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Die
Erfindung betrifft Systeme, einschließlich Verfahren und Vorrichtungen,
zur Regelung von chemischer Behandlung und Wasserqualität in Kühlsystemen
durch Messen von Korrosion und Fouling, um Behandlungssteuerungsparameter
in den Kühlsystemen
einzustellen.
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Der
Zweck eines Kühlsystems
ist es, Wärme
aus einem Prozess zu entfernen und diese Wärme durch Verdampfung und Flüssigkeitsabfluss
an die Umgebung abzuführen.
Ein Beispiel derartiger Systeme sind Kühlwassersysteme, die zum Entfernen
von Wärme
aus einem Turbinenkondensator verwendet werden. Das Entfernen der
Wärme bewirkt
Kondensieren von Dampf, was zu einer Druckverringerung auf der Dampfkondensatseite
des Kondensators und zu einem Anstieg der Menge an Leistung führt, die
pro Einheit Brennstoff, der zum Erzeugen des Dampfes verwendetet
wird, erzeugt wird. Des Weiteren ein anderes Beispiel eines derartigen
Systems ist eine Kühlmaschine.
Eine derartige Maschine kann ein Kältemittel, wie R-11, R-12 oder R-134A
benutzen, um einem gekühlten
Mittel, wie Wasser, Wärme
zu entziehen, eine Schleife bilden und die Wärme auf ein Kühlsystem übertragen.
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Ein
anderes Beispiel eines Kühlsystems
ist eines, in dem Wärme
aus einem Prozess oder einer Serie von Prozessen auf das Kühlmittel
durch einen Prozesswärmetauscher,
wie einen Zwischenkühler
bei einem Gasverdichter übertragen
werden kann. Der Betriebswirkungsgrad eines mehrstufigen Gasverdichters,
wie eines Sauerstoff- oder Stickstoffverdichters, kann direkt mit
der Temperatur und dem Druck des in jeder Stufe in den Verdichter
eintretenden Gasstroms verknüpft
sein. Je höher
die Temperatur und der Druck über
den Auslegungsbedingungen ist, desto mehr Leistung wird erforderlich
sein, um dieselbe Menge an Gas zu verdichten.
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Gemäß einem
Beispiel eines Kühlsystems
schließt
das Kühlmittel
eine Flüssigkeit,
wie Wasser, ein. Ein derartiges Kühlsystem kann (1) mindestens
einen Wärmetauscher
zum Entfernen von Wärme
aus einem oder mehreren Prozessen; (2) mindestens eine Pumpe zum Zirkulieren
des Kühlmittels
durch den mindestens einen Wärmetauscher;
(3) eine Vorrichtung zum Abkühlen
des Kühlmittels,
wie einen Kühlturm;
(4) eine Vorrichtung zum Zugeben von neuem Kühlmittel zum System, eine derartige
Vorrichtung wird typischerweise als Make-up bezeichnet; und (5)
eine Vorrichtung zum Abführen
einer bestimmten Menge des Kühlmittels
aus dem System, wobei ein derartiges Abführen als Blowdown bezeichnet
wird.
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Die
Kühlwirkung
gemäß einem
derartigen System kann durch Verdampfen eines Teils des Kühlmittels in
einen Luftstrom, wenn das Kühlmittel
den Kühlturm
durchläuft,
erreicht werden. Während
des Verfahrens des Entfernens von Wärme aus dem Kühlmittel
kann ungesättigte
Luft in den Kühlturm
eintreten. Die ungesättigte
Luft kann die verdampfte Flüssigkeit
aufnehmen und den Kühlturm
bei einer höheren
Temperatur und in einem gesättigten
Zustand, bezogen auf das Kühlmittel,
verlassen.
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Gemäß einem
anderen Beispiel eines Kühlsystems
kann ein Kühlmittel,
wie Wasser, aus einem großen
Vorratsbehälter
des Mittels, der einen angemessen Zufluss des Kühlmittels bei einer Temperatur,
die niedrig genug ist, um Wärme
aus einem Prozess oder Prozessen über mindestens einen Wärmetauscher
zu absorbieren, bereitstellen wird, erhalten werden. In einem derartigen
Beispiel kann das Kühlsystem
(1) eine Quelle für
das Kühlmittel;
(2) eine Vorrichtung zum Zirkulieren des Kühlmittels, wie mindestens eine
Umlaufpumpe; (3) mindestens einen Wärmetauscher; und (5) einen
Ort zum Abführen
des erwärmten
Kühlmittels,
wie derselbe Körper
des Kühlmittels,
wie die Quelle, einschließen.
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Kühlsysteme,
die ein flüssiges
Kühlmittel
verwenden, können
der Ablagerung von Fouling-Materialien und
-Prozessen, wie Härtesalze,
Korrosionsprodukte, Biomasse, Schlick und Schlamm aus dem Kühlmittel, verschiedenen
Prozesslecks, und in situ Korrosion ausgesetzt sein. Diese Fouling-Materialien
und -Prozesse können
in das Kühlsystem
aus einer Vielfalt von Quellen eingegeben werden.
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Bestimmte
Behandlungsmaterialien können
zu dem Kühlmittel
oder Kühlsystem
zugegeben werden, um unter anderem Härteablagerung, Korrosion, Bildung
von Biomassen und Agglomeration von anderen Foulingstoffen, wie
Schlick, Schlamm, Korrosionsprodukte und Prozesslecks zu hemmen.
Derartige Behandlungsmaterialien können eine oder mehrere chemische
Komponenten einschließen,
die in Kombination eines oder mehrere der vorstehend erwähnten Probleme
wirksam hemmen. Zum Beispiel kann ein zum Hemmen von Korrosion vorgesehenes
Behandlungsmaterial mindestens einen kathodischen Inhibitor, mindestens
einen anodischen Inhibitor und/oder mindestens ein zusätzliches
Material, wie Verkrustungsinhibitoren, grenzflächenaktive Mittel und Anti-Schaummittel
einschließen.
Andere Behandlungsmaterialien, die zum System/Mittel zugegeben werden
können,
können
eine Säure,
wie Schwefelsäure,
oder eine Alkalie, wie eine Lösung
von Ätznatron,
einschließen.
Diese zusätzlichen
Materialien können
den pH-Wert des Kühlmittels
innerhalb eines vorbestimmten Steuerungsbereichs regulieren. Bei
der Regelung des pH-Werts wird die Säure verwendet werden, um den
pH-Wert zu senken und die Alkalie, um ihn anzuheben.
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Typischerweise
kann die Menge des/der dem System/Mittel zugegebenen Behandlungsmaterial(ien) durch
manuelle Labortests, Untersuchungen von Korrosionscoupons, das Volumen
an Kühlmittel
im System und die Menge an Kühlmittel,
die dem System in einem gegebenen Zeitraum zufließt, bestimmt
werden. In derartigen Fällen
können
Vorrichtungen, wie eine Chemikalieneinspritzpumpe zum Einspeisen
eines Flusses eines Behandlungsmaterials in das System bei einer über die
Zeit konstanten Rate verwendet werden.
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Beim
Zugeben von Material(ien), um den pH-Wert einzustellen, kann ein
Chemikalieneinspritzsystem mit geschlossener Schleife benutzt werden.
Zum Beispiel kann der pH-Wert des Systems durch eine pH-Beobachtungsvorrichtung,
die eine Pumpe oder ein Ventil reguliert, um die Zufuhr des/der
den pH-Wert einstellenden Mittel(s) zu erhöhen oder zu verringern, beobachtet
werden.
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Behandlungsmaterialien,
die verwendet werden, um schädliche
Wirkungen von Prozesslecks zu hemmen, werden typischerweise manuell
reguliert, entweder auf einer kontinuierlichen Basis oder bei Detektion des
Auftretens eines derartigen Lecks. Detektion, Lokalisierung und
quantitative Bestimmung eines Prozesslecks ist eine zeitaufwendige
Aufgabe, die durch einen Anlagenbediener oder einen Behandlungsfachmann durchgeführt werden
kann.
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Ein
anderer wichtiger Aspekt der Behandlung und Steuerung eines Kühlsystems
und der Qualität
des Kühlmittels
betrifft das Aufrecht erhalten der Konzentration von gelösten und
suspendierten Materialien in dem Mittel unterhalb des Wertes, bei
welchem sie ausfallen oder agglomerieren können. Dies wird typischerweise durch
Einstellen der Menge an konzentriertem Kühlmittel, das aus dem System über Blowdown
entfernt wird, bewirkt.
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Typischerweise
wurde dies durch manuelle Einstellung eines Blowdownventils, basierend
auf einer Laboranalyse des zirkulierenden Kühlmittels, durchgeführt. In
jüngster
Zeit ist der Blowdown durch Beobachten der spezifischen Leitfähigkeit
des Kühlmittels
und Einstellen eines Blowdownventils, um einen vorgegeben Bereich
der Leitfähigkeit
aufrecht zu erhalten, automatisiert worden.
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Typischerweise
schließt
ein Kühlsystem
ein Kühlmittel,
wie Wasser, ein. Die Charakteristika oder Eigenschaften des Kühlmittels
können
das Kühlsystem
und dessen Betrieb beeinflussen. Kühlmittelparameter, wie pH-Wert,
Leitfähigkeit,
Korrosionsraten, Temperaturen (wie kalter Zufluss, heißer Rücklauf,
Wärmetauschereinlass
und -auslass, unter anderen) Kühlmittelrezirkulierungsrate,
Kühlmittel-Make-up-Rate
und Kühlmittelblowdownrate
sind lange beobachtet worden, um die Charakteristika eines Kühlmittels
zu regulieren. Blowdown kann dazu dienen, um die gelösten Feststoffe
in dem Kühlmittel
zu dekonzentrieren, und das Make-up ersetzt alle Kühlmittelverluste,
einschließlich
jener aus Verdampfung, Ventilationsverlust, Drift und Blowdown.
Historisch basierte die automatische Steuerung von Kühlsystemen
zum Beispiel auf Online-Messungen der Leitfähigkeit und des pH-Wertes.
Messungen dieser Faktoren können
durch nasschemische Labortests des verbleibenden Inhibitorwertes
und anderer für
die spezifische Anwendung relevante Parameter, ergänzt werden.
