CN105636665A - 监测释放固体供给系统 - Google Patents

Abstract

一种监测释放固体供给系统，其具有固体化学品供给罐、位于固体化学品供给罐下方的储罐、和自动阀。固体化学品供给罐装载有呈固体形式的指示剂化学品和抑制剂的混合物。检测器测量再循环水中的指示剂的量，并且定期地将其与设定点相比较。如果值低于设定点，则自动阀打开，允许水经过储罐和固体化学品供给罐，从而将抑制剂和成比例的量的指示剂化学品携带入再循环系统中。

Description

监测释放固体供给系统

相关申请的交叉引用

本申请要求享有2013年6月11日提交的标题为“MONITOREDRELEASEFEEDER(监测释放供给器)”美国临时申请No.61/833,589的优先权，该美国临时专利申请的说明书通过引用以其整体并入。

技术领域

本发明涉及用于将化学品引入到循环系统中的方法和设备。

背景技术

诸如冷却塔、流体冷却器和冷凝器的许多系统使用包含矿物质的补给水运行。经蒸发从系统损耗(无矿物质)纯水，导致剩余的水中的矿物质浓度增加。

这种高度浓缩的水中的一些经排污定期地从系统被移除，并且用低矿物质含量补给水更换。这种方法导致再循环水中比较一致的矿物质水平。再循环矿物质相对于补给水的浓度越高，则系统所使用的补给水的量越少。为了允许在高矿物质水平下适当地操作，常常将化学品抑制剂添加到系统，以最小化原本将发生的腐蚀和结垢。通常，这些化学品呈液态的形式，并且基于对通过排污(blowdown)而损失的化学品的一些估计被泵送到系统中。

已知固体化学品提供优于液体的益处。需要少得多的固体磅数，在运输和存储期间，不存在浓缩液体溢出的危险，并且简化处理。问题是，一直难以将固体抑制剂精确地供给到冷却系统中。已经尝试了几种不同的方法。US6,418,958和US6,820,661示例了一种这样的方法。这些专利描述了如下发明：其中，首先将固体化学品溶解到日用罐中，然后将液体从日用罐泵送或吸入到系统中。这些发明需要稍微精细的方法来溶解固体，并且仍然需要泵或其它方法来使液体进入冷却系统中。这些日用罐供给方法通常需要使用补给水而不是再循环水，增加了饮用水系统的回流污染的风险。

另一项技术是，制造一种将以差不多稳定的速率释放的定时释放固体。在US7,883,638中可以找到这项技术的示例性示例，其中，固体化学品用不能溶解的半渗透膜包覆。该膜被设计成允许化学品的一致释放。当化学品被充分释放时，包覆层作为一次性废品留下。这项技术会非常浪费化学品，因为释放速度必须针对系统上的最大短期排污量来设计，同时系统绝大部分时间在小于满负载能力(fullcapacity)下运行。另外，常常难以用完化学品，直至它们被充分排出为此。

许多抑制剂难以通过现场试验测量，并且通常，分析指示剂化学品来确定冷却系统中的浓度。美国专利US4,783,314描述如何能够将指示剂化学品(尤其是发荧光的指示剂化学品)以特定比例添加到液体抑制剂，然后可以通过测量指示剂化学品的浓度来确定系统中抑制剂的浓度。由于化学品发荧光，所以可以通过自动化技术来确定该测量。美国专利US4,992,380描述在反馈回路中如何能够使用该技术来维持冷却系统中液体抑制剂的期望水平。

发明内容

根据本发明的实施例，监测释放固体供给系统设置有：固体化学品供给罐，其具有进口和出口，并且视情况含有粗网篮筐；储罐，其位于固体化学品供给罐下方，并且连接到供给罐的进口；和自动阀，其控制再循环水何时进入储罐，经过固体化学品供给罐以及返回到再循环系统。根据系统的运行，固体化学品供给罐优选被装载有呈固体形式的抑制剂和指示剂化学品的混合物。指示剂化学品，优选地荧光物质，优选以与其它活性成分成精确比率被包括。检测器测量再循环水中的指示剂的量，并且定期地将其与设定点相比较。如果值高于设定点，则不采取动作。如果值低于设定点，则自动阀打开，允许一些水经过储罐和固体化学品供给罐，从而将附加抑制剂和成比例的量的指示剂化学品携带入再循环系统中。测量和响应动作频繁地重复。

