BR112020005049B1

BR112020005049B1 - Método

Info

Publication number: BR112020005049B1
Application number: BR112020005049-0A
Authority: BR
Inventors: Craig Myers; Anupam Prakash; Ravindra Raghavapudi; Steven Kramarczyk; Stephen J. Hinterlong; Daniel Meier; Jorvic Vital
Original assignee: Ecolab Usa Inc
Priority date: 2017-11-10
Filing date: 2018-11-09
Publication date: 2023-05-16
Also published as: MX2020003586A; JP2021502533A; EP3707457A1; US11668535B2; CL2020001188A1; CN111051806A; CN111051806B; BR112020005049A2; PL3707457T3; EP3707457B1; WO2019094747A1; US20230288153A1; JP7344201B2; ES2933502T3; KR20200086253A; CO2020003099A2; US20190145722A1; AU2018364983A1

Abstract

Um método para controlar tratamento de água de resfriamento pode envolver medir dados operacionais de um ou mais trocadores de calor a jusante que recebem água de resfriamento da torre de resfriamento. Por exemplo, as temperaturas de entrada e saída de ambas as correntes quente e fria de um trocador de calor a jusante podem ser medidas. Dados das correntes passando pelo trocador de calor podem ser usados para determinar uma eficiência de transferência de calor para o trocador de calor. A eficiência de transferência de calor pode ser observada ao longo de um período de tempo e mudanças na tendência detectadas para identificar problemas de incrustação de água de resfriamento. Múltiplas causas potenciais dos problemas de incrustação percebidos podem ser avaliadas para determinar uma causa predita. Um aditivo químico selecionado para reduzir, eliminar ou de outro modo controlar a incrustação de água de resfriamento pode ser controlado com base na causa predita da incrustação.

Description

REFERÊNCIA CRUZADA

[001] Este pedido reivindica o benefício do Pedido de Patente Provisório US 62/584.671, depositado em 10 de novembro de 2017, e do Pedido de Patente Provisório US 62/720.605, depositado em 21 de agosto de 2018, cujo conteúdo total de cada um dos quais é incorporado aqui por referência.

CAMPO TÉCNICO

[002] Esta divulgação se refere a sistemas de água de resfriamento e, mais particularmente, a sistemas de controle de água de resfriamento. FUNDO

[003] Torres de resfriamento de água são usadas em sistemas de troca de calor de grande capacidade, tal como aqueles encontrados em refinarias de petróleo e plantas de produção de produtos químicos. Torres de resfriamento são usadas para remover calor absorvido de um refrigerante de água circulante evaporando uma porção do refrigerante na torre de resfriamento. O refrigerante restante pode ser extraído de um reservatório ou depósito na base da torre por uma bomba e fornecido através da carga de calor continuamente. Como uma grande quantidade de água evapora nesse sistema, incrustação, lodo ou outros contaminantes de água podem acumular na água de recirculação ao longo do tempo.

[004] Para ajudar a prevenir ou limitar a extensão à qual a incrustação ocorre nas superfícies contatadas pela água de resfriamento recirculante, vários produtos químicos podem ser adicionados à água de resfriamento. Em um ambiente operacional típico, um técnico pode retirar amostras de água de resfriamento do sistema de água de resfriamento e realizar análises químicas nas amostras. O técnico pode ajustar o tipo de produto químico adicionado à água de resfriamento com base na análise. Muitas vezes, o técnico só pode estar no local na instalação para realizar a análise da água de resfriamento em uma base limitada, tal como uma vez por semana ou uma vez ao mês. Como resultado, mudanças nas condições de processo da instalação podem não ser detectadas até algum tempo após as condições de processo terem alterado. Mais ainda, mesmo quando a química da água de resfriamento é mudada para levar em conta as condições de processo mudadas, essas mudanças são geralmente reacionárias, em vez de mudanças preditivas, para evitar condições indesejáveis da água de resfriamento.

SUMÁRIO

[005] Em geral, esta divulgação é dirigida a técnicas e sistemas para monitorar e controlar água de resfriamento. Em alguns exemplos, as condições da água de resfriamento no circuito de água de resfriamento são monitoradas e/ou controladas avaliando o desempenho térmico de uma ou mais unidades de transferência de calor a jusante através das quais a água de resfriamento é transportada. Por exemplo, uma rede de troca de calor pode incluir uma ou mais torres de resfriamento que são conectadas fluidamente e fornecem água de resfriamento a múltiplos trocadores de calor. A água de resfriamento pode passar através de um lado de cada trocador de calor enquanto um fluido de processo a ser resfriado passa por outro lado do trocador de calor, com os fluidos sendo separados por uma parede metálica sólida. A troca de calor através do trocador de calor pode ocorrer numa direção de cocorrente (paralela) ou contracorrente (oposta).

[006] Para implantar o sistema de controle de água de resfriamento, múltiplos trocadores de calor dentro do circuito de água de resfriamento podem ser pesquisados para identificar um ou mais trocadores de calor que são críticos para o desempenho operacional da instalação na qual os trocadores de calor estão localizados. Por exemplo, os trocadores de calor podem ser avaliados para determinar seu histórico de incrustação, a disponibilidade de um trocador de calor de derivação dentro do circuito, caso as condições de incrustação se tornem material, a sensibilidade à incrustação do lado da água ou outras condições indicando que a eficiência de transferência de calor de um ou trocadores particulares é crítica para a integridade de processo do usuário. Na medida em que um trocador de calor identificado como sendo crítico ainda não esteja instrumentado para monitoramento, vários equipamentos de monitoramento podem ser adicionados para monitorar o desempenho do trocador de calor. Por exemplo, podem ser adicionados sensores de temperatura para medir a temperatura da corrente de água de resfriamento entrando e saindo do trocador de calor, bem como a temperatura da corrente de processo entrando e saindo do trocador de calor. Como outro exemplo, um sensor para medir a taxa de fluxo de água de resfriamento passando através do trocador e/ou sensores de pressão diferencial para medir queda de pressão através do trocador podem ser adicionados.

[007] Independentemente dos tipos de parâmetros monitorados para o trocador de calor crítico, um parâmetro correspondente à eficiência de transferência de calor do trocador de calor pode ser determinado com base pelo menos em parte nos dados de temperatura. Por exemplo, uma tendência da eficiência de transferência de calor do trocador de calor pode ser estabelecida para fornecer uma referência a partir da qual desvios futuros da tendência podem ser determinados. A eficiência de transferência de calor do trocador de calor pode ser subsequentemente monitorada e mudanças na eficiência de transferência de calor detectadas. Mudanças na tendência de eficiência de transferência de calor podem indicar incrustação incipiente ou acelerada, o que pode fornecer evidência detectável para tomar ação de controle de água de resfriamento intervencionista para interromper ou mitigar os efeitos dessa incrustação.

[008] Na prática, mudanças na tendência de eficiência de transferência de calor podem ter muitas causas raízes diferentes relativas à água de resfriamento. A ação de controle de água de resfriamento apropriada para mitigar um desvio negativo detectado na tendência de eficiência de transferência de calor pode variar dependendo da causa raiz subjacente. Em alguns exemplos de acordo com a presente divulgação, a técnica de controle de água de resfriamento envolve obter dados indicativos de múltiplos tipos diferentes de causas raiz potenciais que podem estar causando incrustação, levando a condições de eficiência de transferência de calor em deterioração. Por exemplo, uma matriz de sensores pode ser fornecida para medir diferentes características e parâmetros da água de resfriamento que passa pelo trocador de calor cujas características de eficiência térmica estão sendo monitoradas. Os sensores podem fornecer dados indicativos de diferentes tipos de mecanismos de incrustação, tal como incrustação de escama, incrustação de corrosão e bioincrustação. Uma medição ou parâmetro de sensor simples pode estar associada a um mecanismo de incrustação particular. Alternativamente, múltiplos parâmetros diferentes da água de resfriamento podem ser medidos para fornecer dados indicativos de um mecanismo de incrustação particular.

[009] Em qualquer caso, uma causa raiz predita da incrustação levando à tendência de eficiência de transferência de calor mudada pode ser determinada com base nos dados associados aos diferentes tipos de mecanismos de incrustação. Por exemplo, dados associados a cada tipo particular de mecanismo de incrustação podem ser escalonados e/ou ponderados para identificar uma causa ou mecanismo particular que seja mais provável que as outras causas ou outros mecanismos sendo avaliados como causando a incrustação. Ações de controle da água de resfriamento podem, então, ser tomadas para neutralizar a causa predita de incrustação. Por exemplo, um ou mais aditivos químicos selecionados para neutralizar a causa predita de incrustação podem ser introduzidos na água de resfriamento e/ou a taxa de tal(is) aditivo(s) químico(s) pode ser ajustada. Adicionalmente ou alternativamente, a torre de água de resfriamento pode ser soprada, substituindo uma porção da água de resfriamento em circulação por água de reabastecimento fresca.

[0010] Em algumas aplicações, a eficiência de transferência de calor do trocador de calor crítico é monitorada para avaliar a eficácia da(s) ação(ões) corretiva(s) tomada(s) em resposta à causa predita de incrustação. Por exemplo, a eficiência de transferência de calor do trocador de calor crítico pode ser monitorada para detectar uma segunda mudança na tendência de eficiência de transferência de calor, por exemplo, indicando que a eficiência de transferência de calor está se deteriorando a uma taxa mais lenta que antes de tomar a(s) ação(ões) corretiva(s). Se uma mudança na tendência de eficiência de transferência de calor não for detectada em resposta à(s) ação(ões) corretiva(s) e/ou a tendência de eficiência de transferência de calor se deteriorar ainda mais do que antes de tomar essa ação corretiva, pode ser determinado que a causa raiz predita não seja a causa raiz real do problema de incrustação. Consequentemente, uma causa raiz predita alternativa pode ser identificada e uma ou mais ações alternativas de controle de água de resfriamento tomadas. Como exemplo, um ou mais aditivos químicos selecionados para neutralizar a causa de incrustação alternativa predita podem ser controlados em vez de os aditivos controlados para neutralizar a causa de incrustação predita original.

[0011] Ao detectar e reagir com precisão e rapidez às condições de incrustação incipientes no lado da água de resfriamento do trocador de calor, incrustação mais severa pode ser evitada. Em algumas aplicações, monitoramento e controle em tempo real são fornecidos para facilitar resposta rápida a condições de eficiência térmica de trocador de calor inesperadamente em deterioração. Esta intervenção rápida pode prolongar a vida útil do trocador de calor até a próxima limpeza física de uma maneira que não seja possível se o trocador de calor ficar totalmente incrustado antes de detectar as condições incrustadas.

[0012] Em um exemplo, é descrito um método que inclui monitorar uma eficiência de transferência de calor de pelo menos um trocador de calor e estabelecer uma tendência de eficiência de transferência de calor para o trocador de calor. O trocador de calor tem um lado da corrente de processo e um lado da corrente de água de resfriamento. O método inclui detectar uma mudança na tendência de eficiência de transferência de calor. O método envolve ainda receber dados indicativos de incrustações de escama no lado da corrente de água de resfriamento, dados indicativos de incrustações de corrosão no lado da corrente de água de resfriamento e dados indicativos de bioincrustação no lado da corrente de água de resfriamento. O método inclui determinar uma causa predita da mudança detectada na tendência de eficiência de transferência de calor e controlar a adição de um aditivo químico em uma água de resfriamento que está em comunicação de fluido com o lado da corrente de água de resfriamento de pelo menos um trocador de calor com base na causa predita.

[0013] Em outro exemplo, é descrito um método para controlar um sistema de água de resfriamento. O método envolve pesquisar uma pluralidade de trocadores de calor dentro de uma rede de trocadores de calor para identificar pelo menos um trocador de calor crítico. O método inclui monitorar uma eficiência de transferência de calor do trocador de calor crítico, estabelecer uma tendência de eficiência de transferência de calor para o trocador de calor crítico e detectar uma mudança na tendência de eficiência de transferência de calor. Além disso, o método envolve receber dados indicativos de incrustação de escama no lado da corrente de água de resfriamento, receber dados indicativos de incrustação de corrosão no lado da corrente de água de resfriamento, receber dados indicativos de bioincrustação no lado da corrente de água de resfriamento. O método também envolve determinar uma causa predita da mudança detectada na tendência de eficiência de transferência de calor, onde a causa predita inclui uma causa selecionada do grupo que consiste em incrustação de escama, incrustação de corrosão e bioincrustação. O método envolve ainda controlar a adição de um aditivo químico na água de resfriamento que está em comunicação de fluido com o lado da corrente de água de resfriamento do pelo menos um trocador de calor crítico com base na causa predita e detectar uma mudança na tendência de eficiência de transferência de calor em resposta à adição controlada do aditivo químico na água de resfriamento.

[0014] Em outro exemplo, um método para controlar tratamento de água de resfriamento é descrito. O método inclui receber dados de uma pluralidade de sensores indicativos de pelo menos uma temperatura de uma corrente de água de resfriamento entrando no trocador de calor, uma temperatura da corrente de água de resfriamento saindo do trocador de calor, uma temperatura de uma corrente de processo entrando no trocador de calor e uma temperatura da corrente de processo saindo do trocador de calor. O método também envolve determinar uma eficiência de transferência de calor para o trocador de calor com base nos dados recebidos da pluralidade de sensores e estabelecer uma tendência de eficiência de transferência de calor para o trocador de calor durante um período de tempo. O método envolve ainda detectar uma mudança na tendência de eficiência de transferência de calor e controlar a adição de um aditivo químico na corrente de água de resfriamento em resposta à mudança detectada na tendência de eficiência de transferência de calor para o trocador de calor.

[0015] Em outro exemplo, é descrito um sistema que inclui uma torre de resfriamento, um trocador de calor, uma pluralidade de sensores, uma bomba e um controlador. A torre de resfriamento reduz uma temperatura de uma corrente de água de resfriamento através de resfriamento evaporativo. O trocador de calor tem uma entrada de água de resfriamento, uma saída de água de resfriamento, uma entrada de corrente de processo e uma saída de corrente de processo. A pluralidade de sensores está posicionada para medir uma temperatura de uma corrente de água de resfriamento entrando no trocador de calor através da entrada de água de resfriamento, uma temperatura da corrente de água de resfriamento saindo do trocador de calor através da saída de água de resfriamento, uma temperatura de uma corrente de processo entrando no trocador de calor através da entrada de corrente de processo e uma temperatura da corrente de processo saindo do trocador de calor através da saída de corrente de processo. A bomba é posicionada a montante do trocador de calor e configurada para injetar um aditivo químico na corrente de água de resfriamento. O controlador é acoplado comunicativamente à pluralidade de sensores e à bomba e configurado para: receber dados da pluralidade de sensores, determinar uma eficiência de transferência de calor para o trocador de calor com base nos dados recebidos da pluralidade de sensores, estabelecer uma tendência de eficiência de transferência de calor para o trocador de calor durante um período de tempo, detectar uma mudança na tendência de eficiência de transferência de calor e controlar a bomba em resposta à mudança detectada na tendência de eficiência de transferência de calor para o trocador de calor.