In einigen Fällen,
insbesondere, wenn Nebenstromfiltration verwendet wird, ist Trübungsbeobachtung
hinzugefügt
worden.
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Die
Verwendung der Technologie des linearen Polarisationswiderstands
für die
Online-Messung von Korrosionsraten
wurde vorher in den
U.S.-Patenten
mit den Nummern 3,069,322 ,
3,156,631 ,
3,250,689 ,
3,607,673 und
3,698,065 offenbart, wobei die gesamten
Offenbarungen von allen hier durch Bezugnahme aufgenommen sind.
In den
U.S.-Patenten mit den
Nummern 4,339,945 von Knudsen und
4,346,587 von Knudsen et al., wobei
die gesamten Offenbarungen beider hier durch Bezugnahme aufgenommen
sind, wurde eine Methodik offenbart, wobei in einer Vorrichtung,
in welcher die Messung von Fouling dem pH-Wert, der Leitfähigkeit und
der Korrosion hinzugefügt
wird, offenbart und angewendet wird, um die Wirksamkeit der Behandlungsordnung
beim Hemmen von Korrosion und Fouling in Flüssigkeitssystemen, wie Kühlwasser,
zu bestimmen. Da Korrosion die wirtschaftliche Nutzungsdauer der
Ausrüstung
in dem Kühlsystem
verringern kann und Fouling den Wirkungsgrad der Wärmeabfuhr
aus Prozessen der Anlage auf das Kühlmittel verringern kann, ist
es sehr wichtig, diese unter Kontrolle zu halten.
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Die
herkömmliche
Steuerung von offenen Recyclingkühlsystemen
schließt
typischerweise die Verwendung eines einzelnen Regelkreises (engl. „single
loop controller")
zur Regelung des pH-Werts mit entweder einer Säure, wie Schwefelsäure, oder
einer Base, wie einer Lösung
von Ätznatron,
ein. Ein einzelner Regelkreis kann zur Regelung des Wertes der gelösten Feststoffe
in dem Kühlmittel
eingeschlossen sein. Derartige gelöste Feststoffe können durch
die spezifische Leitfähigkeit
gemessen werden und können
durch Einstellen eines Blowdown- oder
eines Bleed-off-Ventils erhöht
oder verringert werden. Erhöhen
der Bleed-off-Rate kann bewirken, die gelösten Feststoffe in dem Kühlmittel
zu verringern. Einige Typen der Regelung der Zufuhr von Behandlungschemikalien
können
ebenfalls zur Regelung der Charakteristika von Kühlsystemen benutzt werden.
Das Kalenderdatum und die Zeit, kombiniert mit einer Intervallzeitgeberfunktion,
werden häufig
zur Steuerung von Systemen und insbesondere zum Zugeben verschiedener
Typen von Mikrobiziden benutzt.
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Die
Steuerung des pH-Werts und der Leitfähigkeit benutzt typischerweise
eine Rückkopplungsregelungstechnologie.
Eine Rückkopplungsregelung
(engl. „feedback
control") kann entweder
analoge oder digitale Ausgaben zum Betreiben von Ausrüstung, wie
Pumpen und Ventilen, bereitstellen. Analoge Ausgaben können für eine genauere
Steuerung über
Proportional-Integral-Regler mit Vorhalt (PID) laufen. Die Flussrate
des Make-up-Mittels,
die Flussrate des zu dem System zugegebenen Kühlmittels, um Mittel, das durch
Verdampfung und andere Verluste, wie Ventilationsverlust und Blowdown,
verloren geht, zu kompensieren, ist typischerweise der grundlegende
Steuerungsparameter für
die Zufuhr von Behandlungschemikalien, wie Inhibitoren und Dispersionsmittel
(
US 3918469 ). In einem
Kühlsystem,
und insbesondere einem wässrigen
Kühlsystem, kann
das Make-up-Mittel Wasser, das aus mindestens einer Quelle zugeführt wird,
wie kommunales Trinkwasser, Brunnenwasser, wiedergewonnenes Prozesswasser,
außerhalb
der Anlage behandeltes Wasser und Kondensat sein. Ein anderes gebräuchlich
verwendetes, aber weniger genaues Verfahren ist, die Flussrate des Blowdownmittels
zu verwenden, wobei die Annahme erforderlich wird, dass andere Flüssigkeitsverluste
entweder fest oder proportional zum Blowdown sein können. Eine
dritte Vorrichtung wird „Abblasen
und Zufuhr" genannt,
wobei die Zugabe von Behandlungsmaterialien an die Zeit, die ein
An/Aus, zum Beispiel eine Spule, Bleed-off- oder Blowdownventil,
betrieben wird, angepasst wird.
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Die
Technologie des linearen Polarisationswiderstands (LPR; engl. „Linear
Polarization Resistance") wurde
für nahezu
drei Jahrzehnte verwendet, um Korrosionsraten online zu beobachten.
Diese Technologie wird als „CORRATER"-Monitor durch Rohrback
Cosasco Systems, Inc. vermarktet. Die durch den CORRATER-Monitor
bereitgestellten Signale sind proportional zur „spontanen" Korrosionsrate oder dem „spontanen" Korrosionsungleichgewicht.
Tatsächlich
bestimmen die CORRATER-Monitore den LPR über einen Zeitraum, der so
klein wie etwa 2 Minuten oder so lang wie etwa 20 Minuten sein kann.
Folglich ist „spontan" ein relativer Begriff,
verglichen mit Offline-Verfahren, welche etwa 30 bis etwa 90 Tage
Einwirkung auf den Coupon erfordern.
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Der
Fouling Faktor (FF) ist eine anerkannte technische Maßeinheit.
Der FF stammt aus der Ablagerung von Foulingstoffen auf einer Wärmeübertragungsfläche. Der
P-U-L-S-E-Analysegerät, erhältlich von
Ashland Chemical, Drew Industrial Division, stellt die Fähigkeit,
den FF zu bestimmen, bereit. Der ONGUARD CFM-1000-Monitor, ebenfalls
erhältlich
von Ashland Chemical, Drew Industrial Division, bestimmt einen Fouling
Index (FI). Die Forschung hat nachgewiesen, dass FI und FF identische
Trends aufweisen, dennoch sind sie numerisch verschieden und werden
auf verschiedene Weisen berechnet.
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Bekannte
Verfahren des Beobachtens der Charakteristika von Kühlsystemen
und der Regelung von Parameter der Systeme können aus drei Typen bestehen.
Der erste Typ schließt
jene ein, die sich herkömmlich auf
eine automatische Rückkopplungsregelung
bestimmter Parameter, wie dem pH-Wert für die Steuerung von Säure- oder Ätzzufuhr
und der Leitfähigkeit
für die
Steuerung von Bleed-off oder Blowdown, gestützt haben.
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Der
zweite Typ sind jene, welche den Rückstand einer spezifischen
Komponente in der Behandlungschemie nachweisen, wo ein derartiger
in einem derartigen Strom des Kühlmittels
geeignet gemessen werden kann. Es gibt zwei bekannte Ansätze für diesen
Typ der Beobachtung. Der erste Ansatz schließt das Nachweisen einer einzigen
aktiven Komponente ein, während
der zweite Typ des Nachweisens das Nachweisen eines inerten Materials,
das als Tracer dient, einschließt.
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Phosphatmonitore
sind Beispiele des ersten Ansatzes zum Nachweisen, da sie nur eine
einzelne Spezies von Phosphorionen, Orthophosphat, in dem Kühlwassersystem
nachweisen. Tatsächlich
kann die Behandlungschemie einige verschiedene phosphorhaltige Materialien, zusammen
mit verschiedenen Polymeren, aromatischen Azolen und anderen Bestandteilen
einschließen.
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In
Gegenwart von Calcium, Magnesium, Eisen(II)- und Eisen(III)-Ionen
weisen Orthophosphate eine begrenzte Löslichkeit auf. Die begrenzte
Löslichkeit
ist eine komplexe Funktion von pH-Wert, Temperatur und Ionenkonzentration.
In einigen Systemen kann die Löslichkeit
derartiger Materialien unter Betriebstemperaturen und -drücken nahe
den erwünschten
Steuerungsgrenzen liegen, was es schwierig macht, zwischen einer überhöhten Zufuhr
und Bedingungen, die zu Ablagerung und schließlich zu Korrosion unter Ablagerungen
führen,
zu unterscheiden.
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Die
Verwendung einer inerten Tracerverbindung, die, anders als aktive
Materialien, im Strom des Kühlmittels
nachgewiesen werden kann, weist eigene Nachteile auf, weil es dem
Anwender nur mitteilen kann, wie viel Tracermaterial in dem System
vorhanden ist. Es kann unfähig
sein, die Wirksamkeit der Behandlung zu bestimmen. Zum Beispiel
wird ein Behandlungsmaterial, wie aktive Bestandteile in einer korrosionshemmenden
Zusammensetzung, typischerweise durch Umsetzung(en) in dem Verfahren
der Korrosionsbemmung, oder des jeweiligen Verfahrens, auf dessen
Hemmung sie gerichtet sind, verbraucht. Das verbleibende Behandlungsmaterial
ist der Anteil, den die Umsetzung(en) nicht verbraucht und/oder
Restanteil(e), der/die erforderlich ist/sind, um die betreffende(n)
Umsetzung(en) durch zu vervollständigen
aufrecht zu erhalten. Inerte(s) Material(en) läuft/laufen andererseits durch
das System, ohne im Wesentlichen mit irgendetwas zu reagieren. Die
vorstehende Erörterung
kann auf jedes Behandlungsmaterial zutreffen.
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Andere
Beobachtungsverfahren schließen
Offline-Beobachtung, wie eine vollständige chemische und mikrobiologische
Analyse des zirkulierenden Wassers und eine Analyse von Korrosionscoupons
ein.
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Die
vorliegende Erfindung überwindet
Probleme in dem Stand der Technik, unter Bereitstellung eines Leistung
abhängigen
Steuerungssystem, das den Nachweis von Schlüsselfunktionen, einschließlich Fouling und
Korrosion, in ein Steuerungssystem integriert. Als solches ist es
wahrlich einzigartig und eine wesentliche Verbesserung des Stands
der Technik.