根据另一个实施例，上述固体化学品供给罐可以结合共同待审申请14/075,300中所描述的类型的饱和度受限供给系统，该共同待审申请14/075,300通过引用并入本文。根据饱和度受限供给系统，由塑料网构造的篮筐位于被称为段塞管(slugpipe)的水不可渗透的容器内部。饱和度受限供给系统通过将过量化学品装载到网篮筐中并且将网篮筐放置到段塞管中而工作。段塞管充满特定体积的水，并且允许化学品和水保持接触持续一段时间。在此期间，化学品溶解，直至它接近其溶解度极限为止。此时，将不会有附加化学品溶解到水中。当需要一团化学品时，阀或一系列阀打开，并且水流经段塞管，用非饱和水代替化学品饱和水。冲排通常持续仅几分钟：少量的附加化学品被小量的额外冲排水溶解。化学品的剂量相应地由段塞管中水的体积乘以化学品的溶解度来确定。因此，根据饱和度受限供给器，固体化学品的剂量受到化学品的溶解度平衡控制，而非如在现有技术中使用的溶解动力学控制。

附图说明

本发明的优选实施例的随后描述参考附图，在附图中：

图1为示出根据本发明的实施例的监测释放固体供给系统的主要部件的示意图。

图2a示出根据本发明的实施例的固体化学品供给罐的螺纹盖的截面图。

图2b示出根据本发明的实施例的固体化学品供给罐的螺纹盖的外部透视图。

图3为根据本发明实施例的用于监测释放固体供给系统监控和控制系统的图示。

图4示出根据本发明的实施例的用于操作自动供给阀的决策树。

图5示出根据本发明的实施例的用于补充固体化学品供给罐中的化学品的顺序。

图6为水处理系统的图示，该水处理系统合并了用于在使用中不被消耗的化学品的监测释放固体供给系统和用于在使用中被消耗的化学品的饱和度受限供给系统。

图7示出包括监测释放固体供给系统的水处理系统如何可以作为冷却塔的再循环冷却水的侧流被合并。

图8为在图7的右下角部分处示出的组合监测释放固体供给系统和饱和度受限供给系统的放大图。

图9为饱和度受限供给系统的图示，其可以与根据本发明的实施例的固体化学品供给系统一起使用。

具体实施方式

图1示出系统的主要部件。存在从再循环水系统到装置的进口44。固体化学品供给罐(“SCF罐”)2具有进口4、出口6和带垫片16的可移除盖件8。图1中所示的SCF罐由8"直径管制造，但是任意形状罐可以用于本发明。如果SCF罐不被加压(即，化学品溢流入冷却系统中)，则可以省略罐盖8。可选地，在SCF罐内部可以存在粗网篮筐10以保持固体化学品。储罐12位于SCF罐2下方，并且连接到SCF罐2的进口4，使得进口水在进入SCF罐2之前必须首先经过储罐12。自动阀14控制再循环水何时进入储罐12、以及何时经过SCF罐2、以及何时经出口6返回到再循环系统中。当在再循环系统中需要化学品时，自动阀14打开，并且含有处理化学品的水流入到再循环系统中。监测释放固体供给系统是带有流量控制阀58的管或者管道，使得当自动阀14打开时，低速度的水经过系统。为了方便起见，在回路中包括流量计18从而将流设计在特定速率下是有用的。对于使用8"直径管作为罐的系统，发现约1/2gpm的流量是理想的。

抑制剂与特定百分比的指示剂化学品结合的混合物将以固体形式制成。根据优选实施例，指示剂可以是如US4,783,314中所描述的荧光剂类型，US4,783,314的公开内容以其整体并入本文。活性化学品优选由膦酸酯、唑、和本领域已知的适当的聚合物构成；然而，它可以由任意已知的阻垢剂、防腐剂和惰性成分组成，或包括任意已知的阻垢剂、防腐剂和惰性成分。固体化学品优选非常易溶于水，以便使化学品迅速溶解或部分溶解在固体化学品供给罐中的环境水中。活性化学品优选具有近似相同的溶解度，以便阻止发生选择性析出。为了处置目的，优选固体被制成球团或被压制成块；然而，假如固体保持良好混合的话，这对于本发明而言不是必要的。例如，粒状固体和指示剂化学品的混合物可以被包装在由PVA制成的可溶于水的容器中，当需要时，添加整个容器。

