DE69935163T2

DE69935163T2 - Leistungsbezogenes steuerungssystem

Info

Publication number: DE69935163T2
Application number: DE69935163T
Authority: DE
Inventors: Edward S. Aurora BEARDWOOD; George F. Morristown HAYS; James G. Corvallis KNUDSEN
Original assignee: Ashland Licensing and Intellectual Property LLC
Current assignee: Ineos Composites IP LLC
Priority date: 1998-12-29
Filing date: 1999-12-27
Publication date: 2007-10-31
Anticipated expiration: 2019-12-28
Also published as: PT1503264E; ES2360944T3; EP1727014A2; EP1503264B1; ATE503215T1; AU2386700A; WO2000039652A1; EP1147462A4; US6068012A; ES2281204T3; CA2356153C; EP1503264A1; DE69943302D1; EP1147462B1; ZA200104727B; DE69935163D1; JP2002540289A; ATE354123T1; CA2356153A1; EP1727014A3

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung der chemischen Behandlung und der Wasserqualität in Kühlsystemen durch Messen von Korrosion und Fouling zum Einstellen von Parametern zur Steuerung der Behandlung in den Kühlsystemen. Weiterhin betrifft die Erfindung einen entsprechenden hergestellten Gegenstand.
Der Zweck eines Kühlsystems besteht darin, Wärme aus einem Verfahren zu entfernen und diese Wärme durch Verdunstung und Flüssigkeitsaustrag in die Umgebung auszutragen. Ein Beispiel für derartige Systeme sind Kühlwassersysteme, die zum Entfernen von Wärme aus einem Turbinenkondensator verwendet werden. Das Entfernen der Wärme bewirkt die Kondensation von Dampf, was zu einer Druckabnahme auf der Dampf-Kondensatseite des Kondensators und zu einer Zunahme der Energiemenge, die pro Einheit des zur Erzeugung des Dampfes verwendeten Brennstoffs erzeugt wird, führt. Ein ähnliches weiteres Beispiel für ein derartiges System ist eine Kältemaschine. Eine derartige Maschine kann ein Kältemittel, wie R-11, R-12 oder R-134A, nutzen, um Wärme aus einem gekühlten Medium, wie Wasser, abzuziehen, die Wärme im Kreis zu führen und an ein Kühlsystem abzugeben.
Ein anderes Beispiel für ein Kühlsystem ist eines, in dem Wärme aus einem Verfahren oder aus einer Reihe von Verfahren durch einen Prozesswärmetauscher, wie einen Ladeluftkühler auf einem Gaskompressor, auf das Kühlmedium übertragen werden kann. Die Arbeitseffizienz eines Mehrstufen-Gaskompressors, wie eines Sauerstoff- oder Stickstoffkompressors, kann direkt an die Temperatur und den Druck des Gasstroms, der in jede Stufe des Kompressors eintritt, gekoppelt sein. Je höher die Temperatur und der Druck oberhalb der Auslegungsbedingungen liegen, um so mehr Energie wird zur Kompression der gleichen Gasmenge erforderlich sein.
Gemäß einem Beispiel für ein Kühlsystem schließt das Kühlmedium eine Flüssigkeit, wie Wasser, ein. Ein derartiges Kühlsystem kann umfassen: (1) mindestens einen Wärmetauscher zum Entfernen von Wärme aus einem oder mehreren Verfahren; (2) mindestens eine Pumpe zur Zirkulation des Kühlmediums durch den mindestens einen Wärmetauscher; (3) Einrichtungen zum Kühlen des Kühlmediums, wie einen Kühlturm; (4) Einrichtungen zum Zugeben von neuem Kühlmedium zum System, wobei eine derartige Einrichtung typischerweise als Nachspeisung (engl. „make-up") bezeichnet wird, und (5) Einrichtungen zum Austrag einer bestimmten Menge an Kühlmedium aus dem System, wobei ein derartiger Ausspeisung (engl. „blowdown") als Absalzen bezeichnet wird.
Die Kühlwirkung kann in einem derartigen System durch Verdunsten eines Teils des Kühlmediums in einen Luftstrom erreicht werden, wenn das Kühlmedium über den Kühlturm strömt. Während des Verfahrens des Entfernens von Wärme aus dem Kühlmedium kann ungesättigte Luft in den Kühlturm eintreten. Die ungesättigte Luft kann die verdunstete Flüssigkeit aufnehmen und den Kühlturm mit einer höheren Temperatur und in einem gesättigten Zustand, bezogen auf das Kühlmedium, verlassen.
Gemäß einem anderen Beispiel für ein Kühlsystem kann ein Kühlmedium, wie Wasser, aus einem großen Vorrat des Mediums erhalten werden, der eine angemessene Versorgung mit dem Kühlmedium bei einer Temperatur, die niedrig genug ist, um Wärme aus einem Verfahren oder aus Verfahren mittels mindestens eines Wärmetauschers aufzunehmen, sicherstellt. In einem derartigen Beispiel kann das Kühlsystem beinhalten: (1) eine Quelle für das Kühlmedium; (2) eine Einrichtung zur Zirkulation des Kühlmediums, wie mindestens eine Zirkulationspumpe; (3) mindestens einen Wärmetauscher und (5) einen Ort, um das erwärmte Kühlmedium auszutragen, wie beispielsweise die gleiche Kühlmedienmasse, welche die Quelle darstellt.
Kühlsysteme, die flüssige Kühlmedien verwenden, können einer Abscheidung von Fouling-Materialien und Fouling-Vorgängen unterliegen, wie Härtesalze, Korrosionsprodukte, Biomasse, Schlick und Schlamm aus dem Kühlmedium, verschiedene Prozesslecks und in-situ Korrosion. Diese Fouling-Materialien und -vorgänge können aus einer Vielzahl von Quellen in die Kühlsysteme eingetragen werden.
Bestimmte Behandlungsmaterialien können zum Kühlmedium oder Kühlsystem zugegeben werden, um unter anderem Härteablagerung, Korrosion, Bildung von Biomassen und Agglomeration anderer Fouling-Stoffe, wie Schlick, Schlamm, Korrosionsprodukte, und Prozesslecks zu verhindern. Derartige Behandlungsmaterialien können eine oder mehrere chemische Komponenten beinhalten, die in Kombination eines oder mehrere der vorstehend erwähnten Probleme wirksam verhindern. Zum Beispiel kann ein Behandlungsmaterial, das zur Inhibierung von Korrosion ausgelegt ist, mindestens einen kathodischen Inhibitor, mindestens einen anodischen Inhibitor und/oder mindestens ein zusätzliches Material, wie (ein) Mittel gegen Kesselsteinbildung, (ein) grenzflächenaktive(s) Mittel und (ein) Antischaummittel, beinhalten. Andere Behandlungsmaterialien, die zum System/Medium zugegeben werden können, können eine oder mehrere Säuren, wie Schwefelsäure, oder ein oder mehrere alkalische Materialien, wie eine Natronlaugelösung, einschließen. Diese zusätzlichen Materialien können den pH-Wert des Kühlmediums innerhalb eines festgelegten Regelbereiches steuern. Bei der Steuerung des pH-Wertes würde die Säure verwendet werden, um den pH-Wert zu verringern, und die Lauge, um ihn zu erhöhen.
Typischerweise kann die Menge des zum System/Medium zugegebenen Behandlungsmaterials (der Behandlungsmaterialien) durch manuelle Laborversuche, Korrosionsprobestück-Analysen, das Volumen des Kühlmediums im System und die Menge des dem System über einen vorgegebenen Zeitraum zugeführten Kühlmediums bestimmt werden. In derartigen Fällen kann eine Vorrichtung, wie eine Chemikalieneinspritzpumpe, zum Einspritzen eines Stroms eines Behandlungsmaterials in das System mit einer konstanten Rate über einen Zeitraum verwendet werden.
Bei der Zugabe von Material(ien) zum Einstellen des pH-Wertes kann ein Chemikalieneinspritzsystem mit geschlossenem Regelkreis verwendet werden. Zum Beispiel kann der pH-Wert des Systems durch eine pH-Wert-Überwachungsvorrichtung überwacht werden, die eine Pumpe oder ein Ventil steuert, um die Einspeisung des Mittels (der Mittel) zur pH-Wert-Einstellung zu erhöhen oder zu verringern.
Behandlungsmaterialien, die zum Verhindern der schädlichen Wirkungen von Prozesslecks verwendet werden, werden typischerweise manuell gesteuert, entweder auf kontinuierlicher Basis oder beim Erkennen des Auftretens eines derartigen Lecks. Erkennen, Lokalisieren und Quantifizieren eines Prozesslecks sind zeitaufwendige Tätigkeiten, die durch einen Anlagenbediener oder einen Fachmann für die Behandlung durchgeführt werden können.
Ein anderer wichtiger Gesichtspunkt der Behandlung und Steuerung eines Kühlsystems und der Qualität des Kühlmediums steht in Beziehung zum Aufrechterhalten der Konzentration gelöster und suspendierter Materialien im Medium unterhalb des Wertes, bei dem sie ausfallen oder agglomerieren können. Dies wird typischerweise durch Einstellen der Menge an konzentriertem Kühlmedium, das aus dem System mittels Ausspeisung entfernt wird, erreicht. Typischerweise wurde dies durch manuelles Einstellen eines Ausspeisungsventils, basierend auf einer Laboranalyse des zirkulierenden Kühlmediums, durchgeführt. Seit Kurzem wird die Ausspeisung durch Überwachen der spezifischen Leitfähigkeit des Kühlmediums und Einstellen eines Ausspeisungsventils zum Aufrechterhalten eines spezifizierten Leitfähigkeitsbereiches im System automatisiert.
Typischerweise beinhaltet ein Kühlsystem ein Kühlmedium, wie Wasser. Die Kennwerte oder Eigenschaften des Kühlmediums können das Kühlsystem und dessen Betrieb beeinflussen. Parameter des Kühlmediums, wie pH-Wert, Leitfähigkeit, Konosionsraten, Temperaturen (wie, unter anderem, kalter Vorlauf, warmer Rücklauf, Wärmetauschereinlass und -auslass), Kühlmedienrückführrate, Kühlmediennachspeiserate und Kühlmedienausspeisungsrate, werden seit Langem überwacht, um die Kennwerte des Kühlmediums zu steuern. Eine Ausspeisung kann dazu dienen, die Konzentration der gelösten Feststoffe im Kühlmedium zu verringern, und die Nachspeisung ersetzt alle Verluste an Kühlmedium, einschließlich derjenigen aus Verdunstung, Windage, Drift und Ausspeisung. Früher basierte die automatisierte Steuerung von Kühlsystemen zum Beispiel auf Online-Messungen von Leitfähigkeit und pH-Wert. Messungen dieser Parameter können durch nasschemische Labortests für Restinhibitormengen und andere Parameter, die für die spezifische Anwendung von Bedeutung sind, ergänzt werden.
Die Verwendung von Linearpolarisations-Widerstandstechnik für die Online-Messung von Korrosionsraten wurde bereits früher in den US-Patenten Nrn. 3,069,322, 3,156,631, 3,250,689, 3,607,673 und 3,698,065 offenbart. In den US-Patenten Nrn. 4,339,945 (Knudsen) und 4,346,587 (Knudsen et al.) wurde eine Methodik offenbart, wobei eine Vorrichtung, in der die Messung von Fouling zusätzlich zu pH-Wert, Leitfähigkeit und Korrosion offenbart wird, angewendet wird, um die Wirksamkeit eines Behandlungssystems zur Inhibierung von Korrosion und Fouling in flüssigen Systemen, wie Kühlwasser, zu bestimmen. Da Korrosion die wirtschaftliche Lebensdauer von Einrichtungen im Kühlsystem verringern kann und Fouling den Wirkungsgrad des Wärmeaustrags aus Anlagenprozessen in das Kühlmedium verringern kann, ist es sehr wichtig, diese unter Kontrolle zu behalten.
Die traditionelle Steuerung von offenen Rückflusskühlsystemen beinhaltet typischerweise die Verwendung einer Einzelschleifensteuerung zur Steuerung des pH-Wertes mit entweder einer Säure, wie Schwefelsäure, oder einer Base, wie einer Natronlaugelösung. Eine Einzelschleifensteuerung kann zur Steuerung der Menge gelöster Feststoffe im Kühlmedium aufgenommen werden. Derartige gelöste Feststoffe können durch die spezifische Leitfähigkeit gemessen werden und können durch Einstellen eines Ausspeisungs- oder Ablassventils erhöht oder verringert werden. Die Erhöhung der Ablassrate bewirkt eine Verringerung der gelösten Feststoffe im Kühlmedium. Einige Arten der Einspeisungssteuerung für Behandlungschemikalien können auch zur Steuerung der Kennwerte von Kühlsystemen verwendet werden. Das Kalenderdatum und die Zeit werden in Kombination mit einer Intervall-Zeitgeberfunktion im Allgemeinen zur Steuerung von Systemen und insbesondere zur Zugabe verschiedener Arten von Mikrobiziden verwendet.
Eine Steuerung von pH-Wert und Leitfähigkeit nutzt typischerweise eine Feedback-Steuerungstechnik. Eine Feedback-Steuerung kann entweder analoge oder digitale Ausgaben an Betriebseinrichtungen, wie Pumpen und Ventile, bereitstellen. Analoge Ausgaben können zur genaueren Steuerung Proportional-Integral-Derivative-Steuerungen (PID) durchlaufen. Die Flussrate von Nachspeisemedium, d.h. die Flussrate von Kühlmedium, das zum System zugegeben wird, um Medium zu ersetzen, das durch Verdunstung und andere Verluste, wie Windage und Ausspeisung, verloren wurde, sind typischerweise die grundlegenden Steuerungsparameter für das Einspeisen von Behandlungschemikalien, wie Inhibitoren und Dispersionsmittel. In einem Kühlsystem, und insbesondere in einem wässrigen Kühlsystem, kann das Nachspeisemedium Wasser aus mindestens einer Quelle sein, wie kommunales Trinkwasser, Quellwasser, wiedergewonnenes Brauchwasser, extern behandeltes Wasser und Kondensat. Ein anderes allgemein verwendetes, aber ungenaueres Verfahren ist die Verwendung der Flussrate des Ausspeisungsmediums, was die Annahme erforderlich macht, dass andere Flüssigkeitsverluste entweder feststehend oder zur Ausspeisung proportional sind. Ein drittes Mittel wird „Ablassen und Einspeisen" (engl. „bleed and feed") genannt und setzt die Zugabe von Behandlungsmaterialien in Beziehung zu der Zeit, in der ein Ein/Aus, zum Beispiel ein Magnetspulen-Ablass- oder Ausspeisungsventil, betätigt wird.