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Angesichts
des Vorstehenden ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung
die chemische Behandlung des Kühlmittels
einzustellen, um Korrosion und Fouling auf ökonomisch annehmbare Werte
zu regulieren, um eine wirksame Wärmeabweisung aufrecht zu erhalten
und die wirtschaftliche Nutzungsdauer der Kühlsystemausrüstung zu
schützen.
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Ein
Vorteil der vorliegenden Erfindung ist, dass sie auf direkter Messung
der Wirkungen von Fouling und Korrosion basiert, zum Beispiel bei
Behandlung und Steuerung, im Gegensatz zu Monitoren und Kontrolleinheiten,
die Messen und Regulieren und auf Tracern oder anderen chemischen
Spezies, die eine Komponente eines Mehrkomponenten- Behandlungsmaterial
bilden können,
basieren.
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Ein
anderer Vorteil der vorliegenden Erfindung ist, dass die Erfindung
herkömmliche
Technologien mit einem einzelnen Regelkreis mit integrierter Regelung,
unter Benutzung von Multiple-Input-Messung und Logik, um einzelne
Ausgaben zu regulieren, zuzüglich
Zugeben einer Kaskadenregelung, um Fouling und Korrosion zu integrieren,
ersetzt.
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Gemäß dieser
und anderer Aufgaben und Vorteile, stellen bevorzugte Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung Verfahren und Vorrichtungen, wie in den
Ansprüchen
definiert, bereit.
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Noch
andere Aufgaben und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden Fachleuten
leicht aus der folgenden detaillierten Beschreibung ersichtlich,
worin nur die bevorzugten Ausführungsformen
der Erfindung, einfach durch Veranschaulichen der als am besten
angesehenen Art zur Durchführung
der Erfindung gezeigt und beschrieben werden. Wie man einsehen wird,
kann die Erfindung andere und verschiedene Ausführungsformen aufweisen und
deren verschiedene Details können
in verschiedenen anderen Ansichten Modifikationen aufweisen, ohne
von der Erfindung abzuweichen. Demgemäß sollen die Zeichnungen und
die Beschreibung ihrer Art nach als veranschaulichend und nicht
als einschränkend
betrachtet werden.
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1 ist
eine schematische Darstellung einer Ausführungsform eines Kühlsystems
einschließlich
einer Ausführungsform
eines darin integrierten Steuerungssystems gemäß der vorliegenden Erfindung.
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Die
vorliegende Erfindung kann herkömmliche
Technologien und vorstehend beschriebene bekannte Parameter verwenden,
um ein Kühlsystem
zu regulieren. Jedoch benutzt die vorliegende Erfindung zusätzlich zu
oder anstelle von diesen herkömmlichen
Technologien und bekannten Parametern sowohl den linearen Polarisationswiderstand
(LPR) von Korrosionsraten und den Fouling Index (FI) in Steuerungsschemata.
Zusätzlich
basiert die vorliegende Erfindung auf einer grundlegenden Materialbilanztechnologie,
die eine vorbestimmte Konzentration der Behandlungschemie in dem
rezirkulierenden Kühlmittel
aufrechterhält.
Die vorliegende Erfindung kann ebenfalls zur Regelung oxidierender
Mikrobizide in einem Kühlsystemmittel
nützlich
sein.
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Um
die Bedingungen in einem Kühlsystem
zu regulieren, kann die vorliegende Erfindung Vorrichtungen einschließen, um
zeitabhängige
Variablen von Fouling und Korrosion in einem Verfahren um Behandlungssteuerungsparameter
einzustellen, zu beobachten, einschließen. Unbeachtet des Vorstehenden
können einige
der Messungen, auf denen die Steuerung basiert, spontan sein. Die
Parameter können
einschließen, sind
aber nicht begrenzt auf den pH-Wert, die Leitfähigkeit, Konzentrationszyklen,
das Redox-Potential (ORP, engl. oxidation-reduction potential) und
die Trübung,
um den Wärmeabweisungswirkungsgrad
zu optimieren und Verschlechterung der Konstruktionsmaterialien,
die aus Korrosion und Fouling herrührt, zu minimieren. Durch das
Basieren eines Steuerungssystems auf Fouling und Korrosion erweitert
die vorliegende Erfindung eine bekannte Technologie durch Entwickeln
einer Kaskaden basierten Prozesssteuerungsmethodik, die Fouling-
und Korrosionsmessungen benutzt, um Betriebsparameter einzustellen,
um schädliche
Wirkungen der beiden zu minimieren und die Optimierung der Kühlsystemleistung
zu sichern. Des Weiteren ist die Empfindlichkeit dieser Methodik
eine wesentliche Verbesserung gegenüber alle anderen verfügbaren Technologien.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung können
Veränderungen
in Parameter eines Kühlsystems
durch Beobachten von Korrosion und des Fouling Faktors beobachtet
und reguliert werden. Materialien, die zu dem Kühlsystem zugegeben werden,
um die Parameter einzustellen, können
dann durch Einstellen einer Zufuhrrate der Materialien reguliert
werden. Gemäß der vorliegenden
Erfindung ist festgestellt worden, dass Korrosionsrate und Fouling
Index als ein Mittel zum Modifizieren von Chemikalienzufuhrraten
und anderen regulierten Parameter, wie der Blowdownrate, verwendet
werden können,
welches wiederum die Konzentrationszyklen verändert. Demgemäß basiert
die vorliegende Erfindung auf einer Kaskadenregelung. Daher verwendet
die vorliegende Erfindung, zusätzlich
zur Regelung des Kühlmitteldrucks,
um die Kühlmitteltemperatur
zu regulieren, Korrosion und Fouling, um andere Parameter zu regulieren.
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Der
grundlegende Materialbilanzalgorithmus nimmt die folgende Formel
an:
wobei
- X
- = Zufuhrrate eines
Behandlungsmaterials;
- Ω
- = erwünschte Konzentration
im zirkulierenden Kühlmittel;
und
- K
- eine Konstante darstellt.
Der Wert von K kann in Abhängigkeit
von der Messung der Flussrate eingestellt werden. Wenn der Fluss
in Gallonen pro Minute gemessen wird und es erwünscht ist, dass X in Pfund pro
Minute ausgedrückt
werden soll, würde
K etwa 120.000 betragen. Wenn andererseits der Fluss in Kubikmetern
pro Stunde gemessen wird und es erwünscht ist, dass X in Kilogramm
pro Stunde ausgedrückt
wird, dann würde
K etwa 1.000 betragen. Andere Werte von K können, basierend auf den verschiedenen
benutzten Einheiten, leicht berechnet werden.
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Typischerweise
wird in Kühlsystemen
die Zufuhrrate des Behandlungsmaterials in Pfund pro eine Million
Pfund Make-up-Mittel, die erforderlich ist, um eine erwünschte Konzentration
des Behandlungsmaterials aufrecht zu erhalten, gemessen. Ebenfalls
wird Ω typischerweise
in mg/l gemessen. Jedoch können
sich die Einheiten in Abhängigkeit
von der Größe des Kühlsystems,
der Parameter und/oder dem Behandlungsmaterial, unter anderen Faktoren,
verändern.
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Der
Wert von Ω kann
von der erwarteten Chemie des Kühlmittels
im Betriebssystem und der chemischen Zusammensetzung des Produkts
abhängen.
Typischerweise wird Ω für jedes
Behandlungsprodukt verschieden sein. Des Weiteren kann der Wert
von Ω für eine spezifische
Kombination von Produkt und System, basierend auf umfangreiche Erfahrung
mit einem bestimmten Kühlsystem,
erhöht
oder verringert werden.
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Die
Formel für
X ist eine grundlegende Berechnung, die von einem Fachmann in der
Kühlmittelbehandlung
verwendet werden kann, um die Zufuhrrate der Behandlungschemikalie,
bezogen auf die Aufrechterhaltung einer spezifischen Konzentration
in dem zirkulierenden Kühlmittel,
zu berechnen.
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In
der Steuerungslogik wird X durch ein offenes Regelkreissystem bestimmt,
das heißt,
die tatsächliche
Konzentration des Behandlungsprodukts in dem zirkulierenden Kühlmittel
wird nicht durch das Steuerungssystem gemessen. In diesem Fall ist Ω der Referenzinput
für den
Regelkreis, welcher die Rate einstellt, bei welcher das Behandlungsmaterial
zugeführt
wird, X. Ω wird
als Funktion einer zweiten, aber unabhängigen Variable, genannt die
Kaskadenfunktion, nachstehend ausführlich diskutiert, eingestellt.
Die Kaskadenfunktion kann α für die Korrosionsrate
oder β für den Fouling
Index sein.
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Wie
vorstehend diskutiert, kann die Korrosionsrate in der vorstehenden
Berechnung für
die Zufuhrrate des Materials durch Verwendung einer Kaskadenfunktion,
die einen schrittweisen Anstieg in der Zufuhrrate der Behandlung
bereitstellt, um eine Korrosionsrate innerhalb zulässiger Grenzen
aufrecht zu erhalten, berücksichtigt
werden. Die berechneten Kaskadenfaktorwerte können verwendet werden, um die
Zufuhrrate für
das spezifische Produkt durch Multiplizieren von X mit dem Kaskadenfaktor
zu erhöhen,
um die angepasste Zufuhrrate Y zu bestimmen. Zum Beispiel ist es
in einem offenen rezirkulierenden Kühlmittelsystem erwünscht, eine
Korrosionsrate, gleich oder weniger als 3 1/1000 Zoll pro Jahr (MPY,
engl.: mil per year) an Weichstahl aufrecht zu erhalten, zum Beispiel
American Institute of Steel Industries (AISI) 1010, wie durch einen
CORRATER-Monitor gemessen.
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Die
Kaskadenfunktion der Korrosionsrate wird typischerweise als schrittweiser
Faktor gemäß der folgenden
Tabelle angewendet:
| CORRMEASURED/CORRSETPOINT | Kaskadenfaktor
(α) |
| < 0,75 | 0,00 |
| 0,75–0,99 | 0,15 |
| 1,00–1,50 | 0,40 |
| 1,50–3,00 | 1,00 |
| > 3,00 | 2,00 |
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Die
vorstehenden Werte sind nur Beispiele der Kaskadenfaktoren, die
verwendet werden können.
Des Weiteren sind alle Werte ungefähr und können von dem Vorstehenden abweichen,
ohne von der Erfindung abzuweichen.
