CN101341065B - 海船主动防污系统和过程 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了用于控制和/或防止海船船体(30)和固定构筑物结垢的系统和过程。所述系统和过程将一防污成分通过扩散装置(24，26，28)、例如扩散管件分送到船体或固定构筑物在水下的表面上。本发明还公开了控制防污成分向船体或固定构筑物在水下的表面上的分送的方法，包括生成表示例如水流方向、速度及温度等参数的信号，以确定和控制防污溶液的合适的体积释放率。

Description

海船主动防污系统和过程
技术领域
本发明涉及用于控制和防止海船、包括抛锚和/或停泊船只如浮动储存船(FSO)和浮动生产船(FPSO)的船体以及固定构筑物/建筑物结垢的系统和过程。具体地，本说明书所述系统和过程涉及通过邻近船体或构筑物的扩散管受控地释放防污成分来防止海船船体和构筑物结垢。
背景技术
海船船体和其它构筑物在海洋环境中结垢始终是一个严重问题。藤壶、被囊动物之类的结垢有机体形成的硬壳会增加船只重量，从而减小可用的储存空间、降低船只航行速度、增加船只燃料消耗和使船只操纵困难，从而降低船只性能和效率。在固定构筑物上，结垢增加重量，从而增加了构筑物的负载。结垢还会损坏船体底漆，造成船体腐蚀。
可在船只就位时或在干坞中时用机械和/或化学方法除去船体污垢。但是，这些办法常常不能使用或必须长时间等待才能实现。当在就位时清洗船体或构筑物时通常使用潜水员，但是潜水员潜入水中总是存在危险。此外，潜水员清洗船体或构筑物总可能发生损坏。在干坞中清洗船体时，必须使船只停止工作以到达最近的可用干坞，这通常由于所需工作以及停租时间的成本而造成非常有害的经济后果。另外，当在干坞时除去海洋有机体硬壳可引起显著的法规性和环境问题。从现场拆走固定构筑物进行清洗是不切实际的。
此前曾尝试过的补救办法包括使用慢慢释放海洋生物抑制剂如铜或锡盐的有毒漆，或者使用硅酮基漆，其极端光滑，使得结垢有机体很难附着在船体表面。这些方法在抑制剂从漆中浸出之前或者在漆损坏之前是有效的，然后又发生结垢，需要船只进干坞除垢和重新给船体上漆。此外，这些防污剂会在海洋环境中存留很长时间。因此全世界都禁止使用最毒防污涂层，而代之以毒性较小、但有效性也就较小的涂层。对于要在海洋环境中长期工作的构筑物和船只如FSO或FPSO，结垢是一个更为严重的问题。
控制和防止海洋结垢的另一种方法是使用一种防污系统，该系统包括定位在船只龙骨相对侧上的一对电极和用于向电极供应电流的装置。海水电解在船体附近生成有毒物质如氯气和次氯酸钠，从而除去藤壶、藻类、真菌类和其它海洋生物。
但是这类系统无法提供对分送到船体的防污成分的浓度的可预测的控制。此外，电极需要定期维护，但由于电极位于船体外部龙骨附近，因此很难维护。
发明内容
公开了用于在无需把船只或构筑物弄出水面的情况下防止海船船体和构筑物、包括用于浮动储存(FSO)和浮动生产(FPSO)的船只结垢的系统和过程。所述过程涉及在水面下释放的防污成分的受控的释放，使得船只或构筑物在水面下的足够大的表面积部分与防污成分接触足够长时间，以防止结垢。为简单起见，船体或构筑物在水面下的该表面积部分在下文中有时被称为“船体或构筑物表面”或“船体或构筑物表面积”，但是这些短语应被理解成是指船体或构筑物在水面下的表面积部分。
一方面，本发明的实施例提供了一种用于分送防污成分的过程，其中，该过程包括把防污成分分送到水下表面、特别是船体的水下表面——以有效的防污剂量、分送到水下表面的至少60％的表面积上历时至少两分钟，其中，该防污成分通过沿至少一个具有纵向尺寸和横向尺寸的管件设置的多个开孔分送到水下表面。在某些实施例中，该过程还包括在构筑物上产生防污成分，特别是在构筑物为一船只或其它海船的情况下。本文所述过程的某些实施例可适用于本文所述的构筑物。
因此，在另一方面，本发明实施例提供了一种构筑物，该构筑物包括：一水下表面；至少一个具有一纵向轴线的管件和沿该管件的纵向轴线设置的多个开孔，该管件定位成靠近水下表面；以及用于通过该管件向所述表面供应一防污成分的装置。在特殊实施例中，所述水下表面为船体水下表面的至少一部分。