Linear-Polarisations-Widerstandstechnik (LPR) wurde drei Jahrzehnte lang verwendet, um Korrosionsraten online zu überwachen. Diese Technik wird als „CORRATER"-Überwachungsvorrichtung von Rohrback Cosasco Systems, Inc. vertrieben. Die von der CORRATER-Überwachungsvorrichtung bereitgestellten analogen Signale sind proportional zur „momentanen" Korrosionsrate oder zum „momentanen" Korrosionsungleichgewicht. Tatsächlich bestimmen die CORRATER-Überwachungsvorrichtungen den Linear-Polarisations-Widerstand über einen Zeitraum, der nur etwa 2 Minuten oder bis zu etwa 20 Minuten dauern kann. Daher ist „momentan" im Vergleich zu Offline-Verfahren, die etwa 30 bis etwa 90 Tage Einwirkung auf das Probestück benötigen können, und zu elektrischen Online-Widerstandsverfahren, die etwa 2 bis etwa 30 Tage benötigen können, ein relativer Begriff.
Der Fouling-Faktor (FF) ist eine anerkannte Ingenieursmaßeinheit. Der FF ergibt sich aus der Ablagerung von Fouling-Stoffen auf einer Wärmeübertragungsfläche. Der P-U-L-S-E-Analysator, erhältlich von Ashland Chemical, Drew Industrial Division, hat die Fähigkeit zur Bestimmung des FF. Die ONGUARD CFM-1000 Überwachungsvorrichtung, ebenfalls erhältlich von Ashland Chemical, Drew Industrial Division, bestimmt einen Fouling-Index (FI). Untersuchungen haben bewiesen, dass FI und FF identische Trends aufweisen, jedoch numerisch verschieden sind und auf unterschiedliche Weise berechnet werden.
Bekannte Verfahren zur Überwachung von Kennwerten von Kühlsystemen und zur Steuerung von Parametern der Systeme können von drei Arten sein. Die erste Art schließt diejenigen ein, die sich traditionell für eine automatisierte Feedback-Steuerung bestimmter Parameter, wie pH-Wert zur Steuerung von Säure- oder Baseeinspeisung und Leitfähigkeit zur Steuerung von Ablass oder Ausspeisung, eigenen.
Von der zweiten Art sind diejenigen, die den Rest einer spezifischen Komponente in der Behandlungschemie nachweisen, wenn ein derartiger in einem derartigen Strom des Kühlmediums hinreichend gemessen werden kann. Es gibt zwei bekannte Herangehensweisen an diese Art der Überwachung. Die erste Herangehensweise schließt den Nachweis eines einzelnen Wirkstoffs ein, währende die zweite Art des Nachweises den Nachweis eines inerten Materials, das als Tracer wirkt, einschließt.
Phosphat-Überwachungsvorrichtungen sind Beispiele für die erste Herangehensweise zum Nachweis, da sie nur eine einzelne Spezies von Phosphorionen, Orthophosphat, im Kühlwasssersystem nachweisen. Tatsächlich kann die Behandlungschemie mehrere verschiedene Phosphor enthaltende Materialien zusammen mit verschiedenen Polymeren, aromatischen Azolen und anderen Bestandteilen einschließen.
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, Verweilzeit und Ionenkonzentration. In einigen Systemen kann die Löslichkeit derartiger Materialien unter Betriebstemperaturen und -drücken nahe an den gewünschten Steuergrenzen liegen, was es schwierig macht, zwischen einer übermäßigen Einspeisung und Bedingungen, die zu Ablagerungen und schließlich zu einer Korrosion unter Ablagerungen führen können, zu unterscheiden, was außerdem zu einem „Davonlaufen" (engl. „windup") der Steuerung führt.
Die Verwendung einer inerten Tracer-Verbindung, die im Gegensatz zu den Wirkstoffen im Strom des Kühlmediums nachgewiesen werden kann, hat ihre eigenen Nachteile, da sie dem Nutzer möglicherweise nur angibt, wieviel Tracer-Material sich im System befindet. Es kann möglicherweise nicht in der Lage sein, die Wirksamkeit der Behandlung zu bestimmen. Zum Beispiel wird ein Behandlungsmaterial, wie Wirkstoffe in einer Korrosion inhibierenden Zusammensetzung, typischerweise durch Umsetzung(en) im Verfahren der Korrosionsinhibierung oder irgendeinem Verfahren, auf dessen Inhibierung es abzielt, verbraucht. Das verbleibende Behandlungsmaterial ist der Anteil, der von der Umsetzung (den Umsetzungen) nicht verbraucht wird und/oder Restanteil(e), der erforderlich ist (die erforderlich sind), um die beteiligte(n) Umsetzung(en) aufrecht zu erhalten, indem diese zum Abschluss gebracht werden. Inertes Material durchläuft (inerte Materialien durchlaufen) andererseits das System ohne sich mit irgend etwas umzusetzen. Diese Abhängigkeit von Tracer-Komponenten stellt das Aufrechterhalten der Wirkstoffe innerhalb der gewünschten Steuergrenzen, um sicherzustellen, dass die Leistungsvorteile dieser Wirkstoffe erreicht werden, nicht sicher. Die vorstehende Diskussion kann auf jedes Behandlungsmaterial zutreffen.
Andere Überwachungsverfahren schließen Offline-Überwachung, wie eine vollständige chemische und mikrobiologische Analyse des Kreislaufwassers und eine Analyse von Korrosionsprobestücken, ein.
Viele automatisierte Chemikalieneinspeisungssysteme verwenden eine Feed-Forward-Logik mit geschlossenem Regelkreis. Diese Herangehensweisen verwenden gemessene Variablen, wie Flussratenänderungen und Druckänderungen, wie einen Druckabfall. Die Chemikalieneinspeisungsmengen werden durch Algorithmen auf der Basis einer Massenbilanz, die mit diesen gemessenen Variablen verbunden sind, eingestellt. Weitere Verbesserungen erfolgten bei der Genauigkeit der Massenbilanz-Algorithmen durch Verwendung von Sekundärmessungen von Leitfähigkeit und pH-Wert. Diese Chemikalieneinspeisungssysteme gewährleisteten jedoch nur ein Aufrechterhalten der Chemikalienmassenbeladung innerhalb des Systems und berücksichtigten Verluste der Zugaben aufgrund von Verbrauch durch Umsetzung, von Ausfällung oder von Adsorption nicht.
Es wurden andere Techniken zur Einspeisung von Chemikalien entwickelt, die auf dem Nachweis quantifizierbarer, nachweisbarer Einheiten, die mit der eingespeisten Chemikalie in Verbindung stehen, basieren. Diese Herangehensweise stellte alleine über das vorstehende Verfahren oder in Verbindung mit dem vorstehenden Verfahren das Vorhandensein einer Chemikalienmenge sicher, wobei das Verfahren als ein Feedback-Abgleich verwendet wurde.
Bisherige Herangehensweisen haben das Aufrechterhalten der Schlüssel-Leistungsvariablen nicht sichergestellt. Die Schlüssel-Leistungsvariablen in Kühlwassersystemen sind zum Beispiel Korrosion und Fouling.
Die Minimierung des Grades an Korrosion und Fouling in Kühlwässern ist abhängig von den standortspezifischen Nachspeisewasserkennwerten, der Systemauslegung und den Betriebsmerkmalen. Als Ergebnis kann eine Vielzahl von Chemikalien erforderlich sein, um eine Steuerung von Korrosion und Fouling eines Kühlsystems aufrecht zu erhalten. Dies sind Chemikalien, wie Eisen(II)- und Nichteisenkorrosionsinhibitoren, Mittel gegen Kesselsteinbildung (engl. „scale"), Dispersionsmittel für anorganische und organische Fouling-Stoffe, oxidierende und nicht oxidierende Biozide, Biodispersionsmittel, sowie spezialisierte Notfallchemikalien zum Beherrschen von chemischen Störungen aufgrund von Nebeningressoren des Prozesses, sind aber nicht auf diese beschränkt. Sollten all diese Zugaben einen Tracer zur Markierung des Wirkstoffs (der Wirkstoffe) oder einen inerten Tracer, der zur Konzentration des Wirkstoffs (der Wirkstoffe) proportional ist, enthalten, könnten diese zur Quantifizierung der Menge jedes im Systemwasser vorhandenen Wirkstoffs unter Verwendung von Online-Überwachungsverfahren, wie unter anderem Kalorimetrie, UV, Fluorimetrie, einzeln getrennt werden.
Jedoch auch wenn derartige Feedback-Abgleiche vorhanden sind, mangelt es immer noch an der Verknüpfung der Chemikalienzugabe(n) mit den Schlüssel-Leistungsvariablen, die durch die Chemikalien beeinflusst werden. Beispiele für derartige Systeme schließen das System ein, das durch das Kanadische Patent 2,055,098, die US-Patente Nrn. 5,006,311, 4,992,380 und 4,783,314, welche das Verfahren des Nachweises von Tracer-markierten Zusatzstoffen veranschaulichen, offenbart wird. Diese Online-Nachweisverfahren erlauben dann unterhalb der Spezifikation eine Erhöhung oder oberhalb der Spezifikation eine Verringerung der Dosierungsraten des nachgewiesenen Zusatzstoffs. Sollte der Zusatzstoff zum Beispiel aufgrund von Undichtigkeit, die zu Einspeisungen in den Prozess führt, oder Schlammadsorption abgereichert werden, dann würde eine kontinuierliche Überdosierung des Zusatzstoffs auftreten. Aus dem restlichen Verlust und/oder der Wartung ist keine Schlüssel-Leistungsvariable ableitbar, da diese kein Teil des vorgesehenen Verwendungszwecks des Zusatzstoffs sind. Daher führt ein „Davonlaufen" der Steuerung zu einem unwirtschaftlichen Verbrauch des Zusatzstoffs, was die Schlüssel-Leistungsvariablen tatsächlich negativ beeinflussen könnte, wie durch Zunahme von Fouling und/oder Korrosion.
Ein anderes Beispiel für ein derartiges System wird von Rohm and Haas Company aus Philadelphia, Pennsylvania, offenbart, welche die Herangehensweise über das Tracermarkierte Polymer verfeinert hat, wie in deren Schrifttum aus 18358B, Bulletin FC415, dargestellt wird. Das darin veröffentlichte Verfahren zeigt, dass durch Labortestverfahren eher freies/nicht umgesetztes Polymer als Gesamtpolymer nachgewiesen werden kann. Leider kann dies ebenfalls zu einem „Davonlaufen" der Steuerung führen, wodurch bei Auftreten einer Undichtigkeit, die zu Einspeisungen in das Betriebssystemdesign oder in das Verfahren führt, Korrosionsinhibitor, Phosphat, durch eine Ablagerung an der Wärmetauscheroberfläche verloren geht, was eine erhöhte Zugabe von Phosphat und markiertem Polymer erfordert. Nicht nur Fouling nimmt zu, sondern es wird auch eine Korrosion unter Ablagerungen ausgelöst. Dieses Verfahren ist wieder nicht mit Schlüssel-Leistungsparametern des behandelten Systems verknüpft. Nur die mit einer Überdosierung verbundenen Kosten sind gegenüber dem vorstehend zitierten Dokument leicht verringert, und das Verfahren kann derzeit nicht wie das erstere online durchgeführt und an eine automatisierte Chemikalieneinspeisung gekoppelt werden.
Es wird noch ein anderes System in den US-Patenten Nrn. 4,966,711 und 5,200,106 offenbart, welche über die Verwendung von inerten Übergangsmetallen als Tracer berichten. Diese Tracer werden in einem Verhältnis zu einem Gebinde eines chemischen Zusatzstoffs zugegeben. Sollte der Zusatzstoff (sollten die Zusatzstoffe) verbraucht oder aufgrund von Mitfällung oder Adorptionsfouling verloren werden, würde der Tracer anzeigen, dass ausreichend Zusatzstoff vorhanden ist, wenn tatsächlich das Gegenteil zutrifft. Dies führt dann zu einem Herunterfahren (engl. „wind down") der Steuerung. Der Korrosionsschutz kann dann gefährdet sein. Die Schlüssel-Leistungsparameter des Systems werden nicht adressiert.
Ionenselektive Elektroden können verwendet werden und werden verwendet, um sowohl inerte Tracer als auch Korrosionsinhibitoren, wie Phosphat, nachzuweisen. Der Nachweis inerter Tracer kann zu einem Herunterfahren der Steuerung führen, während ein Nachweis von Korrosionsinhibitoren bei Phosphat wie vorstehend erwähnt zu einem „Davonlaufen" der Steuerung führen kann.
Das US-Patent Nr. 5,272,346 offenbarte, dass bestimmte Zusatzstoffe zur Korrosionssteuerung, die gegenüber UV-Absorption empfindlich sind, wie Imidazolin- und Pyridinderivate, online überwacht werden können. Es wurde jedoch kein Versuch offenbart, den Schlüssel-Leistungsparameter der Korrosionsratenbestimmung und die beeinflussten nachweisbaren Mengen des Zusatzstoffs zur Korrosionssteuerung zu korrelieren. Sollte die Beziehung hergestellt werden, besteht wiederum keine Sicherheit, dass eine Erhöhung oder Verringerung der Zusatzstoffkonzentrationen als gewünschtes Ergebnis die Verbesserungen der Korrosionssteuerung hervorrufen würde, da andere Fouling-Stoffe oder Bedingungen die überwachte Online-Korrosionsrate beeinflussen können.
Die Verwendung von nicht oxidierenden Bioziden mit Tracer wurde ebenfalls von Cooling Tower Instituted aus Houston, Texas, Cooling Tower Water Chemistry Paper T. P. 95-16, vorgeschlagen. Diese Herangehensweise erlaubt es dem Anwender sicherzustellen, dass eine Restmenge eines Biozidzusatzstoffs im Systemwasser über den Zeitraum der gewünschten Kontaktzeit korrekt ist. Sie bezieht sich nicht auf die Steuerung des mikrobiologischen Bestandes, wie wirksame Abtötungsraten, und bezieht sich nicht, was von noch größerer Bedeutung ist, auf den Nachweis und die Verringerung von biologischem Fouling oder mikrobiologisch beeinflusster Korrosion. Wieder werden die Schlüssel-Leistungsparameter nicht angesprochen, welche tatsächlich zum Bedarf an und zur Verwendung der bioziden Zusatzstoffe in Beziehung stehen, wenn eine intelligente Logik für die Online-Identifikation des Bedarfs verwendet werden kann.
Die vorstehende Diskussion offenbart, dass derartige Herangehensweisen es einem Anwender bestenfalls erlauben können, eine Gegenprobe der auf eine Massenbilanz basierenden Chemikalieneinspeisungen durchzuführen (feed forward) und die spezifizierten Mengen basierend auf dem Online-Nachweis der Wirkstoffe mit abzugleichen (feedback). Dies kann die Möglichkeit der Steuerung des Chemikalienbestands und der Wirtschaftlichkeit in einem perfekten dynamischen System bieten. Unter den Bedingungen von Störungen oder Verlusten besteht die Möglichkeit einer mangelhaften Wirtschaftlichkeit.
Gemäß einer Analyse können die angenäherten Betriebskosten eines Kühlsystems, unter Ausschluss der Alternativkosten für die Ausfallzeiten, folgendermaßen aufgeschlüsselt werden:

Kostengruppe Anteil an Gesamtbetriebskosten

Strom 59

Abschreibung von Einrichtungen 17

Labor 14

Wartung 5

Abwasserbeseitigung 3

Wasserbehandlungsmanagement 2
Die vorstehend diskutierten Herangehensweisen können den Anteil des Wasserbehandlungsmanagements beeinflussen und dem Anwender eine gewisse Möglichkeit zubilligen, die 2% der Kühlsystemkosten zu optimieren. Ohne Verknüpfung mit den Schlüssel-Leistungsparametern können die verbleibenden 98% der Betriebskosten jedoch nicht wirksam beeinflusst werden. Es ist auch bekannt, dass eine ineffektive Wasserbehandlung in einfachen Kältekreislauf-Kühlsystemen zu erhöhten Betriebskosten führen kann, die das 4- bis 5-fache der Kosten einer wirksamen Wasserbehandlung betragen. Es besteht klar ein Bedarf nach einem Steuerungssystem, das durch eine intelligente Logik mit standortspezifischen Schlüssel-Leistungsparametern verknüpft ist.
Die Auswirkungen von Nachspeisekühlmitteldurchfluss, Verunreinigungen in Kühlsystemen und Ingressoren können nicht direkt gemessen werden, oder ihre Auswirkungen können nicht direkt vorhergesagt werden. Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben jedoch festgestellt, dass akkumulierte Wirkungen der vorstehenden Probleme durch Messen von mindestens eines von einer Vielzahl von Faktoren indirekt gemessen werden können. Die vorliegenden Erfindung betrifft ein Verfahren und einen hergestellten Gegenstand, welche direkte Echtzeitverknüpfungen zwischen ausgewählten Parametern und mechanischen Abläufen eines wässrigen Systems zur Verfügung stellen. Die Parameter können Leistungsindikatoren und gesteuerte Variablen, die mit dem Kühlsystem in Beziehung stehen, einschließen.
Gemäß diesen Aufgaben und Vorteilen stellen Gesichtspunkte der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zur Überwachung und Steuerung eines wässrigen Systems zur Verfügung, wobei das Verfahren die Schritte umfasst:
Messen der Korrosionsrate über einen Zeitraum;

A) falls sich die Korrosionsrate nicht ändert, dann Messen des Fouling-Faktors oder Fouling-Index;
I) falls sich der Fouling-Faktor oder Fouling-Index nicht von einem Setpoint ändert, dann erneutes Beginnen des Verfahrens durch Messen der Korrosionsrate;
II) falls der Fouling-Faktor oder Fouling-Index vom Setpoint abweicht, dann schrittweise Zugeben eines Materials zum wässrigen System, um den Fouling-Faktor oder Fouling-Index auf den Setpoint einzustellen, und Messen des pH-Werts und Zugeben eines Materials zum wässrigen System, um den pH-Wert einzustellen, falls der pH-Wert von einem Setpoint abweicht, und erneutes Beginnen des Verfahrens durch Messen der Korrosionsrate;
B) falls sich die Korrosionsrate verringert, Messen des Oxidations-Reduktions-Potentials über einen Zeitraum;
I) falls sich das Oxidations-Reduktions-Potential nicht ändert, dann Reduzieren der Einspeisungsrate eines Korrosionsinhibitors und erneutes Beginnen des Verfahrens durch Messen der Korrosionsrate;
II) falls sich das Oxidations-Reduktions-Potential verringert, dann Messen des Fouling-Faktors oder Fouling-Index;
a) falls eine Änderung des Fouling-Faktors oder Fouling-Index vom Setpoint festgestellt wird, dann Bestimmen der Änderungsrate und Steuern der Einspeisung von Behandlungsmaterialien, die das Oxidations-Reduktions-Potential und Fouling beeinflussen bis gewünschte Werte erreicht sind, dann erneutes Beginnen des Verfahrens durch Messen der Korrosionsrate;
b) falls keine Änderung des Fouling-Faktors oder Fouling-Index vom Setpoint festgestellt wird, dann Erhöhen einer Einspeisungsrate eines auf Halogen basierenden Oxidationsmittels in das wässrige System und dann erneutes Messen des Oxidations-Reduktions-Potentials;
i) falls das Oxidations-Reduktions-Potential bei einem Setpoint liegt, dann erneutes Beginnen des Verfahrens durch Messen der Korrosionsrate;
ii) falls das Oxidations-Reduktions-Potential vom Setpoint abweicht, dann gehe zu Schritt (B)(II)(a);
C) falls sich die Korrosionsrate erhöht, dann Messen der Instabilität der Korrosionsrate;
I) falls keine Instabilität der Korrosionsrate festgestellt wird, Measen des pH-Werts und Zugeben eines Materials zum wässrigen System, um den pH-Wert einzustellen, falls der pH-Wert von einem Setpoint abweicht, Erhöhen einer Einspeisungsrate des Korrosionsinhibitors, und erneutes Beginnen des Verfahrens durch Messen der Korrosionsrate;
II) falls Instabilität der Korrosionsrate festgestellt wird, dann Messen des Foulings;
a) falls kein Fouling festgestellt wird, dann Messen des pH-Werts und Zugeben eines Materials zum wässrigen System, um den pH-Wert einzustellen, falls der pH-Wert von einem Setpoint abweicht, Erhöhen der Einspeisungsrate des Korrosionsinhibitors, und Bestimmen, ob die Korrosionsrate instabil bleibt;
i) falls keine Instabilität der Korrosionsrate festgestellt wird, dann erneutes Beginnen des Verfahrens durch Messen der Korrosionsrate;
ii) falls Instabilität der Korrosionsrate festgestellt wird, dann Zugeben eines Materials zum System, um das Fouling zu steuern bis das Fouling einen Setpoint erreicht, dann Bestimmen, ob die Korrosionsrate instabil bleibt;
1) falls keine Instabilität der Korrosionsrate festgestellt wird, dann erneutes Beginnen des Verfahrens durch Messen der Korrosionsrate;
2) falls Instabilität der Korrosionsrate festgestellt wird, dann gehe zurück zu Schritt (C)(II)(a);
b) falls Fouling festgestellt wird, dann Bestimmen, ob zuerst der Fouling-Faktor oder Fouling-Index oder die Korrosionsrate von einem Setpoint abwich;
i) falls zuerst die Korrosionsrate von einem Setpoint abwich, dann gehe zu Schritt (C)(II)(a);
ii) falls zuerst der Fouling-Faktor oder Fouling-Index von einem Setpoint abwich, dann Ausführen mindestens einer Maßnahme, einschließlich Zugeben eines Dispersionsmittels zum wässrigen System, um Fouling zu verringern und Einstellen der Verfahrensparameter des wässrigen Systems, dann erneutes Beginnen des Verfahrens durch Messen der Korrosionsrate.

Ein weiterer Gesichtspunkt der Erfindung betrifft einen hergestellten Gegenstand zur Verwendung bei der Programmierung eines Prozessors mit mindestens einer Ausgabevorrichtung und einer Datenspeichervorrichtung, die daran angeschlossen sind, wobei der hergestellte Gegenstand ein mit dem Prozessor lesbares Medium mit einem oder mehreren darin vorhandenen Programmen zum Ausführen des erfindungsgemäßen Verfahrens ist.
Aus der folgenden ausführlichen Beschreibung, in der nur die bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung gezeigt und beschrieben sind, um die Art, die als die beste zur Ausführung der Erfindung angesehen wird, zu veranschaulichen, werden für den Fachmann noch andere Aufgaben und Vorteile der vorliegenden Erfindung leicht ersichtlich sein. Wie zu erkennen sein wird, ist die Erfindung für andere und unterschiedliche Ausführungsformen geeignet, und ihre einzelnen Details sind für Modifikationen hinsichtlich verschiedener naheliegender Gesichtspunkte geeignet, ohne von der Erfindung abzuweichen. Demgemäß sind die Zeichnungen und die Beschreibung naturgemäß als veranschaulichend und nicht als einschränkend zu betrachten.
Die vorstehend erwähnten Aufgaben und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden einfacher verstanden werden, wenn sie in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen betrachtet werden; in diesen bedeutet:
1 ein Diagramm, das eine Beziehung zwischen einer Konzentration eines Materials in einem wässrigen System und der Zeit veranschaulicht;
2 ein Diagramm, das eine Beziehung zwischen einer unabhängigen variablen Konzentration eines Materials in einem wässrigen System und der Zeit und die Wirkungen einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen schrittweisen Steuerungssystems veranschaulicht;
3 ein Fließdiagramm, das eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Entscheidungsprozesses veranschaulicht;
4 eine schematische Ansicht eines Beispiels für ein Kühlturmsystem, in dem die vorliegende Erfindung verwendet werden kann;
5 ein Diagramm, das Flussraten von Eingangsströmen, die in ein Kühlturmsystem fließen, und Ausgangsströmen, die aus einem Kühlturmsystem fließen, bezogen auf die Zeit, veranschaulicht;
6 ein Diagramm, das den Fluss eines intermittierenden Stroms (von intermittierenden Strömen) und verschiedene Zeiträume, während derer ein Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung zur Analyse verwendet werden kann, veranschaulicht;
7 ein Diagramm, das den Fluss eines intermittierenden Stroms in ein Kühlsystem veranschaulicht;
8 ein Diagramm, das eine Beziehung zwischen der Konzentration im Turmsumpf und der Zeit in einem Kühlsystem veranschaulicht und
9 ein Diagramm, das einen Fluss zweier intermittierender Ströme in ein Kühlsystem veranschaulicht.
Die vorliegende Erfindung stellt ein neues leistungsbezogenes Steuerungssystem mit geschlossenem Regelkreis zur Verfügung. Die vorliegende Erfindung steht in Beziehung zur Südafrikanischen Patentanmeldung ZA 9701350 , die ein leistungsbezogenes Steuerungssystem behandelt, wobei der gesamte Inhalt der Offenbarung hier durch Bezugnahme aufgenommen ist. Während die Südafrikanische Patentanmeldung ZA 9701350 große Fortschritte in der Steuerung von Kühlsystemen machte, treibt die vorliegende Erfindung das bisherige System weiter voran, indem sie eine direkte Echtzeitverknüpfung zwischen einem oder mehreren Leistungsparametern und mindestens einer gesteuerten Variablen zur Verfügung stellt. Daher integriert die vorliegende Erfindung die Leistungsparameter in das Steuerungssystem. Die vorliegende Erfindung stellt auch Algorithmen zur Verfügung, die als Basis für eine automatisierte Steuerung von Systemen dienen, indem Änderungen der Leistungsparameter auf Echtzeitbasis mit dem Steuerungssystem verknüpft werden.
Die Südafrikanische Patentanmeldung ZA 9701350 offenbart ein leistungsbezogenes Steuerungssystem, das kontinuierliche Online-Messungen von Fouling und Korrosion als Kaskadensteuerungstechnik mit offenem Regelkreis nutzt. Dieses Verfahren ist bezüglich des Aufrechterhaltens der Steuerung von Schlüssel-Leistungsvariablen, wie Fouling und Korrosion, den vorsehend diskutieren Verfahren überlegen, mit der Maßgabe, dass das erhöhte Fouling anorganischer Natur ist und sich die erhöhte Korrosion von Veränderungen der Korrosionsinhibitorkonzentration ableitet. Da die Auswirkungen von Nachspeiseverunreinigungen und Ingressoren weder direkt gemessen noch ihre Auswirkungen direkt prognostiziert werden können, aber akkumulierte Auswirkungen des Vorstehenden auf die Momentanmessung von Schlüssel-Leistungsparametern, Korrosion, Fouling, pH-Wert und ORP. Die Messdaten können mit Basisbedingungen verglichen werden und die Auswirkungen können indirekt prognostiziert werden. Diese Prognosen stellen Echtzeitverknüpfungen zwischen den gemessenen Schlüssel-Leistungsindikatoren und gesteuerten Variablen, wie Behandlungschemie, Nachspeiseflüssigkeit, Flüssigkeitsvolumen, Betriebstemperaturen, mechanische Vorgänge, wie Filterrückspülung, verschiedene Verfahren zur Online-Reinigung von Wärmetauschern, thermischen Bypässen, Booster-Pumpen, neben anderen Variablen, zur Verfügung.
Die vorliegende Erfindung nutzt die Prognoselogik, die auf einen geschlossenen Feedback-Regelkreis mit Abgleich von Chemikalienauswahl, Zugabefrequenz und zugegebener gemessener Menge angewendet wird, um die gewünschten Schlüssel-Leistungsparameter innerhalb gewünschter Spezifikationen zu halten. Die gewünschte Spezifikation schließt hier eine Steuerung von Korrosion und Fouling in spezifizierten Grenzen, die vom Anwender so gewählt werden, dass sie sowohl mit Systemauslegungs- als auch Betriebskennwerten übereinstimmen, und ein Gleichgewicht der Wirtschaftlichkeit, verbunden mit den Kosten des Systembetriebs und allen mit Ausfallzeiten verbundenen Alternativkosten, ein.

Gemäß einem Beispiel können diese folgendermaßen definiert werden:

Fouling-Toleranz	0,001 h·ft²·°F/Btu oder 100 h· ft²·°F/Btu × 10^–5
Korrosionstoleranz	Baustahl 2 mpy oder weniger Admiralitätsmessing 0,3 mpy oder weniger
Bedingungen	Kein Lochfraß oder keine Korrosion unter Ablagerungen

Die Lehren aus dem Noyes Publications Text, Fouling of Heat Exchangers, Characteristics, Cost, Prevention, Control and Removal, (^©1985, ISBN: 0-8155-1016-0) Kapitel 2, Overview of Fouling, wobei der gesamte Inhalt der Offenbarung hier durch Bezugnahme aufgenommen ist, stellen die Bedingungen von Fouling, die mit der P-U-L-S-E Technik von Ashland Inc. übereinstimmen, und die Arten von Fouling, die mit Hilfe der vorliegenden Erfindung zum Nachweis und zur Verringerung von Fouling in eine Trennlogik eingebaut werden können, dar.
Bei offenen Verdunstungskühlsystemen gibt es zwei Kategorien von Interesse, die typischerweise mit der Wasserqualität in Verbindung stehen, und zwar Korrosion und Fouling. Die vorliegende Erfindung identifiziert in diesen zwei Kategorien drei Untermengen von Indikatoren zur Identifikation durch Trennlogikverfahren. Die momentanen Überwachungstrends sind die Basis für Trennung und Identifikation der Ausgaben zur schrittweisen Einstellung der unabhängigen Variablen.
Es wurde festgestellt, dass die folgenden Eigenschaften und Beziehungen bestehen:
I. Korrosion

a) Allgemeine Korrosion kann mit der Konzentration des Korrosionsinhibitors und dem pH-Wert im Betriebswassersystem verknüpft sein.
b) Lochfraßkorrosion kann wiederum auf aggressivere Weise mit den vorstehenden Bedingungen (a) verknüpft sein, wobei eine vorherige Filmbildung oder eine erneute Filmbildung erforderlich ist. Sie kann auch zu Korrosion unter Ablagerungen und Korrosionsprodukt-Fouling führen oder der Vorläufer davon sein.
c) Korrosion unter Ablagerungen kann mit den vorstehenden Bedingungen (b) verknüpft aber ein Fortschreiten von Bedingung (b) oder biologischem Fouling sein.

