专利名称：在船上的泵室和海上平台的易爆气体环境中安装压舱水处理的紫外线系统的装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及安装在船上和海上平台上、在具有易爆气体环境的泵室内的压舱水处理的UV系统。
背景技术：
紫外线系统长期用于水处理，包括处理压舱水，以达到杀生和杀菌效果。UV系统要求大功率和电压，这阻碍系统安装在油 轮泵室的易爆气体环境和海上油/气平台上。这种油轮和平台的UV系统被建在大容器中，这些大容器难以安装在船上和平台上的受限空间内。本发明的主要目的在于，解决在具有易爆气体环境的泵室的油轮上或海上油/气平台上安装大功率和电压UV压舱水处理系统的问题。本发明还提供了一种具有水流路径的UV反应器，以增强压舱水处理中的UV辐射效果。发明概述在一个方案中，本发明提供了用于安装在油轮上、海上平台上的泵室内以及使用UV水处理系统的任何易爆气体环境中的设备。在本发明的优选实施方式中，受防爆外罩保护的UV反应器被安装在船上的泵室内，如用于水的杀生和杀菌处理，同时控制和操作系统的相关UV反应器被安装在船的发动机室或其他安全区域内。在本发明的该方案中，UV反应器包括限定反应室的细长壳，反应室与多个延伸穿过反应室的UV灯适配。在壳的每端设置电连接到灯，以及压力、温度和灯强度的控制传感器。反应器壳的每端设置防爆外罩，以使电连接处于不爆炸气体环境中。因而，受不爆炸气体环境保护的UV反应器随后被安装在具有易爆气体环境的泵室内或其他空间内。UV反应器的电源和操作控制器位于泵室外部，典型地位于船的发动机室内。在本发明的另一方案中，适合安装在危险区域内的UV反应器包括具有多个UV灯的反应器壳、入口管和出口管、以及从入口穿过灯到出口以使UV辐射的杀生和杀菌效果达到最大效能的内部水流路径。UV灯发射辐射到入口和出口压舱水流路径中穿过反应器，由此延长压舱水暴露于辐射的时间段，并因此改善这种辐射的杀生和杀菌效果。为清楚起见，下面的描述包括具体的示例，但是在本发明的范围内能够改变各种细节。发明目的本发明的目的是提供一种用于安装在爆炸、危险区域内的UV水处理系统。本发明的另一目的是提供一种用于安装在船上的泵室和海上油/气井平台的易爆气体环境中的压舱水的UV系统。本发明的另一目的是提供一种适合安装在易爆气体环境中的实现压舱水的杀生和杀菌效果的大功率UV系统。本发明的另一目的是提供一种大功率UV水处理系统，其中具有防爆外罩的UV反应器被安装在危险区域内，而操作和控制部件被安装在安全区域内。
本发明的另一目的是提供一种用于增强UV处理效能的具有压舱水流路径的UV反应器。通过理解以下本发明的 详细描述或在利用本发明时，本发明的其他和另外的目的将变得明显。附图简述已经选择详细描述本发明的优选实施方式，以使本发明所属技术领域的普通技术人员能够容易理解如何构建并使用本发明，并在附图示出，附图中图I是示出根据本发明的压舱水UV反应器的内部部件的平面图。图2是图I的反应器的侧视图。图3是图I的反应器的右端的端视图。图4是图I的UV反应器的端凸缘的放大视图。图5是沿图4的线5-5截取的剖视图。图6是用于在图4的凸缘安装UV灯的端部及其石英玻璃管的连接器的剖视图。图7是用于封闭图6的连接器的端盖的剖视图。图8是图I的反应器的连接器、具有UV灯的石英玻璃管和端盖的组装剖视图。图9是图I的反应器的端部的防爆外罩盖的侧视图。