在某些实施例中，构筑物的水下表面为船体的水下表面的一部分。不管构筑物为船还是具有一水下表面的另一构筑物，某些实施例还包括用于生成该防污成分的装置。
本发明的一些实施例包括多个管件，其组合纵向尺寸为约0.006m/m2水下表面积-约0.06m/m2水下表面积。在其它实施例中，管件具有约0.0915开孔每平方米表面积到约0.197开孔每平方米要处理的水下表面的表面积。具有这类管件或开孔构形的特殊实施例被用于船体的水下部分。
与纵向尺寸无关，本发明的某些实施例包括多个管件，其中，构造有多个开孔，使得该系统能以有效剂量把防污成分分送到水下表面的至少60％的表面积上历时至少两分钟。在其它实施例中，管件构造成把有效剂量的防污成分分送到至少75％到90％的水下表面积上历时至少60分钟。一般使用计算流体动力学模型确定表面积的百分比，但也可使用任何其它合适的方法。某些管件的“孔密度”(每平方米水下表面的表面积的孔数)为约0.0915开孔每平方米到约0.197开孔每平方米。
可使用任何防污成分。一种合适的防污成分包括次氯酸钠或次氯酸钠与水的反应产物。一些这种防污成分包括能向水下表面提供至少0.2ppm可用氯气的次氯酸钠溶液。
在另一方面，本发明实施例提供了一种用于分送防污成分的系统。这类系统的实施例包括用于把防污成分分送到靠近一海上构筑物或海船的水下表面定位的至少一个管件的装置。通常，该至少一个管件包括多个大小合适和位置合适的开孔，从而使得该至少一个管件能把有效剂量的防污成分分送到至少60％的水下表面。在一些实施例中，组合纵向尺寸为约0.006m/m2水下表面积到0.06m/m2水下表面积的管件特别适合，特别是在它们被构造成提供一种能向水下表面提供至少0.2ppm可用氯气的次氯酸钠溶液的情况下。
在又一方面，本发明实施例提供了一种确定要向船体水下表面分送的防污成分的适当的量的方法。在特殊实施例中，该方法包括：生成表示船只所在的水的水流方向的第一信号；生成表示船只所在的水的水流速度的第二信号；生成表示船只所在的水的温度的第三信号；以及使用第一、第二和第三信号生成表示要释放的防污成分的体积的第四信号。
在一些实施例中，该方法确定要从一分送系统释放的防污成分的体积，所述分送系统将有效剂量的防污成分提供给船体水下表面的至少60％的表面积。在一些实施例中，该方法确定一能提供至少0.2ppm将被分散的可用氯气的次氯酸钠溶液的体积。
附图说明
图1示出了根据本发明的系统的一实施例的一段分散管。
图2为根据本发明的系统的一实施例的一段分散管的横截面图。
图3为根据本发明的系统的一实施例的示意图。
图4示出了防污成分释放系统的一实施例。
图5示出了防污成分释放系统的一实施例。
图6示出了防污成分释放系统的一实施例。
具体实施方式
公开了用于在无需把船只或构筑物弄出水面的情况下防止和/或控制海船船体和固定构筑物、包括用于浮动储存(FSO)和浮动生产(FPSO)的船只结垢的系统和过程。
这些系统和过程涉及在船体或构筑物表面周围受控地释放防污成分。已经发现，通过仔细控制防污成分在船体周围的释放，可能在不使船只或构筑物停止工作的情况下防止或控制海洋有机体在所述表面的生长。本发明的系统和过程可用于在船只抛锚或停泊或在船只航行过程中防止或控制船体结垢。在一旦产生污垢而需要将其除去时，本发明的系统和过程无需使用潜水员和/或在水中放置辅助设备(除用于防污溶液的扩散装置外)。
如上所述，本发明的系统和过程使防污成分扩散到船体或固定构筑物表面周围。该系统可包括一用于生产和/或储存防污溶液的生产和/或储存装置、一用于把溶液从该生产和/或储存装置输送到一扩散装置的输送装置、以及一用于使防污成分扩散到船体或构筑物表面的扩散装置、如具有多个开孔的扩散管件。
A.防污溶液
防污成分为可防止和/或控制在船体或构筑物表面上的结垢的任何溶液。防污溶液的一个例子是次氯酸钠溶液。次氯酸钠溶液的防污效果是由于“可用氯气”，即次氯酸钠以氯气表示的氧化能力的量度。可通过用次氯酸钠浓度乘以氯气与次氯酸钠的分子量之比(即乘以比率70.9/74.5)计算“可用氯气”。例如，2000ppm次氯酸钠(NaOCl)溶液的可用氯气(Cl2)浓度可计算如下：