II. Fouling

a) Anorganisches Fouling kann entweder partikulärer Natur sein, das bei der Überwachung keine Zeitverzögerung aufweist, oder kristalliner Natur, das bei der Überwachung eine Zeitverzögerung aufweist. Partikuläres Fouling kann zu Korrosion unter Ablagerungen und damit zu einer Instabilität in den momentanen Korrosionsüberwachungsdaten führen.
b) Organisches Fouling mag möglicherweise keine Zeitverzögerung bei der Überwachung aufweisen und tritt auf, wenn die anderen spezifischen Überwachungsvariablen, wie gesamter organischer Kohlenstoff (Total Organic Carbon) oder chemischer Sauerstoffbedarf (Chemical Oxygen Demand) zunehmen, Oxidations-Reduktions-Potentiale sinken und die Korrosionsraten sinken, wobei die Möglichkeit besteht, dass eine Instabilität der Korrosionsrate vorliegt.
c) Biofouling kann eine Zeitverzögerung aufweisen, verbunden mit einer anfänglichen Zunahme der Korrosionsrate, gefolgt von einer Instabilität in den Korrosionsmessungen, wenn die allgemeinen Korrosionsraten zu fallen beginnen. Diese Zeitverzögerung kann im Vergleich zum echten Korrosionsprodukt-Fouling gering sein, und der Beginn des Fouling kann in Abhängigkeit vom Foulingüberwachungsmetallurgierauhigkeitsfaktor anfangs einen negativen Wärmeübergangswiderstand, d.h. Fouling-Faktoren, hervorrufen.

Aus dem vorstehenden wurde folgendes geschlossen:

1. Allgemeine Korrosion und anorganisches Kristallisationsfouling können die am einfachsten zu trennenden Formen sein, da sie voneinander unabhängig zu sein scheinen.
2. Lochfraß und nicht anorganisches Fouling sollte vermieden werden, da sie in einer voneinander abhängigen Beziehung stehen.
3. Lochfraß kann führen zu:
i) Korrosion unter Ablagerungen
ii) mikrobiologisch beeinflusster Korrosion, die zu einer Korrosion unter Ablagerungen führen kann (NACE Corrosion/95, Paper 201)
iii) mikrobiologisch beeinflusster Korrosion, die zu Lochfraß führen kann, der zu einer Korrosion unter Ablagerungen führen kann.
4. Mikrobiologisch beeinflusste Korrosion kann zu anorganischem Einschluss von Fouling-Einschlüssen (engl. „inorganic entrapment fouling inclusions") führen.
5. Organisches Fouling kann zu anorganischem Einschluss von Fouling-Einschlüssen führen.
6. Organisches Fouling kann zu mikrobiologisch beeinflusster Korrosion führen, die zu anorganischem Einschluss von Fouling-Einschlüssen führen kann.
7. Lochfraßkorrosion kann zu mikrobiologisch beeinflusster Korrosion und anorganischem Einschluss von Fouling-Einschlüssen führen. Dies ist auf eine Wasserstoffaufnahme durch Bakterien an der kathodischen Stelle der Korrosionszelle zurückzuführen.
8. Anorganisches partikuläres Fouling kann zu einer Korrosion unter Ablagerungen führen, die eine mikrobiologisch beeinflusste Korrosion auslösen kann.

Gemäß der vorliegenden Erfindung werden die vorstehend diskutierten Punkte oder Vorbehalte 1 bis 8 durch intelligente Logik oder künstliche Intelligenz adressiert. Die Logik kann die Ursache für die Änderung des Schlüssel-Leistungsparameters vom spezifizierten Setpoint durch Input-Feedback aus linearer Polarisation, Fouling-Überwachungsvorrichtung, pH-Wert- und/oder ORP-Messtechnik, die am Kreislaufwassersystem installiert sind, identifizieren. Sie kann dann den angemessenen Zusatzstoff oder die angemessene Verfahrensänderung wählen und die Verbesserung über eine Zeitfunktion überprüfen, siehe nachstehende Gleichung 4.
Wenn die Änderung des Schlüssel-Leistungsparameters eine kürzere Zeit, t, beansprucht als durch Gleichung 3, die standortspezifisch ist, definiert ist, wird auch festgestellt, dass sich die Störung extern aus dem dynamischen System ableitet. Beispiele für extern verursachte Störungen schließen zum Beispiel eine Änderung von einem Setpoint des Schlüssel-Leistungsparameters ein, und sind Änderungen der Nachspeisewasserchemie, ist eine atmosphärische, zum Beispiel luftgetragene, Verunreinigung oder eine Kontamination durch eine Undichtigkeit, die zu Einspeisungen in das Verfahren führt.
Gemäß der vorliegenden Erfindung können die Kosten der Störungen auch in Echtzeit bewertet werden. Daten können während des Störungsalarms in getrennten Files aufgezeichnet werden, wobei die Leistungsparameter an den spezifizierten Setpoints gehalten werden und die damit verbundenen Chemikalienbestände, die verbraucht wurden, um dies zu erreichen, einzeln aufgeführt werden. Diese Daten können dann verwendet werden, um die verrechneten Kosten im Vergleich zu Alternativkostenpotentialen durch Verringerung des Prozessdurchsatzes, Personal, Teile und Ausfallzeiten zu bewerten. Eine derartige Analyse kann dann verwendet werden, um zu bestimmen, ob eine Lockerung der spezifizierten Setpoints der Schlüssel-Leistungsparameter weitere wirtschaftliche Vorteile bieten würde.
Jeder Leistungsparameter kann gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet werden. Die Leistungsparameter schließen Fouling, Korrosion und Oxidations-Reduktions-Potential ein. Unter den gesteuerten oder steuerbaren Variablen, die verwendet werden können, sind Behandlungschemie, wie Einspeisungsraten von Säure, Lauge, Korrosionsinhibitor, Dispersionsmittel, oxidierendem Mikrobizid und nicht oxidierendem Mikrobizid. Die steuerbaren Variablen können auch Ausspeisungsrate, Nebenstromfilter-Rückspülung, Nachspeisefluss, Flüssigkeitsvolumen, Betriebstemperaturen und/oder mechanische Abläufe, wie Filterrückspülung und Verfahren zur Online-Reinigung von Wärmetauschern, thermischen Bypässen, Booster-Pumpen sowie anderen Elementen des Systems, sein.
Die vorliegende Erfindung kann mit einer Vielzahl an Systemen, die nicht auf Kühlsysteme beschränkt sind, verwendet werden. Zum Beispiel kann die vorliegende Erfindung mit jedem wässrigen System zur Überwachung und Steuerung der Wasserqualität verwendet werden. Unter den Systemen mit denen die vorliegende Erfindung verwendet werden kann, sind Grubenwässer, Abwässer, Zellstoffströme, Papierströme, Tiefenbrunneninjektion und geothermische Verfahren. Die vorliegende Erfindung kann mit geschlossenen Regelkreis- und Feedback-Steuerungssystemen verwendet werden.
Durch Verknüpfung von Leistungsparametern, steuerbaren Variablen und mechanischen Abläufen hebt die vorliegende Erfindung Überwachung und Steuerung auf eine neue Ebene. Überwachte Änderungen von Variablen werden verwendet, um unerwünschte Bewegungen der Leistungsparameter zu überwachen und können dann verwendet werden, um eine Vielzahl an Maßnahmen auszulösen.
Die dynamische Antwort offener Kreislaufwassersysteme kann durch die folgenden Gleichungen beschrieben werden: y = eax-b (1) y' = e–a'x+b (2)wobei

y: eine Konzentration eines gemessenen inerten Materials bedeutet, das zum System in einem konstanten Anteil zur Nachspeisung zugegeben wird;
y': eine Konzentration eines gemessenen inerten Materials bedeutet, wenn keine weitere Zugabe zum System erfolgt;
x: die Zeit bedeutet;
b: eine Basislinie gemessene Variable bedeutet;
a: eine Konstante bedeutet, die abgeleitet ist von einer statistischen Kurvenanpassung von y gegen t wenn y ansteigt;
a': eine Konstante bedeutet, die abgeleitet ist von einer statistischen Kurvenanpassung von y gegen t wenn y' abnimmt.

Wässrige Systeme können weiterhin durch die folgende Gleichung beschrieben werden: t = (V/1)Ln(Cf/Ci) (3)wobei

t: eine anfängliche Ansprechzeit des wässrigen Systems auf Änderungen einer Variablen bedeutet;
1: Flüssigkeitsverluste, wie durch Ausspeisung und Drift bedeutet, die Nachspeisung/Kreislauf entsprechen;
V: das Systemvolumen bedeutet;
C_f: die Endkonzentration des gemessenen inerten Materials bedeutet; und
C_i: die Anfangskonzentration des gemessenen inerten Materials bedeutet.

Außerdem können wässrige Systeme durch die folgende Gleichung beschrieben werden: t' = t + ψ (4)wobei

ψ: einen Zeitraum bedeutet, innerhalb dessen erwartet wird, dass ein Leistungsparameter auf eine im wässrigen System durchgeführte Änderung reagiert; und
t': einen Zeitraum bedeutet, von dem erwartet wird, dass in ihm eine vollständige Reaktion auf die Änderung im wässrigen System erfolgt.

Gemäß Gleichung 4 ist ψ kennzeichnend für den zu steuernden Parameter und die Systemdynamik, die für ein spezifisches System durch die Gleichungen 1, 2 und 3 definiert sind.
Daher kann eine messbare inerte Substanz zur Beschreibung der Dynamik jedes offenen Kreislaufwassersystems verwendet werden, indem die Substanz zuerst in einem konstanten Anteil zur Nachspeisung zugegeben wird, währenddessen der Parameter gegen die Zeit gemessen wird, bis sich die Konzentration nicht mehr signifikant ändert. Die Konzentration wird dann gegen die Zeit aufgetragen, und Gleichung 1 wird zur Kurvenanpassung verwendet, wobei a bestimmt wird. Die Zugabe der inerten Substanz wird dann beendet, und ihre Konzentration wird gemessen und gegen die Zeit aufgetragen. Gleichung 2 wird dann zur Kurvenanpassung verwendet, wobei a' bestimmt wird.
Wenn nach einem Zeitraum t' das Steuerungssystem nicht in der Lage ist, den gewünschten Leistungs-Setpoint aufrechtzuerhalten, kann eine zusätzliche Änderung durchgeführt werden, bis der Leistungsparameter mit dem gewünschten Setpoint übereinstimmt. Sobald dies erreicht ist, wird die steuerbare Variable für ein t' konstant gehalten. Danach wird der Parameter „getestet", indem die Dosierungsmenge schrittweise mit der gleichen numerischen Rate wie bei der Erhöhung verringert wird, bis zu einer Zeit, bei der der Setpoint nicht länger erreichbar ist. Diese Information wird dann gespeichert. Der inkrementelle Schrittfaktor kann verringert werden, wie z.B. durch Halbieren, und dann kann die steuerbare Variable erhöht werden, bis der Setpoint wiederhergestellt ist. Dieses Verfahren kann fortgesetzt werden, bis ein stabiler Zustand erreicht ist.
Eine Änderung eines Leistungsparameters, die in einem Zeitraum auftritt, der kürzer ist als ein Zeitraum t, kann anzeigen, dass ein extern bedingter Einfluss auf das System aufgetreten ist. Derartige externe Einflüsse können Nachspeisungschemie, Kontamination oder Ingressoren einschließen. Unter derartigen Bedingungen kann ein System durch Maximieren der schrittweisen Einstellungen steuerbarer Variablen bis zu einem Zeitpunkt, an dem die Leistungsparameter zu ihren Setpoints zurückkehren, reagieren. Danach wird die vorstehend beschriebene Verringerung der Rate der Änderung wieder durchgeführt, bis ein stabiler Zustand erreicht ist.
Um eine automatische Überwachung und Steuerung zur Verfügung zu stellen, schließt die vorliegende Erfindung auch eine automatische Steuerung ein, welche die vorstehende Logik implementiert. Das erfindungsgemäße System der künstlichen Intelligenz wendet eine Steuerung einer Chemikalienzugabe an, die auf den Leistungsparametern basiert. Obwohl der genaue Aufbau und die Reihenfolge der damit verbundenen Schritte in Abhängigkeit von der Ausführungsform variieren kann, wird nachstehend ein Beispiel beschrieben.
Beispiel 1
Gemäß diesem Beispiel kann die Logik anfangs mit einer Feed-Forward-Massenbilanz beginnen. Die Feed-Forward-Massenbilanz kann hinsichtlich tatsächlich vorhandener Zyklen korrigiert werden. Die Systemantwort kann dann überprüft werden, und es können Einstellungen durchgeführt werden. Wie vorstehend festgestellt, kann die Antwort des Systems auf eine Zugabe eines Zusatzstoffs hier betrachtet werden.
Bei der Überprüfung und Einstellung der Feed-Forward-Massenbilanz können, falls die Konzentration des Zusatzstoffs, bezogen auf unabhängige Variablen, im System gering ist und die Zyklen niedrig sind, die Zyklen zuerst erhöht werden. Der Feedback des geschlossenen Regelkreises der Leistungsüberwachern, wie von Schlüssel-Leistungsparametern und abhängigen Variablen, die Input-Daten können dann bewertet werden. Nach der Bewertung können Entscheidungen hinsichtlich möglicher weiterer zu treffender Maßnahmen mittels eines Entscheidungsbaums auf der Basis von künstlicher Intelligenz getroffen werden. Einstellungen der Ausgabe können dann auf der Basis der Ergebnisse aus dem Entscheidungsbaum erfolgen. Zum Beispiel kann eine Entscheidung dazu führen, dass die Einspeisung eines ausgewählten chemischen Zusatzstoffs ausgelöst oder beendet wird.
Bei offenen Verdunstungskühlsystemen sind typischerweise zwei Kategorien von Interesse, und zwar Korrosion und Fouling. Von diesen zwei Kategorien sind typischerweise drei Untermengen von Indikatoren durch Trennlogiktechniken zu identifizieren. Die momentanen Überwachungstrends können als Basis für Trennung und Identifikation von Ausgaben für die schrittweise Einstellung der unabhängigen Variablen dienen.
Korrosion kann unterschiedliche Formen annehmen. Zum Beispiel schließt die allgemeine Korrosion eine Korrosion ein, die an Korrosionsinhibitorkonzentration und pH-Wert, die im Betriebssystemwasser vorliegen, gekoppelt ist.
Andererseits kann Lochfraßkorrosion auch an die Korrosionsinhibitorkonzentration und an den pH-Wert gekoppelt sein. Eine Lochfraßkorrosion kann jedoch auf aggressivere Weise erfolgen, wobei eine vorherige Filmbildung oder eine erneute Filmbildung erforderlich ist. Lochfraßkorrosion kann auch zu Korrosion unter Ablagerungen und Korrosionsprodukt-Fouling führen oder der Vorläufer davon sein.
Eine dritte Form von Korrosion, Korrosion unter Ablagerungen, kann mit den gleichen Bedingungen wie allgemeine Korrosion und Lochfraßkorrosion verknüpft sein. Ein Fortschreiten der Bedingung der Korrosion unter Ablagerungen kann auch mit einer fortschreitenden Lochfraßkorrosion und/oder biologischem Fouling verknüpft sein.
Mit Bezug auf Fouling gibt es eine Vielzahl von Arten von Fouling. Zum Beispiel kann anorganisches Fouling partikulär oder kristallin sein. Partikuläres Fouling zeigt bei der Überwachung keine Zeitverzögerung. Andererseits zeigt Kristallisationsfouling bei der Überwachung eine Zeitverzögerung. Außerdem kann partikuläres Fouling zu einer Korrosion unter Ablagerungen und damit zu einer Instabilität der momentanen Korrosionsüberwachungsdaten führen, während dies bei Kristallisation nicht der Fall ist.
Organisches Fouling ist eine zweite Art von Fouling. Organisches Fouling schließt typischerweise keine Zeitverzögerung bei der Überwachung ein. Organisches Fouling kann auftreten, wenn andere spezifische Überwachungsvariablen, wie gesamter organischer Kohlenstoff (Total Organic Carbon) oder chemischer Sauerstoffbedarf (Chemical Oxygen Demand) ansteigen. Andererseits kann organisches Fouling auch auftreten, wenn andere Überwachungsvariablen, wie Oxidations-Reduktions-Potentiale oder Korrosionsraten, sinken. Eine Abnahme dieser Variablen kann von der Möglichkeit begleitet sein, dass eine Instabilität der Korrosionsrate vorliegt.
Biofouling stellt eine weitere Kategorie von Fouling dar. Biofouling kann eine Zeitverzögerung aufweisen, die mit einer anfänglichen Erhöhung der Korrosionsrate, gefolgt von einer Instabilität der Korrosionsmessungen verbunden ist, wenn die allgemeinen Korrosionsraten zu fallen beginnen (siehe US-Patent Nr. 5,576,481 von Beardwood et al., wobei der gesamte Inhalt dieser Offenbarung hier durch Bezugnahme aufgenommen ist). Dies kann dann gefolgt werden von einer Nettoänderung von Fouling-Faktor oder Fouling-Index gegenüber den Basiswerten. Die diskutierte damit verbundene Zeitverzögerung kann im Vergleich zum echten Korrosionsprodukt-Fouling gering sein. Der Beginn des Fouling kann anfangs einen negativen Wärmeübergangswiderstand, d.h. Fouling-Faktoren, die vom Foulingüberwachungsmetallurgierauheitsfaktor abhängen, und das Phänomen der anfänglichen zufälligen Ablagerung, das lokal Turbulenzen erhöht und den Wärmeübergang an der Grenze Fluid/Wärmeübertragungsfläche verstärkt, hervorrufen.
Aus dem Vorstehenden kann gefolgert werden, dass diese Form von Fouling zu einer lokalen Korrosion, wie Lochfraß oder Korrosion unter Ablagerungen, führt. Lochfraß und nicht anorganisches Fouling sollten vermieden werden, da diese voneinander abhängig sind. Allgemeine Korrosion und anorganisches Kristallisationsfouling können die am einfachsten zu trennenden Formen sein, da sie voneinander unabhängig sind.
Es kann auch gefolgert werden, dass Lochfraß zu einer Korrosion unter Ablagerungen führen kann. Außerdem kann eine mikrobiologisch beeinflusste Korrosion zu Lochfraß führen, der zu einer Korrosion unter Ablagerungen führen kann. Weiterhin kann mikrobiologisch beeinflußte Korrosion zu einem beschleunigten Lochfraß führen, der wiederum zu Korrosion unter Ablagerungen führen kann.
Außerdem kann aus dem Vorstehenden gefolgert werden, dass eine mikrobiologisch beeinflusste Korrosion zu anorganischem Einschluss von Fouling-Einschlüssen führen kann.
Organisches Fouling kann dann zu anorganischem Einschluss von Fouling-Einschlüssen führen. Organisches Fouling kann auch zu mikrobiologisch beeinflusster Korrosion führen, die dann zu anorganischem Einschluss von Fouling-Einschlüssen führen kann.
Weiterhin kann aus dem Vorstehenden gefolgert werden, dass Lochfraßkorrosion zu mikrobiologisch beeinflusster Korrosion und anorganischem Einschluss von Fouling-Einschlüssen führen kann. Dies kann auf eine Wasserstoffaufnahme durch Bakterien an der kathodischen Stelle der Korrosionszelle zurückzuführen sein. Anorganisches partikuläres Fouling kann zu einer Korrosion unter Ablagerungen führen, die eine mikrobiologisch beeinflusste Korrosion auslösen kann oder nicht.
Die Erfinder haben, nachdem sie Vorstehendes und Vorbehalte festgestellt hatten, ein System künstlicher Intelligenz geschaffen, das den Entscheidungsbaum oder das Fließdiagramm, wie in 3 veranschaulicht, einschließen kann. Der Entscheidungsbaum kann zum folgenden Entscheidungsprozess für Momentanmessungen des Systemwassers führen:

1) Änderung der Korrosionsrate vom Setpoint?
(i) Verringerung, gehe zu 2;
(ii) Erhöhung, gehe zu 8;
(iii) Keine Änderung; gehe zu 16;
2) Änderung des ORP?
(i) Keine Änderung gegenüber der Basislinie, gehe zu 3;
(ii) Verringerung gegenüber der Basislinie, gehe zu 4;
3) Verringern der Korrosionsinhibitordosierung auf inkrementelle, schrittweise Art;
4) Änderung des Fouling-Faktors?
(i) Ja, gehe zu 5;
(ii) Nein, gehe zu 7;
5) Änderung des Fouling-Faktors um weniger als t?
(i) Ja, Alarm Undichtigkeit, die zu Einspeisung in das System führt, gehe zu 6;
(ii) Nein, Alarm Überprüfen Nachspeisung bezüglich Organik, gehe zu 6;
6) a) Auslösen oder Erhöhen der Einspeisung von grenzflächenaktivem Mittel;
b) Abschalten der Halogeneinspeisung, wenn sich die Dosierung erhöht, ohne dass das ORP wiederhergestellt wird, und Auslösen der Chlordioxid-Einspeisung und alternierenden Slug-Einspeisungen von nicht oxidierendem Biozid;
c) ORP wiederhergestellt; Anhalten der Einspeisung von Nicht-Oxidanz und Chlordioxid und Wiederaufnehmen der Halogeneinspeisung;
d) Bei Erreichen der Basisline der Fouling-Faktoren, inkrementelles, schrittweises Verringern der Einspeisung von grenzflächenaktivem Mittel
7) Erhöhen der Einspeisung des auf Halogen basierenden Oxidationsmittels und nochmaliges Überprüfen des ORP;
(i) ORP kehrt innerhalb der Zeit t' zum Setpoint zurück; die Einspeisung des auf Halogen basierenden Oxidationsmittels ist korrekt; Alarm, Überprüfen des Nachspeisewasserbedarfs;
(ii) ORP kehrt innerhalb der Zeit t' nicht zum Setpoint zurück; gehe zu 6, Alarm, Überprüfen Nachspeisung bezüglich Organik;
8) Erhöhte Korrosionsrate oberhalb der Basislinie; Instabilität bei Messungen vorhanden?
(i) Nein, gehe zu 9;
(ii) Ja, gehe zu 10 und 11;
9) Inkrementelles, schrittweises Erhöhen der Einspeisungsrate des Korrosionsinhibitors bis der Setpoint erreicht ist;
10) Überprüfen des pH-Werts des Systems im Vergleich zur Setpoint-Basislinie;
(i) Niedriger als Setpoint;
a) Verringern der Säureeinspeisung;
b) Erhöhen der Laugeeinspeisung;
(ii) Höher als Setpoint;
a) Verringern der Laugeeinspeisung;
b) Erhöhen der Säureeinspeisung;
11) Ist Fouling vorhanden?
(i) Nein, gehe zu 12;
(ii) Ja, gehe zu 13;
12) Vorpassivieren/Repassivieren mit dem Dreifachen der Einspeisungsrate des Korrosionsinhibitors an der Basislinie für einen Zeitraum t'_f – t_i wie in 1 definiert; wenn, nach Abschluss, die Instabilität der Korrosionsmessungen noch vorhanden ist, gehe zu 15;
13) Ist eine Zeitverzögerung vorhanden, wobei;
(i) die Änderung des Fouling-Faktors gegenüber den Basislinienwerten (Setpoint-Werten) zuerst auftrat, gehe zu 14;
(ii) die Zunahme der Korrosion gegenüber den Basislinienwerten (Setpoint-Werten) zuerst auftrat, gehe zu 15;
14) Auftreten von partikulärem Fouling, Alarm, Überprüfen von Nachspeisung, Rückspülfiltern, hinsichtlich Rückspülung kritischen Wärmetauschern, Booster-Pumpeninbetriebnahme im Kreislaufsystem; Auslösen der inkrementellen, schrittweisen Einspeisung eines spezifischen Dispersionsmittels; beim Erreichen der Setpoint-Basislinie des Fouling-Faktors, inkrementelles, schrittweises Reduzieren der Einspeisung des spezifischen Dispersionsmittels;
15) a) inkrementelles, schrittweises Auslösen von grenzflächenaktivem Mittel oder Biodispersionsmittel;
b) Auslösen von alternierenden Slug-Einspeisungen von nicht oxidierendem Biozid;
c) Sobald die Fouling-Faktoren zur Basislinie (Setpoint) zurückkehren, wird die Slug-Einspeisung von Nicht-Oxidanz gestoppt, und die Einspeisungsraten von grenzflächenaktivem Mittel oder Biodispersionsmittel werden inkrementell, schrittweise reduziert und gegebenenfalls beendet, gehe zu 16;
d) Wenn die Instabilität der Korrosionsmessung immer noch vorhanden ist, aber die Setpoint-Basislinie der Korrosionsrate erreicht ist, gehe zu 12;
16) Wenn sich die Fouling-Faktoren
(i) nicht geändert haben, gehe zu 18;
(ii) erhöht haben, gehe zu 17;
17) Wenn sich die Fouling-Faktoren über die Setpoint-Basislinie hinaus erhöhen, dann
(i) gehe zu 10 zur Überprüfung/Einstellung des pH-Wertes
(ii) Auslösen der inkrementellen, schrittweisen Einspeisung eines zusätzlichen Mittels zur Steuerung der Ablagerung, bis der Setpoint des Fouling-Faktors erreicht ist;
(iii) sobald der Fouling-Faktor den Wert des Setpoints erreicht hat, wird die Einspeisung des zusätzlichen Mittels zur Steuerung der Ablagerung inkrementell, schrittweise verringert, gehe zu 18;
18) Ende.

Im vorstehenden Entscheidungsprozess können alle Slug-Einspeisungen von Zusatzstoffen auf der Basis der Dauer der Einspeisungszeit, definiert als t_f – t_i, und der Frequenz der Einspeisungszeit, definiert als t_f ¹ – t_i, durchgeführt werden. Beide Zeiträume sind für spezifische Systeme spezifisch und werden in 1 veranschaulicht.
Es sollte auch beachtet werden, dass Notfallpläne in die vorstehende Logik eingebaut werden können, um Ingressoren und Störungen nachzuweisen und auszugleichen, wodurch ein Verlust der Steuerung der Leistungsparameter-Setpoints vermieden wird.
Beispiel 2
Beispiel 2 stellt eine Analyse eines Kühlturmsystems dar, wobei dem System ein oder mehrere intermittierende Nachspeisewasserströme zusätzlich zum Hauptnachspeisestrom zugeführt werden.
Häufig sind verschiedene Quellen und Arten von Wasser verfügbar und werden Kühlturmsystemen zugeführt. Üblicherweise besteht eine kontinuierliche Hauptquelle für Nachspeisewasser für das System, und dieses Wasser bildet den Hauptnachspeisestrom. Andere Quellen für Nachspeisewasser können auf intermittierender Basis verfügbar sein und werden daher intermittierend zugeführt. Es kann ein intermittierender Strom bereitgestellt werden, oder es können mehrere intermittierende Ströme gleichzeitig bereitgestellt werden. Diese intermittierenden Ströme werden sich höchstwahrscheinlich in ihrer Qualität sowohl voneinander als auch vom Hauptnachspeisestrom unterscheiden.
Beispiel 2 kann verwendet werden, um eine Feed-Forward-Steuerung der Ausspeisung und eine einheitliche Steuerung von Konzentrationszyklen zu entwickeln. Beispiel 2 stellt auch Eingabedaten zusammen, welche die Basis bilden, auf der andere Algorithmen als Feedback-Steuerung verwendet werden können.
Dieses Beispiel stellt eine Analyse eines Kühlturmsystems zur Verfügung, wobei dem System zusätzlich zum Hauptnachspeisewasserstrom ein oder mehrere intermittierende Nachspeiseströme zugeführt werden. Es wird ein einfaches Modell des Systems vorgeschlagen. Ein Computerprogramm wird vorgestellt, das zwei Optionen aufweist. Eine Option wird verwendet, um die erforderliche Ausspeisungsflussrate zu bestimmen, so dass keine Änderung der Kühlsystemkonzentration auftritt, wenn der intermittierende Strom (die intermittierenden Ströme) in das System fließt (fließen). Mit einer zweiten Option kann die Qualität des Wassers im System als Funktion der Zeit bestimmt werden. Es ist berücksichtigt, dass die Ausspeisung aus dem System variiert werden kann, um die Wirkung verschiedener Ausspeisungsraten zu bestimmen.
4 stellt ein einfaches Modell eines Teils eines Kühlsystems dar, das mit diesem Beispiel verbunden ist. 4 veranschaulicht insbesondere ein Kühlturmsystem. Das System wird mit einer Hauptnachspeisewasserversorgung versorgt. Zusätzliche intermittierende Ströme werden periodisch zugeführt.
5 veranschaulicht schematisch eine Flussrate von Eingangsströmen in das System und Ausgangsströmen aus dem System als Funktion der Zeit. 5 zeigt, dass ein intermittierender Strom oder intermittierende Ströme für einen Zeitraum T₁ in das System fließen.
In diesem Beispiel wird angenommen, dass sich das System vor Beginn des intermittierenden Stroms (der intermittierenden Ströme) im Gleichgewicht befindet. Es wird ebenfalls angenommen, dass die Verdunstungsrate im Kühlturm während der Zeit konstant bleibt, in der der intermittierende Strom fließt (die intermittierenden Ströme fließen). Wenn der Fluss des intermittierenden Stroms (der intermittierenden Ströme) in das System beginnt, kann die Ausspeisung aus dem System so eingestellt werden, damit die Originalwasserqualität im System aufrecht erhalten wird. Ähnlich kann der Fluss des Hauptnachspeisestroms so eingestellt werden, dass die Konstanz der Verdunstungsrate im Kühlturm aufrecht erhalten bleibt. Das heißt, die Flüsse können so eingestellt werden, dass der Gesamtwasserinhalt im System konstant bleibt.
Die Gesamtmenge an Kühlmittel, wie Wasser, in einem Kühlsystem wird typischerweise konstant gehalten. Ein Weg, um dies zu erreichen, besteht in der Verwendung des Füllstandes des Kühlturmbeckens als Nachspeisesteuerung. Dies kann durchgeführt werden, indem der Hauptnachspeisestrom mit einem Schwimmerventil gesteuert wird. Ströme mit Ausnahme des Hauptnachspeisestroms dürfen mit deren vorhandenen Raten in das System fließen. Wenn die anderen Ströme ausreichend Wasser zuführen, wird der Hauptnachspeisestrom typischerweise nicht angesteuert. Mannigfaltige Nachspeiseströme haben typischerweise auch nur geringen oder keinen Einfluss auf die Verdunstungsrate oder deren Kontinuität.
5 zeigt auch die Ströme, die in das System eintreten und es verlassen. Die Verdunstung im Kühlturm wird als konstant angenommen. Wenn der Fluss der intermittierenden Ströme in das System beginnt, kann die Ausspeisung so eingestellt werden, dass die Qualität des Wassers im System aufrecht erhalten wird. Der Fluss des Hauptnachspeisestroms kann dann eingestellt werden, um die Konstanz der Verdunstungsrate aufrecht zu erhalten.
Methodik der Analyse des Systems
Das System kann analysiert werden, indem Bilanzen von Wasser und Komponenten im gesamten System sowie im Kühlturmsumpf erstellt werden. Wenn der intermittierende Strom (die intermittierenden Ströme) beginnt/beginnen, in das System zu fließen, wird angenommen, dass sich das System im Gleichgewicht befindet.
Option Nr. 1 des Computerprogramms kann verwendet werden, um die erforderliche Ausspeisungsflussrate zu bestimmen, so dass die Wasserqualität im System unverändert bleibt, wenn der intermittierende Strom (die intermittierenden Ströme) in das System fließt (fließen).
Option Nr. 2 des Computerprogramms kann verwendet werden, um die Konzentration als Funktion der Zeit für verschiedene Ausspeisungsflussraten zu bestimmen. Für Option Nr. 2 wird das Problem zu einem Problem eines instationären Zustandes, und es ist erforderlich, die Materialbilanzen über ein infinitesimales Zeitinkrement aufzustellen. Dies führt zu Differentialgleichungen, deren Lösung die Wasserqualität als Funktion der Zeit sowohl während als auch nach dem Fluß des intermittierenden Stroms (der intermittierenden Ströme) in das System ergibt. Die Berechnungen beginnen zu dem Zeitpunkt, an dem der intermittierende Strom beginnt (die intermittierenden Ströme beginnen), in das System zu fließen. Mit Option Nr. 2 wird das Ergebnis der Berechnungen die Konzentration eines Schlüsselbestandteils im Wasser als Funktion der Zeit ergeben.
Annahmen in den Berechnungen
Dieses Beispiel schließt bestimmt Annahmen ein, um die Durchführung der zugehörigen Berechnungen zu erleichtern. Daher werden, um die Analyse durchzuführen und relativ einfache Beziehungen für die Lösung des Problems zur Verfügung zu stellen, die folgenden Annahmen getroffen:

1. Der Kühlturmsumpf ist vollständig durchmischt;
2. Im Kühlsystem herrscht Pfropfenströmung. Das heißt, die Zeit, die jedes Flüssigkeitselement vom Verlassen des Sumpfes bis zur Rückkehr zum Sumpf benötigt, ist die Verweilzeit des Kühlmittels, wie Wasser, im Kühlsystem; und
3. Während des Verlaufs der Berechnung wird angenommen, dass die Verdunstungsrate im Kühlturm konstant bei ihrem Wert zu Beginn des Flusses des intermittierenden Stroms (der intermittierenden Ströme) bleibt. Da die Flussrate des intermittierenden Stroms (der intermittierenden Ströme) und der Ausspeisung variiert werden, wird die Flussrate des Hauptnachspeisestroms verändert, um die Verdunstungsrate aufrecht zu erhalten, die zu Beginn der Berechnung vorliegt, das heißt, der Wasserinhalt im System ist konstant.

Information über das System
Zur Durchführung der gewünschten Berechnungen ist es wünschenswert, dass die folgenden Informationen bekannt sind. Die Konzentration der Komponente, auf die Bezug genommen wird, ist die einer Schlüsselkomponente der Wasserqualität, wie Härte, gesamte gelöste Feststoffe, Siliciumdioxid usw.

1. Flussrate des Hauptnachspeisestroms im Gleichgewicht;
2. Konzentration des Hauptnachspeisestroms;
3. Konzentration des Wassers im System im Gleichgewicht;
4. Flussrate von intermittierendem Strom (Strömen);
5. Konzentration von intermittierendem Strom (Strömen);
6. Temperatur des Wassers im Kühlturmsumpf;
7. Gesamtvolumen des Wassers im Kühlsystem;
8. Gesamtvolumen des Wassers im Kühlturmsumpf; und
9. Fließzeit von intermittierendem Strom (Strömen).

Während die Punkte 1–5 in Option Nr. 1 des Computerprogramms verwendet werden können, können alle neun Punkte für Option Nr. 2 erforderlich sein.
Wichtige Variablen
Die folgenden sind Variablen, deren Kenntnis zur Durchführung der Analyse des Kühlsystems in diesem Beispiel von Bedeutung sein kann.

CIS(n): Konzentration des n-ten intermittierenden Stroms (n = 1, 2, 3, 4) (mg/l);
CIAS: Effektive Konzentration der vereinigten intermittierenden Ströme (mg/l);
CMMU: Konzentration des Hauptnachspeisestroms (mg/l);
CSYS: Konzentration des Kühlwassers im Sumpf (mg/l);
CSYSI: Anfangskonzentration des Kühlwassers im Sumpf (mg/l);
MBDI: Massenflussrate der Ausspeisung am Anfang (lb/h);
MBD: Massenflussrate der Ausspeisung zur Zeit T (lb/h);
MIS(n): Massenflussrate des n-ten intermittierenden Stroms (n = 1, 2, 3, 4) (lb/h);
MIAS: Effektive Flussrate des (der) intermittierenden Stroms (Ströme) (lb/h);
MMMUI: Massenflussrate des Hauptnachspeisestroms am Anfang (lb/h);
MMMU: Massenflussrate des Hauptnachspeisestroms zur Zeit T (lb/h);
MSYS: Massenflussrate im Kühlsystem (konstant) (lb/h);
T₁: Dauer des Flusses des (der) zusätzlichen intermittierenden Stroms (Ströme) (h);
TSLTMP: Temperatur des Wassers im Kühlturmsumpf (F);
VSYS: Volumen des Kühlsystems, mit Ausnahme des Turmsumpfes (ft³);
VSLTMP: Volumen des Wassers im Kühlturmsumpf (ft³).

Massenbilanz-Gleichungen für ein Kühlturmsystem mit einem intermittierenden Nachspeisestrom (mit intermittierenden Nachspeiseströmen)
Die folgenden stellen verschiedene Gleichungen dar, die in diesem Beispiel verwendet werden können.
Allgemeine Massenbilanz-Gleichung

Input – Output = Anreicherung

Die folgenden Gleichungen stehen in Beziehung zu Fällen, in denen sich das System im Gleichgewicht befindet, bevor der Fluss des intermittierenden Stroms (der intermittierenden Ströme) beginnt. Komplette Wasserbilanz des gesamten Systems

Input (Hauptnachspeisestrom) = MMMUI

Output (Wasserdampf aus Kühlturm) = MVAP

Gesamtflüssigkeitsverluste = MBDI

Anreicherung (im Gleichgewicht) = 0

Daher: MMMUI – MVAP – MBDI = 0
Der Wert des „Gesamtflüssigkeitsverlustes" bedeutet Windage, unkontrollierte Flüssigkeitsverluste und Ausspeisung. Windage oder Drift bedeutet Feuchtigkeit, der im Dampf (Verdunstung) mitgeführt wird. Der Windage ist eine Funktion der Kühlturmauslegung und wird typischerweise als Prozentanteil an der Zirkulationsrate ausgedrückt. Unkontrollierte Flüssigkeitsverluste können Pumpendichtungen und andere derartige Einrichtungen einschließen. Während sowohl Windage als auch unkontrollierte Flüssigkeitsverluste nicht kontrollierbar sind, kann die Ausspeisung kontrollierbar sein. Während unkontrollierbare Flüssigkeitsverluste und Windage relativ konstant sein können, ist die Ausspeisung ein zuverlässiges Mittel zur Steuerung von Zyklen der Konzentrationen von Feststoffen in Kühlkreislaufwasser. Komplette Massenbilanz der Komponenten im gesamten System

Input (Hauptnachspeisestrom) = (MMMUI) (CMMU)

Output (Ausspeisungsstrom) = (MBDI) (CSYS)

Anreicherung (im Gleichgewicht) = 0

Daher: (MMMUI) (CMMU) – (MBDI) (CSYS) = 0 Daraus folgt: (MBDI = (MMMUI) (CMMU)/(CSYS)
Betrachtung von intermittierenden Strömen
Option Nr. 1 Bestimmung der zum Aufrechterhalten einer konstanten Wasserqualität erforderlichen Ausspeisungsrate
Wenn ein intermittierender Strom oder einige gleichzeitige intermittierende Ströme, die in das System fließen, gegeben sind, sollte die Flussrate der Ausspeisung so bestimmt werden, dass durch den intermittierenden Strom (die intermittierenden Ströme) keine Änderung der Wasserqualität auftritt. Das heißt, es wird angenommen, dass die Anfangskonzentration im System, CSYSI, konstant bleibt. Wasserbilanz im Gesamtsystem

Input (Hauptnachspeisestrom) = MMMU

Input (intermittierender Strom (Ströme)) = MIAS

Gesamtflüssigkeitsverluste = MBD

Output (Dampf) = MVAP

Anreicherung (stationärer Zustand) = 0

Daher: MMMU + MIAS – MBD – MVAP = 0 (1) Bilanz der Komponenten im Gesamtsystem

Input (Hauptnachspeisestrom) = (MMMU) (CMMU)

Input (intermittierender Strom (Ströme)) = (MIAS) (CIAS)

Gesamtflüssigkeitsverluste = (MBD) (CSYSI)

Anreicherung (stationärer Zustand) = 0

Daher: (MMMU) (CMMU) + (MIAS) (CIAS) – (MBD) (CSYSI) = 0 (2)
In den vorstehenden Gleichungen (1) und (2) gibt es zwei Unbekannte, die Flussrate des Hauptnachspeisestroms, MMMU, und die Flussrate der Ausspeisung, MBD. Es ist möglich, diese beiden Unbekannten aus diesen zwei Gleichungen zu ermitteln. Die Ergebnisse sind folgende: MBD = [MVAP + MIAS ((CIAS/CMMU) – 1)]/[(CSYSI/CMMU) – 1] (3) MMMU = MVAP + MBD – MIAS (4)
Die vorstehenden Gleichungen (3) und (4) können verwendet werden, um die Ausspeisungsflussrate und die Flussrate das Hauptnachspeisestroms zu bestimmen, so dass keine Änderung der Konzentration des Wassers im System auftritt, wenn der Fluss des intermittierenden Stroms (der intermittierenden Ströme) beginnt.
Option Nr. 2 Bestimmung der Konzentration als Funktion der Zeit während der intermittierende Strom (die intermittierenden Ströme) in das System fließt (fließen)
Wenn der Fluss des intermittierenden Stroms (der intermittierenden Ströme) in das System beginnt, kann sich die Konzentration des Systems mit der Zeit ändern, falls keine Änderung der Flussrate der Ausspeisung erfolgt. Dies kann ein Problem eines instationären Zustands darstellen und wird typischerweise unter Verwendung von Differentialzeitelementen analysiert.
Wasserbilanz im Gesamtsystem zur Zeit T

Zu dem Zeitpunkt, an dem der Fluss des intermittierenden Stroms (der intermittierenden Ströme) in den Turmsumpf beginnt, kann die Ausspeisungsflussrate so geändert werden, dass die Flussrate des Hauptnachspeisestroms ebenfalls geändert werden muss, um die konstante Verdunstungsrate, die am Gleichgewicht vorlag, einzustellen.

Input (Hauptnachspeisestrom) =	MMMU
Input (intermittierender Strom (Ströme)) =	MIAS
Gesamtflüssigkeitsverluste =	MBD
Output (Wasserdampf) (konstant) =	MVAP
Anreicherung (Wasserinhalt ist konstant) =	0

Daher: MMMU + MIAS – MBD – MVAP = 0

Bilanz der Komponenten im Kühlturmsumpf zur Zeit T
Da sich die Bedingungen im System typischerweise ändern, wird die Bilanz der Komponenten über ein Zeitinkrement dT erstellt.
Fall 1 – TRES < T₁
Die Verweilzeit, TRES, von Wasser im Kühlsystem ist geringer als die Dauer des Flusses, T₁, des intermittierenden Stroms (der intermittierenden Ströme) (siehe 6).
Berechnungszone A1 (0 ≤ T ≤ TRES)

Die Dauer erstreckt sich von T = 0 bis T = TRES und beginnt, wenn der Fluss des intermittierenden Stroms (der intermittierenden Ströme) in den Sumpf beginnt. Zu dieser Zeit wird die Flussrate des Hauptnachspeisestroms reduziert, um die Bedingung einer konstanten Verdunstung im Turm zu erfüllen. Während dieses Zeitraums ist auch die Konzentration des Wassers, das vom Kühlsystem wieder zum Sumpf fließt, die Anfangskonzentration CSYSI, die im Gleichgewicht vorlag. TRES = (VSYS)(RHO)/MSYS

Input (Hauptnachspeisestrom) =	(MMMU) (CMMU) dT
Input (intermittierender Strom (Ströme)) =	MIAS) (CIAS) dT
Input (Kühlturm) =	(MSYS – MBD) (CSYSI) dT
Output (Kühlsystem) =	(MSYS) (CSYS) dT
Anreicherung =	(VSUMP) (RHO) dCSYS

Die Kombination der vorstehenden Gleichungen und das Ausdrücken in Form endlicher Inkremente liefert die Ergebnisse in: (CSYS)T+ΔT = (CSYS)T + [(MMMU) (CMMU) + (MIAS) (CIAS) + (MSYS – MBD) (CSYSI) – (MSYS) (CSYS)T]ΔT/[(VSUMP) (RHO)]
Die vorstehende Gleichung kann iterativ für jedes Zeitinkrement angewendet werden, beginnend mit T = 0, um den Wert für CSYS als Funktion der Zeit zu erhalten. Sie kann in Zone A1 von T = 0 bis T = TRES angewendet werden.
Berechnungszone B1 (TRES ≤ T ≤T₁)

Die Dauer dieser Berechnungszone kann sich von T = TRES bis T = T₁ erstrecken, das heißt, sie endet, wenn der Fluss des intermittierenden Stroms (der intermittierenden Ströme) endet. Nach T = TRES liegt die Konzentration des Wassers, das in den Kühlturm eintritt, bei dem Wert, den es aufwies, als es den Sumpf eine Verweilzeit früher verlassen hat, das heißt (CSYS)_T-TRES.

