CN111439815A - 压载水处理系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种压载水处理系统和方法。压载水处理系统包括至少一个压载箱、至少一个混合喷嘴、处理单元，其中处理单元包括电氯化模块和脱氯模块、定量模块，其中，定量模块联接到处理单元以及控制系统。该方法包括引入压载水到设置在船舶的至少一个压载箱，使压载水的至少一部分在至少一个压载箱和定量模块之间循环，通过处理单元生成消毒剂，处理单元包括电氯化单元和脱氯模块，并且在定量模块处将消毒剂从处理单元输送到循环压载水。

Description

压载水处理系统

相关申请的交叉引用

本申请是非临时申请，要求享有于2019年1月16日提交的美国申请序列号为62/792,953的专利申请的优先权，其全部内容通过引用合并于此。

技术领域

本发明涉及一种在船舶运输过程中处理压载水(ballast water，压舱水)的系统和方法。

背景技术

进出港口时船舶可能遵守某些规定。通常，这些规定与每个船舶中所含压载水的质量有关。实例已经发生，其中船舶从一个港口摄取压载水并且排出到海洋和/或在随后的港口排出。有时，压载水中所含的物质，尤其是生物物质，可能会对新环境产生负面影响。当地和国际法规已经发挥作用，以防止航行途中转移的压载水造成污染。这些法规可能归因于船舶的操作员采用什么程序和/或在排出前如何清洁压载水。当前的压载水处理系统迄今为止一直致力于在船舶进行港口作业期间的压载水处理；当人员和资源需求已经供不应求以及需求大时，此时的处理增加了对船舶作业的人员和资源需求。

因此，在该领域中存在对优化人员和资源利用的处理压载水的改进方法和系统的需求。此外，该方法和系统可以减少停机时间，从而进一步节省。

发明内容

本发明涉及一种用于处理压载水的系统和方法。更具体地，该方法和系统可以在船舶运输时操作。

在一个实施例中，通过一种压载水处理系统解决了本领域的这些和其他需求，该压载水处理系统包括至少一个压载箱(ballast tank，压载舱)、至少一个混合喷嘴、和处理单元，其中，该处理单元包括电氯化模块和脱氯模块、定量模块和控制系统，其中，该定量模块联接至处理单元。

在一个实施例中，通过一种用于处理船舶上的压载水的方法来解决本领域的这些和其他需求，该方法包括将压载水引入设置在该船舶上的至少一个压载箱中，使至少一部分压载水在至少一个压载箱与定量模块之间循环，通过处理单元生成消毒剂，其中，处理单元包括电氯化模块和脱氯模块，并将消毒剂从处理单元输送到定量模块处的循环压载水。

前面已经相当广泛地概述了本发明的特征和技术优点，以便可以更好地理解以下对本发明的详细描述。在下文中将描述形成本发明权利要求的主题的本发明的附加特征和优点。本领域技术人员应当理解，所公开的概念和特定实施例可以容易地用作修改或设计用于实现本发明相同目的的其他实施例的基础。本领域技术人员还应该认识到，这样的等同实施例不脱离所附权利要求书中阐述的本发明的精神和范围。

附图说明

通过参考以下结合附图的描述，可以获得对当前实施例及其优点的更完整和透彻的理解。

图1是根据本公开的某些实施例的电氯化模块的图示。

图2是根据本公开的某些实施例的散装(bulk)化学品模块的图示。

图3是根据本公开的某些实施例的定量模块的图示。

图4是根据本公开的某些实施方案的脱氯模块的图示。

图5是根据本公开的某些实施例的控制面板的图示。

图6是根据本公开的某些实施方式的用于处理压载水的图表。

图7是根据本公开的某些实施方式的用于中和压载水的图表。

具体实施方式

本发明涉及一种用于处理压载水的系统和方法。关于本公开，实施例涉及将消毒剂例如液体次氯酸钠(NaOCl)以及有时与次溴酸钠(NaOBr)一起分散到容纳在箱中的压载水中，以将氧化剂水平降低至指定量。在实施例中，液体次氯酸钠(具有或不具有次溴酸钠)可以在船舶上产生，储存在船舶上和/或它们的组合。

在实施例中，船舶可以任何合适的方式穿过水体。该船舶可以利用至少一个压载箱和/或海水淹没的货舱。在其他实施例中，该船可包括多个压载箱和/或淹没的货舱，此后称为压载箱。至少一个压载箱可用于容纳压载水，其中压载水可用于为船舶提供稳定性，并可将船舶的至少一部分浸没在水体中。压载水可以被泵入至少一个压载箱中。在实施例中，污染问题可出现于压载水。有机物可被额外地泵入至少一个压载箱中，并且可以留在压载水中。当船舶到达港口时，压载水以及随后压载水中的生物可在该港口被排放。这可能是生物体的新环境，并且生物体可能会对周围环境产生负面影响。

