CN116300556A

CN116300556A - 一种循环冷却水在线监测控制系统及方法

Info

Publication number: CN116300556A
Application number: CN202211482844.5A
Authority: CN
Inventors: 吕凡凡
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2022-11-24
Filing date: 2022-11-24
Publication date: 2023-06-23

Abstract

本发明公开了一种循环冷却水在线监测控制系统及方法，以解决现有技术中加药、排污控制不够精确，导致防腐阻垢效果不理想、药剂和水资源浪费等问题。本申请基于循环水主管道增加了一分支回路，自冷却水上水管道的高压点接至回水主管道的低压点，分支回路上安装有压力传感器、电导率探头、取样阀以及加药管路；当压力传感器感应到分支回路有持续水流时，控制器启动执行设定的加药计量泵控制程序，当压力传感器感应到分支回路停止流动时，控制器停止执行设定的加药计量泵控制程序以及停止排污阀工作；当电导率探头检测水质达到设定的排污启动阈值、同时加药计量泵控制程序也达到加药计量泵运行条件时，优先执行加药、加药后延时启动排污阀工作。

Description

一种循环冷却水在线监测控制系统及方法

技术领域

本申请涉及工业循环冷却水监测控制技术领域，具体涉及一种循环冷却水在线监测控制系统及方法。

背景技术

循环冷却水系统在运行的过程中，水会持续蒸发，使循环水含盐量不断增加，其中以碳酸钙、碳酸镁为最多，容易在换热器表面上形成水垢等；同时，水中所含的溶解性气体、腐蚀性盐类与酸类等电解质与金属接触时，因为电解质的作用，从金属表面析出Fe2+，使设备和管道金属遭到破坏；另外，空气中的污染物如尘土、杂物、可溶性气体及换热器物料渗漏等均可进入循环水，致使微生物大量繁殖，加速金属的腐蚀。

因此，工业循环冷却水防腐阻垢、杀菌灭藻的加药、排污、水质监测等水质管理工作需要不断改进。

目前，大部分循环冷却水处理加药都由人工或时间继电器连接加药计量泵进行的，无法掌握加药精度和水质实况，排污也是由人工或时间继电器连接排污电磁阀进行，排污精度无法掌握。

另外，发明人还认识到以下现状和问题：

1、现有技术中，基于时间继电器定时加药与基于电导率控制排污大多是相互独立的，会造成加药的同时，也可能在进行排污。

2、水质检测化验都是本周检测，下周接水样时提交，水质控制滞后。排污会因水质检测结果滞后而过量排污造成浪费，冷却水系统药量因排污过量而减少，造成冷却水系统阻垢缓释效果下降。直接结果就是虽然做了水处理，制冷机组还是结垢、冷却塔结垢、排污过量导致水资源浪费。

3、目前大部分的加药计量泵是在冷却水管道上直接焊接加药口，加药时，加药口的药剂浓度高，会造成焊接点的腐蚀，甚至腐烂穿孔漏水。

4、虽然也有部分用户根据电导率检测数据进行排污控制，但电导率探头通常安装在冷却水主管道上，制冷机组(循环泵等)停机时，如果此时水质超标，将仍然持续排污，会造成系统水排空的事故。

发明内容

本申请提供一种循环冷却水在线监测控制系统及方法，以解决现有技术中加药、排污控制不够精确，导致防腐阻垢效果不理想、药剂和水资源浪费以及可能存在安全隐患等问题。

为了实现上述目的，本申请提供如下技术方案：

一种循环冷却水在线监测控制系统，包括循环水主管道，所述循环水主管道分为冷却水上水管道和回水主管道；所述回水主管道上开设有排放管路，所述排放管路上设置有排污阀；相比现有技术，改进之处在于：

增加了一分支回路，所述分支回路的一端与冷却水上水管道的高压点连通，另一端与回水主管道的低压点连通；所述分支回路上安装有压力传感器、电导率探头、取样阀以及加药管路，所述加药管路上设置有加药计量泵；

控制器，所述控制器具有至少两个信号采集输入端，分别与压力传感器、电导率探头的信号输出端连接，所述控制器具有至少两组控制信号输出端，分别与所述加药计量泵、排污阀的控制信号输入端连接；使得：当压力传感器感应到分支回路有持续水流时，控制器启动执行设定的加药计量泵控制程序，当压力传感器感应到分支回路停止流动时，控制器停止执行设定的加药计量泵控制程序以及停止排污阀工作；当电导率探头检测水质达到设定的排污启动阈值/排污停止阈值时，控制器启动排污阀工作/停止排污阀工作；当电导率探头检测水质达到设定的排污启动阈值、同时所述加药计量泵控制程序也达到加药计量泵运行条件时，优先执行加药、加药后延时启动排污阀工作。