图3示出如何监测再循环系统。代表性水流流经测量回路22，并且经过检测装置20，检测装置20检测再循环水中指示剂化学品的水平(level)。对于该示例，示出由加拿大的TurnerDesignsofSunnyvale制造的LittleDipper(小北斗星)荧光计，但是可以使用能够选择性地检测以及在数量上分析指示剂化学品的任意装置。

图4示出如何使用由检测装置得到的测量值来确定何时添加新化学品的决策树。由于监测释放固体供给系统通过将化学品的高度浓缩的溶液添加到再循环水而运行，有必要使用适当的供给控制机构。

因此，测量回路22连续地运行，并且指示剂化学品的定量水平由检测装置20连续地测量。由于指示剂化学品按精确的比例添加到活性化学品，所以测量值代表系统中活性水处理化学品的数量。定期地将测量值与基于系统中活性化学品的设计量的设定点相比较。如果数量超过设定点，则不需要附加化学品，并且短时间后，系统将再次被评估。

如果再循环系统中的指示剂化学品水平低于设定点，则自动阀14将打开一小段时间，并且将包括指示剂化学品的一团浓缩化学品送入到系统中。时长可以是固定的，或优选地，它可以与系统测量值从设定点的偏离成比例。在系统中分配这些附加化学品需要花时间，并且直至它们分配为止，由检测装置20进行的任意立即测量值将不代表系统中的真实水平。因此，在指定延迟以允许这种分散(dispersal)之后，评估指示剂化学品的新水平的读数。如果该水平还是低，则将另一团化学品添加到系统。该循环将持续，直至达到期望的化学品水平为此。在比较/评估之间所需的等待时间的良好估计是系统的周转时间。周转时间被定义为系统体积除以再循环速度。因此，在900gpm的再循环速度下，4500加仑的系统体积具有5分钟的周转时间，并且5分钟将为在与设定点的比较之间的延迟的合理的起始点。打开自动阀的时长以及流量将影响随每个料团(slug)输送的化学品的量。本领域的普通技术人员将能够调节这些变量、以及测量的指示剂水平与设定点的比较之间的延迟，以便适应各个冷却系统的不同的大小、流量、负载和构型。

根据另一个实施例，比较之间的延迟可以等于最大供给时间；根据该实施例，系统在读数与设定点之间进行比较，并且可选地，取决于比较的结果，根据需要添加与一分钟成比例的化学品。在第一比较之后一分钟时，系统采集另一个读数，并且进行与设定点的再次比较。如果该随后的读数大于设定点，则在另一分钟之后将进行另一次读取和比较。如果随后的读数在设定点以下，则基于比较再次添加与一分钟成比例的化学品。虽然利用该方法将存在较大的过调趋势，即，添加比满足设定点所需的更多的化学品，但它简化控制电子设备，并且对于许多系统而言，过调并不显著。

图4示出使用与时间成比例料团，其中料团的大小随再循环系统测量值与设定点的偏离而改变。可以使用其它方法，只要单独的料团小到足以最小化过调，并且配给与测量之间的时间足以使化学品在系统中分散。

本发明相比现有技术提供许多益处。首先，本发明容易适于大系统。现有技术固体供给器常常需要在固定体积罐中的预包装的固体。可以使用该罐方法提供的化学品数量有限。本发明通过允许使用任意尺寸SCF罐来解决该问题。由于固体化学物质被灌到SCF罐中，所以罐的大小可以被构造成适应大量化学品的容易装入。对于需要大量排料并且因此需要更多置换化学品的非常大的系统或几个系统来说，可以使用更大的SCF罐。

相对于现有技术的附加优点在于，循环冷却水可以结合监测释放固体供给系统使用，尽管也可以使用补给水或其它水，但这样的水不是必要的。现有技术系统的复杂性要求使用可饮用水而不是再循环水。对可饮用水的需要增加用管道输送的复杂性，并且造成化学品回流到饮用水中的增加的危险。