如下面进一步讨论的，船舶可以包括压载水处理系统。压载水处理系统可包括至少一个压载箱、处理单元、定量模块、至少一个混合喷嘴、泵和控制面板。在实施例中，压载水处理系统可以被结合到船舶的现有设备中。压载水处理系统还可包括水箱阀和致动器、储存箱、海水泵和电机、循环泵和电机和/或其组合。在操作中，压载水可被引入到至少一个压载箱。压载水可通过任何合适的装置引入到至少一个压载箱。在实施例中，压载水被泵入至少一个压载箱中。当船舶在运输过程中时，来自单一压载箱的压载水可被引入到定量模块(即，被泵送通过定量模块)。替代地，压载水的一部分体积可被泵送通过定量模块。在实施例中，处理单元可以联接至定量模块，并且可以包括电氯化模块、散装化学品模块、脱氯模块和/或它们的任何组合。处理单元可以通过定量模块将任何合适的消毒剂和/或消毒剂的中和剂输送到压载水中。非限制性地，合适的消毒剂可以是NaOCl、NaOBr和/或其组合。

图1示出了电氯化模块100的示例。在实施例中，压载水处理系统的处理单元可利用电氯化模块100以在船舶上生成消毒剂。在某些实施例中，可以存在多个电氯化模块100。如果要使用电氯化模块100生成消毒剂，则可能会由于操作的副产物而产生氢气。在实施例中，氢气可以排放到大气中。电氯化模块100可以是任何合适的尺寸、高度和/或形状。非限制性地，合适的形状可以包括但不限于圆形、椭圆形、三角形、矩形、正方形、六边形和/或其组合的横截面形状。电氯化模块100可以被设置在船舶的任何合适的区域，例如船舶的安全区。在实施例中，电氯化模块100可以被设置在发动机室中、在船舶的甲板上、和/或它们的组合。非限制性地，电氯化模块100可以包括任何合适的材料，例如金属、非金属、聚合物、陶瓷、和/或其组合。电氯化模块100可包括EC框架105、电解池110、气体去除设备115、变压器/整流器120、流动设备125、原位清洁(CIP)系统130、和控制面板135。

EC框架105可以是在物理上增强电氯化模块100的支撑结构。EC框架105可以是单件材料，或者，EC框架105可以包括彼此联接的多个部件。EC框架105的多个部件可以通过使用任何合适的方式彼此联接，包括但不限于使用合适的紧固件、螺纹、粘合剂、焊接和/或它们的组合。非限制性地，合适的紧固件可以包括螺母和螺栓、垫圈、螺钉、销、套筒(socket)、杆件和螺柱、铰接件和/或其任何组合。在实施例中，电氯化模块100的其余部件可被设置在EC框架105内和/或周围。

电解池110可以全部或部分地被设置在EC框架105内。电解池110可包括阳极和阴极组件，阳极和阴极组件产生横跨流经电氯化模块100的海水的一部分的直流电压。在实施例中，电解池110可以生成消毒剂。海水的这一部分与消毒剂一起可以被泵入指定的压载箱以进行处理。在操作期间，海水可借助海水泵和电机被泵入并通过电氯化模块100。海水的电导率和/或温度可能会影响电解池110的效率。非限制性地，海水的期望温度可以是从约0℃至约35℃。此外，海水的期望电导率可为约20,000μS/cm至约40,000μS/cm，或者，约22,000μS/cm至约40,000μS/cm。在替代实施例中，期望的电导率可以是大于或等于约22,000μS/cm的任何值。在操作水平低于这些预定水平的电导率和/或温度的情况下，电解池110可继续以降低的生产能力来操作，这可导致额外的处理时间和额外的能量。此外，被加入到具有消毒剂的指定压载箱的海水量可超过允许的容差(即，可超过压载箱容积的约1％)。在替代实施例中，容差可以是从约1％到约5％，或者从约1％到约2％。

如前所述，氢气可以作为生成消毒剂的副产物而产生。消毒剂可在阳极(anode)处产生，而氢气可在阴极(cathode)处产生。在实施例中，气体去除设备115可以去除存在于电氯化模块100中的氢气。气体去除设备115可完全或部分地被设置在电解池110的EC框架105内。气体去除设备115可包括脱气器、气体释放阀和一个或多个稀释鼓风机。脱气器可以将氢气与由电解池110产生的消毒剂溶液分离。气体释放阀可调节氢气的释放并防止消毒剂溶液的释放。在用气体释放阀将氢气排入大气之前，可以用一个或多个稀释鼓风机稀释氢气。一个或多个稀释鼓风机可以将氢气稀释到其爆炸下限的约40％至约80％之间或其爆炸下限的约50％至约70％之间。替代地，一个或多个稀释鼓风机可以将氢气稀释至小于其爆炸下限的约60％，或小于其爆炸下限的约50％，或小于其爆炸下限的约40％。在实施例中，氢气的爆炸下限可以在按体积计的约1％与约4％之间或在按体积计的约2％与3％之间。替代地，氢气的爆炸下限可以为按体积计的约2.4％。在实施例中，一个或多个稀释鼓风机可以在电氯化模块100的操作之前、期间、之后和/或其组合运行指定的时限。