可选地，所述加药管路共有三路，并排连接于所述分支回路，相应的三个加药计量泵分别用于向分支回路输入阻垢缓蚀剂、第一杀菌灭藻剂和第二杀菌灭藻剂。

可选地，所述分支回路设置有至少一处截止阀。

可选地，所述分支回路自上而下依次分为第一竖直段、水平段以及第二竖直段；所述加药管路连接于所述水平段。

可选地，所述电导率探头、取样阀依次设置于所述第二竖直段。

可选地，所述第二竖直段上还安装有Y型过滤器。

可选地，所述第一竖直段、水平段以及第二竖直段上分别设置有一处截止阀。

可选地，所述压力传感器位于所述水平段与第二竖直段的相接处。

可选地，所述控制器配置有人机交互界面，支持数据显示、排污启动阈值/排污停止阈值的设置、以及加药后延时启动排污阀工作情况下的延时设置，还配置有手动控制按钮或旋钮。

基于上述循环冷却水在线监测控制系统的控制方法，包括：

当压力传感器感应到分支回路有持续水流时，控制器启动执行设定的加药计量泵控制程序，所述加药计量泵控制程序是：对于阻垢缓蚀剂和第一杀菌灭藻剂，按照国标规范以设定周期计算循环体系的蒸发量和补水量，根据所述加药计量泵的泵流量、药剂的吨水加药量以及周期时间的补水量，计算出周期时间内的加药时长，驱动对应的加药计量泵；在每个周期内，启动一次加药计量泵；对于第二杀菌灭藻剂，根据预先设定的投放时间以及投放量，驱动对应的加药计量泵；

当电导率探头检测水质达到设定的排污启动阈值/排污停止阈值时，控制器启动排污阀工作/停止排污阀工作；

当电导率探头检测水质达到设定的排污启动阈值、同时所述加药计量泵控制程序也达到加药计量泵运行条件时，优先执行加药、加药后延时启动排污阀工作；

当压力传感器感应到分支回路停止流动时，控制器停止信号采集、停止执行设定的加药计量泵控制程序；若当前排污阀正在工作，则同时停止排污阀工作。

本申请至少具有以下有益效果：

本申请在现有的循环水主管道基础上，增加了一分支回路，自冷却水上水管道的高压点接至回水主管道的低压点；分支回路上安装有压力传感器、电导率探头、取样阀以及加药管路；控制器采集压力传感器、电导率探头的信号，分别控制加药计量泵、排污阀，使得：当压力传感器感应到分支回路有持续水流时，控制器启动执行设定的加药计量泵控制程序，当压力传感器感应到分支回路停止流动时，控制器停止执行设定的加药计量泵控制程序以及停止排污阀工作；当电导率探头检测水质达到设定的排污启动阈值/排污停止阈值时，控制器启动排污阀工作/停止排污阀工作；当电导率探头检测水质达到设定的排污启动阈值、同时所述加药计量泵控制程序也达到加药计量泵运行条件时，优先执行加药、加药后延时启动排污阀工作；从而形成了统一逻辑的控制系统，提高了阻垢缓蚀剂等药剂的加药精度，根据实时监测的冷却水状况进行有效的排污，减少过量排污和迟后排污造成的水质失控，杜绝药剂因过量排污造成的浪费，避免制冷机组和冷却塔结垢，也消除了系统水排空等安全隐患。

附图说明

为了更清楚地说明现有技术以及本申请，下面将对现有技术以及本申请实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是示例性的，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图引申获得其它的附图。

本说明书所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本申请可实施的限定条件，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本申请所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本申请所揭示的技术内容能涵盖的范围内。

图1为本申请一个实施例提供的一种循环冷却水在线监测控制系统的示意图；

图2为一个应用示例的循环水检测数据(pH值)的统计图；

图3为一个应用示例的循环水检测数据(浊度)的统计图；

图4为一个应用示例的循环水检测数据(电导率)的统计图；

图5为一个应用示例的循环水检测数据(钙硬度)的统计图；

图6为一个应用示例的循环水检测数据(总碱度)的统计图；

图7为一个应用示例的循环水检测数据(钙硬度+总碱度)的统计图。

附图标号说明：

1、冷却水上水管道；2、回水主管道；3、排放管路；4、分支回路；

5、压力传感器；6、电导率探头；7、取样阀；8、Y型过滤器；9、加药计量泵；10、排污阀；11、Y型过滤器；12、循环泵；13、截止阀；14、截止阀；15、截止阀。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

在本申请的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”等旨在区别指代的对象。对于具有时序流程的方案，这种术语表述方式不必理解为描述特定的顺序或先后次序，对于装置结构的方案，这种术语表述方式也不存在对重要程度、位置关系的区分等。