图10是图9的外罩的内安装凸缘的正视图。图11是图9的外罩的外盖凸缘的正视图。图12是UV反应器安装在远洋油轮的泵室的易爆气体环境中而反应器的控制和操作部件安装在船的发动机室内的示意图。优选实施方案的详细描述参考附图，本发明涉及UV水处理系统10，其包括反应器12、供水流经反应器的入口线路14和出口线路16、反应器内的多个UV处理灯L-I、L-2和L-3、每个UV灯的相对端的盖18、反应器的每端的防爆外罩20以及控制和操作部件22 (图12)。反应器包括优选由钛制成的、直径从300mm到600mm(取决于装置的期望流速容量)的主体圆筒壳12a。环形凸缘12b被焊接到主体壳的端部。反应器从凸缘到凸缘的总长为 1500mm。入口管14与壳的下部的表面在周边成90°焊接，入口管14的尺寸对应主体的流量，并与凸缘14a适配以连接到压舱水供给线路。类似地，出口管16与壳的上部的表面在周边成90°焊接，出口管16的尺寸对应主体的流量，并与凸缘16a适配以连接到压舱水排放线路。主体以及入口管和出口管被设计用于10巴的工作压力和15巴的测试压力。图2、图4和图5所示的部件安装凸缘24由穿过孔24a的合适螺栓紧固件固定至主体的环形凸缘。圆筒壳12a连同部件凸缘24限定进行水的UV处理的反应室13。每个部件凸缘具有多个开口 24b，用于安装UV灯L-I、L-2和L-3的石英玻璃管的端部以及安装将玻璃管连接至凸缘24的连接器26 (图6)。部件凸缘24还具有将压力传感器、温度传感器和灯密度传感器放入到反应器室内的端口 24c、24d和24e (图4)。这些包括在反应器的每端安装UV传感器24e，以及在一端安装温度传感器24d和压力开关24c的端口。在优选的实施方式中，三个UV灯L-I、L-2和L_3延伸穿过部件凸缘24和石英玻璃安装连接器26之间的反应器室。部件凸缘24优选由钛制造并在其外表面上盖有衬垫以满足防爆外罩的法规要求。如图6和图8所示，细长的端部开口圆筒石英玻璃管28支撑基本穿过部件凸缘24之间的反应器的总长度的UV灯L。石 英管是光学透明的，接受15巴的测试压力，避免反应器室内的水进入UV灯并使UV灯与水分开，且承受船只的摇动和振动。灯额定值高达35kW，以16%的效率发射254nm的UV辐射，即每IOOkW输入产生16kW的UV辐射。灯的正常的功率输入高达35kW。灯不产生臭氧、其他氧化物或化学品。连接器套管26具有包括螺纹下平面26a的阶梯外表面，以组装在部件凸缘开口24b内(图5)，使连接器台肩26b和垫圈接合凸缘表面24。连接器台肩26b的孔26c中容纳一对扭矩螺栓(图中未示)，且扭矩螺栓的头部实现用合适的扳手使连接器26拧紧到凸缘24。连接器的内表面26d具有易于玻璃管28的端部插入的倾斜入口 26e，并具有与玻璃管28的外表面密封的在凹槽内的第一 O型圈26f和第二 O型圈26g。台肩26b的内表面的一部分26h有螺纹，以接纳优选由一段塑料管制成的锁定套环30，以便使第二 O型圈26g压缩至胀大进而与玻璃管28可靠密封接触。保持套环的内边缘在尖部有诸如特富龙的防滑涂层或具有石墨衬垫，以避免第二 O型圈在被压缩时发生变形。保持套环的外边缘具有用于组装套环和连接器的扳手切口(图中未示)。实践中，期望套环被手动拧紧，以便使第二 O型圈适当胀大紧贴玻璃管。锁定套环对第二 O型圈加压并使其扩张，以便阻止水经过玻璃管渗漏并进入连接器。如图6、图7和图8最佳示出的，固定到部件凸缘24的端盖32包封每个连接器26和含有UV灯L的玻璃管28。端盖32包括内端32b开口而外端面板32c封闭的圆筒体32a。具有孔32g的凸缘32d环绕开口端，以便用诸如螺栓(图4)的合适的紧固件将盖固定到部件凸缘24。端盖包封包括上平面台肩26b的整个连接器。圆筒体32a适配有限定穿过本体壁的开口 32f的接头(nipple) 32e，以使指向UV灯L的冷空气喷嘴34、UV灯的电导线E以及信号电缆(在图12中示出)通过。接头是金属的并设计成承受10巴的工作压力。端盖优选由不锈钢制造并防止压舱水在玻璃管断裂时从反应室渗漏。因此，盖被设计成与反应器壳相同的压力等级，即10巴。盖端板32c具有用于适配延伸入承载UV灯L的玻璃管28的开口内的喷嘴34 (图8)的接头32e。如果灯座在灯管内部累积高温，则喷嘴将冷空气引向UV灯座，以便将灯座冷却到合适的工作温度。