在实施例中，变压器/整流器120可以全部或部分地被设置在EC框架105内。变压器/整流器120可以将交流电的输入转换成直流电。变压器/整流器120也可以跨过电解池110施加直流电。在实施例中，变压器/整流器120可以调节直流电压以达到额定的消毒剂生成能力。变压器/整流器120可以联接到被布置在电氯化模块100周围的控制面板135(在图7中进一步讨论)并由其控制。变压器/整流器120可以是用于将交流电转换成直流电的任何合适的变压器/整流器。在实施例中，操作期间的变压器/整流器120可以是水冷的、风冷的或其任何组合。

流动设备125可以促进海水在整个电氯化模块100中的流动。流动设备125可以包括流量变送器(flow transmitter)和控制阀、电导率变送器、温度变送器、出口观察镜和/或其组合。在实施例中，变压器/整流器120可以是水冷的，流动设备125还可包括冷却剂泵和/或热交换器。在实施例中，变压器/整流器120可以是空气冷却的，可以不需要冷却剂泵和/或热交换器。流量变送器和控制阀可以验证流量是否在可接受的公差范围内并调节流量。非限制性地，可接受的公差可为从约0.25m³/hr到约16m³/hr，替代地，在约0.5m³/hr到约8m³/hr之间。可以使用用于这种验证的任何合适的流量变送器和控制阀。电导率变送器可以验证海水进给电导率是否在可接受的公差范围内，并向控制面板135发送信号以根据需要调节电解池110。可接受的公差为从约500μS/cm至约100,000μS/cm，或者替代地从约1,000μS/cm至约55,000μS/cm。可以使用适合于这种验证的任何电导率变送器。温度变送器可以验证海水进给温度是否在可接受的公差范围内，并向控制面板135发送信号以根据需要调整电解池110。可接受的温度公差为从约-40℃至约200℃，或者替代地从约-5℃至约80℃。可以使用适合这种验证的任何温度变送器。冷却剂泵和热交换器可通过使用海水进给从变压器/整流器120中除去热量。出口观察镜可以视觉地指示离开电氯化模块100的内容物，并确认多余的氢气尚未进入电氯化模块100的出口。

电氯化模块100运行后，可以使用CIP系统130。CIP系统130可以在整个电氯化模块100内部循环清洁溶液。清洁溶液可以是适合于清洁电氯化模块100的任何清洁溶液。非限制性地，清洁溶液可以是盐酸、磷酸、磷酸三钠或其组合。在一实施例中，清洁溶液是盐酸。CIP系统130可包括用于容纳指定体积的清洁溶液的储罐。在实施例中，电解池110可以被指定为处于“备用”并且可以在每个完成的循环之后被清洁。CIP系统130可以管理电氯化模块100中的矿物结垢。

尽管处理单元可以在带有电氯化模块100的船舶上生成消毒剂，但是也可有其他方式来施用消毒剂，如图2所示。在这样的实施例中，处理单元可以利用散装化学品模块200来根据需要存储和分配消毒剂。

图2示出了散装化学品模块200的示例。在实施例中，压载水处理系统的处理单元可以利用散装化学品模块200将消毒剂分散在船舶的所需区域中。在某些实施例中，可以有多个散装化学品模块200。在实施例中，压载水处理系统可以结合散装化学品模块200利用电氯化模块100(即，参照图1)。散装化学品模块200可以是任何合适的尺寸、高度和/或形状。非限制性地，合适的形状可以包括但不限于圆形、椭圆形、三角形、矩形、正方形、六边形和/或其组合的横截面形状。散装化学品模块200可以设置在船舶的任何合适的区域，例如船舶的安全区。在实施例中，散装化学品模块200可以被布置在发动机室中、在船舶的甲板上和/或其组合。非限制性地，散装化学品模块200可以包括任何合适的材料，例如金属、非金属、聚合物、陶瓷和/或其组合。散装化学品模块200可以包括BC框架205、存储箱(holding tank)210和测量泵215。

BC框架205可以是物理上增强散装化学品模块200的支撑结构。BC框架205可以类似于EC框架105(即，参照图1)。BC框架205可以是单件材料，或者，BC框架205可以包括彼此联接的多个部件。BC框架205的多个部件可以通过使用任何合适的方式彼此联接，包括但不限于使用合适的紧固件、螺纹、粘合剂、焊接和/或其组合。非限制性地，合适的紧固件可以包括螺母和螺栓、垫圈、螺钉、销、套筒、杆件和螺柱、铰接件和/或其任何组合。在实施例中，散装化学品模块200的其余部件可以设置在BC框架205周围。