2000ppmNaOCl×(70.9/74.5)＝1903ppm可用Cl2
消除海洋结垢所需次氯酸钠的浓度很低。可使用任何所需浓度。尽管可使用低浓度，但防污成分、例如包含次氯酸钠的防污成分的有效浓度一般在船体或构筑物表面周围的水中提供至少约0.2ppm可用氯气以防止或控制结垢。当然，低浓度可能不那么有效。在某些实施例中，可使用在船体或构筑物表面周围的水中提供至少约0.4ppm可用氯气浓度的次氯酸钠溶液，在又一些实施例中，可使用在船体或构筑物表面周围的水中提供至少约0.6ppm可用氯气浓度的次氯酸钠溶液。可使用高浓度的次氯酸钠，但也许没有必要，且也许会造成环境问题。
本发明的系统和过程也可使用包含次氯酸钠防污物质之外的成分，包括例如能在溶液中产生次卤酸的化合物。
在某些实施例中，可在现场生成本发明的防污成分。例如，在使用包含次氯酸钠的防污成分的实施例中，可把海水中的氯化钠电解转化以产生次氯酸钠。现场生产次氯酸钠可降低或消除与危险化学品的运输和储存有关的成本及其它问题。由于可在封闭管道系统中处理次氯酸钠，因此还可减少或避免对大量腐蚀材料的处理。可容易地对船只或构筑物的工作人员进行培训，以操作和维护次氯酸钠生成系统。此外，还可减少或消除环境问题，因为低浓度的次氯酸钠就可有效除去海洋结垢，它在短时间内回复成盐和水，不产生对环境有害的残留物。
B.防污溶液的储存/生产
可使用任何能储存用于本发明的系统和过程的合适量的防污成分的容器。理想的情况是该储存容器在与防污溶液接触时耐腐蚀。本领域的技术人员很容易考虑到防污成分的性质来选择合适的储存容器。
在防污成分包括次氯酸钠的实施例中，储存容器还可包括合适的电解设备、例如铜或其它合适的电极，以及用于向电极供应电流的装置。可使用本领域的技术人员所公知的技术来测量次氯酸根的浓度。
C.输送和泵送装置
可使用不受防污成分腐蚀的任何类型的输送装置、如管道和任何类型的泵来把防污成分从生产或储存单元输送到一扩散装置，最后该扩散装置把防污成分分送到船体或构筑物表面。用于管道的代表性材料包括不锈钢、钛、玻璃纤维、PVC和其它塑性材料以及各式各样其它的耐腐蚀管材。
D.扩散装置
防污成分可利用各式各样的任何扩散装置扩散到船体或构筑物表面。扩散装置必须能向船体或构筑物表面的合适的一部分、一般至少为60％提供防污成分，以防止和/或控制结垢。
在一实施例中，扩散装置包括至少一个具有多个开孔的管件，防污成分经这些开孔通过而将溶液分送到船体或构筑物表面。
管件可用各式各样的材料制成。示例性材料包括玻璃纤维、PVC、不锈钢、钛和各式各样其它的耐腐蚀管材。管件中材料的厚度可为约0.05mm到约12mm。管件的直径可最大为200mm。在某些实施例中，管件的直径为约25mm到约50mm。在其它实施例中，管件的直径为约50mm到约100mm。在又一些实施例中，管件的直径为约100mm到约150mm。管件的横截面可呈各种形状。在某些实施例中，该横截面呈圆形。在其它实施例中，该横截面呈半圆形。在这些实施例的某些实施例中，当横截面呈半圆形时，管件的直边朝向船体表面设置。在其它实施例中，管件横截面呈椭圆形。
在某些实施例中，防污成分通过靠近船体或构筑物表面定位的至少一个管件中的多个开孔被释放，并在高于多个开孔处的流体静力学压力约1.5kPa到约280kPa的压力下被释放。当然，应该理解，多个开孔处的流体静力学压力将随着在具体开孔处的水的深度而改变。在其它实施例中，防污成分经多个开孔在高于多个开孔处的流体静力学压力约2kPa到约100kPa的压力下被释放。在又一些实施例中，防污成分经至少一个管件中的多个开孔在高于多个开孔处的流体静力学压力约5kPa到约75kPa的压力下被释放。
可以看出，船体和固定构筑物有多种不同的大小和形状。因此，很显然，本发明的系统可实现成各种构形，以确保分送有效剂量的防污成分。所述系统理想地包括至少一个具有一纵向轴线和一横向轴线的管件，每一所述管件沿其纵向轴线布置有多个开孔。每一所述管件的至少一部分位于水面以下并靠近船体或构筑物表面。管件中的开孔的间距、大小和形状可根据要覆盖的船体或构筑物的表面积和希望从管件中释放出来的防污成分的体积而不同。