[0016] Os detalhes de um ou mais exemplos são estabelecidos nos desenhos anexos e na descrição abaixo. Outras características, objetivos e vantagens serão aparentes partir da descrição e dos desenhos e das reivindicações.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[0017] FIG. 1 é um diagrama de fluxo ilustrando uma rede de trocadores de calor de exemplo contendo múltiplos trocadores de calor nos quais um sistema de monitoramento e controle de água de resfriamento de acordo com a FIG. 2 pode ser implementado.

[0018] FIG. 2 é um diagrama conceitual de um sistema de monitoramento e controle de água de resfriamento de exemplo.

[0019] FIG. 3 é um diagrama de fluxo ilustrando um processo de produção de amônia de exemplo no qual um sistema de monitoramento e controle de água de resfriamento de acordo com a FIG. 2 pode ser implementado.

[0020] FIGS. 4 a 7 mostram dados de temperatura brutos e suavizados de exemplo para correntes de fluxo em um trocador de calor

[0021] FIG. 8 mostra dados de taxa de fluxo de água de resfriamento de exemplo para o trocador de calor fornecendo dados de temperatura ilustrados nas FIGS. 4 a 7.

[0022] FIG. 9 é um gráfico mostrando coeficientes de transferência de calor de exemplo calculados usando os dados de temperatura e dados de taxa de fluxo suavizados das FIGS. 4 a 8.

[0023] FIG. 10 é um gráfico mostrando coeficientes de transferência de calor de exemplo calculados usando os dados de temperatura e dados de taxa de fluxo suavizados das FIGS. 4 a 8 sobrepostos com marcadores de periodicidade.

[0024] FIG. 11 mostra valores de potencial de oxidação-redução (ORP) de exemplo para a corrente de água de resfriamento correspondendo aos dados de taxa de fluxo na FIG. 8.

[0025] FIGS. 12 a 15 mostram dados de temperatura brutos e suavizados de exemplo para correntes de fluxo em outro trocador de calor de exemplo

[0026] FIG. 16 mostra dados de taxa de fluxo de água de resfriamento de exemplo para o trocador de calor fornecendo dados de temperatura ilustrados nas FIGS. 12 a 15.

[0027] FIG. 17 é um gráfico mostrando coeficientes de transferência de calor de exemplo calculados usando os dados de temperatura e dados de taxa de fluxo suavizados das FIGS. 12 a 16.

[0028] FIG. 18 é um gráfico mostrando coeficientes de transferência de calor experimentais calculados usando dados de temperatura suavizados aolongo do período de tempo.

[0029] FIG. 19 é um gráfico de barras mostrando escores de incrustação agregados para diferentes mecanismos de incrustação potenciais associados aos dados na FIG. 18.

[0030] FIG. 20 é um gráfico mostrando coeficientes experimentais de transferência de calor calculados usando dados de temperatura suavizados durante um período de tempo.

[0031] FIG. 21 é um gráfico de barras mostrando escores de incrustação agregados para diferentes mecanismos de incrustação potenciais associados aos dados na FIG. 20.

DESCRIÇÃO DETALHADA

[0032] Esta divulgação é geralmente dirigida a sistemas de monitoramento e controle de água de resfriamento, incluindo sistemas e técnicas para controlar a adição de um ou mais agentes químicos a uma fonte de água de resfriamento usada para troca térmica com uma ou mais correntes comparativamente quentes. Os um ou mais agentes químicos adicionados à água de resfriamento podem prevenir ou minimizar a extensão até a qual incrustações se depositam nas superfícies de troca de calor em contato de fluido com a água de resfriamento. Isto pode melhorar a eficiência da instalação na qual a rede de troca de calor com adição de produto químico de água de resfriamento controlada é implementada.

[0033] Embora os sistemas e técnicas de acordo com a divulgação possam ser implementados para qualquer sistema de água de resfriamento e qualquer aplicação de trocador de calor desejados, em alguns exemplos, as técnicas são implementadas em sistemas de trocadores de calor em rede. O lado da água de resfriamento dos trocadores de calor em rede pode ser acoplado de forma fluida um ao outro, de modo que a água de resfriamento recircule através da rede e passe através de múltiplos trocadores de calor dentro da rede, por exemplo, em série e/ou em paralelo. Em aplicações em que múltiplos trocadores de calor compartilham água de resfriamento recirculante, os trocadores de calor podem ser pesquisados para identificar um ou mais trocadores de calor críticos dentro da rede na qual monitoramento adicional pode ser realizado para controlar o sistema de água de resfriamento. Os trocadores de calor podem ser avaliados para identificar um ou mais trocadores de calor particulares dentro da rede os quais, com base em sua probabilidade de incrustação, seu desempenho atual em relação ao projeto geral, na sensibilidade à incrustação do lado da água e/ou sua criticalidade para o processo geral, devem ser monitorados mais de perto do que outros trocadores de calor na rede. Tal trocador de calor pode ser designado um trocador de calor crítico e o monitoramento da eficiência térmica pode ser realizado no trocador de calor para controlar o sistema de água de resfriamento que abastece tanto o(s) trocador(es) de calor crítico(s), bem como outros trocadores de calor dentro da rede.

[0034] FIG. 1 é um diagrama de fluxo ilustrando uma rede de trocadores de calor de exemplo 100 contendo múltiplos trocadores de calor nos quais um sistema de monitoramento e controle de água de resfriamento de acordo com a divulgação pode ser implementado. Como mostrado neste exemplo, múltiplos trocadores de calor 104A-104E são conectados fluidamente a uma corrente de água de resfriamento fornecida pela torre de resfriamento 102. A água de resfriamento flui em paralelo através dos trocadores de calor 104A e 104B, seguidos, em série, pelos trocadores de calor 104C-104E antes de retornar à torre de resfriamento. Cada trocador de calor 104 tem um lado de corrente de processo e um lado de corrente de água de resfriamento que são divididos um do outro e permitem que energia térmica se transfira da corrente de processo passando através do lado da corrente de processo para uma corrente de água de resfriamento passando através do lado de corrente de água de resfriamento. Embora a rede de trocadores de calor 100 na FIG. 1 seja ilustrada como tendo cinco trocadores de calor, deve ser apreciado que uma rede de trocadores de calor pode ter menos trocadores de calor (por exemplo, dois, três, quatro) ou mais trocadores de calor (por exemplo, seis, sete ou mais) e a divulgação não é limitada a este respeito.

[0035] Em aplicações em que existem múltiplos trocadores de calor em uma rede, um ou múltiplos trocadores de calor (e, opcionalmente, todos os trocadores de calor) podem incluir sensores, conforme descrito em conexão com o trocador de calor 104 na FIG. 2) Um controlador que gerencia o sistema de água de resfriamento pode receber dados dos sensores. Os dados podem fornecer informações envolvendo a eficiência de transferência de calor de um ou mais trocadores de calor sendo monitorados dentro da rede de trocadores de calor 100 e/ou as características da água de resfriamento que flui através do sistema. As características da água de resfriamento que flui através do sistema recebidas pelo controlador podem ser indicativas de potenciais causas de incrustação ocorrendo dentro da rede de trocadores de calor, como também descrito em mais detalhes abaixo. Por conseguinte, podem ser tomadas ações de controle de água de resfriamento para tentar mitigar incrustação detectada dentro da rede de trocadores de calor 100.

[0036] Embora dados possam ser coletados em relação à eficiência de transferência de calor de todos os trocadores de calor dentro da rede de trocadores de calor 100, na prática, o número de trocadores que precisam ser monitorados e as diferentes condições de incrustação em cada trocador de calor podem tornar esse monitoramento expansivo impraticável. Por conseguinte, nestas aplicações, uma pesquisa inicial de múltiplos trocadores de calor dentro da rede (opcionalmente, todos os trocadores de calor dentro da rede) pode ser realizada para identificar um ou mais trocadores de calor particulares para os quais o monitoramento adicional é apropriado. A pesquisa pode envolver obter dados de desempenho operacional históricos, de projeto históricos e/ou atuais para os trocadores de calor sendo pesquisados para designar um ou mais trocadores de calor como sendo mais críticos que outros dentro da rede para monitoramento (por exemplo, apenas um trocador de calor, dois trocadores de calor ou mais trocadores de calor como sendo críticos).

[0037] Os atributos particulares de um trocador de calor dentro da rede de trocadores de calor 100 que podem torná-lo um trocador de calor crítico para monitoramento adicional podem variar dependendo da aplicação específica. Em geral, a pesquisa pode procurar identificar qual trocador de calor ou quais trocadores de calor dentro da rede de trocadores de calor 100 têm um impacto mais significativo na eficiência e operabilidade do processo geral no qual a rede de trocadores de calor é integrada se incrustados. Como um exemplo, se um trocador de calor particular na rede de trocadores de calor 100 tiver um histórico de incrustação no lado da água de resfriamento a uma taxa mais rápida que outros trocadores de calor dentro da rede (por exemplo, potencialmente ditando o ciclo de limpeza para toda a rede de trocadores de calor) esse trocador pode ser designado um trocador de calor crítico. Como outro exemplo, se o desempenho operacional de um trocador de calor particular na rede de trocadores de calor 100 estiver se desviando de seu desempenho operacional de projeto mais do que outros trocadores de calor dentro da rede, esse trocador pode ser designado um trocador de calor crítico. Embora as características de desempenho para criticalidade possam variar, por exemplo, dependendo da configuração de projeto e das características operacionais de alvo do trocador de calor, parâmetros tais como velocidade da água de resfriamento inferior a 1 pé/segundo através do trocador e/ou temperatura de saída de corrente de água de resfriamento maior que 140 graus Fahrenheit podem indicar uma probabilidade mais alta de incrustação justificando o trocador de calor ser designado um trocador de calor crítico.

[0038] Ao avaliar se um trocador de calor particular na rede de trocadores de calor 100 deve ser designado um trocador de calor crítico para monitoramento adicional, a disponibilidade de trocadores de calor de derivação pode ser levada em consideração. Um trocador de calor de derivação pode ser outro trocador de calor dentro da rede de trocadores de calor 100, por exemplo, que esteja em paralelo com o trocador de calor sendo avaliado quanto à sua criticalidade. O trocador de calor de derivação pode estar off-line ou pode, de outro modo, ter capacidade de produção adicional. No caso de o trocador principal ficar incrustado, o trocador de calor de derivação pode ser colocado online e/ou fluxo adicional dirigido do trocador principal para o trocador de calor de derivação. Por conseguinte, embora a incrustação no trocador principal sendo avaliado quanto à criticalidade possa ser impactante, a disponibilidade do trocador de derivação para redirigir fluxo sem desligar toda a rede de trocadores de calor e/ou o processo pode levar contra designar que o trocador principal é um trocador crítico.

[0039] Um controlador associado ao sistema de controle de água de resfriamento pode receber dados associados à criticalidade de múltiplos trocadores de calor dentro da rede de trocadores de calor 100 e identificar um ou mais trocadores de calor críticos dentro da rede nos quais monitoramento adicional deve ser realizado. Por exemplo, dados associados ao dados de desempenho operacional histórico, projeto histórico e/ou atuais para os trocadores de calor sendo pesquisados podem ser armazenados em uma memória associada ao controlador. O software executando no controlador pode, então, analisar os dados armazenados para identificar um ou mais trocadores de calor dentro da rede de trocadores de calor 100 como sendo um trocador de calor crítico. Alternativamente, um usuário implementando o método de controle de água de resfriamento pode designar um trocador de calor ou trocadores de calor particulares como sendo críticos com base em fatores específicos do local.

[0040] Independentemente das características e do processo usado para designar um trocador de calor particular como sendo crítico, o trocador de calor assim designado pode ser monitorado para obter informações e contemplações para o estado da água de resfriamento que flui através do trocador de calor. Por exemplo, sensores podem ser adicionados para monitorar correntes que fluem através do trocador de calor crítico para fornecer dados relativos à eficiência térmica do trocador de calor para controlar o sistema de água de resfriamento.

[0041] FIG. 2 é um diagrama conceitual de um sistema de monitoramento e controle de água de resfriamento de exemplo 10 que pode ser implementado para um trocador de calor 104 designado como sendo um trocador de calor crítico de acordo com uma pesquisa executada em uma rede de trocadores de calor. No exemplo ilustrado, o sistema 10 inclui uma torre de resfriamento 102, um ou mais trocadores de calor 104 e uma bomba 106 que pode introduzir um ou mais agentes químicos em uma corrente de água de resfriamento sendo recirculada através da rede de troca de calor. Um controlador 136 gerencia a operação global do sistema 10. Em operação, uma corrente de processo comparativamente quente pode passar através de lado de corrente de processo do trocador de calor 104, enquanto uma corrente de água de resfriamento comparativamente fira passar através de um lado de corrente de água de resfriamento do trocador. Os fluidos podem ser separados por uma superfície de parede sólida dentro do trocador de calor para impedir a mistura dos fluidos. Energia térmica pode se transferir da corrente de processo comparativamente quente para a corrente de água de resfriamento comparativamente fria, resultando em uma redução na temperatura da corrente de processo e um aumento na temperatura da corrente de água de resfriamento. Embora o sistema de exemplo da FIG. 2 inclua apenas um único trocador de calor 104 para fins de ilustração, uma rede de trocadores de calor utilizando os conceitos da presente divulgação pode incluir múltiplos trocadores de calor (por exemplo, cada um configurado como trocador de calor 104 é descrito), como discutido acima em relação à FIG. 1.

[0042] O trocador de calor 104 no exemplo da FIG. 2 inclui uma entrada de água de resfriamento 108 e uma saída de água de resfriamento 110. O trocador de calor também inclui uma entrada de corrente de processo 112 e saída de corrente de processo 114. Uma corrente de água de resfriamento 116 pode entrar no trocador de calor 104 através da entrada de água de resfriamento 108, fluir através de uma ou mais vias divididas dentro do trocador de calor e sair do trocador de calor através da saída de água de resfriamento 110. Da mesma forma, uma corrente de processo 118 pode entrar no trocador de calor 104 através da entrada de corrente de processo 112, fluir através de uma ou mais vias divididas dentro do trocador de calor que são separadas da corrente de água de resfriamento e sair do trocador de calor através da saída de corrente de processo 114. Em algumas configurações, a corrente de água de resfriamento e a corrente de processo fluem em direções de cocorrente através do trocador de calor. Em outras configurações, a corrente de água de resfriamento na corrente de processo flui em direções de contracorrente através do trocador de calor. Em geral, o trocador de calor 104 pode ser implementado usando qualquer tipo de projeto de trocador de calor desejado, tal como um trocador de calor de casco e tubo, um trocador de calor de placas, ou outro tipo de dispositivo de transferência térmica.

[0043] Na configuração ilustrada, a corrente de água de resfriamento 116 é distribuída para o trocador de calor 104 de uma torre de resfriamento a montante 102 e reciclada de volta para a torre de resfriamento após passar pelo trocador de calor. Como indicado acima, a corrente de água de resfriamento 116 pode passar através de um ou mais trocadores de calor antes de entrar no trocador de calor 104 e/ou através de um ou mais trocadores de calor depois de passar pelo trocador de calor 104 antes de retornar à torre de resfriamento 102. Na torre de resfriamento 102, energia térmica transferida para a corrente de água de resfriamento fluindo através do circuito de transferência de calor pode ser removida e descarregada para a atmosfera. Por exemplo, a torre de resfriamento 102 pode colocar a corrente de água de resfriamento em contato direto com ar, resultando em uma redução na temperatura da corrente de água de resfriamento através de resfriamento evaporativo. A água de resfriamento pode ser distribuída para um depósito ou reservatório antes de ser extraída e passada através da rede de troca de calor.