存储箱210可全部或部分地被放置在BC框架205内。在注入压载水中之前，可以使用存储箱210容纳消毒剂。存储箱210可以是任何合适的尺寸、高度和/或形状。非限制性地，存储箱210可以容纳任何合适体积的消毒剂。在实施例中，测量泵215可以联接到存储箱210。如图2所示，测量泵215可以被布置在存储箱210的顶部。在实施例中，测量泵215可以被设置在存储箱210和/或BC框架205内和/或附近的任何合适位置。测量泵215可以提供一种以预定速率将消毒剂泵出存储箱210的装置。测量泵215可以是用于泵送消毒剂的任何合适的泵。

在处理单元的操作期间，其中处理单元可以包括电氯化模块100和/或散装化学品模块200，可以通过图3所示的定量模块300来施用消毒剂。在实施例中，可以有多个定量模块300。定量模块300可以是任何合适的尺寸、高度和/或形状。非限制性地，合适的形状可以包括但不限于圆形、椭圆形、三角形、矩形、正方形、六边形和/或其组合的横截面形状。定量模块300可以被设置在循环泵的吸入口周围，其中循环泵可以是现有船舶基础设施的一部分。非限制性地，定量模块300可以包括但不限于任何合适的材料，例如金属、非金属、聚合物、陶瓷和/或其组合。定量模块300可以包括氧化剂分析仪305、注射套筒(injection quill)315。在实施例中，定量模块300还可包括采样泵310、压力传感器和/或压力计320或其任何组合。氧化剂分析仪305可获取测量值并监控压载水的样品的氧化剂水平。可以使用任何合适的分析仪。采样泵310可为氧化剂分析仪305提供压力，并为使用注射器的样品排放箱提供用于排放的动力。可以使用任何合适的泵。注射套筒315可以是用于将氧化剂注射到压载水处理系统中的管道连接件。压力传感器和/或压力计320可以获取测量值并监控循环泵的吸入侧的压力。

在实施例中，定量模块300可以通过氧化剂分析仪305测量压载水的氧化剂水平。然后，定量模块300可以将初始剂量的消毒剂施加到一部分压载水，其中消毒剂由电氯化模块100产生、通过散装化学品模块200施用和/或其组合。可以将初始剂量注入压载水的一部分中，直到达到预定的总剩余氧化剂水平和/或将固定量的氧化剂添加到单一压载箱中。初始剂量可以通过至少一个混合喷嘴在整个单一压载箱中被混合。至少一个混合喷嘴可在整个压载箱混合消毒剂，以实现目标总剩余氧化剂水平。非限制性地，该目标总剩余的氧化剂水平可以是在约0mg/L和约8mg/L之间，或者在约5mg/L和约6.5mg/L之间。在目标总剩余的氧化剂水平达到指定值后，压载水可在规定的第一保持时间被容纳在压载箱内，其中第一保持时间是压载水具有指定的总剩余氧化剂水平的时间量。第一保持时间可以是适合于满足指定的总剩余氧化剂水平的任何时间。非限制性地，第一保持时间可以是约24小时至约60小时，或替代地，约24小时至约36小时。此外，在替代方案中，第一保持时间可以为约10小时至20小时，并且替代地为约1小时至约24小时。

在当前的单一压载箱正在经历第一保持时间时，在船舶包括多个压载箱的实施例中，定量模块300可以将消毒剂施用给另一个单一压载箱。在最初的单一压载箱中经过了第一保持时间后，可以通过定量模块300来测量总剩余氧化剂含量。

在实施例中，可以添加另外的消毒剂。来自初始的单一压载箱的压载水可以通过定量模块300被循环返回，其中可以施加维持剂量的消毒剂。在一些实施例中，多个压载箱的一部分可在多个压载箱的其余部分接收初始剂量之前接收维持剂量。在施加维持剂量之后，可以用至少一个混合喷嘴在整个初始的单一压载箱中混合压载水。可以应用第二保持时间。可以使用任何适合于将氧化剂水平降低至期望水平的第二保持时间。在实施例中，保持时间可以是连续的。非限制性地，第二保持时间可以为约18小时至约70小时，或替代地为约24小时至约60小时。进一步在替代方案中，第二保持时间可以为约30小时至约50小时，并且替代地为约1小时至约72小时。

在最初的单一压载箱中经过第二保持时间后，总的剩余氧化剂水平可以通过定量模块300来测量。如果压载水没有指定的浓度时间(concentration time)(在下面进一步讨论)，则可以向压载水施加后续的维护剂量。如果压载水确实具有指定的浓度时间，则可以使用脱氯模块400进行中和步骤。