图1示出了一段示例性的管件1，其中，沿管件的纵向轴线相间地分布有开孔3。管件1在水面以下并靠近一船体或构筑物5的表面布置。图2为与图1所示实施例相同的图象的横截面图。当在水面以下并靠近构筑物或船体表面定位时，管件1可与船体或构筑物表面接触或与构筑物或船体表面相距至多12mm定位。一般希望管件定位成使得防污成分被释放到水中沿船体或构筑物表面的边界层中，不管是船体在移动，或者是船体周围的水在相对于船体移动，例如当船只停泊在水流中的情况那样。边界层为海水流过船体或构筑物表面时在船体或构筑物附近形成的湍流区域。将防污成分释放到边界层中减小了防污成分被携带离开船体或构筑物的倾向，并有助于保持防污成分与船体表面接触。
在图1和2所示的实施例中，开孔3定位成使得防污成分与船体或构筑物表面平行地流出开孔3。但是，应该理解，管件中的开孔可定位成与船体表面成各种角度，尽管一般希望释放孔(开口)的轴线定位成使得防污成分不被分送到管件的尾流下游，即使防污成分不被分送到尾流区以外。
在一实施例中，开孔基本呈圆形，直径为约2mm到约15mm，至少80％的开孔中心相距约20cm到约50cm。在另一实施例中，开孔直径为约3mm到约10mm，至少80％的开孔中心相距约25cm到约40cm。在其它实施例中，开孔直径为约4mm到约8mm，至少80％的开孔中心相距约30cm到约40cm。这里为了计算流体动力学(“CFD”)模拟，使用连续的开孔或狭槽来模拟例1和2的释放，而实际上出于强度考虑，最有可能如在例3-5中的模拟那样使用一系列开孔或狭槽。
E.扩散装置阵列
由于船体和固定构筑物的复杂的几何结构，通常需要设置扩散装置如管件的阵列(或多个扩散装置)来把有效剂量的防污成分分送到船体或构筑物表面。图3为其中设有管件阵列的根据本发明的系统的示意图。图3所示的系统包括用于生产防污成分溶液的设备。具体地，通海吸水箱7用作被泵送到次氯酸钠发生器9的海水的源。然后，次氯酸钠溶液被泵送通过管件阵列11，并从管件阵列如上所述地通过一系列开孔(未示出)被释放。可使用储罐以允许次氯酸钠的累积，从而使得发生器可以不变的速度运转，定量供给可以不同的时间间隔进行。
在某些实施例中，本发明的系统和过程能够利用扩散装置将有效剂量的防污成分分送到至少约60％的船体或构筑物表面积上。在其它实施例中，本发明的系统和过程能够把有效剂量的防污成分分送到至少约75％的船体或构筑物表面积上。在又一些实施例中，本发明的系统和过程能够把有效剂量的防污成分分送到至少90％的船体或构筑物表面积上。
在某些实施例中，有效剂量的防污成分在24小时中至少进行一次持续至少2分钟的分送，以得到防污效果。在其它实施例中，有效剂量的防污成分在24小时中至少进行一次持续至少30分钟的分送，以得到防污效果。在又一些实施例中，有效剂量的防污成分在24小时中至少进行一次持续至少60分钟的分送，以得到防污效果。
向船体或构筑物表面分送所需浓度的防污成分所需的管件阵列的构形当然决定于装有该阵列的船体或构筑物的大小和几何结构。阵列的构形还决定于构筑物或船只的用途。为装在大多数船只上，必须包括至少一个管件，该管件的纵向轴线沿着船体长度、即沿着从船首到船尾延伸的轴线定向。此外，对大多数船只来说，一般希望包括至少一个管件，该管件的纵向轴线沿着船体的宽度、即沿着从船只右舷到左舷延伸的横向轴线定向。在许多实施例中，希望(包括)沿着所述两轴线定向的多个管件。尽管管件的纵向轴线的定向被描述成沿着船体长度或宽度延伸，但是应该理解，管件也可定位成与这些轴线成各种角度。一般希望至少一个管件沿着从船体的船首到船尾延伸的轴线的至少一部分延伸，以及至少一个管件沿着从船体的右舷到左舷延伸的轴线的至少一部分延伸。管件也可定位在沿船体长度的不同点处和/或定位成沿着船体竖直轴线、即沿着从水面到船体底部延伸的轴线。
该管件阵列内的管件之间的间距可根据船体表面处的防污成分的所需浓度和其它因素、如船体周围的水流而变化。在一实施例中，管件纵向轴线相间距约5m到约150m。在另一实施例中，管件纵向轴线相间距约5m到约100m。在第三实施例中，管件纵向轴线相间距约10m到约30m。
F.扩散装置在船体上的安装