此外，术语“包括”、“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包括了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于已明确列出的那些步骤或单元，而是还可包含虽然并未明确列出的但对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元，或者基于本申请构思进一步的优化方案所增加的步骤或单元。

在一个实施例中，如图1所示，提供了一种循环冷却水在线监测控制系统，包括循环水主管道，循环水主管道分为冷却水上水管道1和回水主管道2；回水主管道2上开设有排放管路3，排放管路3上设置有排污阀10、Y型过滤器11；对循环水主管道增加了一分支回路4，该分支回路4的一端与冷却水上水管道1的高压点(循环泵出水口附近)连通，另一端与回水主管道2的低压点(冷却塔出水口附近)连通；分支回路4上安装有压力传感器5、电导率探头6、取样阀7以及加药管路，加药管路上设置有加药计量泵9。

控制器具有至少两个信号采集输入端，分别与压力传感器5、电导率探头6的信号输出端连接，所述控制器具有至少两组控制信号输出端，分别与所述加药计量泵9、排污阀10的控制信号输入端连接；使得：当压力传感器5感应到分支回路4有持续水流时，控制器启动执行设定的加药计量泵9控制程序，当压力传感器5感应到分支回路4停止流动时，控制器停止执行设定的加药计量泵9控制程序以及停止排污阀10工作；当电导率探头6检测水质达到设定的排污启动阈值/排污停止阈值时，控制器启动排污阀10工作/停止排污阀10工作；当电导率探头6检测水质达到设定的排污启动阈值、同时所述加药计量泵9控制程序也达到加药计量泵9运行条件时，优先执行加药、加药后延时启动排污阀10工作。

其中，利用循环泵12运行时主管道水压差触发压力传感器5，通过压力传感器5信号启动控制器执行对加药计量泵9和排污阀10的控制逻辑。即，制冷机组开始运行，则根据程序和水质进行加药或排污，当制冷机组停止运行时，则停止加药、排污。加药计量泵9不再安装于循环水主管道，而是连接于分支回路4，因制冷机组运行时分支回路4内水是在流动的，加药时药剂与水混合降低了药剂浓度，从而通过分支回路4内流动的水稀释药剂，避免循环水主管道焊接点因局部药剂浓度过高造成焊接点腐蚀漏水，延长循环水主管道设备使用寿命。

电导率探头6安装在回路管线上实时监测冷却水状态，根据水质及时排污，避免水质化验滞后带来的水质失控和过量排污造成的药剂、水的浪费。

加药优先和延时排污的控制方式，达到冷却水控制及时，避免药剂浪费。

电导率探头6检测是分支回路4的水质，不是循环主管道的水质，制冷机组停机时即停止排污，避免冷却水系统排空的事故。

上述加药管路共有三路，并排连接于所述分支回路4，相应的三个加药计量泵9分别用于向分支回路4输入阻垢缓蚀剂、第一杀菌灭藻剂和第二杀菌灭藻剂。

上述分支回路4自上而下依次分为第一竖直段、水平段以及第二竖直段；加药管路连接于水平段，电导率探头6、取样阀7依次设置于第二竖直段。第二竖直段上还安装有Y型过滤器8。第一竖直段、水平段以及第二竖直段上分别设置有截止阀13、截止阀14以及截止阀15。压力传感器5位于水平段与第二竖直段的相接处。

控制器配置有人机交互界面，支持数据显示、排污启动阈值/排污停止阈值的设置、以及加药后延时启动排污阀10工作情况下的延时设置。

控制器还配置有自动、手动、停止工作的控制旋钮：

a.自动工作状态与制冷机组联动，当制冷机组开机时，本系统开始进行工作；当制冷机组停止工作时，本系统停止工作；

b.手动工作状态的程序与自动工作状态执行一致的程序，需要手动控制本系统的工作状态；

c.停止工作状态时不执行任何工作。

示例性地，控制器内部可由可编程控制器控制四个接触器，四个接触器分别连接三个加药计量泵和一个排污电磁阀或电动阀进行排污。

接触器线圈由可编程控制器控制24V交流变压器提供电源；接触器输出为220V交流供电；可编程控制器电源由24V直流开关电源提供；电导率设备由直流开关电源提供24V直流电；电导率值由电导率设备提供0-10V给可编程控制器输入电导率数值；压力传感器由直流开关电源提供24V直流电；压力传感器输出干结点开关量给可编程控制器提供信号。

上述第一杀菌灭藻剂为氧化性药剂(含氯)，第二杀菌灭藻剂为非氧化性药剂，为提高加药精度，阻垢缓蚀剂和第一杀菌灭藻剂(氧化性药剂)每小时加药一次，参考国标GB50050-2017有关冷却水蒸发浓缩，补水的计算方法，计算出准确的每小时加药量进行药剂补充；而第二杀菌灭藻剂(非氧化性药剂)可根据其具体性质(药性衰减特点等)，定时定量投放(可预先设定投放时间、投放量)。