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Die
in der vorstehenden Tabelle gezeigten Kaskadenfaktoren sind dimensionslose,
empirisch bestimmte Faktoren, basierend auf Erfahrung auf dem Fachgebiet
und auf Labordaten. Die Werte können
eine Funktion der Produktchemie, der Systemgestaltung und der Betriebsbedingungen
und/oder einer Kombination davon sein. Zum Beispiel ist in einem
Wärmetauscher,
wo das Kühlmittel
sich an der Mantelseite befindet, die Flüssigkeitsgeschwindigkeit normalerweise
sehr langsam. Wenn die Wärmeleistung
eines derartigen Wärmetauschers
derartig ist, dass die Oberflächentemperatur
hoch ist, zum Beispiel größer als
etwa 140°F,
ist das Potential sowohl für
Fouling als auch für
Korrosion sehr hoch. Die Chemie einiger Korrosionsinhibitorprodukte kann
in hohen Konzentrationen tatsächlich
den Fouling Index erhöhen,
während
andere eine kleine oder keine Wirkung aufweisen können. Daher
können
wir erst einmal Werte von ungefähr
1,00, 1,10, 1,25, 1,5 und 1,8 für die
Kaskadenfaktoren verwenden.
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In
einigen Fällen,
wie wenn ein aromatisches Azol, insbesondere, um Korrosion von Kupfer
und kupferhaltigen Legierungen zu verhindern, verwendet wird, kann
der Kaskadenfaktor ungefähr
0,6, 1,0, 2,0, 4,0 bzw. 8,0 betragen. Dies beruht teilweise auf
der Tatsache, dass die Korrosionsraten an derartigen Metallen normalerweise
so niedrig sind, zum Beispiel weniger als etwa 0,2 MPY, und dass
Störungen,
wenn sie auftreten, möglicherweise
schwerwiegend sind. Das aromatische Azol hat jedoch keine schädliche Wirkung
auf Fouling. Ein anderer Punkt ist Wirtschaftlichkeit. Zum Beispiel
sind aromatische Azole sehr teuer und werden normalerweise in sehr
niedrigen Dosierungen verwendet.
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Ein
die Verwendung von aromatischen Azolen betreffendes Beispiel betrifft
ein Kraftwerk. Das Werk verwendet Chlor auf einer periodischen Basis,
zum Beispiel etwa einmal etwa alle zwei Tage als oxidierendes Mikrobizid,
um die Akkumulation von Biomasse zu hemmen. Typischerweise liegt
eine Korrosionsrate von Kupferlegierungen unterhalb von etwa 0,2
MPY. Während
der Verwendung der Chlorierung können
jedoch die Korrosionsraten für
das Kupfer 20 MPY überschreiten.
Obwohl die erhöhte
Korrosionsrate nur etwa einige Stunden anhalten kann, könnte die
erhöhte
Rate gesenkt worden sein, wenn das Steuerungssystem die Fähigkeit
hätte,
den Dosierungswert des aromatischen Azols für den Zeitraum der Chlorierung
einzustellen.
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In
einer anderen Ausführungsform
kann die Kaskadenfunktion der Korrosionsrate als ein Algorithmus verwendet
werden, um den Korrosionsinhibitor als eine Funktion des Verhältnisses
zwischen dem „Sollwert" der Korrosionsrate
und der tatsächlichen
Korrosionsrate einzustellen, wie: Wenn CORRMEASURED > CORRSETPOINT, dann Y = (X)[1 + α(CORRMEASURED/CORRSETPOINT)],wobei
- α
- = ein empirisch bestimmter
Zahlenwert zwischen etwa 0,1 und etwa 2,0 und Y = Zufuhrrate des
Korrosionsinhibitors.
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Gemäß der Erfindung
kann ein ähnlicher
Typ der Kaskadensteuerung verwendet werden, um den Fouling Index
(FI) einzustellen. Der Fouling Index ist ein zeitabhängige Phänomen. Der
Fouling Index ist eine dimensionslose Zahl, die, basierend auf einer
Bulktemperatur des Kühlmittels,
der Temperatur einer Wand zwischen einer Wärmequelle und dem Strom des
Kühlmittels,
einer Flussrate des Stroms des Kühlmittels,
wenn es eine erwärmte
Oberfläche
passiert, einem mit der erwärmten
Oberfläche
verbundenen Leistungswert und Faktoren zum Umwandeln einer gemessenen
Flussrate des Kühlmittels
in einen Wert für
die Flüssigkeitsgeschwindigkeit
und die Scherspannung gegenüber
der erwärmten
Oberfläche
berechnet werden kann.
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Grundliniendaten
zum Berechnen des Fouling Index können unter sauberen Bedingungen
erhalten werden, um den Ausgangspunkt oder null FI festzulegen.
Der Fouling Index kann dann gemäß der nachstehenden
Formel berechnet werden. Nach dem Erfassen der Grundliniendaten
können
Werte periodisch für
die vorstehend aufgeführten
Variablen gemessen und der Fouling Index für jeden Messzeitpunkt berechnet
werden. Periodisches Messen der Variablen und Neuberechnung des
Fouling Index erlaubt die Messung des FI unter Betriebsbedingungen.
Der Zeitraum zwischen dem Messen kann unterschiedlich sein. Typischerweise kann
die Zeit so kurz, wie wenige Sekunden, oder so lang, wie eine Stunde
sein. Die Forschung hat gezeigt, dass unter normalen Fouling Bedingungen
Messwerte, die in Abständen
von etwa dreißig
(30) Sekunden bis etwa fünf
(5) Minuten genommen werden, optimale Ergebnisse bereitstellen.
In Fällen
von schwerwiegendem Fouling können
jedoch kürzere
Zeitabstände
berechtigt sein. Zum Beispiel sind Zeitabstände so kurz, wie von etwa dreißig Sekunden
bis etwa eine Minute benutzt worden. Unter Bedingungen von vernachlässigbarem Fouling
können
die Zeitabstände
länger
sein. Zum Beispiel sind Zeitabstände
von etwa fünfzehn
bis etwa dreißig
Minuten verwendet worden. Während
längere
Zeiträume
verwendet werden können,
kann die Verwendbarkeit von Abständen,
die größer als
dreißig
Minuten sind, eine Funktion der Systemgestaltung und der Betriebsbedingungen
sein. Typischerweise wird jedoch, je länger der Abstand ist, desto
weniger empfindlich die Steuerung gegenüber Änderungen im Fouling Index
sein. Während
folglich längere
Abstände
möglich
sind, werden sie nicht so oft benutzt werden.
-
Der
Fouling Index kann gemäß der folgenden
Formel berechnet werden: FI = (A){[(Tw – Tb)/Leistung - B]c – [(Tw – Tb)/Leistung – B]i}
+ Jwobei
- J
- = (C)[(Tb)c – (Tb)i] + (D)(Fc – Fi) + (E)(LEISTUNGc – LEISTUNGi),
- F
- = Flussrate,
- J
- = Korrekturfaktor
- Leistung
- = Leistung
- Tb
- = Temperatur der Bulkflüssigkeit,
- Tw
- = Wandtemperatur,
- i
- bezeichnet die Anfangsmesswerte,
- c
- bezeichnet die aktuellen
Messwerte, und
- A, B, C, D und E
- bezeichnen Korrekturfaktoren.
-
Der
Wert der Korrekturfaktoren A, B, C, D, E und J kann sich in Abhängigkeit
von der Anwendung und der erwünschten
Wirkung auf die Behandlungsmaterialien, deren Rate der Zugabe durch
den Wert des Fouling Index beeinflusst werden kann, verändern. Zum
Beispiel kann der Korrekturfaktor A zwischen etwa 0,002 und etwa
1000 betragen. Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
beträgt
der Korrekturfaktor A etwa 400.
-
Der
Korrekturfaktor B kann verwendet werden, um Änderungen in der Flussrate
einzustellen. Der Korrekturfaktor B kann besonders gut zum Kompensieren
kleiner Änderungen
in der Flussrate sein. Der Korrekturfaktor B kann den Gesamtwert
der Flussrate berücksichtigen.
Der Korrekturfaktor B kann sich von etwa 0,167/F bis etwa 1/F variieren.
Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
kann der Korrekturfaktor B etwa 0,25/F betragen.
-
In
einer Ausführungsform
haben die Korrekturfaktoren C, D bzw. E Werte von etwa 0,321, etwa
1,432 bzw. etwa 0,0665. Die Werte jedes dieser Faktoren können jedoch
in Abhängigkeit
von der Ausführungsform und
der Anwendung, unter anderen Faktoren, variieren. Während zum
Beispiel C einen Wert von etwa 0,2 bis etwa 0,7 haben kann, kann
D einen Wert von etwa 0,9 bis etwa 1,85 haben und E kann einen Wert
von etwa 0,03 bis etwa 0,13 haben.
-
In
einer Ausführungsform
hat A einen Wert von etwa 400, B hat einen Wert von etwa 0,25/F,
C hat einen Wert von etwa 0,321, D hat einen Wert von etwa 1,432
und E hat einen Wert von etwa 0,0665.
-
Die
Formel für
den Wert von J ist das Ergebnis einer Reihe von Kalibrierungsläufen. Die
Formel für den
Korrekturfaktor J schließt
vorzugsweise Terme ein, die Änderungen
in der Temperatur des Bulkkühlmittels, des
Flusses und der Leistung korrigieren. Der Korrekturfaktor J kann,
basierend auf der Änderung
der Bedingungen zwischen den Basisdaten und dem letzten Messwert,
berechnet werden. Obgleich andere Werte für den Korrekturfaktor J verwendet
werden können,
kann ein gemäß der vorstehenden
Formel berechneter Wert, die Daten durch Entfernen des verbleibenden
Rauschens „normalisieren".
-
Der
Wert jedes der Korrekturfaktoren und insbesondere der Korrekturfaktor
A kann variieren in Abhängigkeit
davon, wie ein Anwender die berechneten Werte zu skalieren wünscht. Des
Weiteren kann der Fouling Index ebenfalls ohne Verwendung eines
oder mehrerer Korrekturfaktoren korrigiert werden. Ein Korrekturfaktor kann
jedoch wünschenswert
sein, um „Rauschen" in der Berechnung
zu entfernen. Das heißt,
ohne einen Korrekturfaktor kann die Amplitude des Rauschens die
Veränderung
im Wert des Fouling Index überschreiten.