冷空气从受到发动机室内的调节器控制的仪器空气供给管道输送。通过与下面结合图12描述的电缆和清洗空气相同的管道吸入并排出灯座冷空气。在根据图I和2所示的本发明的优选排布中，中间压力的UV灯L-l、L-2和L_3延伸越过入口管开口 14和出口管开口 16，以便在水进入和离开反应器室的方向上发射辐射。最佳地，图I和图2所示的L-2和L-3延伸越过入口开口，而灯L-I延伸越过反应器室的出口开口。水流经反应器室由图I和3中的箭头所示，其中水围绕石英管和UV灯的外部循环。湍流使颗粒、病毒、细菌和藻类旋转，使得它们在通过UV辐射时从所有面受到照射。下部的UV灯，L-2和L-3向流经入口管14的水发射UV光，使得已经在入口管内开始UV强化并增强了处理过程。类似地，定位上部的UV灯L-I，使得其向出口管发光并促进流出反应器的水的处理过程。UV剂量(Uvd)是254nm(l)的UV强度乘以在设备内的保留时间⑴的乘积。通过在入口管和出口管内放置UV灯来处理水，使保留时间延长，进而改善处理。如图I、图2和图9-12所示，防爆外罩20完全覆盖反应器的端部，以便为UV灯的大功率电连接提供不爆炸的气体环境。每个外罩包括无气孔的圆筒壳体20a，其具有用于连接到部件凸缘24的内环形凸缘20b和用于安装到端闭合板20d的环形外凸缘20c。一组贴附到壳壁20a的接头20e限定开口 20f，用于使控制器和操作设施进入外罩中，进而操作和监控UV灯性能。在优选的排布中，端闭合板与作为电源线和UV灯的连接点的陶瓷终端适配，以有利于组装和维护UV灯。当与反应器组装时，每个防爆外罩能够保持内部保护性气体相对于泵室气体环境的70毫巴过压。保护性气体优选是空气。带防爆外罩的UV反应器的总工作长度是2000mm。图12显示了在船上安装的装置，其中舱壁B使泵室与发动机室分开。装置还能被用在炼油厂和煤气厂的易爆气体环境中。 带防爆外罩20的反应器12被安装在泵室内，而电源板、控制面板和清洗加压控制面板被安装在发动机室内。用于供电、清洗空气、灯的冷空气和控制电路的操作电缆和保护性气体管在经检验的穿透套筒S内穿过安全舱壁。优选地，用于清洗和维持防爆外罩中的压力的保护性气体是空气。如果可行，可以使用诸如氮气或惰性气体的其他气体。第一导管管道48延伸穿过穿透套筒S，以使仪器电缆40以及清洗空气和冷空气管42从发动机室运送到反应器。第一导管48延伸反应器12的整个长度，接线盒48a和分支线路48b穿过其中一个接头20e进入防爆外罩20’。第一导管的终端部48c穿过接头20e进入防爆外罩20”。第二导管管道50延伸穿过穿透套筒S’，以运送灯电缆44以及清洗空气和冷空气出口管46。导管50经过穿透套筒S’并延伸反应器的整个长度穿过接线盒50a，分支线路50b进入外罩20’，且终端部50c进入外罩20”。导管40和50为电缆和保护性气体管提供从安全区域(船的发动机室)穿过穿透套筒到危险区域(船的泵室)以进入防爆外罩的安全通道，以便操作并监控UV反应器。带减压阀的清洗空气线路52在防爆外罩20’和20”之间延伸，使得外罩被连续清洗。仪器电缆束40由均从控制面板引出通过第一导管管道48指引到每个仪器的到反应器的每端的UV传感器电缆、温度开关电缆和压力开关电缆组成。在反应器的测试和试运行期间，用于监控的信号电缆也经过管道48。清洗空气管42从清洗加压控制面板引出，通过导管管道48至第一防爆外罩20’(图12)。由于清洗必须连续，因此清洗管52被安装在防爆外罩之间，并具有减压阀54以防止系统内过压。清洗空气由清洗系统提供，以去除在防爆外罩20’和20”封闭时可能存在的气体。清洗空气通过线路42连续流向外罩20’，通过线路52，并至外罩20”。来自第二防爆外罩20”废清洗空气通过第二导管管道50被管输送并返回至管端46处的发动机室。灯电缆束44从电源板引出，通过套筒S和第二导管管道50至防爆外罩20’、20”，其中它们被连接至陶瓷终端并穿过终端连接至灯。