图4示出了脱氯模块400的示例。在实施例中，压载水处理系统的处理单元可利用脱氯模块400将中和剂分散在整个船舶中。可以使用任何合适的中和剂。非限制性地，中和剂可以是硫代硫酸钠(STS)、亚硫酸钠、二氧化硫、焦亚硫酸钠和亚硫酸氢钠。在实施例中，STS液体可以由无水硫代硫酸钠或五水合硫代硫酸钠制成。在实施例中，可以存在多个脱氯模块400。脱氯模块400可以是任何合适的尺寸、高度和/或形状。非限制性地，合适的形状可以包括但不限于圆形、椭圆形、三角形、矩形、正方形、六边形和/或其组合的横截面形状。脱氯模块400可以被设置在船舶的任何合适的区域，例如船舶的安全区。在实施例中，脱氯模块400可以被设置在发动机室中、在船舶的甲板上、和/或它们的组合。非限制性地，脱氯模块400可以包括任何合适的材料，例如金属、非金属、聚合物、陶瓷和/或其组合。脱氯模块400可包括DC框架405、箱410、混合泵415、淡水入口阀420420和DC测量泵425。可选地，在中断之前或在使用同一线路计量散装化学品(bulk chemical)之前，可以添加淡水冲洗线路和阀以清除任何剩余的中和剂。

DC框架405可以是物理上增强脱氯模块400的支撑结构。DC框架405可以类似于EC框架105(即，参照图1)和/或BC框架205(即，参照图2)。DC框架405可以是单件材料，或者DC框架可以包括彼此联接的多个部件。DC框架的多个部件可以通过使用任何合适的方式彼此联接，包括但不限于使用合适的紧固件、螺纹、粘合剂、焊接和/或其组合。非限制性地，合适的紧固件可以包括螺母和螺栓、垫圈、螺钉、销、套筒、杆件和螺柱、铰接件、和/或其任何组合。在实施例中，脱氯模块400的其余部件可以被设置在DC框架内和/或周围。

存储箱410可以被设置在DC机架405内。存储箱410可被用于将诸如STS这样的散装中和剂与淡水混合，且在注射到压载谁之前包含中和剂。存储箱410可以是任何合适的尺寸、高度和/或形状。非限制性地，存储箱410可以容纳任何合适体积的中和剂。在实施例中，混合泵415可通过混合喷嘴提供将STS与淡水混合的力。此外，淡水可通过淡水入口阀420进入存储箱410。混合泵415可以是任何合适的泵。淡水入口阀420可以是任何合适的阀。

在实施例中，DC测量泵425可以联接到存储箱410。如图4所示，DC测量泵425可以被设置在存储箱410的顶部。非限制性地，DC测量泵425可被布置在存储箱410和/或DC框架405周围的任何合适的位置。DC测量泵425可以提供一种以预定速率将中和剂从存储箱410中泵出的装置。DC测量泵425可以是任何合适的泵。

在实施例中，中和步骤可以在处理之后通过脱氯模块400和定量模块300的驱动而发生(即，参照图3)。一旦所期望的氧化剂水平和所需的最小浓度时间都已经满足，则中和步骤可以被施加到压载水。在实施例中，可以通过比较剩余氧化剂测量值与保持时间的乘积(product)来确定浓度时间。非限制性地，最小期望浓度时间可以为约120mg-hr/L。替代的浓度时间可以通过分析测试确定，根据应用情况，可以从几分钟到几天不等。压载水可以通过定量模块300进行循环，其中除氯模块400可供应中和剂以中和任何剩余的氧化剂。在实施例中，中和剂可以是液体和/或固体形式。可以对原始的单一压载箱中的压载水进行处理，并且可以按照法规标准将其排出。在实施例中，中和的压载水被保持在包含物中的时间越长，再生长的机会就会增加，并且可能使压载水不合规地排放。在实施例中，如果总剩余氧化剂水平低于期望水平，则压载水可以合规地排放。如果总剩余氧化剂水平不低于所需水平，则可以用后续剂量的中和剂处理压载水。在一些实施例中，总剩余氧化剂水平可以低于0.1mg/L，并且压载水可以合规地排放。如果总剩余氧化剂水平不低于0.1mg/L，则可以用后续剂量的中和剂处理压载水。当初始的单一压载箱完成中和时，压载水处理系统可将中和剂施用于已满足指定要求的另一个单独的压载箱，在实施例中，该船舶包括多个压载箱。