[0044] Além da perda de água por evaporação, a água de resfriamento pode ser removida periodicamente do sistema de troca de calor. Uma linha de descarga 120 pode ser usada para “sangrar” (ou “descarregar!”) uma porção da água do depósito ou do reservatório enquanto o sistema estiver operando. Em qualquer caso, uma linha de água de “reabastecimento” 122 pode fornecer água fresca ao sistema de resfriamento para completar perdas de água por evaporação ou despejo deliberado.

[0045] Na prática, uma variedade de questões pode impactar o desempenho térmico do trocador de calor 104 do lado da água de resfriamento do trocador de calor. Por exemplo, se a água de resfriamento contiver um alto nível de sólidos (por exemplo, lodo, detritos), os sólidos podem obstruir parcialmente ou totalmente o caminho de fluido da água de resfriamento através do trocador de calor 104. Como um exemplo, a água de resfriamento pode fazer depósitos se formarem nas superfícies internas do trocador de calor 104 contatadas pela água de resfriamento.

[0046] Por exemplo, a evaporação da água de resfriamento pode levar à concentração de sais (por exemplo, cálcio, sódio, magnésio) na corrente de água de resfriamento reciclada pelo sistema. Estes sais podem formar depósitos de incrustação nas superfícies do trocador de calor 104 contatadas pela água de resfriamento. Como outro exemplo, se a água de resfriamento contiver materiais orgânicos e micróbios, biofilmes podem se depositar nas superfícies do trocador de calor 104 contatadas pela água de resfriamento. Como ainda um exemplo adicional, produtos de corrosão podem sedesenvolver dentro da corrente de água de resfriamento, por exemplo, devido à oxidação do componente de metal (por exemplo, ferro, alumínio e/ou zinco). Estes produtos de corrosão também podem se depositar em superfícies do trocador de calor 104 contatadas pela água de resfriamento. Independente do mecanismo ou da causa da incrustação, um acúmulo de uma camada de barreira nas superfícies do trocador de calor 104 contatadas pela água de resfriamento pode reduzir a eficácia de transferência térmica através do trocador de calor.

[0047] Para ajudar a reduzir ou eliminar condições de incrustação potenciais na corrente de água de resfriamento passando pela rede de transferência de calor, um ou mais produtos químicos podem ser adicionados à água de resfriamento para inibir a formação e/ou deposição de incrustantes. Na configuração da FIG. 2, o sistema 10 inclui uma ou mais bombas 106A a 106Z (coletivamente referidas como “depósito 106”) conectadas fluidamente a um ou mais reservatórios de aditivo químico respectivos 124A a 124Z (coletivamente referidos como “reservatório de produto químico 124”). A bomba 106 pode operar para adicionar um ou mais produtos químicos à água de resfriamento que são selecionados para inibir a formação e/ou deposição de incrustantes em superfícies contatadas pela água de resfriamento. Exemplos de aditivos químicos que podem ser injetados na água de resfriamento incluem, mas não estão limitados a, polímeros (dispersantes e inibidor de incrustação), compostos de organofósforo, tal como oligômero fosfinossuccínico (PSO, inibidor de incrustação e corrosão), zinco (inibidor de corrosão), ortofosfato (inibidor de corrosão), polifosfatos (inibidores de incrustação e corrosão), biocidas e combinações dos mesmos. Adicionalmente ou alternativamente, um ou mais aditivos químicos podem ser injetados na água de resfriamento para ajustar o pH da água de resfriamento. Exemplos de compostos de ajuste de pH incluem ácidos minerais, ácidos orgânicos e bases inorgânicas.

[0048] Na configuração ilustrada da FIG. 2, a bomba 106 é ilustrada como adicionando aditivo químico à água de resfriamento entre a torre de resfriamento 102 e o trocador de calor 104. Na prática, o aditivo químico pode ser introduzido na corrente de água de resfriamento em qualquer local adequado, tal como um depósito associado à torre de resfriamento. Mais ainda, embora o sistema 100 na FIG. 2 ilustre uma única bomba 106 acoplada fluidamente a um único reservatório de aditivo químico 124, a bomba 106 pode estar em comunicação de fluido seletiva com múltiplos reservatórios contendo diferentes produtos químicos e/ou o sistema 10 pode incluir múltiplas bombas cada qual configurada para introduzir um produto químico diferente na água de resfriamento. Ao fornecer múltiplos aditivos químicos diferentes, incluindo alguns ou todos aqueles discutidos acima, o tipo de produto químico introduzido na água de resfriamento pode ser mudado com base em condições variáveis da água de resfriamento.

[0049] Para controlar a adição de aditivo químico na água de resfriamento no sistema 10, o desempenho térmico do trocador de calor 104 pode ser monitorado. Os desempenhos térmicos do trocador de calor 104 podem ser monitorados para avaliar a eficiência com a qual energia térmica está se transferindo da corrente de processo comparativamente quente para a corrente de água de resfriamento comparativamente fria. A eficiência de transferência de calor do trocador de calor 104 pode ser maior quando o trocador de calor estiver novo ou tiver sofrido limpeza. Por exemplo, o trocador de calor 104 pode ser limpo periodicamente usando implementos de limpeza químicos e/ou mecânicos para remover incrustação no lado de processo e/ou de resfriamento do trocador, desde que as superfícies de troca de calor do trocador de calor estejam limpas e substancialmente ou totalmente sem incrustações. Com o tempo em serviço, depósitos de incrustação podem acumular no lado da corrente de processo e/ou no lado da corrente de água de resfriamento das superfícies de transferência de calor do trocador de calor. Como resultado, a eficiência de transferência de calor do trocador de calor 104 pode deteriorar durante o curso da manutenção de uma limpeza para a próxima limpeza.

[0050] Para ajudar a monitorar a eficiência de transferência de calor do trocador de calor 104, múltiplos sensores podem ser implantados para monitorar diferentes aspectos operacionais do trocador de calor. No exemplo da FIG. 2, o sistema 10 inclui um sensor de temperatura 126 que mede uma temperatura da corrente de água de resfriamento 116 entrando no trocador de calor 104 e um sensor de temperatura 128 medindo uma temperatura da corrente de água de resfriamento saindo do trocador de calor. O sistema também inclui um sensor de temperatura 130 medindo a temperatura da corrente de processo 118 entrando no trocador de calor 104 e um sensor de temperatura 132 medindo a temperatura da corrente de processo saindo do trocador de calor. Embora os sensores de temperatura sejam ilustrados esquematicamente como sendo posicionados imediatamente adjacentes ao trocador de calor 104, os sensores de temperatura podem ser posicionados em um local a montante ou a jusante do trocador de calor, desde que os sensores de temperatura forneçam uma medida adequadamente precisa da temperatura da respectiva corrente entrando ou saindo do trocador de calor.

[0051] O sistema 10 pode incluir sensores adicionais e/ou diferentes para medir diferentes parâmetros operacionais do trocador de calor 104. Por exemplo, o sistema pode incluir um ou mais sensores de fluxo para medir a taxa de fluxo da corrente de água de resfriamento 116 e/ou da corrente de processo 118. No exemplo ilustrado, o sistema 10 mostra um sensor de fluxo 134 posicionado para medir uma taxa de fluxo da corrente de água de resfriamento saindo do trocador de calor 104. Em outros exemplos, as taxas de fluxo da corrente de água de resfriamento 116 e/ou da corrente de processo 118 podem ser determinadas com base em velocidades de bomba ou outras informações dentro do ambiente operacional indicando a quantidade de fluido transportada através do trocador de calor. Outros sensores que podem ser empregados de modo útil no sistema 10 incluem sensores de pressão (por exemplo, para medir uma pressão diferencial da corrente de água de resfriamento e/ou corrente de processo através do trocador de calor).

[0052] Além de monitorar características do trocador de calor 104, o sistema 10 pode monitorar online e/ou receber dados de fontes de análise offline envolvendo as características da água de resfriamento fluindo através do sistema, incluindo o trocador de calor 104. Os dados podem fornecer informações indicativas da característica potencial de incrustação e da(s) causa(s) de incrustação correspondente(s) no lado de água de resfriamento do trocador de calor 104. Isto pode ser usado em combinação com informações de eficiência de transferência de calor do trocador de calor 104 para controlar a água de resfriamento no sistema 10.

[0053] As causas típicas de incrustação que podem ser observadas na prática incluem incrustação causada por escama, incrustação causada por corrosão e/ou incrustação causada por fontes biológicas (a chamada bioincrustação).

[0054] Como usado aqui, o termo “incrustação de escama” se refere à incrustação de uma superfície de troca de calor por matéria particulada da ou formada na água de resfriamento incluindo, mas não se limitando a, constituintes tais como carbonato de cálcio, fosfato de cálcio, silicato de magnésio, sílica, óxidos de manganês, fosfatos de alumínio, lodo e areia.

[0055] O termo “incrustação de corrosão” se refere a incrustação de uma superfície de troca de calor por depósitos formados de corrosão, tal como principalmente óxidos de metal, que podem ser formados in situ ou por quebra e redeposição de outro lugar no sistema.

[0056] O termo “bioincrustação” se refere à incrustação de uma superfície de troca de calor por organismos biológicos, suas moléculas extracelulares ou subprodutos metabólicos.

[0057] Para obter informações indicativas de uma ou mais causas de incrustação potenciais no lado da água de resfriamento do trocador de calor 104, o sistema 10 pode gerar e/ou o controlador 136 pode receber informações associadas a diferentes mecanismos de incrustação potenciais. Cada mecanismo de incrustação potencial pode estar associado a um único parâmetro sendo medido ou pode estar associado a múltiplos parâmetros sendo medidos, que coletivamente fornecem informações sobre a probabilidade de que um mecanismo de incrustação potencial seja o mecanismo de incrustação subjacente real. Por exemplo, múltiplos parâmetros diferentes associados a cada mecanismo de incrustação potencial sendo avaliado no sistema 10 podem ser medidos e considerados coletivamente na determinação se o mecanismo de incrustação associado potencial provavelmente é realmente o mecanismo de incrustação ressaltado.

[0058] Para obter dados indicativos de diferentes condições de incrustação nos mecanismos dentro da água de resfriamento que flui através do trocador de calor 104, o sistema 10 pode incluir múltiplos sensores diferentes 135A a 135Z (coletivamente “sensor 135”), fornecendo informações envolvendo as condições de incrustação no lado da água de resfriamento do trocador de calor 104. Por exemplo, na FIG. 2, o sistema 10 é ilustrado como tendo pelo menos um sensor 135A fornecendo informações indicativas de incrustação de escama no lado da água de resfriamento do trocador de calor 104, pelo menos um sensor 135B fornecendo informações indicativas de incrustação de corrosão no lado da água de resfriamento do trocador de calor e pelo menos um sensor 135C fornecendo informações indicativas de bioincrustação no lado da água de resfriamento do trocador de calor.

[0059] Tais sensores podem ser implementados de inúmeras maneiras diferentes no sistema 10. Por exemplo, um ou mais dos sensores podem ser posicionados em linha com a água de resfriamento fluindo através do trocador de calor 104 (por exemplo, a montante ou a jusante do trocador) seja diretamente ou via uma corrente de descarga puxada da corrente principal de água de resfriamento. Alternativamente, um ou mais dos sensores podem ser implementados como uma ferramenta de monitoramento off-line que não está em comunicação de fluido direta com água de resfriamento fluindo através do trocador de calor 104. Nestas aplicações, água de resfriamento fluindo através do trocador de calor 104 pode ser extraída do sistema e transportada para um sistema de análise off-line. Essa análise off-line pode envolver avaliação direta da amostra, por exemplo, usando um ou mais sensores, ou pode envolver processamento adicional na amostra, tal como a realização de processamento químico úmido na amostra para gerar dados associados à amostra. Em qualquer caso, dados gerados pelo sensor 135 e/ou associados de outro modo à água de resfriamento em avaliação podem ser recebidos pelo controlador 136, por exemplo, para armazenamento na memória e/ou processamento adicional.

[0060] Por exemplo, a tabela a seguir ilustra de dados de água de resfriamento de exemplo que podem ser obtidos usando técnicas de monitoramento online e/ou offline, juntamente com frequências de captura de exemplo para os dados:

[0061] Dados de análise, tal como aqueles exemplificados na tabela anterior, podem ser inseridos e/ou armazenados em um meio legível por computador acessível pelo controlador 136 para executar as técnicas de análise e controle aqui descritas. Deve ser apreciado que a funcionalidade de computação atribuída ao controlador 136 no sistema 100 pode ser realizada em qualquer um ou mais controladores associados ao sistema, seja fisicamente no local ou localizada remotamente, e as funcionalidades aqui descritas não são limitadas a serem executadas em qualquer dispositivo de hardware específico ou combinação de dispositivos de hardware. Por conseguinte, a descrição de certas funcionalidades de computação sendo executadas no controlador 136 é para fins de discussão, e a divulgação não é limitada a este respeito.

[0062] Para avaliar a probabilidade de que condições de incrustação no sistema 10 estejam sendo causadas por escama, o controlador 136 pode receber dados associados a um mecanismo de incrustação de escama. O sensor 135 no sistema 10 pode gerar, e o controlador 136 pode receber, dados envolvendo uma concentração de fosfato na água de resfriamento, uma concentração de cálcio na água de resfriamento, uma concentração de manganês na água de resfriamento, uma concentração de alumínio na água de resfriamento, uma concentração de ferro na água de resfriamento, uma concentração de fosfato na água de resfriamento, uma concentração de alcalinidade na água de resfriamento e/ou uma concentração de sílica na água de resfriamento. Concentrações aumentadas de um ou mais destes componentes podem estar associadas a um risco aumentado de incrustação de escama.

[0063] Como outro exemplo, o sensor 135 pode ser implementado usando um sensor óptico para fornecer uma medição indicativa de uma concentração e/ou um tamanho de partículas na água de resfriamento. Por exemplo, um sensor óptico pode ser usado para medir as características de turbidez e/ou espalhamento de luz da água de resfriamento. Um concentração aumentada de particulados na água de resfriamento pode estar associada a constituintes de incrustação de escama, sugerindo um mecanismo de incrustação de escama. Adicionalmente ou alternativamente, um sensor óptico pode ser usado para medir a formação de incrustação em uma superfície do lado da corrente de água de resfriamento do trocador de calor 104 ou um análogo do mesmo, tal como um cupom de metal ou tira de teste exposta às mesmas condições de água de resfriamento que o calor trocador é exposto. O sensor óptico pode avaliar opticamente o incrustante formado na superfície sendo monitorada para determinar as características do incrustante e, correspondentemente, se o incrustante está associado a um mecanismo de incrustação de escama (ou corrosão ou bioincrustação).