扩散装置、例如管件可通过各种方法靠近船体安装。用于安装管件的手段也可用于其它扩散装置。例如，可将管件直接安装在船体表面，也可在船体上安装焊接销并把管件绑定在所述销上。或者，也可在船体上焊接管架，然后通过将管件固定在管架上来安装管件。也可使用其它常见的管固定方法。
如上所述，管件之间的间距可变化。一种使防污成分有效覆盖船体的方法可通过纵向和横向管件组合的阵列实现。可用CFD数学模拟方法确定用于特定用途和水文条件下的特定船体或构筑物的最有效阵列。通过把管件定位成这样的阵列，通常会发现阵列中管件的组合线性尺寸、即组合纵向尺寸与船体表面积之间存在最佳或优选的关系。在某些实施例中，管件的组合线性尺寸与船体或构筑物表面积的所述关系为约0.006m/m2水下表面积到约0.06m/m2水下表面积。在其它实施例中，管件的组合线性尺寸与船体或构筑物表面积的所述关系为约0.008m/m2表面积到约0.08m/m2表面积。在又一些实施例中，管件的组合线性尺寸与船体或构筑物表面积的所述关系为约0.01m/m2表面积到0.1m/m2水下表面积。
在某些实施例中，在系统所有管件中的总开孔数与船体表面积之间也存在最佳或优选的关系。在某些实施例中，每平方米表面积的总开孔数为约0.0915开孔每平方米表面积到约0.197开孔每平方米表面积。在其它实施例中，每平方米表面积的总开孔数为约0.05开孔每平方米表面积到约0.40开孔每平方米表面积。在又一些实施例中，每平方米表面积的总开孔数为约0.025开孔每平方米表面积到约0.80开孔每平方米表面积。
G.防污溶液有效剂量的选择
如上所述，在从管件释放有效剂量的防污成分时有许多变量起作用。除构筑物或船体的大小和几何结构外，流动状况如构筑物或船体表面周围的水流速度和方向也是分送有效剂量的防污溶液所要考虑的因素。水流速度和方向是水流、风、潮汐和船只运动的累积效应。此外，如温度和船体吃水深度等条件也是要考虑的因素。
在控制防污成分向船体或构筑物表面积的分送时，一些或所有这些各种条件都被考虑在内。可提供考虑到一些或所有上述条件的过程控制系统。过程控制方法包括生成表示一个或多个参数、如船体所处的水的水流方向、流速和温度的信号的步骤，以生成表示一要从防污成分分送系统释放的防污成分的体积的信号，以向船体表面分送所需浓度的防污成分。该系统和过程可例如使用独立的或集成的可编程逻辑控制器(“PLC”)控制。可使用PLC监控选定参数，并最终向阀、电动机、电动机起动器等发送信号来调节防污溶液的释放。
可用各式各样的输入参数控制本发明的系统和过程。可考虑的许多参数已在上文中被描述。可考虑的其它参数包括水的浊度、水的盐度、在构筑物或船体表面周围的水中的防污成分浓度的直接测量值、防污成分的浓度、水流方向和流速、压力和潮汐。
在某些实施例中，通过如下所述产生一系列信号，以提供一反馈控制机制来控制对防污成分的释放的控制：
(i)生成表示船只所在水中的水流方向的第一信号；
(ii)生成表示船只所在水中的水流速度的第二信号；
(iii)生成表示船只所在水中的温度的第三信号；
(iv)使用第一、第二和第三信号生成表示为向至少60％的船体表面积分送有效浓度(例如对于次氯酸钠，浓度为约0.2ppm到约2ppm)的防污成分历时至少一分钟所需从系统中释放的防污成分的体积的第四信号。
参考以下非限制性示例可更好地理解本发明。
实验评价
瑞典SSPA公司使用CFD模拟进行了根据本发明的各种系统和过程的实验评价。以下为本发明的由CFD模拟确定为能向至少60％的船体表面积分送有效量的防污成分的系统和过程的示例性实施例。例3-5得出更高的覆盖率、即接近100％的表面积覆盖率。用CFD模拟计算了这些示例性实施例在各种情况下在船体表面处提供有效量的防污成分所需的防污成分的表面积覆盖率和释放率。
在所有下述实施例中，基于长258m、宽52m、最大吃水深度为18.25m的船只进行CFD模拟。计算得到船体在最大吃水深度时在水面以下的表面积为约22,800m2。
在下述各实施例中所示的所有计算都基于次氯酸钠防污成分在海水中的模拟释放。CFD计算假设次氯酸钠溶液的释放持续至少一分钟。下述实施例中的所有条件都最优化，并在至少60％的船体的水面下表面积上分送至少为2ppm的次氯酸钠浓度。
例1-2