Input (Hauptnachspeisestrom) =	(MMMU) (CMMU) dT
Input (intermittierender Strom (Ströme)) =	(MIAS) (CIAS) dT
Input (Kühlturm) =	(MSYS – MBD) ((CSYS)_T-TRES) dT
Output (Kühlsystem) =	(MSYS) (CSYS) dT
Anreicherung =	(VSUMP) (RHO) dCSYS

Kombinieren der vorstehenden Gleichungen und Ausdrücken in Form endlicher Inkremente führt zu (CSYS)T+ΔT = (CSYS)T + [(MMMU) (CMMU) + (MIAS) (CIAS) + (MSYS – MBD) ((CSYS)T-TRES) – (MSYS) (CSYS)T]ΔT/[(VSUMP) (RHO)]
Die vorstehende Gleichung kann iterativ für jedes Zeitinkrement, beginnend bei T = TRES, angewendet werden, um den Wert für CSYS als Funktion der Zeit zu erhalten. Die Gleichung kann in Zone B1 von T = TRES bis T = T₁ angewendet werden.
Berechnungszone C1 (T₁ ≤ T)
Diese Berechnungszone beginnt bei T = T₁, das heißt, wenn der Fluss des intermittierenden Stroms (der intermittierenden Ströme) endet, und die Berechnung dauert so lange an, wie gewünscht. Wenn der Fluss des intermittierenden Stroms (der intermittierenden Ströme) endet, nehmen die Flussraten des Hauptnachspeisestroms und der Ausspeisung den Wert an, den sie am Anfang, unmittelbar vor Beginn des Flusses des intermittierenden Stroms (der intermittierenden Ströme), aufwiesen.

Input (Hauptnachspeisestrom) = (MMMUI) (CMMU) dT

Input (Kühlturm) = (MSYS – MBDI) ((CSYS)_T-TRES) dT

Output (Kühlsystem) = (MSYS) (CSYS) dT

Anreicherung = (VSUMP) (RHO) dCSYS
Kombinieren der vorstehenden Gleichungen und Ausdrücken in Form endlicher Inkremente führt zu (CSYS)T+ΔT = (CSYS)T + [(MMMUI) (CMMU) + (MSYS – MBDI) ((CSYS)T-TRES) – (MSYS)(CSYS)T]ΔT/[(VSUMP) (RHO)]
Die vorstehende Gleichung kann iterativ für jedes Zeitinkrement, beginnend bei T = T₁, angewendet werden, um den Wert für CSYS als Funktion der Zeit zu erhalten. Die Berechnung kann solange andauern, wie gewünscht.
Fall 2 – TRES > T₁
Die Verweilzeit, TRES, von Wasser im Kühlsystem ist größer als die Dauer des Flusses, T₁, des intermittierenden Stroms (siehe 7).
Berechnungszone A2 (0 ≤ T ≤ T₁)

Die Dauer beträgt von T = 0 bis T = T₁, das heißt, von Beginn des Flusses des intermittierenden Stroms (der intermittierenden Ströme) in den Sumpf bis zum Ende des Flusses des intermittierenden Stroms (der intermittierenden Ströme) in den Sumpf.

Input (Hauptnachspeisestrom) =	(MMMU) (CMMU) dT
Input (intermittierender Strom (Ströme)) =	(MIAS) (CIAS) dT
Input (Kühlturm) =	(MSYS – MBD) (CSYSI) dT
Output (Kühlsystem) =	(MSYS) (CSYS) dT
Anreicherung =	(VSUMP) (RHO) dCSYS

Kombinieren der vorstehenden Gleichungen und Ausdrücken in Form endlicher Inkremente führt zu (CSYS)T+ΔT = (CSYS)T + [(MMMU) (CMMU) + (MIAS) (CIAS) + (MSYS – MBD) (CSYSI) – (MSYS) (CSYS)T]ΔT/[(VSUMP) (RHO)]
Die vorstehende Gleichung kann iterativ für jedes Zeitinkrement, beginnend bei T = 0, angewendet werden, um den Wert für CSYS als Funktion der Zeit zu erhalten. Die Gleichung kann in Zone A2 von T = 0 bis T = T₁ angewendet werden, wobei der letztere Wert die Zeit bedeutet, bei der der Fluss des intermittierenden Stroms (der intermittierenden Ströme) in den Sumpf endet.
Berechnungszone B2 (T₁ ≤ T ≤ TRES)
Die Dauer dieser Berechnungszone kann von T = T₁ bis T = TRES betragen.

Input (Hauptnachspeisestrom) = (MMMUI) (CMMU) dT

Input (Kühlturm) = (MSYS – MBDI) (CSYSI dT

Output (Kühlsystem) = (MSYS) (CSYS) dT

Anreicherung = (VSUMP) (RHO) dCSYS
Kombinieren dieser Formeln und Ausdrücken in Form endlicher Inkremente führt zu (CSYS)T+ΔT = (CSYS)T + [(MMMUI) (CMMU) + (MSYS – MBDI) (CSYSI) – (MSYS) (CSYS)T]ΔT/[(VSUMP) (RHO)]
Die vorstehende Gleichung kann iterativ für jedes Zeitinkrement, beginnend bei T = T₁, angewendet werden, um den Wert für CSYS als Funktion der Zeit zu erhalten. Sie wird in Zone B2 von T = T₁ bis T = TRES angewendet.
Berechnungszone C2 (TRES < T)
Die Berechnungszone beginnt bei T = TRES und dauert solange an, wie gewünscht.

Input (Hauptnachspeisestrom) = (MMMUI) (CMMU) dT

Input (Kühlturm) = (MSYS – MBDI) ((CSYS)_T-TRES) dT

Output (Kühlsystem) = (MSYS) (CSYS) dT

Anreicherung = (VSUMP) (RHO) dCSYS
Kombinieren dieser Gleichungen und Ausdrücken in Form endlicher Inkremente führt zu (CSYS)T+ΔT = (CSYS)T + [(MMMUI) (CMMU) + (MSYS – MBDI) ((CSYS)T-TRES) – (MSYS) (CSYS)T]ΔT/[(VSUMP) (RHO)]
Die vorstehende Gleichung kann iterativ für jedes Zeitinkrement, beginnend bei T = TRES, angewendet werden, um den Wert für CSYS als Funktion der Zeit zu erhalten. Die Berechnung dauert solange an, wie gewünscht. Wenn diese Berechnung lange genug fortgesetzt wird, wird die Zusammensetzung des Wassers im Sumpf zum Gleichgewichtswert zurückkehren, der bei T = 0 herrschte.
Beschreibung des Computerprogramms
Das Computerprogramm verwendet die vorstehend dargestellten Gleichungen
Die Hauptabschnitte des Programms sind folgende:

1. Anzeige der Eigentumsrechte am Programm, des Copyrights und des Titels des Programms. Drücke irgendeine Taste.
2. Das Programm fragt nach der Kühlsystemidentifikation.
3. Das Programm beschreibt Option Nr. 1 und Option Nr. 2. Es fragt nach der Wahl des Anwenders bzgl. der Option, die ausgeführt werden soll.

Option Nr. 1 wird gewählt.

1op1. Das Programm zeigt eine Liste von Daten, die zum Ausführen von Option Nr. 1 erforderlich sind und fragt, ob alle erforderlichen Daten verfügbar sind. Eine J/N-Antwort ist erforderlich. Eine Antwort „N" springt zum Ende des Programms und fragt, ob ein Lauf mit einem anderen Satz Daten erfolgen soll.
2op1. Eine Antwort „J" auf Nr. 1op1 veranlasst das Programm zur Frage, ob die erforderlichen Daten gespeichert sind. Eine J/N-Antwort ist erforderlich. Eine Antwort „J" führt zur Anforderung der Daten zu dem intermittierenden Strom (den intermittierenden Strömen) (siehe Nr. 4op1).
3op1. Eine Antwort „N" auf Nr. 2op1 führt zur Aufforderung zur Eingabe der erforderlichen Daten. Wenn alle Daten eingegeben sind, speichert das Programm die Daten als TWRDATA3 auf einer Floppy-Disk in Laufwerk A. Das Programm kann modifiziert werden, um die Daten falls gewünscht auf einer Festplatte zu speichern.
4op1. Das Programm fordert dann Daten zum intermittierenden Strom (zu den intermittierenden Strömen) an. Wenn nur ein Strom vorhanden ist, werden die Daten für diesen Strom für Strom Nr. 1 eingegeben. Null (oder die Eingabe-Taste ([CR]) wird für die Ströme Nrn. 2, 3 und 4 eingegeben. Für mehrere gleichzeitige Ströme werden die Daten für die erforderlichen Ströme eingegeben, und Null (oder [CR]) wird für die restlichen eingegeben.
5op1. Das Programm berechnet die effektive Konzentration und die Gesamtmassenflussrate der kombinierten intermittierenden Ströme.
6op1. Das Programm fährt dann mit den erforderlichen Berechnungen fort, und die Ergebnisse werden auf dem Bildschirm angezeigt. Die Anzeige schließt ein: Eigentumsrechte am Programm und Copyright, Daten zum Kühlturmsystem, Daten zum intermittierenden Strom (zu den intermittierenden Strömen) und die berechneten Ergebnisse, d.h. die Ausspeisungsflussrate und die Flussrate des Hauptnachspeisestroms, die erforderlich sind, so dass die Konzentration im Turmsumpf nicht von dem intermittierenden Strom (den intermittierenden Strömen) beeinflusst wird.
7op1. Das Programm fragt, ob ein Ausdruck der Ergebnisse gewünscht wird. Eine Antwort „J" führt zum Ausdruck einer Kopie der gleichen Ergebnisse, die in Nr. 6op1 auf dem Bildschirm angezeigt wurden. Die Antwort „J" veranlasst auch die Frage, ob ein Versuch mit einem anderem intermittierenden Strom (mit anderen intermittierenden Strömen) durchgeführt werden soll. Eine Antwort „J" veranlasst eine Abfrage von Daten zu intermittierenden Strömen (Schritt 4op1). Dieses Verfahren erlaubt die Untersuchung einer Anzahl von Kombinationen intermittierender Ströme unter Verwendung der gleichen Kühlturmdaten.
8op1. Eine Antwort „N" auf Nr. 7op1 veranlasst das Programm zu fragen, ob ein Versuch mit Option Nr. 2 gewünscht wird. Eine Antwort „J" führt das Programm zu Option Nr. 2 (Nr. 1op2). Eine Antwort „N" führt zur Frage, ob ein Versuch mit anderen Daten durchgeführt werden soll.

Option Nr. 2 wird gewählt

1op2. Dieser Punkt im Programm wird durch Wahl von Option Nr. 2 in Nr. 3 oder durch Wahl einer Antwort „J" in Nr. 8op1 erreicht. Das Programm zeigt an, was in Option Nr. 2 erfolgen soll. Drücke irgendeine Taste.
2op2. Das Programm zeigt die Daten an, die zur Ausführung von Option Nr. 2 erforderlich sind. Eine J/N Antwort ist erforderlich. Eine Antwort „J" bringt das Programm zu 3op2. Eine Antwort „N" veranlasst die Abfrage, ob ein Versuch mit anderen Daten durchgeführt werden soll.
3op2. Das Programm fragt, ob die erforderlichen Daten gespeichert sind. Eine J/N Antwort ist erforderlich. Eine Antwort „J" führt zum Einlesen der Daten von der Platte, auf der die Daten gespeichert sind, und das Programm fährt mit Nr. 5op2 fort.
4op2. Eine Antwort „N" auf Nr. 3op2 führt zu einer Aufforderung, die Daten einzugeben. Nachdem die Daten eingegeben wurden, werden die eingegebenen Daten automatisch auf einer Floppy Disk in Laufwerk A als TWRDATA1 und TWRDATA2 gespeichert. Falls gewünscht, kann das Programm modifiziert werden, um Daten auf einer Festplatte zu speichern. Das Programm fährt mit Nr. 5op2 fort.
5op2. Das Programm fragt nach der Anzahl der Zeitinkremente für die gesamte Berechnung. Die Länge eines Zeitinkrements wird auf 1/20 der Verweilzeit festgelegt. Üblicherweise werden die Berechnungen einige Zeit nach dem Ende des Flusses des intermittierenden Stroms (der intermittierenden Ströme) fortgesetzt. Wenn die Zahl der Inkremente eingegeben ist, fährt das Programm mit Nr. 6op2 fort.
6op2. Das Programm zeigt die Beschreibung des für die intermittierenden Ströme zu verwendenden Verfahrens an. Es ist vorgesehen, bis zu vier gleichzeitige intermittierende Ströme einzuschließen. Drücke irgendeine Taste.
7op2. Das Programm fordert Daten zum intermittierenden Strom (zu den intermittierenden Strömen) an. Falls nur ein Strom vorliegt, werden die Daten für diesen Strom für Strom Nr. 1 eingegeben. Null (oder [CR]) wird für die Ströme Nrn. 2, 3 und 4 eingegeben. Wenn mehrere gleichzeitige Ströme fließen, werden die Daten für die erforderlichen Ströme und Null (oder [CR]) für die restlichen eingegeben.
8op2. Das Programm berechnet die effektive Konzentration und die Gesamtmassenflussrate der kombinierten intermittierenden Ströme.
9op2. Das Programm berechnet einige komplette Materialbilanzen des gesamten Systems.
10op2. Das Programm zeigt sowohl Kühlturmdaten als auch Verfahrensdaten an. Die Verfahrensdaten schließen Flussraten und Daten zu den intermittierenden Strömen ein. Eine J/N Antwort ist erforderlich. Eine Antwort „N" führt das Programm zum Dateneingabeabschnitt für Option Nr. 2 zurück. Eine Antwort „J" führt zu den Berechnungen für Option Nr. 2.
11op2. Das Programm berechnet die Wasserdichte, Verweilzeit und Länge des Zeitinkrements (TRES/20).
12op2. Das Programm führt Berechnungen für die Zonen A1, B1 und C1 oder A2, B2 und C2 durch.
13op2. Das Programm zeigt eine Zusammenfassung der berechneten Ergebnisse an, einschließlich der Eigentumsrechte am Programm und Copyright, Turmsystem-Identifikation, Anzahl der endlichen Zeitinkremente, Zeit und Konzentration zu Beginn des Flusses des intermittierenden Stroms (der intermittierenden Ströme), am Ende des Flusses des intermittierenden Stroms (der intermittierenden Ströme) und am Ende der Berechnung, Gesamtflussrate des intermittierenden Stroms (der intermittierenden Ströme), Konzentrationsgradient (Rate der Konzentrationsänderung über die Zeit) im Sumpf am Ende des Flusses des intermittierenden Stroms (der intermittierenden Ströme) und Ausspeisungsflussrate.
14op2. Ebenfalls angezeigt wird eine Frage, ob eine weitere Ausspeisungsrate verwendet werden soll. Eine J/N Antwort ist erforderlich. ANMERKUNG: Wenn eine Speicherung der berechneten Daten gewünscht wird, ist die Antwort „N" erforderlich. Es besteht später eine weitere Möglichkeit, eine weitere Ausspeisungsrate zu wählen.
15op2. Wenn die Antwort auf Nr. 14op2 „N" ist, fragt das Programm, ob eine Speicherung der berechneten Ergebnisse auf einer Platte gewünscht wird. Die aufgezeichneten Daten sind Zeit und Konzentration. Die auf der Platte aufgezeichneten Daten können gedruckt werden. Eine J/N Antwort ist erforderlich. Eine Antwort „J" zeichnet die Daten auf. Eine Antwort „N" führt zu Nr. 16op2.
16op2. Das Programm fragt, ob ein Ausdruck einer Zusammenfassung der Ergebnisse gewünscht wird. Diese ausgedruckte Zusammenfassung umfasst im Wesentlichen die gleichen Daten, die in Nr. 13op2 auf dem Bildschirm angezeigt wurden. Alle Kühlturm- und Verfahrensdaten sind jedoch ebenfalls eingeschlossen. Eine J/N Antwort ist erforderlich. Eine Antwort „J" bewirkt den Ausdruck von Daten. Eine Antwort „N" führt das Programm zu 17op2.
17op2. Das Programm fragt dann, ob ein Ausdruck der berechneten Ergebnisse gewünscht wird. Dies ist ein Ausdruck von Zeit und Konzentration über die gesamte Länge der Berechnung. Eine J/N Antwort ist erforderlich. Eine Antwort „J" bewirkt den Ausdruck von Daten. Eine Antwort „N" führt das Programm zu 18op2.
18op2. Das Programm fragt dann wieder, ob ein Versuch mit einer weiteren Ausspeisungsrate durchgeführt werden soll. Entweder ist hier oder in Nr. 14op2 eine andere Ausspeisung zu wählen. Eine Antwort „J" hier oder in Nr. 14op2 fragt eine weitere Ausspeisungsrate an. Wenn diese eingegeben wurde, werden die Kühlturm- und Verfahrensdaten angezeigt, und mit einer Antwort „J" werden die Ergebnisse angezeigt wie in Nr. 13op2. Die Verwendung von verschiedenen Ausspeisungsraten entweder hier oder in Nr. 14op2 zeigt die Wirkung verschiedener Ausspeisungsraten auf die Konzentrations-Zeit-Beziehung.
19op2. Eine Antwort „N" auf Nr. 18op2 führt zur Frage, ob ein Versuch mit einem weiteren Datensatz durchgeführt werden soll. Eine J/N Antwort ist erforderlich. Eine Antwort „N" führt den Bildschirm zurück zu einer Anzeige des Programms nach Drücken irgendeiner Taste. Eine Antwort „J" führt das Programm zurück zum Dateneingabeabschnitt für Option Nr. 2