[0064] O controlador 136 pode receber dados adicionais ou diferentes, indicativos de um potencial mecanismo de incrustação de escama e usar as informações para controlar o sistema de água de resfriamento. Como um exemplo, o controlador 136 pode receber dados correspondentes à queda de pressão através do trocador de calor 104 no lado da água de resfriamento e calcular um fator C (fator de condutância térmica) com base na queda de pressão. Uma diminuição no fator C ao longo do tempo pode incluir a formação de incrustação de escama.

[0065] Para avaliar a probabilidade de que as condições de incrustação no sistema 10 estejam sendo causadas por corrosão, o controlador 136 pode receber dados associados a um mecanismo de incrustação de corrosão. O sensor 135 no sistema 10 pode gerar, e o controlador 136 pode receber, dados envolvendo uma concentração de ferro na água de resfriamento e/ou uma concentração de cobre na água de resfriamento. Concentrações aumentadas de um ou mais destes componentes podem estar associadas a constituintes de incrustação de corrosão. Como outro exemplo, uma sonda de polarização linear pode ser usada para fazer medição de resistência indicativa de condições de corrosão na água de resfriamento.

[0066] Como ainda outro exemplo, um sensor óptico pode ser usado para medir a formação de incrustação em uma superfície do lado da corrente de água de resfriamento do trocador de calor 104 ou um análogo do mesmo, tal como um cupom de metal ou tira de teste exposta às mesmas condições de água de resfriamento que o calor trocador é exposto. O sensor óptico pode avaliar opticamente o incrustante formado na superfície sendo monitorada para determinar as características do incrustante e, correspondentemente, se o incrustante está associado a um mecanismo de incrustação de corrosão. Quando um análogo é usado para medir condições de incrustação no sistema 10, em vez de fazer medições diretas em uma superfície do lado da água de resfriamento do trocador de calor 104, o análogo pode ou não pode ser formado de uma mesma metalurgia que um metal definindo o lado da corrente de água de resfriamento do trocador de calor.

[0067] Em uma configuração de exemplo do sistema 10, um trocador de calor de modelo ou teste pode ser usado em conjunto com o trocador de calor 104 para fornecer contemplações sobre o comportamento de corrosão ocorrendo no trocador de calor 104. O trocador de calor de modelo pode ser um trocador de calor diferente do trocador de calor principal 104 e pode ter uma capacidade menor. Um tubo ou cupom de metal funcionando como um análogo para o lado da água de resfriamento do trocador de calor 104 pode ser colocado dentro do alojamento. O trocador de calor de modelo pode ser conectado fluidamente à água de resfriamento e/ou às correntes de processo passando através do trocador de calor 104, por exemplo, tomando uma corrente(s) de deslizamento.

[0068] Para avaliar a probabilidade de que condições de incrustação no sistema 10 estejam sendo causadas por bioincrustação, o controlador 136 pode receber dados associados a um mecanismo de bioincrustação. O sensor 135 no sistema 10 pode gerar, e o controlador 136 pode receber, dados envolvendo uma concentração de adenosina trifosfato na água de resfriamento, uma quantidade de carbono orgânico total na água de resfriamento e/ou um potencial de oxidação-redução da água de resfriamento. Estes constituintes podem estar associados à atividade biológica na água de resfriamento que pode causar a bioincrustação.

[0069] Adicionalmente ou alternativamente, um sensor óptico pode ser usado para medir a formação de incrustação em uma superfície do lado da corrente de água de resfriamento do trocador de calor 104 ou um análogo do mesmo, tal como um cupom de metal ou tira de teste exposta às mesmas condições de água de resfriamento que o calor trocador é exposto. O sensor óptico pode avaliar opticamente o incrustante formado na superfície sendo monitorada para determinar as características do incrustante e, correspondentemente, se o incrustante está associado a um mecanismo de bioincrustação. Como ainda outro exemplo, um fluorômetro pode ser usado para medir fluorescência causada por excitação de moléculas biológicas na água de resfriamento, fornecendo uma indicação da atividade biológica na água de resfriamento.

[0070] O controlador 136 pode receber dados adicionais ou diferentes, indicativos de um potencial mecanismo de incrustação de escama e usar as informações para controlar o sistema de água de resfriamento. Como um exemplo, o controlador 136 pode receber dados correspondentes a um ensaio biológico realizado na água de resfriamento, tal como um ensaio de atividade planctônica e/ou séssil. Os resultados do ensaio podem fornecer uma medida do nível de organismos biológicos na água de resfriamento e, correspondentemente, da probabilidade de um mecanismo de bioincrustação.

[0071] O sistema 10 pode incluir outros sensores 135, que fornecem informações envolvendo o estado da água de resfriamento no sistema e um potencial mecanismo de incrustação ocorrendo no lado da água de resfriamento do trocador de calor. Por exemplo, além de monitorar uma temperatura da água de resfriamento fluindo através do trocador de calor 104, um sensor de pH pode monitorar um pH da água de resfriamento. Como outro exemplo, em situações em que um aditivo químico é introduzido na corrente de água de resfriamento para neutralizar uma causa de incrustação potencial, o aditivo pode incluir um polímero marcado fluorescentemente ou rastreador fluorescente inerte que pode ser analisado fluorometricamente para determinar uma concentração do produto químico no água de resfriamento. O controlador 136 pode avaliar a taxa de consumo do aditivo químico com base na resposta fluorométrica para ajudar a determinar se a incrustação da água de resfriamento detectada está associada a um mecanismo de incrustação sendo tratado ou um mecanismo de incrustação potencialmente diferente.

[0072] O sistema 10 no exemplo da FIG. 2 também inclui o controlador 136. O controlador 136 pode ser conectado comunicativamente aos componentes de sensor e aos componentes controláveis do sistema 10 para gerenciar a operação global do sistema. Por exemplo, o controlador 136 pode ser conectado comunicativamente à bomba 106, sensor de temperatura de entrada de água de resfriamento 126, sensor de temperatura de saída de água de resfriamento 128, sensor de temperatura de entrada de corrente de processo 130, sensor de temperatura de saída de corrente de processo 132, sensor de fluxo 134 e sensores 135.

[0073] O controlador 136 inclui processador 138 e memória 140. O controlador 136 comunica com componentes conectados comunicativamente via uma conexão com fio ou sem fio, que no exemplo da FIG. 2 é ilustrada como uma conexão com fio. Os sinais de controle enviados do controlador 136 e recebidos pelo controlador podem viajar através da conexão. A memória 140 armazena software para executar o controlador 136 e também pode armazenar dados gerados ou recebidos pelo processador 138, por exemplo, dos sensores de temperatura 126, 128, 130, 132 e do sensor de fluxo 134. O processador 138 executa o software armazenado na memória 140 para gerenciar a operação do sistema 10.

[0074] O controlador 136 pode ser implementado usando um ou mais controladores, que podem estar localizados no local da instalação contendo o trocador de calor 104. O controlador 136 pode se comunicar com um ou mais dispositivos de computação remotos 142 via uma rede 144. Por exemplo, o controlador 136 pode se comunicar com uma rede de computação em nuvem distribuída geograficamente, que pode executar todas e quaisquer das funções atribuídas ao controlador 136 nesta divulgação.

[0075] A rede 144 pode ser configurada para acoplar um dispositivo de computação a outro dispositivo de computação para permitir que os dispositivos se comuniquem juntos. A rede 144 pode ser ativada para empregar qualquer forma de mídia legível por computador para comunicar informações de um dispositivo eletrônico para outro. Além disso, a rede 144 pode incluir uma interface sem fio e/ou uma interface com fio, tal como a Internet, além de redes de área local (LANs), redes de área ampla (WANs), conexões diretas, tal como por meio de uma porta de barramento serial universal (USB), outras formas de mídia legível por computador ou qualquer combinação dos mesmos. Em um conjunto interconectado de LANs, incluindo aqueles baseados em arquiteturas e protocolos diferentes, um roteador pode agir como um enlace entre LANs, permitindo que mensagens sejam enviadas de uma para outra. Os enlaces de comunicação dentro das LANs podem incluir par de fios torcidos ou cabo coaxial, enquanto os enlaces de comunicação entre redes podem utilizar linhas telefônicas analógicas, linhas digitais dedicadas completas ou fracionárias, Redes Digitais de Serviços Integrados (ISDNs), Linhas Digitais de Assinantes (DSLs), enlaces sem fio, incluindo enlaces celulares e de satélite ou outros enlaces de comunicação. Além disso, computadores remotos e outros dispositivos eletrônicos relacionados podem ser conectados remotamente a qualquer de LANs ou WANs via um modem e enlace telefônico temporário.

[0076] Em operação, os sensores de temperatura 126, 128, 130 e 132 podem gerar dados indicativos de uma temperatura de uma respectiva corrente de fluido entrando ou saindo do trocador de calor 104. Da mesma forma, o sensor de fluxo 134 pode gerar dados indicativos de uma taxa de fluxo de água de resfriamento saindo do trocador de calor 104. O controlador 136 pode receber dados dos sensores implantados em todo o sistema 100 e usar dados gerados pelos sensores para determinar uma eficiência de transferência de calor do trocador de calor 104. Com referência às informações armazenadas na memória relativas a informações de temperatura e/ou informações de taxa de fluxo recebidas para valores de eficiência de transferência de calor, o controlador 136 pode determinar valores de eficiência de transferência de calor para o trocador de calor.

[0077] Em alguns exemplos, o controlador 136 pode determinar a eficiência de transferência de calor do trocador de calor 104 usando a Equação (1) abaixo: Equação 1: Valor U:

[0078] Na Equação (1) acima, o Valor U é a eficiência de transferência de calor, m é a taxa de fluxo de massa da corrente de água de resfriamento, Cp é o calor específico da corrente de água de resfriamento, ΔTágua é uma diferença entre a temperatura da corrente de água de resfriamento saindo do trocador de calor e a temperatura da corrente de água de resfriamento entrando no trocador de calor, Tr. Calor Área é uma quantidade de área de superfície do trocador de calor sobre a qual a energia térmica é transferida entre a corrente de processo e a corrente da água de resfriamento, Ft é um fator de correção correspondente a uma geometria do trocador de calor e é uma diferença de temperatura média logarítmica. Parâmetros tais como o calor específico da corrente de água de resfriamento, a área de transferência de calor do trocador de calor 104 e um fator de correção podem ser armazenados em uma memória e/ou em informações de cálculo calculáveis armazenadas em memória. Por exemplo, um usuário pode usar um dispositivo de entrada de usuário para armazenar informações na memória 140 do controlador 136 correspondentes ao calor específico da corrente de água de resfriamento (por exemplo, o calor específico da água) e características correspondentes à geometria do trocador de calor 104.

[0079] A diferença de temperatura média logarítmica na Equação (1) acima pode ser calculada usando as Equações (2) ou (3) abaixo.

[0080] A Equação (2) pode ser usada em circunstâncias em que a corrente de água de resfriamento e a corrente de processo fluem na direção contracorrente. A Equação (3) pode ser usada em circunstâncias em que a corrente de água de resfriamento e a corrente de processo fluem na direção de cocorrente. Em ambas as Equações (2) e (3), TProcesso,entrada é a temperatura da corrente de água de processo entrando no trocador de calor, como medida pelo sensor de temperatura 130, TProcesso,saída é a temperatura da corrente de processo saindo do trocador de calor, como medida pelo sensor de temperatura 132, tágua,entrada é a temperatura da corrente de água de resfriamento entrando no trocador de calor, como medida pelo sensor de temperatura 126, e tágua,saída é a temperatura da corrente de água de resfriamento saindo do trocador de calor, como medida pelo sensor de temperatura 128.

[0081] O controlador 136 pode receber dados dos sensores no sistema 10 e determinar a eficiência de transferência de calor do trocador de calor 104 continuamente ou periodicamente. Por exemplo, o controlador 136 pode determinar a eficiência de transferência de calor do trocador de calor 104 pelo menos uma vez por dia, tal como pelo menos uma vez por hora, pelo menos uma vez por minuto ou pelo menos uma vez por segundo. A frequência com a qual o controlador 136 calcula a eficiência de transferência de calor do trocador de calor 104 pode variar dependendo da taxa de amostragem dos sensores no sistema 10, da capacidade de processamento do controlador 136 e/ou de uma entrada do operador selecionando a frequência com a qual a eficiência de transferência de calor deve ser calculada.

[0082] Na prática, é desejável se o trocador de calor 104 exibir uma alta eficiência de transferência de calor que permaneça alta (por exemplo, substancialmente constante) durante o intervalo de serviço do trocador de calor. Na prática, no entanto, a eficiência de transferência de calor do trocador de calor 104 pode diminuir ao longo do tempo à medida que a incrustação acumula no lado da corrente de processo do trocador de calor e/ou no lado de água de resfriamento do trocador de calor. Ao monitorar a taxa na qual a incrustação acumula no trocador de calor e a taxa correspondente na qual a eficiência térmica muda para o trocador de calor, ação intervencionista pode ser tomada no lado da água de resfriamento controlando a bomba 106 para controlar a adição de um ou mais aditivos químicos à corrente de água de resfriamento em resposta à detecção de mudanças na eficiência térmica.

[0083] Em alguns exemplos, o controlador 136 estabelece uma tendência de eficiência de transferência de calor para o trocador de calor 104 durante um período de tempo. O período durante o qual a tendência de eficiência da transferência de calor é estabelecida pode começar quando o trocador de calor é colocado em serviço pela primeira vez (por exemplo, é novo ou após limpeza). Isto é quando o trocador de calor 104 é menos provável de ser incrustado. Alternativamente, o período de tempo durante o qual a tendência de eficiência de transferência de calor é estabelecida pode começar após o trocador de calor ter sido colocado em serviço por um período de tempo. Por exemplo, a tendência de eficiência de transferência de calor pode começar quando mudanças são feitas na corrente de água de resfriamento (por exemplo, após a descarga) e/ou mudanças são feitas na corrente de processo (por exemplo, mudança na temperatura, pressão, composição) que flui através do trocador de calor 104.

[0084] Independentemente de quando o período de tempo para medir a tendência de eficiência de transferência de calor para o trocador de calor 104 começa, o controlador 136 pode medir a eficiência de transferência de calor por um período de tempo eficaz para fornecer uma tendência estatisticamente razoável do comportamento de eficiência de transferência de calor. Por exemplo, o controlador 136 pode medir a eficiência de transferência de calor do trocador de calor 104 por pelo menos 1 dia, tal como pelo menos 5 dias, pelo menos 10 dias, pelo menos 20 dias ou pelo menos 30 dias. Em alguns exemplos, o controlador 136 mede a eficiência de transferência de calor do trocador de calor 104 por um período de tempo variando de 1 dia a 120 dias, tal como de 5 dias a 100 dias, de 10 dias a 45 dias ou de 5 dias a 30 dias. Em alguns exemplos, o controlador 136 mede a eficiência de transferência de calor como uma média móvel durante um certo número de dias anteriores, tal como um período precedente variando de 5 dias a 50 dias.

[0085] O controlador 136 pode gerar valores de eficiência de transferência de calor com base em informações de sensor recebidas durante o período de medição. O controlador 136 pode ainda realizar análise de tendência estatística nos valores de eficiência de transferência de calor determinados durante o período de medição para identificar uma tendência para a eficiência de transferência de calor do trocador de calor 104.