Des Weiteren kann der Wert des Fouling Index unter Verwendung der
Korrekturfaktoren eingestellt werden, um sichern zu helfen, dass
ungewöhnlich
hohe und/oder niedrige Werte keine unerwünschten Reaktionen bewirken und
zu Fouling Problemen beitragen, wenn zum Beispiel die so erhaltene
Konzentration des Behandlungsmaterials zu hoch ist.
-
Die
Wirtschaftlichkeit kann ebenfalls eine Rolle in der Anwendung des
berechneten Fouling Index spielen. Zum Beispiel kann ein Wärmetauscherkonstrukteur
verschiedene Fouling Spielräume
für verschiedene
Wärmetauscher
festlegen, wobei auf diese Weise verschiedene Werte von Fouling
Toleranzen für
sie festgelegt werden.
-
Als
ein anderes Beispiel der Rolle, welche die Wirtschaftlichkeit im
Betrieb eines Kühlsystems
spielen kann, können
wirtschaftliche Grenzen des Betreibers des Kühlsystems, ob auf der Ebene
eines Individuums oder eines Unternehmens, entscheiden, dass bestimmte
Bedingungen wirtschaftlich annehmbar sind. Zur Veranschaulichung
kann in einem Fall einer älteren
Anlage, die zur Schließung
in wenigen Jahren vorgesehen ist, eine hohe Korrosionsrate annehmbar
gefunden werden. Folglich kann der Betreiber dieser Anlage beschließen, die
Maximalkonzentration an Korrosionsinhibitormaterialien durch Begrenzen
des Amplitudenfaktors oder Erhöhen
des Sollwerts zu begrenzen.
-
Obgleich
andere Algorithmen zum Berechnen der vorstehenden Terme, einschließlich FI,
existieren, unterscheiden sie sich meistens durch Modifikationen,
welche die numerischen Ergebnisse ändern können. Derartige Veränderungen
können
das Ändern
der Normalisierung einschließen.
Zum Beispiel kann der Wert der Korrekturfaktoren geändert werden.
-
Die
Steuerung von FI kann auf zwei Faktoren basieren, erstens FIACTUAL gegen FISETPOINT und
zweitens die Rate der Änderung
von FI über
die Zeit (ΔFI/Δt) sobald
Gleichgewicht in der Flüssigkeitsumgebung
erreicht wird. Sowohl schrittweise, als auch kontinuierliche Einstellung
der Steuer-Bias sind für
derartige Systeme anwendbar.
-
Wenn
zum Beispiel FI
ACTUAL > FI
SETPOINT, dann
Z = (X)[1 + (β)(FIACTUAL/FISETPOINT)],wobei β ein empirisch
bestimmter Wert zwischen etwa 0,0 und etwa 4,0 ist und Z eine Zufuhrrate
eines Anti-Foulingmaterials ist. Eine schrittweise Funktion kann
ebenfalls zum Einstellen der Zufuhrrate des Anti-Foulingmaterials
verwendet werden.
| FIACTUAL/FISETPOINT | Kaskadenfaktor |
| < 0,8 | 0,00 |
| 0,8–1,0 | 0,15 |
| 1,0–1,2 | 0,30 |
| 1,2–1,5 | 0,70 |
| > 1,5 | 1,5 |
-
Die
vorstehenden Werte sind nur Beispiele des Kaskadenfaktors, die verwendet
werden können.
Zusätzlich
sind alle Werte ungefähr
und können
von den vorstehenden abweichen, ohne von der Erfindung abzuweichen.
-
Die
in der vorstehenden Tabelle gezeigten Kaskadenfaktoren sind dimensionslose,
empirisch bestimmte Faktoren, basierend auf Erfahrung auf dem Fachgebiet
und auf Labordaten. Die Werte können
eine Funktion der Produktchemie, der Systemgestaltung und der Betriebsbedingungen
sein. Zum Beispiel ist in einem Wärmetauscher, wo das Mittel
sich an der Mantelseite befindet, die Flüssigkeitsgeschwindigkeit normalerweise
sehr langsam. Wenn die Wärmeleistung
eines derartigen Wärmetauschers
derartig ist, dass die Oberflächentemperatur
hoch ist, zum Beispiel größer als
etwa 140°F,
ist das Potential sowohl für
Fouling als auch für
Korrosion sehr hoch. Die Chemie einiger Korrosionsinhibitorprodukte
kann in hohen Konzentrationen tatsächlich den Fouling Index erhöhen, während andere
eine kleine oder keine Wirkung aufweisen können. Daher können wir
erst einmal Werte von ungefähr
0,00, 0,10, 0,25, 0,5 und 0,8 für
die Kaskadenfaktoren verwenden.
-
In
einigen Fällen,
wie wenn ein aromatisches Azol, insbesondere, um Korrosion von Kupfer
und kupferhaltigen Legierungen zu verhindern, verwendet wird, kann
der Kaskadenfaktor ungefähr
0,6, 1,0, 2,0, 4,0 bzw. 8,0 betragen. Dies beruht teilweise auf
der Tatsache, dass die Korrosionsraten an derartigen Metallen normalerweise
so niedrig sind, zum Beispiel weniger als etwa 0,2 MPY, und dass
Störungen,
wenn sie auftreten, möglicherweise
schwerwiegend sind. Das aromatische Azol hat jedoch keine schädliche Wirkung
auf Fouling. Ein anderer Punkt ist Wirtschaftlichkeit. Zum Beispiel
sind aromatische Azole sehr teuer und werden normalerweise in sehr
niedrigen Dosierungen verwendet.
-
Erhöhte Korrosionsraten,
welche selber wesentlichen Schaden am System bewirken können, können zu
einer Freisetzung von überhöhten Mengen
an Korrosionsprodukten, wie Eisen(II)- und Eisen(III)hydroxiden in den Strom
des Kühlmittels
führen.
In Abhängigkeit
von der Chemie des Kühlmittels
können
diese Materialien mit anderen Ionen im Strom des Kühlmittels
reagieren, um Foulingstoffe zu bilden, können als Agglomerate für andere
suspendierter Feststoffe, wie Schlick, Biomasse und Prozesslecks
wirken oder oxidiert werden, um ihre eigenen Foulingstoffe (z. B.
Eisen(III)-oxid) zu bilden.
-
Daher
kann die vorliegende Erfindung auch einen Algorithmus, um die Rate
der Zufuhr des Anti-Foulingmaterials weiter zu erhöhen, wenn
die Korrosionsrate einen vorbestimmten Wert überschreitet und für einen
Zeitraum auf der höheren
Rate zu verbleiben, nachdem die Korrosionsrate verringert wird,
um weitere Ablagerung zu hemmen.
-
Gemäß dem Algorithmus
für erhöhte Korrosion
wird, wenn CORRMEASURED > (G) (CORRSETPOINT),
wobei G ein Korrekturfaktor ist, dann der Algorithmus, welcher die
Materialzufuhrrate unter Bedingungen normaler Korrosion steuert,
weiter eingestellt werden, wie folgt: Z = (X)[1
+ β(FIMEASURED/FISETPOINT)]
+ (θ)(CORRMEASURED/(G)CORRSETPOINT),wobei β einen Wert
zwischen etwa 0,1 und etwa 8,0 hat und θ einen Wert zwischen etwa 0,2
und etwa 2,0 hat. Die Werte von α, β und θ sind vorzugsweise
Funktionen der Chemie der jeweiligen Behandlungsmaterialien.
-
Der
Wert des Korrekturfaktors G in der vorstehenden Formel kann auf
einer Annahme basieren, dass ein Anwender einen Sollwert benutzen
würde,
der sicher geringer, als die maximal zulässige Korrosionsrate für das bestimmte
System ist. Zum Beispiel kann der Korrekturfaktor G einen Wert von
etwa 1,1 bis etwa 2,0 aufweisen. Ein Wert von 1,1 würde ungefähr einen
zehnprozentigen Sicherheitsfaktor bereitstellen, während ein
Wert von etwa 2,0 einen Sicherheitsfaktor von etwa einhundert Prozent
bereitstellen würde.
-
In
einer Ausführungsform
beträgt
der Korrekturfaktor G etwa 1,5. Ein derartiger Wert nimmt an, dass der
Sollwert bei etwa 66,7% des maximal zulässigen Korrosionswerts festgelegt
wird. Wenn der Sollwert bei etwa 80% läge, dann würde der Korrekturfaktor G etwa
1,25 betragen. Wenn der Sollwert weiter bei etwa 90% läge, dann
würde der
Korrekturfaktor G einen Wert von etwa 1,11 aufweisen. Daher ist
ersichtlich, wie ein anderer Wert des Korrekturfaktors abgeleitet
werden kann.
-
θ ist ein
anderer Kaskadenfaktor. Er kann verwendet werden, um die Dosierung
des Dispersionsmittels beim Auftreten hoher Korrosionsraten einzustellen.
Ein Grund hierfür
ist, das Korrosionsprodukte, wie Eisen(II)- und Eisen(III)-ionen
anschließend
mit dem Hydroxylion reagieren und dann andere Foulingstoffe, wie suspendierte
Feststoffe, Härteverbindungen
und Mikroflora agglomerieren, um zusätzliche Fouling Ablagerungen
zu bilden. Wie bei β kann θ verwendet
werden, um die Zufuhrrate des Dispersionsmittels aufgrund eines angezeigten
Anstiegs der Korrosionsrate zu erhöhen. Die Werte für θ können im
selben Bereich, wie der vorstehend diskutierte Bereich der Werte
für β, liegen.
In einer anderen Ausführungsform
können
diese Faktoren aufgeteilt werden, unter Verwendung von zwei verschiedenen
Dispersionsmitteln, eines als Zusatz, insbesondere auf das Neutralisieren
der schädlichen
Wirkungen von überhöhter Korrosion
gerichtet, und das andere nur auf der Materialbilanz und β basierend.