具体地，根据国标GB50050-2017工业循环冷却水处理设计规范中蒸发量、补水量的计算均以每小时为单位(周期)进行，根据计量泵流量和药剂的吨水加药量，结合每小时补水量计算出阻垢缓蚀剂和第一杀菌灭藻剂每小时的加药时长，以秒计算；第二杀菌灭藻剂的投加目的是使用不同杀菌剂定期冲击式加药，达到杀灭具有耐药性的细菌及病毒，彻底将系统内的细菌病毒杀灭。投加逻辑是根据不同杀菌剂特性，每周可投加一至三次，日期可调(周一至周日)。当日投加时间，时间可调。当日投加次数，次数可调。

这样，解决了制冷机组开机时长不确定情况下，加药量不确定的问题。机组开机设备就加药、什么时候停机，设备就停止加药工作，避免加药量因制冷机组开机时长不确定造成的加药过量或不足。每小时加药的好处是可以与制冷机组保持一致的工作时态，减少粗放加药带来的药剂浪费。

通过电导率在线监测探头，电导率数据可实时传输至本设备触摸屏并显示数值。电导率控制排污范围(设定阈值)可手动触摸屏进行设置，当冷却水电导率达到阻垢缓蚀剂承受最高范围时(即GB50050-2017规定的浓缩倍数3-5倍时)，开始排污。停止排污值是根据冷却水浓缩倍数3-5倍值设定。电导率控制范围0-4500us/cm²可调。

当设定电导率开始排污时，若正好也是加药时间，则加药优先，加完药剂后延时0-20分钟排污，可通过触摸屏设置该延时时长(根据系统饱有水量大小可调节时长)，避免一边加药一边排污或加完药就排污造成的药剂浪费。

以下给出一个应用示例来说明本申请的效果。

表1为某电子城IT产业园应用本实施例的方案进行循环冷却水在线监测控制(试运行)，生成的检测数据。表1中的主要检测项目分别制成折线图，见图2-图7。其中，从图4可以看出，运行一个多月后，自7月20日开始，电导率就趋于平稳(现有技术往往会持续较大范围波动)，表明本实施例的方案能够持续、精确、稳定地对循环水进行处理。

表1某电子城IT产业园循环冷却水检测数据

上文中通过一般性说明及具体实施例对本申请作了较为具体和详细的描述。应当指出的是，在不脱离本申请构思的前提下，显然还可以对这些具体实施例作出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims

1.一种循环冷却水在线监测控制系统，包括循环水主管道，所述循环水主管道分为冷却水上水管道和回水主管道；所述回水主管道上开设有排放管路，所述排放管路上设置有排污阀；其特征在于，所述循环冷却水在线监测控制系统还包括：

分支回路，所述分支回路的一端与冷却水上水管道的高压点连通，另一端与回水主管道的低压点连通；所述分支回路上安装有压力传感器、电导率探头、取样阀以及加药管路，所述加药管路上设置有加药计量泵；

2.根据权利要求1所述的循环冷却水在线监测控制系统，其特征在于：所述加药管路共有三路，并排连接于所述分支回路，相应的三个加药计量泵分别用于向分支回路输入阻垢缓蚀剂、第一杀菌灭藻剂和第二杀菌灭藻剂。

3.根据权利要求1所述的循环冷却水在线监测控制系统，其特征在于：所述分支回路设置有至少一处截止阀。

4.根据权利要求3所述的循环冷却水在线监测控制系统，其特征在于：所述分支回路自上而下依次分为第一竖直段、水平段以及第二竖直段；所述加药管路连接于所述水平段。

5.根据权利要求4所述的循环冷却水在线监测控制系统，其特征在于：所述电导率探头、取样阀依次设置于所述第二竖直段。

6.根据权利要求5所述的循环冷却水在线监测控制系统，其特征在于：所述第二竖直段上还安装有Y型过滤器。

7.根据权利要求4所述的循环冷却水在线监测控制系统，其特征在于：所述第一竖直段、水平段以及第二竖直段上分别设置有一处截止阀。

8.根据权利要求4所述的循环冷却水在线监测控制系统，其特征在于：所述压力传感器位于所述水平段与第二竖直段的相接处。

9.根据权利要求1所述的循环冷却水在线监测控制系统，其特征在于：所述控制器配置有人机交互界面，支持数据显示、排污启动阈值/排污停止阈值的设置、以及加药后延时启动排污阀工作情况下的延时设置，还配置有手动控制按钮或旋钮。

10.基于权利要求2所述循环冷却水在线监测控制系统的控制方法，包括：