[0086] Em alguns exemplos, o controlador 136 pode adequar uma curva aos valores de eficiência de transferência de calor plotados em um eixo y de um gráfico com tempo de medição correspondente plotado no eixo x do gráfico. Em um exemplo, a curva é uma equação de primeira ordem tendo a forma y=m*x+b, onde y é a eficiência de transferência de calor, x é o tempo, m é a inclinação da curva e b é a interceptação da curva. A inclinação da curva “m” pode ser armazenada em uma memória associada ao controlador 136 como uma tendência correspondente à eficiência de transferência de calor do trocador de calor 104. Em outros exemplos, uma curva polinomial de ordem superior pode ser adequada aos dados.

[0087] Em alguns exemplos, o controlador 136 processa os dados de temperatura recebidos dos sensores 126, 128, 130 e 132 e/ou dados de fluxo recebidos do sensor 134 antes de calcular a eficiência de transferência de calor. Por exemplo, o controlador 136 pode suavizar os dados usando um algoritmo de suavização estatística para remover ruído e valores discrepantes dos dados. O controlador 136 pode, então, determinar a eficiência de transferência de calor usando valores de temperatura suavizados. Alternativamente, o controlador 136 pode calcular valores de eficiência de transferência de calor para os dados brutos e aplicar o algoritmo de suavização aos valores calculados de eficiência de transferência de calor. A análise de tendência subsequente e a detecção de mudança podem ser realizadas usando os dados suavizados.

[0088] O controlador 136 pode continuar recebendo medições dos sensores no sistema 10 e gerando valores de eficiência de transferência de calor com base nos dados de sensor recebidos após estabelecer uma tendência de eficiência de transferência de calor. O controlador 136 pode comparar as informações de eficiência de transferência de calor para o trocador de calor 104 com a tendência de eficiência de transferência de calor determinada para o trocador de calor e detectar se há uma mudança na tendência de eficiência de transferência de calor. Por exemplo, o controlador 136 pode determinar uma tendência de eficiência de transferência de calor por um período de medição e comparar essa tendência com a tendência estabelecida anteriormente. O período de medição pode ser comparativamente curto (por exemplo, um dia ou menos) ou mais longo (por exemplo, um dia ou mais, tal como uma semana ou mais). Em aplicações em que o controlador 136 adequa uma equação de ordem simples aos dados de eficiência de transferência de calor calculados com base nos dados recebidos do trocador de calor 104, o controlador pode determinar uma inclinação da eficiência de transferência de calor durante o período de medição. O controlador 136 pode comparar a inclinação da tendência de eficiência de transferência de calor do trocador de calor 104 durante o período de medição (período de comparação) com a inclinação da tendência de eficiência de transferência de calor estabelecida anteriormente (período de linha de base).

[0089] Uma variedade de indicadores diferentes pode ser usada para dividir um conjunto de dados de dados de eficiência de transferência de calor em um período de linha de base e um período de comparação para fins de comparação e quantificação relativa da mudança de tendência. Em algum exemplo, os dados de eficiência de transferência de calor são divididos com base em um evento impactando a operação do sistema 10 em um período de linha de base antes do evento e em um período de comparação após o evento. Exemplos de eventos incluem: desligamento e partida da planta (por exemplo, retorno), a mudança de um equipamento que a água de resfriamento contata (por exemplo, bomba, trocador de calor), uma perturbação da química da água na água da torre de resfriamento e/ou alimentações de produtos químicos associados ( por exemplo, uma mudança na concentração de uma espécie química na água superior a 10%, tal como superior a 20%, superior a 50% ou superior a 100%), uma mudança na temperatura de operação, uma mudança em composição ou condições da corrente de processo e combinações dos mesmos. Os dados de tendência de eficiência de transferência de calor antes do evento podem formar o período de linha de base e os dados de tendência de eficiência de transferência de calor após o evento podem formar o período de comparação. O controlador 136 pode ser informado do evento através de entrada de usuário através de uma interface de usuário ou outros dados monitorados recebidos pelo controlador indicando a ocorrência do evento.

[0090] Como outro exemplo, o controlador 136 pode estabelecer uma média móvel (por exemplo, tendo um período variando entre 10 dias e 3 meses) de dados de tendência de eficiência de transferência de calor como uma linha de base e comparar dados de tendência de eficiência de transferência de calor mais tarde com a média móvel para fornecer a comparação. Como ainda outro exemplo, o controlador 136 pode dividir dados de eficiência de transferência de calor monitorados em dois períodos (por exemplo, um período de linha de base e um período de comparação) com base na duração e comparar os dois períodos entre si. Por exemplo, o controlador 136 pode dividir dados de eficiência de transferência de calor monitorados em um período de linha de base gerado durante uma duração de linha de base e um período de comparação gerado em uma duração de comparação. A duração de linha de base e a duração de comparação podem ser as mesmas ou diferentes uma da outra. Em alguns exemplos, a duração de linha de base e a duração de comparação variam cada qual de uma duração de uma semana de dados de tendência de eficiência de transferência de calor monitorados a 6 meses de dados de tendência de eficiência de transferência de calor monitorados, tal como 2 semanas de dados de tendência de eficiência de transferência de calor monitorados a 4 meses de dados de tendência de eficiência de transferência de calor monitorados, ou de 1 mês de dados de tendência de eficiência de transferência de calor monitorado a 3 meses de dados de tendência de eficiência de transferência de calor monitorados.

[0091] Independente da técnica usada pelo controlador 136 para dividir os dados correspondentes à eficiência de transferência de calor em um período de linha de base e um período de comparação, em algumas aplicações, o controlador 136 compara a mudança na eficiência de transferência de calor ao longo dos dois períodos entre si. Por exemplo, o controlador 136 pode determinar uma mudança percentual na eficiência de transferência de calor durante o período de linha de base e o período de comparação comparando as inclinações das linhas de tendência adequadas para cada período.

[0092] Como a duração ou o comprimento do período de linha de base pode ser diferente do período de comparação, o controlador 136 pode normalizar a mudança de eficiência de transferência de calor calculada ao longo de cada período para uma duração padronizada. Por exemplo, o controlador 136 pode ajustar (por exemplo, extrapolar linearmente) a mudança calculada para um período anualizado (12 meses) ou período de outra duração. A título de ilustração, quando a duração do período de linha de base é de 3 meses, o controlador 136 pode multiplicar a mudança de eficiência de transferência de calor calculada para o período de linha de base por 4 para anualizar a mudança para uma base de 12 meses.

[0093] O controlador 136 pode comparar a tendência de eficiência de transferência de calor do período da linha de base com a tendência de eficiência de transferência de calor no período de comparação. O controlador 136 pode realizar a comparação comparando a mudança ajustada no tempo (por exemplo, anualizada) na eficiência de transferência de calor durante o período de linha de base com a mudança ajustada no tempo na eficiência de transferência de calor durante o período de comparação. Em exemplos diferentes, o controlador 136 pode calcular uma diferença entre os dois valores (por exemplo, subtraindo a mudança ajustada no tempo na eficiência de transferência de calor durante o período de linha de base na mudança ajustada no tempo na eficiência de transferência de calor durante o período de comparação), uma razão dos dois valores, ou outro parâmetro representando uma comparação entre os dois valores.

[0094] O controlador 136 pode determinar se a tendência de eficiência de transferência de calor durante o período de medição difere da tendência de eficiência de transferência de calor estabelecida anteriormente em mais de uma quantidade de limiar. A quantidade de limiar pode ser maior ou igual a 1% do valor de eficiência de transferência de calor estabelecido anteriormente (por exemplo, inclinação), tal como maior ou igual a 5% do valor de eficiência de transferência de calor estabelecido anteriormente, maior ou igual a 10% do valor de eficiência de transferência de calor estabelecido anteriormente, maior ou igual a 25% do valor de eficiência de transferência de calor estabelecido anteriormente, ou maior ou igual a 50% do valor de eficiência de transferência de calor estabelecido anteriormente. Por exemplo, a quantidade de limiar pode variar de 1 por cento a 50 por cento do valor de eficiência de transferência de calor estabelecido anteriormente, tal como de 2 por cento a 25 por cento, ou de 5 por cento a 20 por cento.

[0095] Quando o controlador 36 determina um parâmetro representando uma comparação de eficiência de transferência de calor durante dois períodos - por exemplo, uma diferença entre uma mudança ajustada no tempo na eficiência de transferência de calor durante um período de linha de base e uma mudança ajustada no tempo na eficiência de transferência de calor durante um período de comparação - o limiar pode ser um ou mais valores discretos em vez de uma porcentagem. Quando o parâmetro é uma diferença no valor U anualizado (por exemplo, a mudança no valor U anualizado durante o período de comparação menos a mudança no valor U anualizado no período de linha de base), o valor de limiar pode ser zero ou menos BTU/h/ft2/grau F por ano, tal como -10 ou menos BTU/h/ft2/grau F por ano, - 25 ou menos BTU/h/ft2/grau F por ano.

[0096] Se a tendência de eficiência de transferência de calor se desviar negativamente da tendência de eficiência de transferência de calor estabelecida anteriormente, ela pode ser indicativa de que o trocador de calor esteja incrustando mais rápido durante o período de medição do que durante a operação anterior. Se deixada não tratada, a incrustação mais rápida pode reduzir a eficiência operacional do trocador de calor 104, potencialmente necessitando de um desligamento caro e não planejado para limpar o trocador antes da próxima limpeza programada. Por exemplo, quando o parâmetro correspondente à comparação entre os dois períodos de tempo monitorados é determinado estar no ou abaixo do limiar, o controlador 136 pode determinar que incrustação da água de resfriamento problemática está provavelmente ocorrendo. Em contraste, se for determinado que o parâmetro está acima do limiar, o controlador 136 pode determinar que incrustação da água de resfriamento problemática não está provavelmente ocorrendo.

[0097] Para ajudar a responder à mudança detectada na tendência de eficiência de transferência de calor, o controlador 136 pode determinar uma causa predita da mudança na tendência de eficiência de transferência de calor e controlar o sistema de água de resfriamento com base na causa predita. O controlador 136 pode determinar uma causa predita da mudança na tendência de eficiência de transferência de calor com base nos dados recebidos correspondentes a diferentes causas potenciais de incrustação no lado da água de resfriamento do trocador de calor 140. Por exemplo, o controlador 136 pode receber dados correspondentes a uma causa raiz potencial de incrustação de escama, uma causa raiz potencial de incrustação de corrosão e dados correspondentes a uma causa raiz de bioincrustação. Dos diferentes dados recebidos, o controlador 136 pode determinar uma causa de incrustação predita ou mais provável das diferentes causas sendo avaliadas com base nos dados recebidos. O controlador 136 pode, então, controlar o sistema de água de resfriamento 10 com base na causa de incrustação predita.

[0098] Em alguns exemplos, o controlador 136 aplica um fator de ponderação a cada parâmetro de dados recebido que corresponde aos diferentes tipos de mecanismos de incrustação sendo avaliados para determinar uma causa de incrustação líder ou predita. Cada fator de ponderação pode corresponder à resistência preditiva e ao valor probatório que um parâmetro de dados particular tem na determinação da causa raiz subjacente de um problema de incrustação no lado da água de resfriamento. Um fator de ponderação particular pode ser determinado com base em análise causal de dados empíricos relativos a um parâmetro particular para um mecanismo de incrustação particular. O fator de ponderação pode ser ajustado ainda para cima ou para baixo com base em fatores específicos da aplicação relativos ao processo de água de resfriamento particular sendo monitorado e controlado. O controlador 136 pode determinar os fatores de ponderação a serem usados para cada parâmetro de dados particular, ou os fatores de ponderação podem ser programados em uma memória associada ao controlador 136 e usados pelo controlador para determinar uma causa predita de incrustação associada à mudança detectada na tendência de eficiência de transferência de calor.

[0099] Embora os fatores de ponderação específicos aplicados pelo controlador 136 possam variar com base na aplicação, as Tabelas 1, 2 e 3 fornecem faixas de fatores de ponderação exemplares que podem ser aplicados a diferentes parâmetros que podem ser associados a diferentes tipos de mecanismos de incrustação. Na tabela, a porcentagem de linha de base se refere ao parâmetro como medido após detectar uma mudança na eficiência de transferência de calor (por exemplo, aumento na taxa de incrustação) em comparação com o parâmetro como medido durante condições operacionais de baixa taxa de incrustação (por exemplo, linha de base). Da mesma forma, aporcentagem de KPI (indicador de desempenho chave) se refere ao valor para o parâmetro como medido após detectar uma mudança na eficiência de transferência de calor (por exemplo, em um estado incrustado) em comparação com o valor de alvo do parâmetro para condições de operação do sistema de alvo (por exemplo, linha de base). Além disso, deve ser apreciado que os parâmetros de incrustação listados nas tabelas anteriores são exemplos e a divulgação não é limitada a este respeito. Tabela 1: Parâmetros de exemplo correspondentes à incrustação de escama e fatores de ponderação de exemplo associados.

Tabela 2: Parâmetros de exemplo correspondentes a incrustação de corrosão e fatores de ponderação de exemplo associados.

Tabela 3: Parâmetros de exemplo correspondentes à bioincrustação e fatores de ponderação de exemplo associados.

[00100] O controlador 136 pode aplicar um fator de ponderação multiplicando um respectivo parâmetro de dados pelo seu fator de ponderação correspondente. Dependendo do número de pontos de dados disponíveis para um parâmetro particular, o controlador 136 pode fazer a média de múltiplas medições do parâmetro e aplicar o fator de ponderação a um valor mediado do parâmetro. Por exemplo, o controlador 136 pode determinar uma média, mediana ou modo dos múltiplos pontos de dados para fornecer uma média do parâmetro e, então, aplicar o fator de ponderação ao parâmetro mediado. O período durante o qual os parâmetros medidos sendo mediados são tomados pode começar mediante detecção da mudança na tendência de eficiência de transferência de calor para o trocador de calor 104. A mudança na tendência de eficiência de transferência de calor pode sinalizar uma mudança em condições de água de resfriamento correspondentes às condições de incrustação em mudança. Por conseguinte, medições feitas antes de detectar a mudança na tendência de eficiência de transferência de calor podem ser omitidas em alguns casos em que os dados podem não se refletivos das condições mudadas da água de resfriamento.

[00101] Para identificar uma causa predita de potencial incrustação que pode estar causando a mudança detectada na tendência de eficiência de transferência de calor, o controlador 136 pode determinar um escore de incrustação agregado para cada mecanismo de incrustação sendo avaliado como uma causa raiz potencial. O controlador 136 pode determinar o escore de incrustação agregado somando o parâmetro ponderado associado a um mecanismo de incrustação de parâmetro. Por exemplo, o controlador 136 pode determinar um escore de incrustação de escama agregado somando cada parâmetro de dados ponderado indicativo de incrustação de escama. O controlador 136 pode determinar um escore de incrustação de corrosão agregado somando cada parâmetro de dados ponderado indicativo de incrustação de corrosão. Além disso, o controlador 136 pode determinar um escore de bioincrustação agregado somando cada parâmetro de dados ponderado indicativo de bioincrustação.