-
Eine
Vorrichtung gemäß der vorliegenden
Erfindung schließt
Vorrichtungen zum Messen einer Flussrate eines Make-up-Kühlsystemmittels;
eine Vorrichtung zum Messen einer Leitfähigkeit des Make-up-Kühlsystemmittels;
eine Vorrichtung zum Messen einer Leitfähigkeit eines rezirkulierenden
Kühlmittels;
und eine Vorrichtung zum Bestimmen einer Zufuhrrate des Behandlungsmaterials,
basierend auf der Formel:
wobei
X eine Behandlungszufuhrrate einer Behandlungs-Verbindung bezeichnet, Ω eine erwünschte Konzentration
der Behandlungs-Verbindung bezeichnet, und K eine Konstante bezeichnet,
ein. In dieser Formel kann, wenn die Werte gemäß dem englischen Maßsystem
gemessen werden, die Flussrate des Make-up-Kühlmittels in Gallonen pro Zeiteinheit
gemessen werden. Der Faktor von 120.000 kann verwendet werden, um
die Flussrate in Millionen Pfund umzuwandeln. Folglich wird X in
Pfund pro Zeiteinheit ausgedrückt.
In metrischen Einheiten kann die Flussrate in Kubikmeter pro Zeiteinheit
gemessen werden und X würde
dann Gramm pro Zeiteinheit betragen. Der Wert von K kann, wie vorstehend
beschrieben, eingestellt werden, um die Einheiten zu berücksichtigen,
in welchen die Messungen der anderen Werte in der Gleichung ausgedrückt sind.
-
Demgemäß kann eine
Vorrichtung gemäß der Erfindung,
welche die Flussrate des Make-up benutzt, eine Vorrichtung zum Bestimmen
des Fouling Index und eine zweite Vorrichtung, die all die anderen
Messungen und alle Steuerungsfunktionen bereitstellt, einschließen. Die
zwei Vorrichtungen können
in einer einzigen Einheit enthalten sein.
-
Eine
gemäß der vorliegenden
Erfindung benutzte Kontrolleinheit kann einen Mikroprozessor einschließen. Der
Mikroprozessor kann von jedem Typ sein. Zum Beispiel kann der Mikroprozessor
ein Mikroprozessor der Serie „86", erhältlich von
INTEL, einschließlich
des PENTIUM-Prozessors und jedes anderen künftigen INTEL-Prozessors sein.
Die Vorrichtung kann ebenfalls jeden verfügbaren Mikroprozessor verwenden.
Beispiele von Mikroprozessoren, welche die Erfindung verwenden kann,
schließen
von MOTOROLA erhältliche
Mikroprozessoren, wie die 68000-Linie, die in Macintosh Computern
verwendet wird, POWER PC-Prozessoren oder jeden anderen Mikroprozessor,
der von einem anderen Hersteller verfügbar ist, ein.
-
Der
Mikroprozessor kann EPROM-, EEPROM- und/oder Flash-ROM-Technologie
für die
Software einschließen.
Jede andere Speichertechnologie kann ebenfalls in einer Vorrichtung
gemäß der vorliegenden
Erfindung benutzt werden. Die Vorrichtung kann ebenfalls eine erwünschte Menge
an RAM einschließen.
Das RAM kann batteriegepuffert sein.
-
Eine
digitale I/O-Platine, eine analoge O/O-Platine, ein Tastaturdekodierer
und eine Benutzerschnittstelle können
außerdem
in der Vorrichtung eingeschlossen sein. Die Schnittstelle kann eine
Tastatur mit 20 Tasten und eine Anzeigevorrichtung mit 4 Reihen,
40 Zeichen einschließen.
Die Vorrichtung kann in einem einzigen gewerblichen wetterfesten
Gehäuse
eingeschlossen sein.
-
Eine
alternative Ausführungsform
kann auf einer programmierbaren Logikkontrolleinheit (PLC) mit RAM
und I/O-Fähigkeit, ähnlich wie
der vorstehend beschriebenen Ausführungsform, basieren. Diese
alternative Ausführungsform
kann eine Mehrkanal- oder grafische Benutzerschnittstelle einschließen. Alle
Komponenten des Systems können ebenfalls
in einer einzigen Vorrichtung enthalten sein.
-
Eine
Kontrolleinheit gemäß der Erfindung
kann Eingangssignale von einem Korrosionsmonitor, einem pH-Monitor,
einem Leitfähigkeitsmonitor
und möglicherweise
einem Redox-Potential-Monitor empfangen und verwenden. Die Technologie
des linearen Polarisationswiderstands (LPR) kann verwendet werden,
um die Korrosionsrate zu messen. Ein Beispiel der LPR-Technologie
ist der von Rohrback Cosasco Systems CORRATER, gelieferte CORRATER.
Leitfähigkeit
und pH-Wert werden durch Monitore gemessen, die von Foxboro Analytical,
Signet Scientific, Great Lakes Instruments, Lakewood Instruments,
Leeds & Northrup,
Rosemount Analytical, Johnson Yokogawa und TBI Bailey Instruments
erhalten werden können.
Alle die vorstehend aufgeführten
Firmen sind Hersteller von pH-Wert
und Leitfähigkeitsinstrumenten.
-
Eingangssignale
für die
Kontrolleinheit können
von gewöhnlichen
Sensor-Transmittern und/oder Monitoren zugeführt werden. Beispiele derartiger
Sensoren und Monitore sind jene von Fisher-Rose, Foxboro Company,
Johnson-Yokogawa, Hach & Co.,
GF Signet Scientific, Rohrback Cosasco Systems und anderen hergestellten,
welche Parameter, wie Verwendung des Make-up-Kühlmittels, Blowdown des Kühlsystems, Temperatur(en)
des Kühlmittels
an verschiedenen Punkten im System, Parameter des Kühlmittels,
wie pH-Wert, Leitfähigkeit,
Redox-Potential (ORP), Trübung,
Korrosionsrate und/oder spezifische Ionen, wie Orthophosphat, Molybdat
oder Kieselsäure
bestimmen. Jeder der Parameter kann außerdem in dem Make-up-Kühlmittel
bestimmt werden. Zusätzlich
kann ein analoges Eingangssignal von einem Fouling Monitor erhalten
werden.
-
Eine
Vorrichtung gemäß der Erfindung
kann außerdem
ein zweites Mikroprozessorsystem, ähnlich dem vorstehend beschriebenen
Mikroprozessorsystem, einschließen,
wobei ein anderes EPROM verwendet wird, um Fouling zu bestimmen.
Dieser zweite Mikroprozessor kann eine elektronisch gesteuerte Leistungskontrolleinheit
zum Zuführen
einer vorbestimmten Menge an Wärme
bei einem konstanten Wärmefluss über eine
Wärmeübertragungsfläche enthalten.
Eine Temperaturmessvorrichtung kann zwischen dem Heizelement und
der Wärmeübertragungsfläche lokalisiert
sein. Eine zweite Temperaturmessvorrichtung kann in dem Flüssigkeitsstrom,
der in den Monitor eintritt, bereitgestellt werden.
-
Ein
Flussmonitor kann außerdem
verwendet werden, um die Flussrate des Kühlmittels, das in die Vorrichtung
eintritt, zu bestimmen. Dieser Fluss kann manuell mit einem stromabwärts platzierten
Ventil oder einer Kombination des stromabwärts platzierten Ventils mit
einem stromaufwärts
platzierten Druckregler reguliert werden, wenn der Druck in der
Leitung sich wesentlich verändert.
Die erwärmte
Oberfläche
bildet die innere Oberfläche
einer Ringströmungsanordnung.
Wärme kann
als elektrische Energie zugeführt
werden und die Konstruktion sichert, dass die gesamte Wärme auf
das Kühlmittel überführt wird,
wenn es über
die erwärmte Oberfläche strömt. Fluss
und Leistung können
eingestellt werden, um die tatsächlichen
Betriebsbedingungen in der Anlage innerhalb eines Teils eines Prozesswärmetauschers,
welcher an demselben Kühlmittel
betrieben wird, zu simulieren.
-
Ein
Beispiel eines in einer Vorrichtung gemäß der Erfindung benutzten Fouling
Monitors ist der ONGUARD CFM-1000-Monitor, hergestellt und vermarktet
von Ashland Chemical Company, Drew Industrial Division aus Bonnton,
New Jersey. Ein Beispiel einer Kontrolleinheit, die in einer Vorrichtung
gemäß der Erfindung benutzt
werden kann, ist die ONGUARD Alpha Kühlmittelkontrolleinheit, ebenfalls
hergestellt und vermarktet von Ashland Chemical Company, Drew Industrial
Division aus Bonnton, New Jersey. Die Alpha-Kontrolleinheit misst vorzugsweise die
Flussrate des Make-up-Kühlmittels,
den pH-Wert, die Leitfähigkeit,
Korrosionsrate und das ORP. Sie kann jedoch ebenfalls viele andere
Parameter beobachten. Trotzdem sind die Flussrate des Kühlmittels,
der pH-Wert, die Leitfähigkeit,
die Korrosionsrate und das ORP die Parameter, die in der Erfindung von
besonderem Interesse sind.
-
Gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung wird eine kleine, einfache und preiswertere Vorrichtung verwendet.
Eine Vorrichtung gemäß dieser
Ausführungsform
erzeugt vorzugsweise einen Fouling Index als ein Maß für Fouling.
Die Vorrichtung schließt
vorzugsweise ein integriertes Heizgerät mit mindestens einem eingebetteten
Thermoelement, einem Thermoelement im Bulkkühlmittel, lineare Temperaturtransmitter,
eine empfindliche Flussmessvorrichtung, Präzisionsspannungs- und -stromgeber,
eine Vorrichtung, um eine konstante Leistung genau einzustellen
und aufrecht zu erhalten und eine eingebettete Logik-Kontrolleinheit,
um die Leistung aufrecht zu erhalten, die Daten aufzunehmen, die
Set-up-Bedingungen
zu berechnen und ein analoges Signal proportional zum Fouling Index
auszugeben, ein. Der Fouling Index kann an eine Kontrolleinheit
weitergegeben werden, es kann entweder eine programmierbare Logikkontrolleinheit
oder eine eingebettete Logikkontrolleinheit verwendet werden.
-
Gemäß einer
anderen Ausführungsform
können
die Systeme der vorliegenden Erfindung in einem einzigen Gehäuse enthalten
sein. Eine weitere alternative Ausführungsform kann eine programmierbare
Logikkontrolleinheit (PLC), anstelle einer eingebetteten Logikkontrolleinheit
beinhalten.