使用中，用空气清洗防爆外罩开始操作，至5倍体积流量的空气首先通过图12中的外罩20’、通过减压阀54、然后通过外罩20”并至排出管道46的程度。当完成清洗且保持70毫巴压力时，控制面板发送信号至电源板以便为UV灯供电。每个反应器的功率输入在80A为400v、3ph、38kW，并从电源板和控制面板经由安装在端凸缘20d内部的陶瓷接线盒被提供给 UV灯。电源板将输入功率转化成UV灯所要求的功率，并保持灯的平衡发光，以提供最大的UVC输出。灯座的冷空气可有利地流经线路42、导管48到防爆外罩中，然后进入喷嘴34(图8)。废冷空气流经端盖32的接头32e并经过防爆外罩的接头20e (图2)，然后进入导管50以便在发动机室内排放。由MO规定的压舱水处理设备的验证测试的测试水在Tl (即，Icm)典型地具有70-90%的UV透射率，或O. 16到O. 05ABS/cm的吸收率。使用这种非常低质的测试水接受IMO验证测试的本发明的压舱水处理装置具有期望的杀生和杀菌效果。前述装置完全符合关于这种设备及其安装的IEC和US海岸防护法规和规定。可以对体现本发明原理的结构进行各种变化。前述实施方案以示例性的而非限制性的意义陈述。本发明的范围由所附权利要求书限定。
权利要求
1.一种用于在油轮泵室和海上平台的易爆气体环境中处理水的装置，其包括反应器，限定具有相对端的处理室；入口开口和出口开口，所述入口开口和出口开口穿过所述反应器，使水流经所述处理室；多个水处理灯，包封在安装在相对端之间并延伸穿过所述室的玻璃管内；端盖，以覆盖所述玻璃管的端部的关系固定到所述反应器；防爆外罩，固定到所述反应器的每端，每个防爆外罩包括壳，所述壳具有用于附接至所述反应器的工具；清洗所述防爆外罩的工具，用在大气过压的不爆炸气体填充所述外罩；通过所述防爆外罩向所述反应器灯供应来自不爆炸气体环境的电力的工具，使得供电的反应器在易爆气体环境中操作，而没有点燃易爆气体环境的风险。
2.如权利要求I所述的装置，其中所述反应器具有10巴的工作压力。
3.一种用于在油轮泵室和海上平台的易爆气体环境中处理水的装置，其包括端部开口的反应器壳；部件凸缘，安装在所述反应器壳的每个开口端以形成限定处理室的反应器；入口开口和出口开口，所述入口开口和出口开口穿过所述反应器壳，使水流经所述处理室；多个UV水处理灯，包封在延伸穿过部件凸缘之间的所述室的玻璃管中；连接器工具，接合所述玻璃管的端部以便在部件凸缘之间安装管和灯；端盖，以覆盖所述连接器工具和所述玻璃管的端部的关系固定到所述部件凸缘；防爆外罩，在所述反应器的每端固定到所述部件凸缘，每个防爆外罩包括壳，所述壳具有用于附接至所述部件凸缘的内凸缘和与所述壳协作来限定所述防爆外罩的外凸缘；用于清洗所述防爆外罩的工具，用在大气过压的不爆炸气体填充所述外罩；向所述反应器灯供应来自不爆炸气体环境的电力并经过所述防爆外罩的工具，使得供电的反应器在易爆气体环境中操作，而没有点燃易爆气体环境的风险。
4.如权利要求3所述的装置，其中所述UV灯的额定值高达35kW，且以16%的效率发射254nm的福射。
5.一种用于在油轮泵室和海上平台的易爆气体环境中紫外线(UV)处理水的装置，其包括端部开口的反应器壳；部件凸缘，安装在所述反应器壳的每个开口端，以形成限定处理室的反应器；入口线路和出口线路，所述入口线路和出口线路进入所述反应器壳，使水流经所述处理室；多个水处理UV灯，包封在延伸穿过所述部件凸缘之间的室的玻璃管内，所述UV灯延伸经过入口线路和出口线路，以便UV处理在入口线路和出口线路内流动的水；连接器工具，接合所述玻璃管的端部，以便在部件凸缘之间安装管和灯；端盖，以覆盖所述连接器工具和所述玻璃管的端部的关系固定到所述部件凸缘；防爆外罩，在所述反应器的每端固定到所述部件凸缘，每个防爆外罩包括壳，所述壳具有用于附接至所述部件凸缘的内凸缘和与所述壳协作来限定所述防爆外罩的外凸缘；用于清洗所述防爆外罩的工具，用在大气过压的不爆炸气体填充所述外罩；向所述反应器灯供应来自不爆炸气体环境的电力并穿过所述防爆外罩和端盖的工具，使得供电的反应器在易爆气体环境中操作，而没有点燃易爆气体环境的风险。