[00102] Na prática, o número de parâmetros de dados associados a cada tipo de incrustação sendo avaliado como uma causa raiz da mudança detectada na eficiência de transferência de calor pode variar. Por exemplo, o número de parâmetros medidos correspondentes a uma causa potencial de incrustação de escama pode ser diferente do número de parâmetros medidos correspondente a uma causa de incrustação de corrosão potencial, cada um dos quais pode ser o mesmo ou diferente do número de parâmetros medidos correspondente a uma causa potencial de bioincrustação. Na situação em que esta discrepância existe, o total somado dos parâmetros ponderados correspondente a cada tipo de mecanismo de incrustação pode ser normalizado com base no número de parâmetros. Por exemplo, o controlador 136 pode dividir o total somado dos parâmetros ponderados correspondentes a cada tipo de mecanismo de incrustação pelo número de parâmetros. Isto pode fornecer um escore de incrustação agregado para cada tipo de mecanismo potencial de incrustação sendo avaliado que é normalizado para permitir comparação cruzada entre os diferentes escores de incrustação.

[00103] O controlador 136 pode determinar uma causa predita de incrustação atribuível à mudança detectada na tendência de eficiência de transferência de calor comparando o escore de incrustação agregado para cada tipo de mecanismo potencial de incrustação entre si. Por exemplo, dependendo de como os fatores de ponderação são escalonados, o controlador 136 pode identificar um menor (mínimo) ou maior (máximo) dos escores de incrustação agregados. O controlador 136 pode, então, estabelecer uma causa de incrustação associada ao escore de incrustação agregado identificado como a causa predita da mudança detectada na eficiência de transferência de calor. O controlador 136 pode, então, controlar mais um aditivo químico introduzido no sistema de água de resfriamento com base na causa predita.

[00104] Em alguns exemplos, o controlador 136 compara cada um dos escores de incrustação agregados correspondentes a diferentes mecanismos potenciais de incrustação com um ou mais valores de limiar. O controlador 136 pode determinar uma causa predita de incrustação - ou que incrustação não está provavelmente ocorrendo - com base na comparação. O(s) valor(es) de limiar específicos contra os quais o controlador 136 compara cada um dos escores de incrustação agregados podem variar, por exemplo, com base na magnitude dos fatores de ponderação aplicados. No entanto, em algumas aplicações, o controlador 136 compara cada um dos escores de incrustação agregados com um primeiro limiar, tal como um primeiro limiar de 0,25. Este valor de limiar pode variar dependendo da magnitude dos fatores de ponderação usados e das tolerâncias de incrustação do usuário que implementa os sistemas. Independentemente do valor específico usado, se um escore de incrustação agregado estiver abaixo do primeiro limiar, o controlador 136 pode indicar que o mecanismo de incrustação associado ao escore de incrustação improvavelmente está causando incrustação e nenhuma ação é necessária. Por exemplo, quando o trocador de calor é bloqueado com detritos soltos na água de resfriamento não relacionados à incrustação, a comparação dos escores de incrustação agregados com o limiar pode revelar que a mudança correspondente na tendência de eficiência de transferência de calor não é causada por incrustação de escama, corrosão ou microbiana.

[00105] Adicionalmente ou alternativamente, o controlador 136 pode comparar cada um dos escores de incrustação agregados contra um segundo limiar. O segundo limiar pode variar do primeiro limiar por um fator de pelo menos 2. Em alguns exemplos, o segundo limiar é maior que o primeiro limiar. Por exemplo, em um exemplo em que o primeiro limiar é de 0,25, o segundo limiar pode ser de 0,5. Novamente, porém, diferentes valores de limiar podem ser usados dependendo dos fatores de ponderação específicos aplicados aos dados. Se um escore de incrustação agregado estiver acima do segundo limiar, o controlador 136 pode indicar que o mecanismo de incrustação associado ao escore de incrustação está provavelmente causando incrustação e é necessária ação remediadora. Se o escore de incrustação agregado estiver entre os dois limiares, o controlador poderá emitir aviso para uma interface de usuário (por exemplo, com ou sem tomar ação), indicando que é necessário um monitoramento íntimo de potencial incrustação.

[00106] O controlador 136 pode controlar o sistema 10 com base na causa de incrustação predita, tomando ações para neutralizar a causa de incrustação predita. Como um exemplo, o controlador 136 pode controlar o sistema 10 para descarregar a torre de resfriamento 102. Como outro exemplo, o controlador 136 pode controlar o sistema 10 controlando a adição de um aditivo químico selecionado para neutralizar a causa de incrustação predita. Por exemplo, quando a causa predita é incrustação de escama, o controlador 136 pode controlar a adição de um inibidor de escama e/ou agente de controle de pH para inibir a formação de incrustação de escama no sistema. Como outro exemplo, quando a causa predita é incrustação de corrosão, o controlador 136 pode controlar a adição de um inibidor de corrosão e/ou agente de controle de pH para inibir a incrustação de corrosão no sistema. Como ainda outro exemplo, quando a causa predita é bioincrustação, o controlador 136 pode controlar a adição de um biocida e/ou biodispersante para inibir bioincrustação no sistema.

[00107] Embora as ações remediadoras anteriores sejam descritas como sendo executadas pelo controlador 136, deve ser apreciado que a intervenção do operador pode ou não pode ser necessária para executar algumas ou todas as ações. Por exemplo, na prática, o controlador 136 pode emitir um alerta de usuário (por exemplo, texto visual e/ou gráficos) em uma interface de usuário de computador, fornecendo instruções de controle e/ou um curso de ação recomendado para tratar uma causa de incrustação predita. Um operador pode interagir com equipamento de planta - seja manualmente ou através de uma interface de controlador (por exemplo, computador) controlando o equipamento da planta - para implementar as ações desejadas que neutralizam a causa de incrustação predita.

[00108] Em aplicações em que existem múltiplos aditivos químicos diferentes disponíveis para introdução na água de resfriamento, o controlador 136 pode selecionar um ou mais dos aditivos químicos diferentes a serem introduzidos na água de resfriamento controlando válvula(s) e/ou bomba(s) fluidamente acoplando um ou mais aditivos químicos diferentes à corrente de água de resfriamento. Por exemplo, o controlador 136 pode variar o tipo de aditivo químico introduzido na água de resfriamento e/ou a taxa na qual o aditivo químico é introduzido na água de resfriamento com base na mudança detectada na tendência de eficiência de transferência de calor e na causa de incrustação predita.

[00109] Em alguns exemplos, o controlador 136 parte a bomba 106 ou aumenta a taxa de operação da bomba 106 em resposta à detecção de uma mudança indicando que a tendência de eficiência na transferência de calor para o trocador de calor 104 diminuiu mais do que uma quantidade de limiar em comparação com a tendência de eficiência de transferência de calor estabelecida anteriormente e com base na causa de incrustação predita. Adicionalmente ou alternativamente, o controlador 136 pode parar a bomba 106 ou diminuir a taxa de operação da bomba 106 em resposta à detecção da mudança e com base na causa de incrustação predita (por exemplo, quando o produto químico sendo introduzido no sistema pode aumentar até a causa de incrustação predita).

[00110] O controlador 136 pode continuar recebendo dados dos sensores no sistema 10 e calculando uma eficiência de transferência de calor para o trocador de calor 104 após controlar o sistema (por exemplo, ajustando um aditivo químico introduzido na água de resfriamento) com base na causa de incrustação predita. O controlador 136 pode monitorar a tendência de eficiência de transferência de calor para o trocador de calor 104 em seguida a mudanças feitas no(s) aditivo(s) químico(s) (por exemplo, tipo e/ou taxa). O controlador 136 pode determinar se a eficiência de transferência de calor estabiliza (por exemplo, permanece substancialmente constante), retorna para a tendência estabelecida anteriormente ou desvia ainda mais da tendência estabelecida anteriormente. Em aplicações em que a tendência de eficiência de transferência de calor permanece constante após ação de neutralização - o que pode corresponder a um desvio negativo detectado inicialmente - ou a tendência diminui ainda mais, o controlador 136 pode determinar que a causa de incrustação predita não é provavelmente a causa real. Por exemplo, o controlador 136 pode monitorar a tendência de eficiência de transferência de calor após tomar ação de neutralização para tratar da causa de incrustação predita e determinar se a tendência mudou em mais que um valor de limiar (por exemplo, mais que mais ou menos 5%, tal como maior que mais ou menos 10%). Em casos em que a incrustação continua a existir no processo, a tendência pode permanecer negativa, mas estar em uma inclinação diferente (mais rasa ou mais baixa) do que antes de tomar a ação intervencionista.

[00111] Em tais aplicações, o controlador 136 pode determinar uma causa predita alternativa da mudança detectada na tendência de eficiência de transferência de calor. O controlador 136 pode determinar uma causa predita alternativa da incrustação comparando o escore de incrustação agregado associado aos mecanismos de incrustação potenciais restantes (por exemplo, excluindo o escore de incrustação agregado para o mecanismo de incrustação já identificado como a causa de incrustação predita). Dependendo de como os fatores de ponderação são escalonados, o controlador 136 pode identificar um escore menor (mínimo) ou maior (máximo) dos escores de incrustação agregados restantes e estabelecer uma causa de incrustação associada ao escore de incrustação agregado identificado como a causa predita alternativa da mudança detectada na eficiência de transferência de calor. O controlador 136 pode, então, controlar mais um aditivos químicos introduzidos no sistema de água de resfriamento com base na causa de incrustação predita alternativa.

[00112] O controlador 136 pode monitorar a tendência de eficiência de transferência de calor em resposta às ações tomadas para neutralizar a causa de incrustação predita alternativa. O controlador 136 pode repetir o processo até uma causa de incrustação predita ser identificada que pareça ser a causa raiz da mudança na tendência de eficiência de transferência de calor originalmente detectada. Adicionalmente ou alternativamente, o controlador 136 pode emitir uma saída (por exemplo, alerta de usuário) indicando que a mudança detectada na tendência de eficiência de transferência de calor provavelmente não está associada à incrustação no lado da água de resfriamento (por exemplo, causada por incrustação de escama, incrustação de corrosão ou bioincrustação). Por exemplo, a mudança na tendência de eficiência de transferência de calor pode ser causada por detritos a granel entrando no trocador de calor 104 e obstruindo o trocador. Como outra alternativa, a mudança detectada na tendência de eficiência de transferência de calor pode ser causada por incrustação no lado de processo no trocador de calor 104 e não incrustação no lado de água de resfriamento.

[00113] O controlador 136 pode tomar uma variedade de ações de controle diferentes dentro do sistema 10, além de ou em lugar de controlar a bomba 106, para mudar um tipo ou uma concentração de aditivo químico na água de resfriamento. Como um exemplo, o controlador 136 pode aumentar a taxa na qual água de resfriamento flui através do trocador de calor 104 em resposta à detecção de uma mudança na tendência de eficiência de transferência de calor para o trocador de calor. Por exemplo, se o controlador 136 detectar uma mudança repentina na magnitude absoluta da eficiência de transferência de calor do trocador de calor 104 e/ou uma diminuição significativa na tendência de eficiência de transferência de calor (por exemplo, indicando incrustação rápida), que pode ser indicativa de obstrução do trocador de calor devido a lodo, detritos ou outra matéria. Consequentemente, aumentar a taxa de fluxo de água de resfriamento passando pelo trocador pode ajudar a lavar matéria particulada alojada dentro do trocador de calor. O controlador 136 pode controlar uma bomba (não ilustrada) fornecendo água de resfriamento de um depósito associado à torre de resfriamento 102 para o trocador de calor 104 para controlar a taxa de fluxo do abastecimento de água de resfriamento para o trocador de calor.

[00114] Um sistema de monitoramento e controle de água de resfriamento de acordo com a divulgação pode ser implementado em qualquer processo onde um fluido de troca térmica é usado para transferir energia térmica com uma ou mais correntes de processo através de um trocador de calor. Exemplos de correntes de processo que podem fluir através do lado quente do trocador de calor 104 incluem, mas não se limitam a, produtos químicos orgânicos, petróleo bruto, derivados de petróleo bruto (por exemplo, produtos de petróleo bruto refinados ou parcialmente refinados) e produtos intermediários ou finais em um processo de produção de amônia. Por exemplo, o trocador de calor pode ser integrado em uma planta de produção de polímero onde monômero, oligômero e/ou polímero orgânico flui através do lado de processo do trocador de calor. Como outro exemplo, o trocador de calor pode ser integrado a uma usina de energia que gera eletricidade a partir de uma fonte renovável ou não renovável. As correntes de processo fluindo através do lado quente do trocador de calor 104 podem geralmente ser de faselíquida, embora possam ser de fase de vapor e/ou uma corrente multifásica de líquido-vapor. Por exemplo, o trocador de calor 104 pode ser integrado em uma planta de separação de ar, de modo que uma corrente de processo no lado de corrente de processo do trocador de calor seja um gás.

[00115] Embora a FIG. 2 ilustre um sistema de monitoramento e controle de exemplo contendo um único trocador de calor, como discutido acima em relação à FIG. 1, exemplos de aplicações podem incluir múltiplos trocadores de calor em série e/ou em paralelo. O controlador 136 pode receber dados dos sensores e determinar uma tendência de eficiência de transferência de calor para cada um dos trocadores de calor conectados. O controlador 136 pode detectar uma mudança na tendência de eficiência de transferência de calor de pelo menos um e, opcionalmente, múltiplos dos trocadores de calor sendo monitorados e controlar a adição do aditivo químico à corrente de água de resfriamento com base na tendência detectada. Em alguns desses exemplos, o controlador 136 pode determinar uma causa de incrustação predita e controlar o sistema de água de resfriamento 10 com base na causa de incrustação predita mediante detecção de uma mudança na tendência de eficiência de transferência de calor (por exemplo, ultrapassando uma quantidade de limiar) de múltiplos dos trocadores de calor. Neste caso, a detecção de tendências de eficiência de transferência de calor mudadas para múltiplos trocadores de calor pode indicar que as condições de incrustação estão realmente mudando, em oposição a receber dados de sensor errantes de um trocador de calor particular.

[00116] FIG. 3 é um diagrama de fluxo ilustrando um processo de produção de amônia de exemplo. Como mostrado no exemplo ilustrado, o processo de exemplo inclui múltiplos trocadores de calor de resfriamento através dos quais água de resfriamento pode ser transportada. Um ou mais (por exemplo, todos) destes exemplos de trocadores de calor podem ser monitorados usando as técnicas e os sistemas descritos neste documento, e aditivo químico para a corrente de água de resfriamento controlado com base nas tendências de eficiência de trocador de calor.

[00117] As técnicas descritas nesta divulgação podem ser implementadas, pelo menos em parte, em hardware, software, firmware ou qualquer combinação dos mesmos. Por exemplo, vários aspectos das técnicas descritas podem ser implementados dentro de um ou mais processadores, incluindo um ou mais microprocessadores, processadores de sinal digitais (DSPs), circuitos integrados específicos de aplicação (ASICs), matrizes de portas programáveis em campo (FPGAs) ou quaisquer outros circuitos lógicos integrados ou discretos equivalentes, bem como quaisquer combinações desses componentes. O termo “processador” pode geralmente se referir a qualquer um dos circuitos lógicos anteriores, isoladamente ou em combinação com outros circuitos lógicos ou qualquer outro circuito equivalente. Uma unidade de controle compreendendo hardware também pode executar uma ou mais das técnicas desta divulgação.