-
Unabhängig von
der Ausführungsform
einer Vorrichtung gemäß der Erfindung
stellt die Vorrichtung vorzugsweise reproduzierbare Daten bereit.
-
Zusätzlich zu
Korrosions- und Fouling Index oder Fouling Faktor kann das Redox-Potential
außerdem ein
Parameter sein, der verwendet werden kann, um Oxidationsmittel,
wie Chlor und Brom, zu beobachten und möglicherweise zu regulieren.
Das Redox-Potential ist erfolgreich verwendet worden, um die Verwendung
von oxidierenden Mikrobiziden in offenen rezirkulierenden Kühlmittelsystemen
zu regulieren. Das ORP gibt das Endergebnis aller oxidierenden und
reduzierenden Mittel im Strom eines Kühlmittels an. Das Aufrechterhalten eines
Redox-Potentials über
einen bestimmten Wert, γ,
kann das Wachstum von Mikroorganismen, sowohl in der Flüssigkeit,
als auch anhaftend an festen Oberflächen, hemmen.
-
Im
Allgemeinen wird γ zwischen
etwa +400 mV und etwa +600 mV liegen, jedoch kann der optimale Wert
von γ anlagenspezifisch
sein. In Systemen, wo eine Intervalldosierung von oxidierenden Mikrobiziden verwendet
wird, tritt ein wesentlicher Anstieg des oxidierenden Potentials
des Stroms des Kühlmittels
im Allgemeinen gleichzeitig mit der Injektion eines oxidierenden
Mikrobizids ein.
-
Die
Korrosivität
des Kühlmittels
kann ebenfalls durch die Behandlungsmaterialien beeinflusst werden. Zum
Beispiel kann sich die Korrosivität, wenn überhaupt, in Abhängigkeit
vom Gehalt des verwendeten Oxidationsmittels ändern. Die Oxidationsmittelspezies
kann auch die Korrosivität
beeinflussen, wie es die Chemie des Kühlmittels kann. Gemäß einem
Beispiel kann ein System, das Wasser, das einen niedrigen Gehalt
an gelösten
Feststoffen enthält,
als Kühlmittel
benutzt, sehr korrosiv werden, wenn es mit überhöhten Werten an Chlor behandelt
wird. Andererseits kann es sein, dass ein als Kühlmittel verwendetes stark
gepuffertes Wasser, das mit Chlordioxid behandelt wird, den Wert
der Korrosivität
des Wassers nicht wesentlich erhöht.
-
Um
die Konstruktionsmaterialien zu derartigen Zeitpunkten vor beschleunigter
Korrosion zu schützen, kann
die Zufuhrrate des Korrosionsinhibitors auch auf der Basis des Redox-Potentialwerts eingestellt
werden. Dieser wird hauptsächlich
verwendet, wenn kritische Komponenten in dem Kühlmittelsystem aus Kupfer oder kupferhaltigen
Legierungen hergestellt sind und wenn ein Material vom aromatischen
Azol-Typ verwendet wird, um insbesondere Korrosion an kupferhaltigen
Materialien zu hemmen. In einigen Fällen kann eine ergänzende Azolbehandlung
verwendet werden. In vielen Fällen
werden jedoch einfach die vorhandenen Behandlungsgehalte erhöht.
-
Herkömmlicherweise
wird eine derartige Einstellung durch einfaches Ansteuern der Azolzufuhreinstellung
gleichzeitig mit der Mikrobizidzufuhr bewirkt. Die Erhöhung des
ORP tritt jedoch nicht unmittelbar auf. Vielmehr steigt er als eine
Funktion der erhöhten
Konzentration des oxidierenden Mikrobizids an.
-
Es
kann bis zu 2 bis 3 Stunden dauern, bis die Konzentration einen
Wert erreicht, bei welchem die zusätzliche Korrosionshemmung erforderlich
ist. Zusätzlich
verbleibt das erhöhte
ORP für
einen, normalerweise wesentlichen, Zeitraum, nachdem die Injektion
aufhört.
Daher ist die Regelung der Anhebung der Azolinjektion als eine Funktion
des ORP wesentlich wirtschaftlicher als die herkömmlichen Mittel.
-
In
diesem Fall, wobei ORPACTUAL > ORPBREAKPOINT,
dann Azol = (X) + (AzolORP)
+ (AzolCORR),wobei
- AzolORP
- = die zugegebene Menge
an Azol, basierend auf einer anlagenspezifischen Änderung
des ORP, und
- AzolCORR
- = die Menge an zusätzlichem
Azol, die erforderlich ist, um die erhöhte Korrosion zu überwinden, basierend
auf der an kupferhaltige Elektroden angewendeten LPR-Technologie.
-
Die
vorliegende Erfindung zieht auch die Verwendung anderer Parameter
zur Regelung einer chemischen Behandlung und der Qualität des Kühlmittels
in Kühlsystemen
in Betracht. Zum Beispiel kann der Fouling Faktor (FF) ebenfalls
in den Verfahren der vorliegenden Erfindung benutzt werden.
-
Hypothetisches Beispiel
-
Das
Folgende ist ein hypothetisches Beispiel einer Anwendung der vorliegenden
Erfindung auf ein hypothetisches Kühlsystem. In dem Beispiel wird
das Kühlsystem
einer Kontamination aus einer Anzahl von Quellen unterworfen. Zum
Beispiel kann, unter anderen Quellen, eine Kontamination aus petrochemischer Prozesskontamination,
Luftkontamination aus benachbarter/n Betriebseinheit(en), Luftkontamination
aus nahegelegenen Produktionsanlagen und/oder Umweltbedingungen,
wie Schwankungen der Umgebungstemperatur, Luftfeuchtigkeitsänderungen,
ebenso wie Windgeschwindigkeit- und -richtung entstehen. Derartige
Umweltbedingungen sind für
viele CPI- und HPI-Anlagen typisch.
-
Vor
der Einrichtung eines Steuerungssystems gemäß der vorliegenden Erfindung
wurden der Durchsatz oder eine Kombination aus Durchsatz und Produktqualität des Herstellungsverfahrens
durch Kühlwasser begrenzt.
Sowohl Durchsatz, als auch Produktqualität können durch die Fähigkeit
des Kühlsystems,
Wärme abzuweisen,
welche normalerweise das Ergebnis von Fouling, verstärkt durch
hohe Umgebungstemperaturen, ist, negativ beeinflusst werden. Zum
Beispiel blieben Prozesslecks meistens für längere Zeiträume unentdeckt, was zu überhöhter Korrosion,
Biomassenakkumulation und Fouling führt. Zusätzlich war die chemische Behandlung
mit einer Base angereichert, wobei eine vorgegebene Menge kontinuierlich über jeden
Zeitraum von 24 Stunden zugegeben wurde. Änderungen in den Behandlungsdosierungen
wurden mit einer Häufigkeit,
die sich zwischen täglich
und wöchentlich,
in Abhängigkeit
von Laboranalysen, änderte,
durchgeführt.
-
Die
vorausgehenden Stufen der Entwicklung der vorliegenden Erfindung
schlossen die Entwicklung einer Online-Vorrichtung, um Prozesslecks
und Luftkontamination nachzuweisen, welche beide das Wachstum von
Biomasse beschleunigen können,
ein. Zusätzlich
können
einige Prozesslecks Korrosion beschleunigen. Biomasse kann an befeuchteten
Oberflächen
im Kühlsystem
agglomerieren und kann zu Korrosion unter Ablagerung führen, sowohl
durch Säureabsonderung
durch die Mikroben selbst, als auch durch Verursachen einer unterschiedlichen
Sauerstoffkonzentration zwischen der bedeckten Oberfläche und
den umgebenden Oberflächen.
-
Gemäß dem Beispiel
wurde Chlor dem Kühlsystem
in einer voreingestellten konstanten Rate zugegeben, um die Biomasseproduktion
zu regulieren. Wenn Prozesslecks auftraten, wurde festgestellt,
dass ORP anstieg. Die vorherige Erfahrung an dieser Anlage hat gezeigt,
dass, wenn das ORP zwischen etwa 480 und etwa 550 mV gehalten wird,
die Biomasse unter Kontrolle gebracht wird und die Korrosionsraten
verringert werden. Es wurde festgestellt, dass das Erhöhen der
Zufuhr von Chlor eine begrenzte Wirkung hat. Wenn jedoch Chlordioxid
als Ergänzung
verwendet wurde, stieg das ORP an.
-
Das
als Make-up für
dieses Systems verwendete Wasser ist, hinsichtlich Härte und
Alkalinität,
von uneinheitlicher Qualität. Überhöhte Härte in dem
zirkulierenden Wasser kann die Ausfällung von Härtesalzen als Kesselstein verursachen.
Das Betreiben des Systems mit geringen Konzentrationszyklen kann
zu überhöhtem Wasserverbrauch
und einer Verringerung der Wirtschaftlichkeit des Behandlungsprogramms
führen.
-
Der
erste Baustein des leistungsabhängigen
Steuerungssystems war es, die Massenbilanz als einen Faktor zur
Regelung von pH-Wert und Leitfähigkeit
hinzuzufügen.
Die Massenbilanz wurde verwendet, um zu jedem Zeitpunkt eine vorbestimmte
Konzentration an Korrosionsinhibitor und Fouling Inhibitor in dem
zirkulierenden Wasser aufrecht zu erhalten.
-
Der
zweite Baustein des leistungsabhängigen
Steuerungssystems war das Hinzufügen
einer Online-ORP-Messung. Das tatsächliche ORP wurde mit den vorbestimmten
Prozessspezifikationen verglichen, um die Zufuhr von Chordioxid
automatisch anzuschalten und abzuschalten.
-
Wenn
zum Beispiel das ORP unter 400 mV fiel, wurde eine Chlordioxidzufuhr
für einen
Zeitraum von zwei Stunden initiiert. Wenn jedoch innerhalb dieses
Zeitraums das ORP auf 580 mV anstieg, wurde seine Zufuhr beendet.
