节。
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