[00118] Esses hardware, software e firmware podem ser implementados dentro do mesmo dispositivo ou dentro de dispositivos separados para suportar as várias operações e funções descritas nesta divulgação. Além disso, qualquer das unidades, dos módulos ou dos componentes descritos podem ser implementados juntos ou separadamente como dispositivos lógicos discretos mas interoperáveis. A representação de diferentes características como módulos ou unidades se destina a destacar diferentes aspectos funcionais e não implica necessariamente que esses módulos ou essas unidades devam ser realizados por componentes de hardware ou software separados. Em vez disso, a funcionalidade associada a um ou mais módulos ou unidades pode ser executada por componentes separados de hardware ou software ou integrada dentro de componentes comuns ou separados de hardware ou software.

[00119] Algumas das técnicas descritas nesta divulgação podem também ser incorporadas ou codificadas em um meio legível por computador, tal como um meio de armazenamento legível por computador não transitório contendo instruções. Instruções incorporadas ou codificadas em um meio de armazenamento legível por computador podem fazer com que um processador programável, ou outro processador, execute o método, por exemplo, quando as instruções são executadas. Meio de armazenamento legível por computador não transitório pode incluir formas de memória voláteis e/ou não voláteis incluindo, por exemplo, memória de acesso aleatório (RAM), memória somente de leitura (ROM), memória somente de leitura programável (PROM), memória somente de leitura programável apagável (EPROM), memória somente de leitura programável apagável eletronicamente (EEPROM), memória flash, um disco rígido, um CD-ROM, um disquete, um cassete, mídia magnética, mídia óptica ou outra mídia legível por computador.

[00120] Os exemplos a seguir podem fornecer detalhes adicionais sobre sistemas e técnicas de monitoramento e controle de água de resfriamento, de acordo com a divulgação.

EXEMPLOS EXEMPLO 1 - Planta de Amônia

[00121] Sensores de temperatura foram instalados em um trocador de calor em uma planta de amônia para medir as temperaturas de entrada e saída das correntes de fluxo para o trocador de calor, bem como a taxa de fluxo de água de resfriamento através da entrada do trocador de calor. O trocador de calor era um resfriador de syngas que passava syngas pelo lado quente ou lado de processo do trocador de calor enquanto água de resfriamento fluía pelo lado frio do trocador de calor. O trocador de calor era um trocador de casco e tubo de contracorrente. O syngas foi fornecido ao lado do casco do trocador de calor a uma taxa de fluxo alvo de aproximadamente 99.000 lb/h, enquanto a água de resfriamento foi fornecida a uma taxa de fluxo alvo de aproximadamente 1.000.000 lb/h.

[00122] A água de resfriamento foi fornecida de uma torre de resfriamento que tinha uma taxa de recirculação de aproximadamente 80.000 galões/minuto. A torre de resfriamento tinha uma capacidade de aproximadamente 500.000 galões e exibia um diferencial de temperatura de 12 graus Fahrenheit. A água de resfriamento exibiu uma FRC de 0,5 ppm como Cl2. A água de resfriamento foi inicialmente controlada com uma combinação de três aditivos químicos: um inibidor de corrosão (Nalco® 3DT129) fornecido a uma concentração de 35 ppm, um inibidor de incrustação (Nalco® 3DT191) fornecido a uma concentração de 75 ppm e um inibidor de metal amarelo (Nalco® 3DT199) fornecido a uma concentração de 10 ppm.

[00123] Os dados dos quatro sensores de temperatura e de um sensor de fluxo ultrassônico foram comunicados por conexão com fio a um registrador de dados de terceiros. O registrador de dados transmitiu sem fio estes dados brutos para um servidor em nuvem. Do servidor em nuvem, os dados foram acessados e analisados em um computador pessoal usando software de planilha.

[00124] Os dados de temperatura do trocador de calor foram suavizados usando regressão local com uma abrangência de 0,1. FIG. 4 é um gráfico da temperatura de entrada de água de resfriamento (graus Fahrenheit) versus tempo, mostrando os dados brutos de medição 200 juntamente com os dados suavizados 206 sobrepostos. FIG. 5 é um gráfico da temperatura de saída de água de resfriamento (graus Fahrenheit) versus tempo, mostrando os dados brutos de medição 204 juntamente com dados suavizados 206 sobrepostos. FIG. 6 é um gráfico da temperatura de entrada de corrente de processo (graus Fahrenheit) versus tempo, mostrando os dados brutos de medição 208 juntamente com dados suavizados 210 sobrepostos. FIG. 7 é um gráfico da temperatura de saída de corrente do processo (graus Fahrenheit) versus tempo, mostrando os dados brutos de medição 212 juntamente com dados suavizados 214 sobrepostos. FIG. 8 é um gráfico mostrando taxas de fluxo de água de resfriamento (galões por minuto) durante um período de tempo de exemplo.

[00125] Os valores e as tendências de eficiência de transferência de calor foram calculados usando os dados de temperatura suavizados produzidos dos sensores de temperatura instalados no trocador de calor. As tendências de eficiência de transferência de calor foram usadas para controlar o sistema de água de resfriamento, incluindo os aditivos químicos introduzidos na água de resfriamento. A FIG. 9 é um gráfico mostrando coeficientes de transferência de calor calculados usando os dados de temperatura suavizados durante o período de tempo de exemplo. Os vales agudos nestes dados correspondem a quando a taxa de fluxo de água foi diminuída FIG. 9 é um gráfico mostrando coeficientes de transferência de calor calculados usando os dados de temperatura suavizados durante o período de tempo de exemplo. Os vales agudos nestes dados correspondem a quando a taxa de fluxo de água foi diminuída.

[00126] FIG. 10 mostra coeficientes de transferência de calor calculados para o trocador de calor com base nos dados de temperatura e taxa de fluxo recebidos em uma faixa de datas de exemplo. FIG. 11 mostra o potencial de oxidação-redução (ORP) para a corrente de água de resfriamento através da mesma faixa de datas de exemplo, o que é indicativo da concentração de aditivo químico biocida na água de resfriamento. Os dados nas FIGS. 10 e 11 são setorizados em cinco períodos de análise experimental. No primeiro período, dados estabelecendo uma tendência de eficiência de transferência de calor foram estabelecidos. Os dados mostraram uma tendência de queda na eficiência de transferência de calor. No segundo período, a taxa de fluxo de água de resfriamento foi aumentada, resultando em um aumento no coeficiente de transferência de calor para o trocador de calor proporcional à mudança na taxa de fluxo. No terceiro período, a tendência daeficiência de transferência de calor foi monitorada e observada diminuir.

[00127] Uma tendência de mudança no coeficiente de transferência de calor, particularmente em direção ao final do terceiro período, indicou condições de incrustação aceleradas. Consequentemente, a ação intervencionista foi iniciada. A água de resfriamento foi avaliada e bioincrustantes microbianos sugeridos como a causa da incrustação. Na fase 4, a dosagem de biocida foi aumentada para a água de resfriamento, resultando em um aumento no coeficiente de transferência de calor. Para entender se esta melhoria de transferência de calor foi em resposta ao aumento da dosagem de biocida iniciado mediante detecção da tendência de mudança no coeficiente de transferência de calor ou em algum outro fator, a dosagem de biocida foi diminuída na fase 5. Os dados mostram que o coeficiente de transferência de calor diminuiu novamente. EXEMPLO 2 - Planta de Vinil

[00128] Sensores de temperatura foram instalados em um trocador de calor em uma planta de vinil para medir as temperaturas de entrada e saída das correntes de fluxo para o trocador de calor, bem como a taxa de fluxo de água de resfriamento através da entrada do trocador de calor. O trocador de calor tinha uma corrente de propileno passando através do lado quente ou lado de processo do trocador de calor enquanto água de resfriamento fluía pelo lado frio do trocador de calor. O trocador de calor era um trocador de casco e tubo de contracorrente. O propileno foi fornecido ao lado do casco do trocador de calor a uma taxa de fluxo alvo de aproximadamente 270.000 lb/h, enquanto a água de resfriamento foi inicialmente fornecida a uma taxa de fluxo alvo de aproximadamente 4.600.000 lb/h.

[00129] A água de resfriamento foi fornecida de uma torre de resfriamento que tinha uma taxa de recirculação de aproximadamente 85.000 galões/minuto. A torre de resfriamento tinha uma capacidade de aproximadamente 1.000.000 galões e exibia um diferencial de temperatura de 10 graus Fahrenheit. A água de resfriamento exibiu uma FRC de 0,5 ppm como Cl2. A água de resfriamento foi inicialmente controlada com uma combinação de três aditivos químicos: um inibidor de corrosão (Nalco® 3DT177) fornecido a uma concentração de 37 ppm, um inibidor de incrustação (Nalco® 3DT390) fornecido a uma concentração de 28 ppm e um inibidor de metal amarelo (Nalco® 3DT197) fornecido a uma concentração de 10 ppm.

[00130] Os dados dos quatro sensores de temperatura e de um sensor de fluxo ultrassônico foram comunicados por conexão com fio a um registrador de dados de terceiros. O registrador de dados transmitiu sem fio estes dados brutos para um servidor em nuvem. Do servidor em nuvem, os dados foram acessados e analisados em um computador pessoal usando software de planilha.

[00131] Os dados de temperatura do trocador de calor foram suavizados usando regressão local com uma abrangência de 0,05. FIG. 12 é um gráfico da temperatura de entrada de água de resfriamento (graus Fahrenheit) versus tempo, mostrando os dados brutos de medição 220 juntamente com os dados suavizados 222 sobrepostos. FIG. 13 é um gráfico da temperatura de saída de água de resfriamento (graus Fahrenheit) versus tempo, mostrando os dados brutos de medição 224 juntamente com dados suavizados 226 sobrepostos. FIG. 14 é um gráfico da temperatura de entrada de corrente de processo (graus Fahrenheit) versus tempo, mostrando os dados brutos de medição 228 juntamente com dados suavizados 230 sobrepostos. FIG. 15 é um gráfico da temperatura de saída de corrente do processo (graus Fahrenheit) versus tempo, mostrando os dados brutos de medição 232 juntamente com dados suavizados 234 sobrepostos. FIG. 16 é um gráfico mostrando taxas de fluxo de água de resfriamento (galões por minuto) durante um período de tempo de exemplo. A mudança escalonada na taxa de fluxo de água foi causada por uma diminuição intencional no fluxo de água.

[00132] Os valores e as tendências de eficiência de transferência de calor foram calculados usando os dados de temperatura suavizados produzidos dos sensores de temperatura instalados no trocador de calor. As tendências de eficiência de transferência de calor foram usadas para controlar o sistema de água de resfriamento, incluindo os aditivos químicos introduzidos na água de resfriamento. A FIG. 9 é um gráfico mostrando coeficientes de transferência de calor calculados usando os dados de temperatura suavizados durante o período de tempo de exemplo. Os vales agudos nestes dados correspondem a quando a taxa de fluxo de água foi diminuída FIG. 17 é um gráfico mostrando coeficientes de transferência de calor calculados usando os dados de temperatura suavizados durante o período de tempo de exemplo.

[00133] Neste exemplo, a tendência do coeficiente de transferência de calor durante o período de medição foi substancialmente plana apesar do fato de que uma mudança operacional foi feita para reduzir a taxa de fluxo de água de resfriamento de volta para seu valor de projeto original durante o período de monitoramento. Neste exemplo, o período de linha de base usado na análise foi definido como o período antes da mudança operacional na taxa de fluxo de água; o período de comparação usado na análise foi definido como o período após a mudança operacional. Os dados de tendência de transferência de calor neste exemplo não mostraram uma mudança significativa entre o período de linha de base e a comparação. Isto sugere que os custos extras de água e de bombeamento elétrico associados incorridos pelo operador para fazer a mudança de operação provavelmente não são justificados e o operador pode voltar às condições de operação de linha de base. EXEMPLO 3 - Monitoramento Expandido de Operação de Planta de Amônia

[00134] O monitoramento expandido e os testes experimentais seguindo os princípios da presente divulgação foram realizados na planta de amônia descrita no EXEMPLO 1 durante um período experimental de cinco meses. Os dados de temperatura do trocador de calor foram suavizados usando regressão local. Os valores e as tendências de eficiência de transferência de calor foram calculados usando os dados de temperatura suavizados produzidos dos sensores de temperatura instalados no trocador de calor. FIG. 18 é um gráfico mostrando os coeficientes de transferência de calor calculados usando os dados de temperatura suavizados durante o período de tempo de exemplo.

[00135] Os dados de tendência de transferência de calor monitorados mostrados na FIG. 18 foram analisados usando Excel para detectar uma mudança na tendência de eficiência de transferência de calor igual ou superior a um valor de limiar, o que pode ser indicativo de um problema de incrustação. Os dados de coeficiente de transferência de calor foram divididos em dois períodos para análise comparativa entre si, possibilitando detecção da mudança. O primeiro período variou de 1 de fevereiro a 15 de abril no exemplo, enquanto o segundo período variou de 16 de abril a 30 de junho no exemplo. Os dados para o primeiro período são representados com símbolos de triângulo na FIG. 18, enquanto os dados para o segundo período são representados por símbolos de quadrados. O tempo de divisão entre os dois períodos foi determinado com base em inspeção visual dos dados para fins do exemplo de trabalho. Em outras aplicações, os dados monitorados podem ser divididos com base na ocorrência de eventos externos, comparação de novos dados com uma média móvel ou outras técnicas comparativas consistentes com os princípios aqui descritos.

[00136] No presente exemplo, as tendências de coeficiente de transferência de calor para os dois períodos de tempo foram caracterizadas adequando uma curva de primeira ordem com uma inclinação e uma interceptação para cada tendência de coeficiente de transferência de calor. A mudança percentual anualizada na inclinação do coeficiente de transferência de calor durante o período monitorado também foi calculada comparando a inclinação de linha de tendência de coeficiente de transferência de calor anualizada para cada período. A mudança percentual na tendência de coeficiente de transferência de calor anualizada foi, então, calculada subtraindo o período de referência anualizado (primeiro período) do período de comparação anualizado (segundo período). Os dados para o exemplo são fornecidos na tabela a seguir:

[00137] Uma comparação entre o período de referência anualizado (primeiro período) e o período de comparação anualizado (segundo período) foi negativa, indicando uma eficiência de transferência de calor em deterioração para a troca de calor, por exemplo, o que pode ser indicativo de acúmulo de incrustação. Neste exemplo de trabalho particular, a diferença foi de -73% anualmente, o que indicou uma deterioração significativa em eficiência de transferência de calor, dadas as condições operacionais esperadas. Diferentes limiares podem ser estabelecidos para aplicações específicas, contra as quais a porcentagem de mudança em eficiência de transferência de calor monitorada pode ser comparada para decidir se análise adicional das causas de incrustação é garantida.