Wenn das ORP unter 300 mV fiel, überträgt das Steuerungssystem
einen Alarm, um die Prozessbediener zu unterrichten, dass ein größeres Leck
aufgetreten ist und das ein menschlicher Eingriff erforderlich ist,
um es zu finden und in Ordnung zu bringen. Wenn nach zwei Stunden
das ORP nicht auf mindestens 500 mV gestiegen ist, wird ein zusätzlicher
Zeitraum von zwei Stunden Zufuhr initiiert und ein Alarm wird ausgelöst, um die
Prozessbetreiber zu unterrichten, dass ein menschlicher Eingriff
erforderlich sein kann.
-
Der
dritte Baustein des leistungsabhängigen
Steuerungssystems ist die Zugabe von Fouling zu den vorstehend beschriebenen
Variablen. Normalerweise wurde das Kühlsystem mit einem Minimalpotential
für Fouling
betrieben, außer
wenn Prozesslecks auftraten. Ein Ziel des neuen Steuerungssystems
der vorliegenden Erfindung ist es, den Kühlprozess durch Verringern
des Wasserverbrauchs zu optimieren. Dies erhöht das Potential für Fouling
sowohl aus Kesselsteinbildung als auch aus Biomasse.
-
Eine
Prozessspezifikation wurde, basierend auf der Analyse der Konstruktion
und den Betrieb der Wärmetauscher
der Anlage, festgelegt. Die Zufuhr von Fouling Inhibitor wurde auf
die Grundlinie eingestellt, um Fouling bei oder unter etwa 80% der
Prozessspezifikation, wie durch den Fouling Monitor bestimmt, zu
halten. Logik wurde zu dem Steuerungssystem zugefügt, um die
Fouling Inhibitorzufuhr zu erhöhen,
sollte der Fouling Monitor einer Akkumulation von Fouling, welche
diesen Wert überschreitet,
nachweisen.
-
Die
erste Verringerung dieser Erfindung verwendete eine schrittweise
ansteigende Einstellung mit bei etwa dem 1,15- 1,3-, 1,7- und 2,5-fachen
der Grundzufuhrrate und bei etwa 80%, 100%, 120% und 150% der Prozessspezifikation
eingestellten Schritten. Zusätzlich
wird, sobald die Zufuhrrate erhöht
wurde, diese auf den höheren
Wert für
ein Minimum von 24 Stunden bleiben, bevor man sie aufgrund einer
Verringerung des Fouling abnehmen lässt.
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Ein
weiterer Baustein des leistungsabhängigen Steuerungssystems der
vorliegenden Erfindung war die Zugabe der Online-Bestimmung der
Korrosionsrate zu den vorstehend bestimmten Parametern. Da Korrosion
mit Fouling und Biofouling oder Biomassenagglomeration verbunden
ist, fügte
dies dem Steuerungssystem eine neue Dimension zu.
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Am
Ausgangspunkt nach der Initiation des Steuerungssystems wurde das
Kühlwassersystem
innerhalb von Prozessspezifikationen betrieben, eine Situation,
die sich für
einen Zeitraum fortsetzte. Unter den Prozessspezifikationen waren:
| Parameter | Spezifikationen |
| pH-Wert | 7,4–7,7 |
| ORP | 480–550 mV |
| Korrosionsrate | 3,0
MPY (max.) |
| Fouling
Index | 150
(max.) |
| Leitfähigkeit | 2200–2400 μS |
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Zum
Zeitpunkt X wies der ORP-Monitor einen Abfall des ORP von etwa 500
auf etwa 350 mV im Verlauf von einigen Minuten nach. Der Abfall
löste die
Einleitung einer Chlordioxidzufuhr aus, welche nach einigen zusätzlichen
Minuten bewirkte, dass das ORP zuerst konstant wurde und dann begann,
zu steigen.
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Bei
etwa X + 3 Minuten fiel der pH-Wert unter etwa 7,4 und die Säurezugabe
wurde beendet.
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Bei
etwa X + 10 Minuten war der pH-Wert auf etwa 6,9 gefallen und die
Korrosionsrate war auf etwa 3,5 MPY gesprungen. Die Korrosionsinhibitorzufuhr
wurde auf etwa den 1,4fachen Grundzufuhrwert durch Auswählen des
Kaskadenfaktors α gemäß der vorstehenden
Tabelle erhöht.
Zur selben Zeit wies der Fouling Monitor einen Anstieg im Fouling
Index nach, obgleich dessen Wert noch gut unterhalb des spezifizierten
Maximums lag.
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Bei
etwa X + 20 Minuten lag der pH-Wert noch bei etwa 6,9 und das Steuerungssystem
erhöhte
die Rate des Blowdown um etwa 20%, um das zirkulierende Wasser zu
dekonzentrieren, wobei es mit frischem Make-up ersetzt wurde.
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Bei
etwa X + 40 Minuten war der pH-Wert über etwa 7,0 gestiegen und
das ORP hatte begonnen, anzusteigen.
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Bei
etwa X + 50 Minuten erreichte die Korrosionsrate etwa 4,6 MPY, etwa
53% über
dem Sollwert und die Zufuhrrate des Korrosionsinhibitors war in
etwa auf das 1,7fache seiner Basisrate, wie durch den Kaskadenfaktor β korrigiert,
ausgewählt
gemäß der vorstehenden
Tabelle, erhöht
worden. Die erhöhte
Korrosionsrate verursachte, dass die Zufuhrrate des Fouling Inhibitors
auf etwa die 1,17fache Basisrate erhöht wurde, wie durch den Kaskadenfaktor θ korrigiert,
berechnet gemäß der zuvor
diskutierten Gleichung, wobei θ = 0,9 × β, G = 1,3
und die Faktoren FIMEASURED/FISETPOINT und
CORRMEASURED/(G × CORRSETPOINT)
auf den vorstehenden Tabellen, welche die Werte für die Kaskadenfaktoren α und β zeigen,
wie vorstehend angemerkt, eingestellt sind.
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Bei
etwa X + 90 erreichte der Fouling Index einen Wert, welcher etwa
80% des Sollwerts überschritt und
die Zufuhrrate des Fouling Inhibitor wurde wieder erhöht. Dies
erhöhte
die Zufuhrrate, um zusätzlich
etwa das 1,15fache der Basisrate auf eine Gesamtzufuhr von etwa
dem 1,30fachen der Basisrate.
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Bei
etwa X + 120 Minuten war das ORP von einem Tief von etwa 330 mV
auf etwa 440 mV gestiegen, aber lag noch nicht innerhalb der Prozessspezifikationen.
Ein Alarm wurde ausgelöst,
welcher Betriebspersonal aufforderte das Prozessleck zu lokalisieren
und zu korrigieren.
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Bei
etwa X + 170 Minuten war das ORP über etwa 480 mV gestiegen,
der pH-Wert betrug etwa 7,5 und die Leitfähigkeit betrug etwa 2050 μS. Die Blowdownrate
wurde auf etwa 90% des Sollwerts verringert.
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Bei
etwa X + 220 hatte sich die Korrosionsrate auf etwa 3,0 verringert
und der Fouling Index hatte sich bei etwa 92% des Sollwerts stabilisiert.
Der pH-Wert war auf etwa 7,6 angestiegen und die Säurezufuhr
erlangte wieder die normale Rate. Die Leitfähigkeit betrug etwa 2210 μS und der
Blowdown stellte sich auf etwa 97% des Sollwerts ein.
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Bei
etwa X + 240 wurde die Chlordioxidzufuhr beendet.
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Bei
etwa X + 6 Stunden war die Korrosionsrate wieder unter etwa 2 MPY,
das ORP betrug etwa 520 mV, die Leitfähigkeit etwa 2290 μS und der
Fouling Index war auf etwa 75% des Sollwerts herunter.
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Bei
etwa X + 24 Stunden wurde die Zufuhrrate des Fouling Inhibitors
auf etwa das 1,15fache der Basisrate zurück verringert, basierend auf
den Berechnungen und der Auswahl des Kaskadenfaktors β. Die Inhibitorzufuhrrate
verblieb auf diesem Wert für
etwa weitere 24 Stunden, bis sie auf die Basisrate zurückkehrte. Die
Zufuhrrate des Korrosionsinhibitors wurde auf die Basisrate verringert.
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1 zeigt
eine Ausführungsform
eines Steuerungssystems gemäß der vorliegenden
Erfindung, das in ein vollständiges
Kühlsystem
integriert ist. Wie in Box 1 gezeigt, kann das Steuerungssystem
pH-, Leitfähigkeits-
und ORP-Monitore beinhalten. Die Monitore können alle aus verschiedenen
Quellen im Handel erhältlichen
sein. Zum Beispiel können
derartige Monitore von Rosemount Analytical erhalten werden.
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Das
System kann ebenfalls einen Korrosionsmonitor beinhalten. Jeder
im Handel erhältliche
Korrosionsmonitor des für
diese Erfindung anwendbaren Typs kann verwendet werden. Zum Beispiel
stellt Rohrback Cosasco Systems einen Korrosionsmonitor her.
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Die
Zahlen am Fuß der
in 1 gezeigten integrierten Kühlturmsteuerung beziehen sich
auf Füllstandssensoren
an den Bulktanks. Fouling Daten können von einem ONGUARD CFM-1000-Fouling Monitor bereitgestellt
werden. Ein anderes Beispiel eines Monitors, der Fouling Daten bereitstellen
kann, ist ein P-U-L-S-E-Analysegerät. 1 zeigt
keine Schnittstellen zwischen dem Steuerungssystem der vorliegenden Erfindung
und dem dezentralisierten Steuerungssystem der Anlage und zu entfernten
Computer, fest verdrahtet, durch Telefon oder verschiedene andere
existierende Telemetrieverfahren. Ein Steuerungssystem gemäß der Erfindung
kann mit einigen getrennten Komponenten versehen sein. In einer
anderen Ausführungsform kann
das Steuerungssystem in Form einer einzigen physikalischen Einheit
bereitgestellt werden.
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In
dieser Offenbarung werden nur die bevorzugten Ausführungsformen
der Erfindung gezeigt und beschrieben, aber wie vorstehend erwähnt, soll
es selbstverständlich
sein, dass die Erfindung in verschiedenen anderen Kombinationen
und Umgebungen verwendet werden kann und Änderungen und Modifikationen
innerhalb des Umfangs des Erfindungskonzepts, wie hier ausgedrückt, möglich sind.