6.如权利要求5所述的装置，其中所述连接器工具以套筒形式，内表面具有倾斜入口以便接纳所述玻璃管的端部，具有第一 O型圈和第二 O型圈以便与所述玻璃管密封，并具有锁定套环以便压缩并胀大一个O型圈而与所述玻璃管密封接合，以及所述连接器具有带用于将所述连接器固定至所述部件凸缘的工具的外表面。
7.如权利要求5所述的装置，其中流经所述反应器室的水围绕管和UV灯的外部湍流循环，并使水中夹带的颗粒、病毒、细菌和藻类旋转，使得在通过UV辐射时从所有面都受到照射，以及进一步其中在所述入口线路中开始UV强化，并随着水从所述出口线路流出所述反应器继续进行。
8.一种用于在油轮泵室和海上平台的易爆气体环境中紫外线处理水的装置，其包括端部开口的反应器壳；部件凸缘，安装在所述反应器壳的每个开口端，以形成限定处理室的反应器；入口开口和出口开口，所述入口开口和出口开口穿过所述反应器壳，使水流经所述处理室；多个水处理紫外线灯，包封在部件凸缘之间安装的并延伸穿过所述室的玻璃管内；连接器，具有倾斜的进入孔，以便接纳所述玻璃管的端部而将管和灯固定于部件凸缘 ’端盖，以覆盖所述玻璃管的端部的关系固定到所述部件凸缘，所述端盖由本体壳和凸缘界定，以便将所述盖固定于所述部件凸缘，所述端盖具有用于使电通至所述灯的第一开口和用于使冷空气喷嘴指向灯的第二开口 ；防爆外罩，在所述反应器的每端被固定于所述部件凸缘，每个防爆外罩包括壳，所述壳具有用于附接至所述部件凸缘的内凸缘和与所述壳协作来限定所述防爆外罩的外凸缘；用于清洗所述防爆外罩的工具，用在大气过压的不爆炸气体填充所述外罩；位于不爆炸气体环境中通过所述防爆外罩和端盖向所述灯供电的工具，使得供电的反应器在易爆气体环境中操作，而没有点燃易爆气体环境的风险。
9.如权利要求8所述的装置，其中所述端盖具有10巴的工作压力。
10.一种用于在油轮泵室和海上平台的易爆气体环境中紫外线处理水的装置，其包括反应器，其限定处理室；入口开口和出口开口，所述入口开口和出口开口穿过所述反应器壳，使水流经所述处理室；多个UV水处理灯，包封在延伸穿过所述室的玻璃管内；端盖，以覆盖所述玻璃管的端部的关系固定于所述反应器；防爆外罩，在所述反应器的每端被固定于所述部件凸缘，每个防爆外罩包括壳，所述壳具有用于附接至所述部件凸缘的内凸缘和与所述壳协作来限定所述防爆外罩的外凸缘；第一导管工具和第二导管工具，穿过安全舱壁使所述防爆外罩互连至具有不爆炸气体环境的隔舱；气体清洗线路，在防爆外罩之间延伸；通过所述第一导管向一个防爆外罩并通过所述清洗线路向另一防爆外罩供应清洗气体的隔舱中的工具，以清洗来自所述防爆外罩的爆炸性气体并用在大气过压的不爆炸气体填充所述防爆外罩；清洗气体排出线路，从另一防爆外罩经过所述第二导管，以便在所述隔舱内排出清洗气体；压力传感器线路、温度传感器线路和灯传感器线路，源于所述隔舱并经过所述第一导管，以便监控和控制反应器操作；用于向所述反应器灯供应来自所述隔舱的电力并经过所述第二导管至防爆外罩的工具，使得供电的反应器在易爆气体环境中操作，而没有点燃易爆气体环境的风险，同时电源和反应器控制器在不爆炸隔舱气体环境内操作。
11.如权利要求10所述的装置，其中所述反应器位于油轮泵室内且其中所述隔舱是所述油轮的发动机室。
全文摘要
一种用于在油轮的泵室的易爆气体环境中使用紫外线处理压舱水并用于在海上油气平台的易爆气体环境中处理置换水的装置。
文档编号B01D24/46GK102711942SQ200980162053
公开日2012年10月3日 申请日期2009年10月20日 优先权日2009年10月20日
发明者哈尔沃·尼尔森 申请人:环保技术科学院