[00138] Para determinar um mecanismo de incrustação predito para o trocador de calor, dada a magnitude da mudança na tendência de transferência de calor, dados indicativos de incrustação de escama de água de resfriamento, incrustação de corrosão e bioincrustação para o período de tempo de interesse foram obtidos e analisados. Os dados foram obtidos usando uma combinação de sensores online, sensor offline e testes de química úmida, com os resultados armazenados em um meio legível por computador, acessível por um programa de computador executando a análise de incrustação predita. Leituras individuais para os parâmetros monitorados foram calculadas em média durante o período de referência (primeiro período) e separadamente em média durante o período de comparação (segundo período) e a mudança percentual entre o período de comparação e o período de referência determinada. Para este exemplo de trabalho particular, os parâmetros de exemplo na tabela a seguir foram monitorados durante o período de interesse:

[00139] A partir dos dados de exemplo reproduzidos acima, um escore de incrustação de escama agregado foi calculado usando parâmetros indicativos de incrustação de escama, um escore de incrustação de corrosão agregado foi calculado usando parâmetros indicativos de incrustação de corrosão e um escore de bioincrustação agregado foi calculado usando parâmetros indicativos de bioincrustação. Os escores foram calculados aplicando fatores de ponderação a cada mudança percentual determinada de acordo com a tabela acima para cada parâmetro de interesse entre o período de comparação e o período de referência. Um escore agregado para cada mecanismo potencial de incrustação foi, então, calculado calculando a média de todos os parâmetros ponderados designados como sendo associados com aquele mecanismo potencial de incrustação. Os resultados da análise são fornecidos na tabela a seguir:

[00140] Como visto acima, um escore de bioincrustação agregado de 0,77 foi determinado, o que foi significativamente maior que o escore de incrustação de escama e o escore de incrustação de corrosão de 0,04 e 0,20, respectivamente. FIG. 19 é um gráfico de barras mostrando os escores de incrustação agregados para os diferentes mecanismos potenciais de incrustação. Os dados indicam que o mecanismo de incrustação predito associado à mudança detectada na tendência de transferência de calor para o trocador de calor é bioincrustação. Consequentemente, ação corretiva para mitigar a bioincrustação, incluindo o controle da adição de um ou mais produtos químicos à água de resfriamento para reduzir ou eliminar a bioincrustação incipiente, pode ser realizada.

[00141] O resultado da análise de causa preditiva e tratamento delineada acima para este exemplo correspondeu à nossa hipótese com base em nosso conhecimento de domínio da planta de amônia e nos desafios conhecidos em relação ao vazamento de amônia para a torre de resfriamento. Essa fonte de amônia cria uma fonte de nitrogênio para os biofilmes e sistemas microbianos crescerem na água. O caso de linha de base teve um alto valor de ORP ~ 424 mV (durante o período em que o valor U teve uma tendência crescente) e o caso de comparação teve um valor mais baixo ~397 mV. Os dados sugerem que um escore de bioincrustação agregado maior ou igual a 0,5 pode ser um limiar apropriado, para alguns casos operacionais, para determinar que bioincrustação é problemática e tomar as medidas remediadoras correspondentes.

[00142] O exemplo experimental também foi útil para quantificar um ponto de ajuste de ORP no sistema real, que tipicamente é um processo de tentativa e erro. Com a presente análise de coeficientes de transferência de calor, nós fomos capazes de demonstrar que um ORP em torno de 425 mV é um ponto de ajuste melhor para inibir crescimento microbiano (para o sistema experimental particular). Ao mesmo tempo, não vimos muita diferença nos escores de corrosão entre os casos de linha de base e de comparação, confirmando nossa hipótese de que um ponto de ajuste de ORP de 425 mV não causou tensões de corrosão. É altamente interessante notar, no entanto, que conforme o ORP vai de 424 mV para 397 mV entre os casos de linha de base e de comparação, a tensão de corrosão parece aumentar. Isto pode sugerir corrosão induzida microbiológica. Isto é contraintuitivo, pois menos ORP geralmente significa taxas de corrosão mais baixas, onde MIC não é um fator.EXEMPLO 4 - Monitoramento Expandido de Operação de Planta de Vinil

[00143] Testes de monitoramento e experimentais expandidos seguindo os princípios da presente divulgação também foram realizados na planta de Vinil descrita no EXEMPLO 2 durante um período experimental de quatro meses. Os dados de temperatura do trocador de calor foram suavizados usando regressão local. Os valores e as tendências de eficiência de transferência de calor foram calculados usando os dados de temperatura suavizados produzidos dos sensores de temperatura instalados no trocador de calor. FIG. 20 é um gráfico mostrando coeficientes de transferência de calor calculados usando os dados de temperatura suavizados durante o período de tempo de exemplo.

[00144] Os dados de tendência de transferência de calor monitorados mostrados na FIG. 20 foram analisados usando Excel para detectar uma mudança na tendência de eficiência de transferência de calor igual ou superior a um valor de limiar, o que pode ser indicativo de uma questão de incrustação. Os dados de coeficiente de transferência de calor foram divididos em dois períodos para análise comparativa entre si para detecção da mudança. O primeiro período variou de 16 de novembro a 16 de janeiro, enquanto o segundo período variou de 17 de janeiro a 16 de março no exemplo. Os dados para o primeiro período são representados com símbolos de triângulos na FIG. 20, enquanto os dados para o segundo período são representados por símbolos de quadrados.

[00145] As tendências de coeficiente de transferência de calor para os dois períodos de tempo foram caracterizadas adequando uma curva de primeira ordem com uma inclinação e uma interceptação para cada tendência de coeficiente de transferência de calor. A variação percentual no coeficiente de transferência de calor durante o período monitorado também foi calculada comparando o coeficiente de transferência de calor no início da tendência monitorada para cada período com o coeficiente de transferência de calor no final da tendência monitorada. A variação percentual de cada período foi subsequentemente estendida do período monitorado para uma base anualizada (12 meses), por exemplo, para permitir que os dois períodos sejam comparados entre si de maneira padronizada, mesmo que os períodos reais tenham duração diferente. A variação percentual na tendência do coeficiente de transferência de calor foi calculada subtraindo o período de referência anualizado (primeiro período) do período de comparação anualizado (segundo período). Os dados para o exemplo são fornecidos na tabela a seguir:

[00146] Uma comparação entre o período de linha de base anualizado (primeiro período) e o período de comparação anualizado (segundo período) foi positiva, indicando que a eficiência de transferência de calor para o trocador de calor está tendendo para cima (numa direção desejável). Neste caso, o período de linha de base e o período de comparação foram separados por um evento de manutenção de trocador (por exemplo, limpeza do trocador) que encontrou incrustações de detritos. Por conseguinte, as técnicas aqui descritas foram usadas para determinar se ou não a incrustação de detritos poderia ser distinguida de outros tipos de incrustação, particularmente incrustação de escama, incrustação de corrosão e incrustação microbiana.

[00147] Para explorar esta hipótese com base na data de tendência, foram obtidos e analisados dados indicativos de incrustação na escama de água de resfriamento, incrustação de corrosão e bioincrustação para o período de tempo de interesse. Os dados foram obtidos usando uma combinação de sensores online, sensor offline e testes de química úmida, com os resultados armazenados em um meio legível por computador, acessível por um programa de computador executando a análise de incrustação predita. Leituras individuais para os parâmetros monitorados foram calculadas em média durante o período de referência (primeiro período) e separadamente em média durante o período de comparação (segundo período) e a mudança percentual entre o período de comparação e o período de referência determinada. Para este exemplo de trabalho particular, os parâmetros de exemplo na tabela a seguir foram monitorados durante o período de interesse:

[00148] A partir dos dados de exemplo reproduzidos acima, um escore de incrustação de escama agregado foi calculado usando parâmetros indicativos de incrustação de escama, um escore de incrustação de corrosão agregado foi calculado usando parâmetros indicativos de incrustação de corrosão e um escore de bioincrustação agregado foi calculado usando parâmetros indicativos de bioincrustação. Os escores foram calculados aplicando fatores de ponderação a cada mudança percentual determinada de acordo com a tabela acima para cada parâmetro de interesse entre o período de comparação e o período de referência. Um escore agregado para cada mecanismo potencial de incrustação foi, então, calculado calculando a média de todos os parâmetros ponderados designados como sendo associados com aquele mecanismo potencial de incrustação. Os resultados da análise são fornecidos na tabela a seguir:

[00149] Como visto acima, escores agregados de bioincrustação, incrustação de escama e incrustação de corrosão de 0,14, -0,12 e -0,09, respectivamente, foram determinados. FIG. 21 é um gráfico de barras mostrando os escores de incrustação agregados para os diferentes mecanismos potenciais de incrustação. Em geral, quanto mais baixo o valor para um escore de incrustação agregado particular (incluindo valores negativos) para este exemplo, menos probabilidade de o mecanismo de incrustação correspondente estar causando incrustação no sistema em avaliação. Como os escores de incrustação são todos inferiores a 0,25 neste exemplo particular, os dados confirmam a hipótese de que nem incrustação de escama, nem incrustação de corrosão, nem incrustação microbiana eram um mecanismo de incrustação operativo neste trocador de calor.

Claims

1. Método, caracterizado pelo fato de que compreende: monitorar, por um ou mais processadores, uma eficiência de transferência de calor de pelo menos um trocador de calor e estabelecer uma tendência de eficiência de transferência de calor para o trocador de calor, o trocador de calor tendo um lado de corrente de processo e um lado de corrente de água de resfriamento; detectar, pelos um ou mais processadores, uma mudança na tendência de eficiência de transferência de calor; receber, pelos um ou mais processadores, dados indicativos de incrustação de escama no lado da corrente de água de resfriamento; receber, pelos um ou mais processadores, dados indicativos de incrustação de corrosão no lado da corrente de água de resfriamento; receber, pelos um ou mais processadores, dados indicativos de bioincrustação no lado da corrente de água de resfriamento; determinar, pelos um ou mais processadores, uma causa predita da mudança detectada na tendência de eficiência de transferência de calor com base pelo menos nos dados recebidos indicativos de incrustação de escama, incrustação de corrosão e bioincrustação; e controlar a adição de um aditivo químico em uma água de resfriamento que está em comunicação de fluido com o lado da corrente de água de resfriamento do pelo menos um trocador de calor com base na causa predita.

2. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que receber dados indicativos de incrustação de escama compreende receber dados selecionados do grupo que consiste em uma concentração de fosfato na água de resfriamento, uma concentração de cálcio na água de resfriamento, uma concentração de manganês na água de resfriamento, uma concentração de alumínio na água de resfriamento, uma concentração de ferro na água de resfriamento, uma concentração de sílica na água de resfriamento, uma medição óptica indicativa de partículas na água de resfriamento, uma medição óptica indicativa de incrustação em uma superfície do lado da corrente de água de resfriamento do trocador de calor ou um análogo da mesma e combinações das mesmas.

3. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que o recebimento de dados indicativos de incrustação de escama compreende receber dados de um ou mais sensores em linha com o lado da corrente de água de resfriamento do trocador de calor.

4. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que receber dados indicativos de incrustação de corrosão compreende receber dados selecionados do grupo que consiste em uma concentração de ferro na água de resfriamento, uma concentração de cobre na água de resfriamento, uma medição óptica indicativo de corrosão em uma superfície do lado da corrente de água de resfriamento do trocador de calor ou um análogo da mesma, uma medição de resistência de polarização linear indicativa de taxa de corrosão em uma superfície de uma sonda no lado da corrente de água de resfriamento do trocador de calor e combinações das mesmas.

5. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que receber dados indicativos de incrustação de corrosão compreende receber dados de um ou mais sensores em linha com o lado da corrente de água de resfriamento do trocador de calor.

6. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que receber dados indicativos de incrustação de corrosão compreende receber dados de um ou mais sensores associados a um trocador de calor modelo diferente do trocador de calor para o qual a eficiência de transferência de calor é monitorada, em que o trocador de calor modelo recebe e atravessa água de resfriamento que também é passada através do trocador de calor cuja eficiência de transferência é monitorada.

7. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que receber dados indicativos de bioincrustação compreende receber dados selecionados do grupo que consiste em uma concentração de adenosina trifosfato na água de resfriamento, uma quantidade de carbono orgânico total na água de resfriamento, uma concentração residual de um agente oxidante na água de resfriamento, um potencial de oxidação-redução da água de resfriamento, uma medição óptica indicativa de partículas na água de resfriamento, uma medição óptica indicativa de incrustação em uma superfície do lado da corrente de água de resfriamento do trocador de calor ou um análogo das mesmas, uma medição de fluorescência indicativa de atividade microbiana e combinações das mesmas.

8. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que receber dados indicativos de bioincrustação compreende receber dados de um ou mais sensores em linha com o lado da corrente de água de resfriamento do trocador de calor.

9. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que ainda compreende receber, pelos um ou mais processadores, dados indicativos de pelo menos um de uma temperatura da água de resfriamento e um pH da água de resfriamento.

10. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que determinar a causa predita da mudança detectada na tendência de eficiência de transferência de calor compreende ainda determinar, pelos um ou mais processadores, um escore de incrustação de escama agregado com base nos dados recebidos indicativos de incrustação de escama, um escore de incrustação de corrosão agregado com base nos dados recebidos indicativos de incrustação de corrosão e um escore de bioincrustação agregado com base nos dados recebidos indicativos de bioincrustação.

11. Método de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que determinar o escore de incrustação de escama agregado compreende somar cada parâmetro de dados ponderado indicativo de incrustação de escama e determinar uma média dos mesmos; determinar o escore de incrustação de corrosão agregado compreende somar cada parâmetro de dados ponderado indicativo de incrustação de corrosão e determinar uma média dos mesmos; determinar o escore de bioincrustação agregado compreende somar cada parâmetro de dados ponderado indicativo de bioincrustação e determinar uma média dos mesmos; e determinar a causa predita da mudança detectada na tendência de eficiência de transferência de calor compreende identificar um máximo do escore de incrustação de escama agregado, o escore de incrustação de corrosão agregado e o escore de bioincrustação agregado.

12. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que determinar a causa predita da mudança detectada na tendência de eficiência de transferência de calor compreende aplicar um fator de ponderação a cada parâmetro de dados recebido indicativo de incrustação de escama, incrustação de corrosão e bioincrustação.

13. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que controlar a adição de aditivo químico compreende controlar um aditivo químico selecionado para neutralizar a causa predita, em que a causa predita é selecionada do grupo que consiste em incrustação de escama, incrustação de corrosão e bioincrustação.

14. Método de acordo com qualquer uma das reivindicaçõesanteriores, caracterizado pelo fato de que compreende ainda: determinar uma causa predita alternativa da mudança detectada na tendência de eficiência de transferência de calor se a tendência de eficiência de transferência de calor não mudar além de uma quantidade de limiar em resposta à adição controlada do aditivo químico selecionado para neutralizar a causa predita; e controlar a adição de um aditivo químico alternativo na água de resfriamento que está em comunicação de fluido com o lado da corrente da água de resfriamento do trocador de calor, o aditivo químico alternativo selecionado para neutralizar a causa predita alternativa.

15. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que compreende ainda, antes do monitoramento da eficiência de transferência de calor do trocador de calor, pesquisar uma pluralidade de trocadores de calor dentro de uma rede de trocadores de calor para identificar pelo menos um trocador de calor crítico, em que monitorar a eficiência de transferência de calor do trocador de calor e estabelecer a tendência de eficiência de transferência de calor compreendem monitorar a eficiência de transferência de calor do trocador de calor crítico e estabelecer a tendência de eficiência de transferência de calor do trocador de calor crítico.