在实施例中，系统和方法可以借助控制系统被至少部分地实现。该控制系统能够处理模拟和/或数字信号。控制系统可以包括可操作以计算、估计、分类、处理、传输、接收、检索、发起、切换、存储、显示、显现、检测、记录、再现、处理的手段或手段的集合，或利用用于商业、科学、控制或其他目的的任何形式的信息、智力或数据。例如，该控制系统可包括处理单元、网络存储装置、或任何其他合适的设备，且可改变大小、形状、性能、功能和价格。该控制系统可以包括随机存取存储器(RAM)、一个或多个处理资源，例如中央处理单元(CPU)或硬件或软件控制逻辑、ROM、和/或其他类型的非易失性存储器。控制系统的其他部件可包括一个或多个磁盘驱动器、用于与外部设备进行通信的一个或多个网络端口、以及各种输入和输出(I/O)装置和视频显示器，输入和输出(I/O)装置例如为输入装置(例如，键盘、鼠标)。控制系统还可包括一个或多个总线，其可操作以在各种硬件部件之间传输通信。在实施例中，控制系统可以包括至少一个远程I/O面板、至少一个远程人机界面(HMI)面板、或其任意组合。

替代地，系统和方法可以借助非暂时性计算机可读介质被至少部分地实现。非暂时性计算机可读介质可以包括可以将数据和/或指令保留一段时间的任何手段或手段的集合。非暂时性计算机可读介质可以包括例如存储介质，如直接访问存储设备(例如，硬盘驱动器或软盘驱动器)、顺序访问存储设备(例如，磁带驱动器)、光盘、CD-ROM、DVD、RAM、ROM、电可擦可编程只读存储器(EEPROM)和/或闪存；以及通信介质，如电线、光纤、微波、无线电波、和其它电磁和/或光学载体；和/或前述的任意组合。

在实施例中，控制系统可以包括警报，以警告操作员某些事件。此外，控制系统可以包括控制面板500，如图5所示。控制面板500可以是任何合适的尺寸、高度和/或形状。非限制性地，合适的形状可以包括但不限于圆形、椭圆形、三角形、矩形、正方形、六边形和/或其组合的横截面形状。非限制性地，控制面板500可以包括任何合适的材料，例如金属、非金属、聚合物、陶瓷和/或其组合。控制面板500可以被设置在船舶的任何合适的区域，例如船舶的安全区。在实施例中，控制面板500可以设置在发动机室中、在船舶的甲板上和/或它们的组合。此外，如果压载水处理系统包括电氯化模块100(即，参见图1)，则在实施例中，控制面板500可以被安装到电氯化模块100上。压载水处理系统内可以有多个控制面板500。在实施例中，可以有主控制面板500和/或多个遥控面板500。每个控制面板500可支持单件设备。在实施例中，每个控制面板500可以被设置在定量模块300(即，参照图3)、处理单元和/或其组合上。多个控制面板500可以通过有线和/或无线网络彼此通信。在实施例中，多个控制面板500可以是远程I/O面板、远程HMI面板或其任意组合。此外，多个控制面板500可以与主控制面板结合工作。控制面板500可以包括壳体505、屏幕510、紧急停止按钮515、断开开关520、操纵杆525或它们的任意组合。在实施例中，控制面板500还可以包括蜂鸣器535、USB端口540或它们的任意组合。控制面板500可以是HMI面板的实施例中，控制面板500可没有紧急停止按钮515。在实施例中，多个控制面板500可以经由以太网和/或现场总线网络进行通信。

壳体505可用于容纳来自外部环境的控制面板500的内部部件。非限制性地，内部部件可以包括电子设备、布线、控制器和/或其组合。壳体505可以是任何合适的尺寸、高度和/或形状。非限制性地，合适的形状可以包括但不限于圆形、椭圆形、三角形、矩形、正方形、六边形和/或其组合的横截面形状。在实施例中，壳体505可以是矩形的。壳体505可以包括任何合适的材料，例如金属、非金属、聚合物、陶瓷和/或其组合。壳体505可包括门530，门530可被致动以允许进入由壳体505限定的内部腔室。

屏幕510可以用作操作员的界面，并且可以向操作员显示信息。屏幕510可以被设置在控制面板500周围的任何合适位置。在实施例中，屏幕510可以被设置在门530上。在实施例中，操作员可以通过屏幕510将用于压载水处理系统的参数输入控制面板500。非限制性地，这些输入包括选择要处理的压载箱、每个压载箱的容积、每个压载箱的处理方法(即电氯化或散装化学品)、供给水的盐度，以按计划或稍后进行中和，和/或类似内容。在实施例中，屏幕510是彩色触摸屏。如果压载水处理系统包括多个控制面板500、主控制面板500可以被指定为“受控”。在该实施例中，操作者可以仅输入控制功能或命令到主控制面板500的屏幕510。操作员可以在主控制面板500或任何剩余远程控制面板500的屏幕510上查看操作。可以通过适当的授权将“受控”的名称从主控制面板500转移到任何一个远程控制面板500。

紧急停止按钮515可以被设置控制面板500上。在实施例中，紧急停止按钮515可以设置在门530上。紧急停止按钮515可以是任何合适的尺寸、高度和/或形状。每个控制面板500上可能在屏幕510附近安装了一个紧急停止按钮515。在实施例中，操作员可以致动多个紧急停止按钮515之一以停止压载水处理系统的操作。