在例1和2中，模拟在如下假设下进行：船只利用转塔式停泊系统停泊，使得船只可随水流和风转动，从而水流的角度总是沿着船体的中心线。此外，在例1和2中，模拟在如下假设下进行：所释放的防污成分的次氯酸钠浓度为0.00200Kg次氯酸钠/Kg海水。
例1说明一示例性防污系统在水流速度为2.5m/s、船体吃水深度为14.5m时的性能。在该模拟系统中，船体20如图4所示设有一中心线管件22和三个横向管件24、26和28。在该例中，中心线管件22靠近船首，并沿船体中心线(与船体坐标系的X轴共线)延伸到距船首9.2m(x＝9.2m)的一点处。横向管件24横过船体，在距船首20m处(x＝20)与y轴平行。横向管件26横过船体，在距船首110m处(x＝110)与y轴平行。横向管件28横过船体，在距船首200m处(x＝200m)与y轴平行。在该例中，管件构造成半径为0.05m，由一半圆柱限定。横向管件24、26和28宽0.007854m，面积为0.3406599m2。中心线管件构造成面积为0.189304m2。管件的具体空间位置和几何排列见图4。对于结合例1和2所述的所有模拟都使用管件中的连续的孔(或狭槽)来模拟防污溶液的释放。对于要建立的实施例，考虑使用具有多个开孔而不是连续的孔或狭槽的管件。来自各管件的防污成分的释放速度和体积释放率见表I。
如上所述，图4所示的管件构形和防污成分体积释放率分送至少为2ppm的次氯酸钠浓度到至少60％的船体水面下表面上。关于需要释放的0.00200Kg次氯酸钠/Kg海水溶液，基于在图4所示的扩散管件构形和针对例1所述的假设下，CFD模拟的结果表明，防污成分体积释放率为2.8m3/s是适宜的。
表I
Figure S2006800479683D00131
例2说明一示例性防污系统在水流速度为0.41m/s、船体吃水深度为9.0m时的性能。在图5所示的模拟系统中，船体30在船首部分具有两个基本竖直的中心线管件32和34。还设有另一船首部分管件36。最后设有一横向管件。在该例中，除与船首中心线平行的管件32用一带模拟外，所有管件的半径都为0.05m，由一半圆柱限定。中心线管件分成管件32和32’，管件32的z向尺寸小于-5m(面积＝0.03886m2)，管件32’的z向尺寸大于-5m(面积＝0.04155m2)。如图5所示，船首处的管件34和36的面积＝0.1818m2。该横向管件如图5所示分成管件38、40和40’。在x＝20m、y小于17m(面积＝0.1333m2)处使用管件38；在x＝20m、y大于17m(面积＝0.1347m2)处使用管件40和40’。
来自各管件的防污成分的释放速度和体积释放率见表II。
图5所示的管件构形和释放率在至少60％的船体水面下表面上分送至少为2ppm的次氯酸钠浓度。关于需要释放的0.00200Kg次氯酸钠/Kg海水溶液，基于图5所示的扩散管件构形和针对例2所述的假设，CFD模拟的结果表明，溶液体积释放率为0.1961m3/s是适宜的。因此，在假设条件下，该模拟表明，对于在船体表面处达到2ppm次氯酸钠浓度而言，图5所示的释放管件构形比图4所示的构形更加有效。
表II
Figure S2006800479683D00141
例3-5
例3-5的模拟在如下假设下进行：船只利用阻止船只随水流和风转动的伸展停泊系统停泊，从而流过船体的水流角度变化。在例3-5中，设置比例1和2中模拟的构形范围更广的管件阵列。此外，在例3-5中，模拟时还假设要释放的防污成分的次氯酸钠浓度为0.02Kg次氯酸钠/Kg海水。在例3-5中使用的范围更广的管件阵列设计成在水流偏角为-45度到+45度的条件下把所需浓度的防污成分有效地分布到船体的全部面积上。根据水流偏角，需要阵列中不同管件的释放率也不同。
例3-5使用的扩散管件构形见图6。在图6所示的系统中，船体50在船首中心线处设有一竖直管件52。在中心线的右舷和左舷侧设有竖直管件54S和54P。沿船体右舷侧设有5个基本竖直的管件56S-64S，沿船体左舷侧设有5个基本竖直的管件56P-64P。沿船首设有横向管件66。最后，分别沿船体的右舷和左舷尾侧设有水平管件68S和68P。
管件的具体空间位置和几何排列见图6。管件直径、管件中开孔的直径、开孔间距和各管件中开孔的总数见表IX。管件的直径由一半圆限定。管件56S-64S和56P-64P从竖向转过20度。