使用荧光指示剂化学品的现有技术要求使用液体化学品，并且要求将这些液体泵送到再循环系统中。该方法具有需要使用液体的缺点，液体在装运和处置中具有泄漏和溢出的可能性。此外，现有技术的这种形式需要使用分离泵来将浓缩化学品泵送到再循环系统中，具有附加维护要求和机械问题的可能性。本发明通过使用不会溢出的固体化学品，并且通过使用再循环系统的流来添加化学品，以消除对分离泵的需要，从而解决了这些问题。

使用定时释放包覆层方法的现有技术需要添加过多的化学物质，以便确保在高度排污的时间期间存在充分的化学物质。此外，一旦化学物质耗尽，必须将提供定时释放的半渗透包覆层处理掉。

本发明解决所有这些问题。大SCF罐允许在需要时将固体灌入，且运输浪费很少，系统通常利用再循环水运行，反馈控制回路确保即使在可变排污率的情况下在再循环水中也存在正确量的化学物质，并且仅通过使用较大的固体化学品供给罐，本发明可以容易地操纵较大的系统。

当将更多化学品添加到部分耗尽的SCF罐时，本发明的一个潜在缺点产生。为了添加化学品，必须清除浓缩有化学品的水。图5详述解决这种问题的使用储罐12来保存未用完的化学物质的方法。当SCF罐2需要被补充时，监测释放固体供给系统通过封闭进口44和出口6上的阀与再循环水隔离。然后，通过关闭连接储罐12和SCF罐2的隔离阀30来将储罐12与SCF罐2隔离。因为水流路，储罐12当处于操作模式下时，填充有不含浓缩化学品的再循环水。因此，可以通过打开阀36排干储罐12，就像通过排水管32的普通排污那样。排气阀34可以用来防止在排放水时产生的咕噜声。当储罐12为空时，排放隔离阀36关闭，并且隔离阀30和排气阀42打开允许SCF罐2排放到储罐12中。SCF罐水位现在下降，并且可以容易地添加附加化学品。一旦已经补充化学品，就打开进口阀38，并且罐被重新填充。由于水流是从储罐12到SCF罐2，被排放到储罐12的剩余化学品逐渐返回至SCF罐2。当罐被再填充时，所有排气阀被关闭，出口隔离阀40被重新打开，并且继续正常运行。

监测释放固体供给系统被设计成处理抑制剂化学物质，其中，大多数化学品在运行期间被消耗而不是通过排污、冲洗和泄漏被消耗。不适合于供给在使用中被消耗的抗菌剂，这是由于活性化学物质将被消耗而指示剂化学品将不被消耗。由于大多数打开冷却系统需要一些生物学控制方法，所以需要单独的添加杀虫剂的方法。通过使用本发明和专利申请14/075,300所描述的饱和度受限供给系统的组合，可以提供除去所有液体化学品以及泵送并处理浓缩的液体化学品的完整的固体处理程序，专利申请14/075,300在此以其整体通过引用并入。

图6示出这样的水处理系统，该水处理系统合并了用于在使用中不被消耗的化学品的监测释放固体供给系统、和用于在使用中被消耗的化学品的饱和度受限供给系统。图6示出监测释放固体供给系统可以如何与饱和度受限供给器(SLF)46组合以提供更加完整的水处理。监测释放固体供给器的出口6和进口44也被用作SLF46的出口和进口。图6示出单独的SLF自动阀50、单独的SLF流量计48和SLF排气阀52。对于饱和度受限供给系统的更加详细的描述，参见图9和下文的描述。另外参见美国专利申请No.14/075,300。

图7示出监测释放固体供给器和SLF的组合的一种方式，SLF可以通过管道接入到冷却塔的再循环水系统中。冷却再循环水从冷却塔100泵送经过程热交换器104然后返回至冷却塔，冷却再循环水在过程热交换器中吸收热量，冷却再循环水在冷却塔中被冷却。可以采用侧流回路108将化学物质从水处理系统水站(skid)102传递到再循环系统，水处理系统水站102由监测释放固体供给系统和饱和度受限供给系统组成。再循环水泵106将驱动流从泵的高压侧通过侧流回路108，并且在系统中的较低压力点处返回到再循环系统中。