每个控制面板500上可安装有一断开开关520。在实施例中，断开开关520可以被设置在门530上。断开开关520可以是任何合适的尺寸、高度和/或形状。断开开关520可用于将单个控制面板500从电源断开，而无需触及控制面板500的内部。在实施例中，操作者可以通过使用操纵杆525来进入控制面板500的壳体505的内部腔室。在断开控制面板500的电源以移开门530后，操作员可致动操纵杆525。

控制系统可以在整个先前描述的步骤中监控压载水，如图6和图7中的图表所示。图6示出了关于如何将消毒剂注入系统的实施例的示意图。图7示出示意性的实施例，其中通过将中和剂，如STS，注入系统中来执行中和任何剩余的氧化剂。非限制性地，控制系统可计算并监测初始剂量和维持剂量的剂量率、浓度时间、总剩余的氧化剂、第一保持时间、第二保持时间，和/或它们的组合。

图6示出了压载水在压载箱605和定量模块610之间的流动以及其与处理单元615的相互作用。在该特定实施例中，压载水通过箱抽吸620从压载箱605中去除，使用循环泵625循环通过定量模块610，并通过混合喷嘴630返回压载水。在通过定量模块610循环期间，消毒剂会在注射点635被输送到压载水中，并且总剩余氧化剂(TRO)的水平由TRO分析仪640进行监控。如前所述，消毒剂向压载水的循环和输送一直发生，直到达到所需的TRO水平为止，该水平在一定的保持时间后被测量。消毒剂由处理单元615提供。在处理单元615处，可以将消毒剂装入和/或存储在散装化学品模块645中，或通过电氯化(EC)模块650生成。EC模块650通过给水供应泵655接收海水。在实施例中，压载箱605可包括多个压载箱，如图6所示。

所施加的剂量率通常可以是恒定的。施加时间可以改变以控制每个压载箱的剂量。控制系统可以自动调节施加到每个压载箱的剂量，以在可用的保持时间内保持期望的平均总剩余氧化剂浓度。例如，借助24小时的可用保持时间，控制系统可设定目标为5mg-hr/L的平均目标剩余的氧化剂来实现120mg-hr/L的浓度时间。在实施例中，可以存在直接反馈和/或延迟反馈回路用于控制剂量。下列方程式可用于确定浓度时间和目标总剩余氧化剂浓度的任何一种方法。

ΔTRO(mg/l)＝TRO目标-箱TRO+初始需求箱容积(m³) (2)

在这样的方程中，TRO是总剩余氧化剂。例如，初始需求可以被限制在约1mg/L至约4mg/L之间。随着消毒剂作为初始剂量开始流入压载水的一部分，当测量的TRO超过平均TRO时，压载箱的保持时间可能以零小时(T0)开始。在压载箱内完成初始剂量的混合时，可对TRO进行测量以确保已使用足够的消毒剂。

测量的TRO可以大于或等于目标TRO，以继续进行后续步骤。维持剂量可能会以计算的维持剂量时间(MDT)处发生，如下所示。

维持剂量可以继续进行配量，直到控制系统已经对压载箱的压载水的TRO的指定数量的测量值进行采样为止。如果测量值落在彼此的约+/-10％到约+/-30％之间，或者在彼此的约+/-10％和约+/-20％之间，或者在约+/-10％之间，那么维持剂量可能会停止，并且可以使用控制系统在初始剂量和维持剂量之间估算浓度时间(CT)，如下所示。

初始剂量和维持剂量之间的TRO可以通过指数衰减函数来表征。“时间”变量可以被定义为初始剂量和维持剂量之间的时间。此外，λ可以是维持剂量的TRO的自然对数除以初始剂量的TRO的函数，其中自然对数除以“时间”。

可以计算维持剂量的目标TRO以在剩余保持时间(即第二保持时间)内达到所需的CT。可以假设TRO随λ的氧化剂降解速率(如上定义)呈指数级降解。可以向压载箱施加消毒剂以达到计算的目标TRO水平，如下所示：

在施加维持剂量之后，压载水在压载箱内的混合可以持续较长的总混合时间或给剂量后混合时间。然后可以开始处理完成，其中获取连续的TRO测量值以验证每个测量值均在约+/-10％至约+/-30％的公差范围内，或者介于约+/-10％至约+/-20％的公差范围内，或约+/-10％的公差。如果计算出的CT值高于最低要求，则该压载箱可被指定为已处理。如果CT低于最低要求，随后的维持剂量可以被施加，并且压载箱可以从另外的约10％至另外的约30％的可用保持时间分离，或者从另外的约10％至另外的20％的可用保持时间分离，或者从另外的约10％的可用保持时间分离。