在水流相对于中心线的偏角为0度时，在横向管件66处使用高释放率。竖直管件将被使用，但从水平管件68P和68S的释放将不被使用，因为在这些部位处释放防污成分将不会有益。在水流偏角不为0度时，右舷和左舷竖直管件都将被使用。但是，只有一个水平管件68P或68S将被使用。如水流来自左舷侧，则只有水平管件68P、竖直管件和管件66将被使用。将不使用水平管件68S。
例3说明一示例性防污系统在水流偏角为0度、水流速度为0.53m/s时的性能。来自各管件的防污成分的释放速度和体积释放率见表III。
在例3的条件下，CFD模拟表明，关于在船体水下表面上提供至少2ppm次氯酸钠浓度需要释放的0.02Kg次氯酸钠/Kg海水溶液的体积，溶液释放率为0.0776m3/s是适宜的。
例4说明一示例性防污系统在水流偏角为22.5度、水流速度为0.53m/s时的性能。来自各管件的防污成分的释放速度和体积释放率见表IV。
表III
Figure S2006800479683D00151
Figure S2006800479683D00161
表IV
Figure S2006800479683D00162
在例4的条件下，CFD模拟表明，关于在船体水下表面上提供至少2ppm次氯酸钠浓度需要释放的0.02Kg次氯酸钠/Kg海水溶液，溶液释放率为0.0471m3/s是适宜的。
例5说明一示例性防污系统对于水流偏角为45度、水流速度为0.53m/s时的性能。来自各管件的防污成分的释放速度和体积释放率见表V。
在例5的条件下，CFD模拟表明，关于在船体水下表面上提供至少2ppm次氯酸钠浓度需要释放的0.02Kg次氯酸钠/Kg海水溶液，溶液释放率为0.0490m3/s是适宜的。
表V
Figure S2006800479683D00171
对于例3-5，表VI示出用至少2ppm次氯酸钠溶液覆盖的表面积的比率、达到该覆盖率所需的总溶液体积释放率和各管件的溶液体积释放率。与表III中的管件长度有关，单位管长的流率被计算并示出在括号中。
表VI-IX表明，随着水流偏角偏离船首中心线，可调节从不同管件释放的防污成分，以实现所需的防污成分覆盖率。这些表还表明，管件直径可不同，而保持一有效的防污成分的体积释放率。
表VI
Figure S2006800479683D00181
Figure S2006800479683D00191
基于表III和表IV，表VII给出来自管件中各开孔的流率。
表VII
Figure S2006800479683D00192
Figure S2006800479683D00201
假设开孔之间的间距为20cm，则需要每米5个开孔。管件中各开孔应能近似以表VII所示的释放率释放防污成分，但由于水流可能从右舷或左舷靠近，因此上表可简化成表VIII所示的结果。
表VIII
Figure S2006800479683D00202
管件66、68S和68P的防污成分进口在管件长度中央，以提供更均匀的释放率。
一般可得出如下结论：较短的管件长度和较小的管件直径会增加所需的泵扬程，但开孔处的体积释放率会变得更加恒定。减小开孔之间的距离会减小所需扬程，但开孔处的体积释放率会变得不那么恒定。
使用上述结论选择示例性的管件直径、开孔直径和开孔间距，考虑下述目标：(i)较小的管件直径，(ii)较低的扬程压力，(iii)较短的开孔间距，以及(iv)开孔处的体积释放率尽可能恒定。在下表IX中示出简要结果。
水平管件与其余管件不同，因为它们需要从泵的进口位于管件中央，以减小管件中的流率。因此，开孔的数量占对应管件的一半。
表IX
Figure S2006800479683D00211
关于本文所述的各种范围，所述任何上限可与任何下限相结合以用于选定的子范围。
尽管已经详细说明了本发明的系统和过程，但应理解，可做出多种改变、替换和变更而不偏离本发明的由所附权利要求限定的精神和范围。

Claims (20)

1.一种海船，该海船具有从船体的船首延伸到船尾的第一轴线、从船体的右舷延伸到左舷侧的第二轴线和从船体的吃水线延伸到底部的第三轴线，所述海船包括：