图9是在图6中的元件46处所示的类型的饱和度受限供给器的图示。图9示出根据本发明的一个实施例的料团供给回路510的总布置图。管段501(本文也称为段塞管或保持管)被构造成接纳可移除篮筐503。根据一个实施例，管段是PVC的结构，并且篮筐是铁丝网或塑料网。段塞管501装配有可移除顶部505，以允许将化学品添加到段塞管和/或移除篮筐503。段塞管501通过管段507、509连接到循环水系统502。管段507、509可以装配有隔离阀511、513以及定时器致动阀515、流量计517、流量调节阀519和排气阀521中的一个或多个。段塞管501也可以装配有排放段523，包括排放阀525。

Claims (11)

1.一种化学品供给装置，所述化学品供给装置用于损耗水的再循环水系统，所述装置包括：

化学品供给罐，所述化学品供给罐具有进水口、出水口、和用于接收固体化学品的开口，所述化学品供给罐被构造成通过所述开口接收含有指示剂化学品的固体化学品，且允许所述固体化学品溶解或部分溶解于保持在罐中的水中；

储罐，所述储罐经隔离阀连接到所述进水口，并且被构造成在将固体化学品装载到所述化学品供给罐期间，接收所述化学品供给罐的内含物，所述储罐具有连接到再循环水系统的进口；

所述化学品供给罐的出口连接到所述再循环水系统；

测量装置，所述测量装置用于测量所述再循环水系统中的指示剂化学品的水平，

自动阀，所述自动阀基于所述指示剂化学品的测量水平，允许保持在所述化学品供给罐中的溶解的化学品流入到所述再循环水系统中。

2.根据权利要求1所述的装置，其中所述指示剂化学品发荧光。

3.根据权利要求1所述的装置，其中进入到所述进水口中的水是来自冷却系统的再循环水。

4.根据权利要求1所述的装置，其中所述指示剂化学品与活性材料成比例地被混合在化学品中。

5.根据权利要求4所述的装置，其中所述指示剂化学品和活性化学品的混合物形成为团块。

6.根据权利要求1所述的装置，其中所述储罐定位成使得所述化学品供给罐能够通过重力排放到所述储罐中。

7.根据权利要求1所述的装置，进一步包括第二供给器，所述第二供给器包括：

容器，所述容器具有液体不能渗透的外壳、液体进口、液体出口和允许添加固体化学品的开口；所述容器被构造用于保持特定体积的液体；

所述容器被构造成接收化学品，使得所述化学品与所述液体密切接触充分时间，以允许所述化学品的一部分变得溶解在所述液体中，并且允许所述化学品在所述液体中变得饱和；

控制机构，所述控制机构被构造成允许不可渗透的所述容器中的饱和液体流入到所述循环水系统中，并且允许用不饱和液体更换所述饱和液体，

其中未溶解的固体化学品被抑制从液体不能渗透的所述容器离开。

8.根据权利要求7所述的装置，其中所述控制机构包括至少一个阀，所述至少一个阀被构造成允许不饱和液体进入不可渗透的所述容器，并且将所述饱和液体冲排到所述循环水系统中。

9.根据权利要求8所述的装置，其中所述控制机构被构造成允许所述冲排延续比更换所述饱和水所需的时间更长的时间段，由此允许附加化学品随着进入所述容器的新水溶解附加固体化学器而被释放。

10.一种固体化学品供给方法，所述方法包括：

保持含有指示剂化学品的溶解或部分溶解的固体化学品；

测量再循环水系统中的指示剂化学品的水平；

将指示剂化学品的测量水平与预定的设定点相比较；

如果指示剂化学品的测量量低于所述预定的设定点，则将一团活性化学品和指示剂化学品自动地添加到所述系统中；

等待预定的时间量，然后重新比较所述系统中的指示剂化学品的水平与所述设定点；

重复所述测量、比较、必要时添加和等待步骤；

定期地排放一些溶解或部分溶解的固体化学品到直列式储罐中，以促进重新装载。

11.一种用于补充固体化学品供给器的方法，包括：

将溶解或部分溶解的固体化学品保持在供给罐中；

提供直列式储罐，所述供给罐能够通过重力排放到所述直列式储罐中；

排放所述直列式储罐；

将所述溶解的化学品中的至少一些从所述供给罐排放到所述直列式储罐中；

在所述供给罐中补充固体化学品；

用水再填充所述供给罐，使得置换水流经所述直列式储罐，并且将残留化学品携带回到所述供给罐。