在实施例中，可能需要注入中和剂以中和压载水中的任何剩余氧化剂。图7示出了用于中和剂的注入过程。类似于图6中的压载水的流动，利用箱抽吸620将压载水从压载箱605中去除，使用循环泵625通过定量模块610进行循环，然后通过混合喷嘴630返回压载箱605。在通过定量模块610循环期间，中和剂会在注射点635输送到压载水中，并通过TRO分析仪640监控TRO水平。如先前所讨论的，发生将中和剂输送到压载水中以中和压载水中的任何剩余氧化剂，并且压载水的循环可以继续直到剩余的氧化剂被完全和/或显著中和。中和剂由处理单元615提供。在处理单元615处，中和剂可以被加载和/或存储在脱氯模块400中。在另外的实施例中，压载箱605可包括多个压载箱，如图7所示。

中和剂可以一定剂量施加，直到计算的体积已输送至压载箱为止。

当指定数量的TRO连续测量值在约0.05mg/L和约0.1mg/L之间，或者在约0.05mg/L和约0.08mg/L之间，或者在0.1mg/L以下时，可以确认中和。如果氧化剂水平超过该最小值，则可以重复中和过程。一旦测量值低于最小值，则压载水处理系统可能会继续处理下一个压载箱(如果适用)。

尽管已经详细描述了本发明及其优点，但是应当理解，在不脱离由所附权利要求限定的本发明的精神和范围的情况下，可以在此进行各种改变，替换和替换。

Claims (20)

1.一种用于处理船舶上的压载水的方法，包括：

步骤A，将压载水引入到被设置在所述船舶上的至少一个压载箱；

步骤B，在所述至少一个压载箱与定量模块之间循环所述压载水的至少一部分；

步骤C，通过处理单元生成消毒剂，其中，所述处理单元包括电氯化模块和脱氯模块；以及

步骤D，将所述消毒剂从所述处理单元输送到所述定量模块处的循环压载水。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述处理单元联接到所述定量模块，且其中，所述定量模块联接到所述至少一个压载箱。

3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述消毒剂包括液体次氯酸钠(NaOCl)、次溴酸钠(NaOBr)、或其组合。

4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述处理单元还包括散装化学品模块。

5.根据权利要求4所述的方法，其中，所述电氯化模块包括：

电解池；

变压器/整流器；以及

原位清洗系统亦即CIP系统。

6.根据权利要求4所述的方法，其中，所述电解池包括阳极组件和阴极组件，所述阳极组件和阴极组件在流过所述电氯化模块的一部分海水上产生直流电压，以生成消毒剂。

7.根据权利要求5所述的方法，其中，所述CIP系统包括用于保持指定体积的清洁溶液的清洁存储箱，其中，所述CIP系统在所述电氯化模块的整个内部循环所述清洁溶液。

8.根据权利要求5所述的方法，其中，所述电氯化模块还包括流动设备和气体去除设备，其中，所述气体去除设备包括脱气器、气体释放阀、一个或多个稀释鼓风机、或其组合。

9.根据权利要求8所述的方法，其中，所述流动设备包括流量变送器和控制阀、电导率变送器、温度变送器、出口观察镜、或其组合。

10.根据权利要求9所述的方法，其中，所述流动设备还包括冷却剂泵、热交换器、或其任意组合。

11.根据权利要求1所述的方法，其中，所述定量模块包括：

氧化剂分析仪；以及

注射套筒。

12.根据权利要求11所述的方法，其中，所述定量模块还包括采样泵、压力传感器和/或压力计、或其任意组合。

13.根据权利要求11所述的方法，还包括：步骤E，通过所述氧化剂分析仪测量所述循环压载水的氧化剂水平，其中，所述定量模块输送所述消毒剂直到达到指定的总剩余氧化剂水平。

14.根据权利要求13所述的方法，还包括：步骤F，在一保持时间保持所述至少一个压载水箱内的所述压载水，其中，所述保持时间是所述压载水具有所述指定的总剩余氧化剂水平的时间量。

15.根据权利要求4所述的方法，其中，所述散装化学品模块包括存储箱和测量泵，其中，所述消毒剂被设置在所述存储箱中。

16.根据权利要求1所述的方法，其中，所述脱氯模块包括：

箱；

混合泵；

淡水入口阀；和

DC测量泵。

17.根据权利要求16所述的方法，其中，所述箱包含中和剂，其中，所述中和剂包含一形式，并且其中，所述形式包括液体、固体、或其组合，其中，所述中和剂被分散到所述定量模块处的所述循环压载水。

18.根据权利要求14所述的方法，还包括：步骤G，通过控制系统来控制步骤B-步骤F。

19.根据权利要求18所述的方法，其中，所述控制系统包括多个控制面板。

20.根据权利要求18所述的方法，其中，步骤B-步骤G在所述船舶运输时被执行。

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