该船体的一水下表面；
沿第一轴线的至少一部分延伸的至少一个管件和沿第二轴线的至少一部分或沿船体的第三轴线的至少一部分延伸的至少一个管件，所述管件具有一纵向轴线和沿管件的该纵向轴线设置的多个开孔，所述管件靠近该船体的所述水下表面定位使得每个管件的纵向轴线平行于并且靠近该船体的所述水下表面；以及
用于通过所述管件向水下表面供应防污成分的装置。
2.按权利要求1所述的海船，其特征在于，还包括用于生产防污成分的生产装置。
3.按权利要求1所述的海船，其特征在于，所述防污成分包括次氯酸钠或次氯酸钠与水的反应产物。
4.按权利要求1所述的海船，其特征在于，包括多个管件，所述管件具有为约0.006m/m2水下表面积到0.06m/m2水下表面积的组合纵向尺寸。
5.按权利要求1所述的海船，其特征在于，包括多个管件，所述管件具有沿纵向轴线设置的多个开孔，其中，所述多个管件和多个孔构造成使得该系统能以有效剂量把防污成分分送到至少60％的水下表面的表面积上历时至少两分钟。
6.按权利要求5所述的海船，其特征在于，使用计算流体动力学模型确定所述表面积的百分比。
7.按权利要求5所述的海船，其特征在于，所述防污成分是能向水下表面提供至少0.2ppm可用氯气的次氯酸钠溶液。
8.按权利要求1所述的海船，其特征在于，在船上生成所述防污成分。
9.按权利要求1所述的海船，其特征在于，把一有效剂量的防污成分分送到至少75％的船体水下表面的表面积上历时至少60分钟。
10.按权利要求9所述的海船，其特征在于，每平方米船体水下表面积所述多个开孔的总数为约0.0915开孔每平方米表面积到约0.197开孔每平方米表面积。
11.一种用于把一防污成分分送到海船的水下表面的方法，所述海船具有从船体的船首延伸到船尾的第一轴线、从船体的右舷延伸到左舷侧的第二轴线和从船体的吃水线延伸到底部的第三轴线，所述方法包括：
以有效的防污剂量把防污成分分送到至少60％的水下表面的表面积上历时至少两分钟，
其中，通过沿在第一轴线的至少一部分上延伸的至少一个管件设置的多个开孔和沿在第二轴线的至少一部分上或在第三轴线的至少一部分上延伸的至少一个管件设置的多个开孔把防污成分分送到水下表面，其中每个管件具有纵向轴线并且其中每个管件的纵向轴线平行于并且靠近该海船的所述水下表面。
12.按权利要求11所述的方法，其特征在于，所述至少一个管件包括多个管件，所述管件具有为约0.006m/m2水下表面积到0.06m/m2水下表面积的组合纵向尺寸。
13.按权利要求11所述的方法，其特征在于，所述防污成分包括次氯酸钠或次氯酸钠与水的反应产物。
14.按权利要求13所述的方法，其特征在于，所述防污成分是能向水下表面提供至少0.2ppm可用氯气的次氯酸钠溶液。
15.按权利要求11所述的方法，其特征在于，所述水下表面是一船体的表面。
16.按权利要求15所述的方法，其特征在于，在船上生成所述防污成分。
17.按权利要求16所述的方法，其特征在于，把有效剂量的防污成分分送到至少75％的船体水下表面的表面积上历时至少60分钟。
18.一种用于分送一防污成分的系统，包括：
用于把一防污成分分送到靠近海船的水下表面定位的至少一个管件的装置，所述海船具有从船的船首延伸到船尾的第一轴线、从船体右舷延伸到左舷侧的第二轴线和从船体的吃水线延伸到底部的第三轴线；
其中，所述至少一个管件包括沿第一轴线延伸的第一部分和沿第二轴线或沿船体的第三轴线延伸的第二部分，其中，所述第一和第二部分包括具有合适大小和处于合适位置的多个开孔，从而使得所述至少一个管件能把一有效剂量的防污成分分送到至少60％的水下表面，其中每个管件具有纵向轴线，并且其中每个管件的纵向轴线平行于并且靠近该海船的所述水下表面。
19.按权利要求18所述的系统，其特征在于，包括多个管件，所述管件具有为约0.006m/m2水下表面积到0.06m/m2水下表面积的组合纵向尺寸。
20.按权利要求19所述的系统，其特征在于，所述防污成分是能向水下表面提供至少0.2ppm可用氯气的次氯酸钠溶液，所述水下表面是一船体的水下表面的至少一部分。
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