Numerisches Beispiel Nr. 1 – Einzelstrom

Es wird ein numerisches Beispiel betrachtet, in dem ein einzelner intermittierender Nachspeisestrom in den Kühlturmsumpf fließt. Die Daten für den Kühlturm und dessen Betrieb im Gleichgewicht sind folgende:

Konzentration des Hauptnachspeisestroms	100 mg/l
Systemkonzentration am Anfang	500 mg/l
Massenflussrate des Hauptnachspeisestroms am Anfang	5.000 lb/h
Massenrate der Zirkulation im Kühlsystem	50.000 lb/h
Temperatur des Wassers im Sumpf	85°F
Wasservolumen im Kühlsystem	1.000 ft³
Wasservolumen im Kühlturmsumpf	1.000 ft³

Der intermittierende Strom ist in 7 dargestellt. Seine Durchflussrate beträgt 3.000 lb/h, seine Konzentration beträgt 300 mg/l, und er fließt für einen Zeitraum von 16 Stunden.
Bei der Temperatur des Sumpfes beträgt die Wasserdichte 62,12 lb/ft³. Daher beträgt die Verweilzeit, TRES, (1000) (62,12)/50.000 = 1,24 h.
Die Länge eines endlichen Zeitinkrements beträgt 1,24/20 = 0,062 h.
Berechnungen für Option Nr. 1

Die Berechnungen für Option Nr. 1 ergeben die Ausspeisungsrate und die Hauptnachspeiserate, so dass keine Änderung der Systemkonzentration erfolgt. Das heißt, CSYSI bleibt bei 500 mg/l. Im Folgenden werden Daten dargestellt, die in einem Ausdruck für Option Nr. 1 enthalten sind. Die Daten zeigen, dass die erforderlichen Ausspeisungs- und Hauptnachspeisestromflussraten 2.500 und 3.500 lb/h betragen. (Hinweis auf Eigentumsrechte am Programm und Copyright) AUSSPEISUNGSFLUSSRATE, DIE ERFORDERLICH IST, UM DIE URSPRÜNGLICHE WASSSERQUALITÄT IM TURMSUMPF AUFRECHT ZU ERHALTEN, WENN EIN INTERMITTIERENDER STROM ODER STRÖME IN DAS SYSTEM FLIEßT (FLIEßEN) Turmsystemidentifikation – CT1 Kühlturmdaten

Konzentration des Hauptnachspeisestroms (mg/l)	100
Systemkonzentration am Anfang (mg/l)	500
Flussrate des Hauptnachspeisestroms am Anfang (lb/h)	5.000
Ausspeisungsflussrate am Anfang (lb/h)	1.000
Dampfflussrate (lb/h)	4.000

Daten zu intermittierendem Strom (intermittierenden Strömen)

Anzahl intermittierender Ströme	1
Effektive Flussrate des Stroms (der Ströme) (lb/h)	3.000
Effektive Konzentration des Stroms (der Ströme)(mg/l)	300

Berechnete Ergebnisse

Erforderliche Ausspeisungsflussrate (lb/h)	2.500
Hauptnachspeisestromflussrate (lb/h)	3.500

Berechnungen für Option Nr. 2
Die Berechnungen für Option Nr. 2 wurden für mehrere Ausspeisungsraten durchgeführt, um die Auswirkung der Ausspeisungsrate auf die Konzentrations-Zeit-Beziehung zu bestimmen.
Die Berechnungen wurden für 500 Zeitinkremente durchgeführt, was bedeutet, dass die Konzentration über einen Zeitraum von (500) (0,062) = 31,1 h von dem Zeitpunkt an, an dem der Fluss des intermittierenden Stroms in den Sumpf begann, bestimmt wurde.
Die Ergebnisse sind in der folgenden Tabelle 1 angegeben:
Tabelle 1 Wirkung der Ausspeisungsrate auf die Sumpfkonzentration, wenn ein einzelner intermittierender Strom mit einer Konzentration von 300 mg/l mit einer Rate von 3.000 lb/h für 16 h in den Sumpf fließt
Tabelle 1 zeigt, dass bei Zunahme der Ausspeisungsrate die Konzentration am Ende des Flusses des intermittierenden Stroms (16 h) abnimmt und den Gleichgewichtswert (500 mg/l) erreicht, wenn die Ausspeisungsflussrate 2500 lb/h beträgt. Dies stimmt mit den in Option Nr. 1 erhaltenen Ergebnissen überein. Wenn die Ausspeisungsrate zunimmt, nimmt auch die Flussrate des Hauptnachspeisestroms zu, um den konstanten Wasserinhalt im System aufrecht zu erhalten.

Nachstehend ist ein Probeausdruck der Ergebnisse für eine Ausspeisungsrate von 1.000 lb/h angegeben. 8 bedeutet eine graphische Darstellung der Sumpfkonzentration über die Zeit für vier verschieden Ausspeisungsraten. Wenn der Fluss des intermittierenden Stroms in den Sumpf beginnt, nimmt die Konzentration sofort zu, aber wenn die Ausspeisungsrate zunimmt, nimmt die Steigerungsrate der Konzentration ab und wird schließlich Null, wenn die Ausspeisungsrate 2.500 lb/h beträgt, wie in Tabelle 1 angegeben. (Hinweis auf Eigentumsrechte am Programm und Copyright) ÄNDERUNG DER WASSERQUALITÄT IN EINEM KÜHLTURMSYSTEM AUFGRUND EINES INTERMITTIERENDEN WASSERNACHSPEISESTROMS (VON INTERMITTIERENDEN WASSERNACHSPEISESTRÖMEN) Turmsystemidentifikation – CT1 Anzahl der endlichen Zeitinkremente – 500 Daten zum Kühlturmsystem Gespeicherte Daten

Konzentration des Hauptnachspeisestroms (mg/l)	100
Systemkonzentration am Anfang (mg/l)	500
Ausspeisungsflussrate am Anfang (lb/h)	1.000
Flussrate des Hauptnachspeisestroms am Anfang (lb/h)	5.000

Zirkulationsrate im Kühlsystem (lb/h)	50.000
Temperatur des Wassers im Sumpf	85
Wasservolumen im Kühlsystem (ft³)	1.000
Wasservolumen im Kühlturmsumpf (ft³)	1.000

Betriebsdaten

Zeit für die Berechnung (h)	31
Flussrate des Dampfes aus dem Turm (lb/h)	4.000
Ausspeisungsflussrate (lb/h)	1.000
Flussrate des Hauptnachspeisestroms (lb/h)	2.000
Flussrate des intermittierenden Stroms (der intermittierenden Ströme) (lb/h)	3.000
Konzentration des intermittierenden Stroms (der intermittierenden Ströme) (mg/l)	300
Fließzeit des intermittierenden Stroms (h)	16
Anzahl der intermittierenden Ströme	1

Ergebnisse

Konzentrationsgradient im Sumpf, (mg/l)/h: 4,64

Numerisches Beispiel Nr. 2 – Zwei intermittierende Ströme, die für einen Teil der Zeit gleichzeitig fließen

Ein numerisches Beispiel wird betrachtet, in dem zwei intermittierende Nachspeiseströme in den Kühlturmsumpf fließen. Die Daten für den Kühlturm und seinen Betrieb im Gleichgewicht sind folgende:

Die intermittierenden Ströme sind in 9 dargestellt. Die Flussrate von Strom Nr. 1 beträgt 1.000 lb/h, seine Konzentration beträgt 300 mg/l, und er fließt für einen Zeitraum von 16 Stunden. Die Flussrate von Strom Nr. 2 beträgt 2.000 lb/h, seine Konzentration beträgt 50 mg/l, und er fließt für einen Zeitraum von 16 Stunden. Der Fluss von Strom Nr. 2 in den Sumpf beginnt jedoch 8 Stunden nach Beginn des Flusses von Strom Nr. 1. Daher fließen die beiden Ströme für einen Zeitraum von 8 Stunden gleichzeitig in den Sumpf.
Berechnungen für Option Nr. 1
Die Berechnungen werden in drei Abschnitten durchgeführt:
Abschnitt A: Strom Nr. 1 fließt für 8 Stunden.
Abschnitt B: Die Ströme Nrn. 1 und 2 fließen gleichzeitig für 8 Stunden.
Abschnitt C: Strom Nr. 1 fließt für 8 Stunden.
In jedem Abschnitt wird eine Ausspeisungsrate bestimmt, für die die Konzentration im Turmsumpf gleich derjenigen im Gleichgewicht, d.h. 500 mg/l, ist.
Die Ergebnisse der Berechnungen sind in Tabelle 2 für jeden Abschnitt der Berechnungen dargestellt. Die erforderliche Ausspeisungsrate, die zu keiner Änderung der Konzentration des Wassers im Sumpf führt, ist in der vierten Spalte dargestellt.
Tabelle 2 Ergebnisse für zwei intermittierende Ströme, die für einen Teil der Zeit gleichzeitig fließen

Nachstehend dargestellt sind die Ausdrucke der Ergebnisse für die Abschnitte A, B beziehungsweise C der Berechnung. (Hinweis auf Eigentumsrechte am Programm und Copyright) AUSSPEISLTNGSFLUSSRATE, DIE ERFORDERLICH IST, UM DIE URSPRÜNGLICHE WASSSERQUALITÄT IM TURMSUMPF AUFRECHT ZU ERHALTEN, WENN (EIN) INTERMITTIERENDE(R) STROM ODER STRÖME IN DAS SYSTEM FLIEßT (FLIEßEN) Turmsystemidentifikation – CT2 Kühlturmdaten

Daten zu intermittierendem Strom (intermittierenden Strömen)

Anzahl intermittierender Ströme	1
Effektive Flussrate des Stroms (der Ströme) (lb/h)	1.000
Effektive Konzentration des Stroms (der Ströme) (mg/l)	300

Berechnete Ergebnisse

Erforderliche Ausspeisungsflussrate (lb/h)	1.500
Hauptnachspeisestromflussrate (lb/h)	4.500

(Hinweis auf Eigentumsrechte am Programm und Copyright) AUSSPEISUNGSFLUSSRATE, DIE ERFORDERLICH IST, UM DIE URSPRÜNGLICHE WASSSERQUALITÄT IM TURMSUMPF AUFRECHT ZU ERHALTEN, WENN (EIN) INTERMITTIERENDE(R) STROM ODER STRÖME IN DAS SYSTEM FLIEßT (FLIEßEN) Turmsystemidentifikation – CT2 Kühlturmdaten

Daten zu intermittierendem Strom (intermittierenden Strömen)

Anzahl intermittierender Ströme	2
Effektive Flussrate des Stroms (der Ströme) (lb/h)	3.000
Effektive Konzentration des Stroms (der Ströme) (mg/l)	133

Berechnete Ergebnisse

Erforderliche Ausspeisungsflussrate (lb/h)	1.250
Hauptnachspeisestromflussrate (lb/h)	2.250

Daten zu intermittierendem Strom (intermittierenden Strömen)

Anzahl intermittierender Ströme	1
Effektive Flussrate des Strom (der Ströme) (lb/h)	2.000
Effektive Konzentration des Stroms (der Ströme) (mg/l)	50

Berechnete Ergebnisse

Erforderliche Absalzdurchflussrate (lb/h)	750
Hauptnachspeisestromdurchflussrate (lb/h)	2.750

Claims

Verfahren zur Überwachung und Steuerung eines wässrigen Systems, wobei das Verfahren die Schritte umfasst: Messen der Korrosionsrate über einen Zeitraum; A) falls sich die Korrosionsrate nicht ändert, dann Messen des Fouling-Faktors oder Fouling-Index; I) falls sich der Fouling-Faktor oder Fouling-Index nicht von einem Setpoint ändert, dann erneutes Beginnen des Verfahrens durch Messen der Korrosionsrate; II) falls der Fouling-Faktor oder Fouling-Index vom Setpoint abweicht, dann schrittweise Zugeben eines Materials zum wässrigen System, um den Fouling-Faktor oder Fouling-Index auf den Setpoint einzustellen, und Messen des pH-Werts und Zugeben eines Materials zum wässrigen System, um den pH-Wert einzustellen, falls der pH-Wert von einem Setpoint abweicht, und erneutes Beginnen des Verfahrens durch Messen der Korrosionsrate; B) falls sich die Korrosionsrate verringert, Messen des Oxidations-Reduktions-Potentials über einen Zeitraum; I) falls sich das Oxidations-Reduktions-Potential nicht ändert, dann Reduzieren der Einspeisungsrate eines Korrosionsinhibitors und erneutes Beginnen des Verfahrens durch Messen der Korrosionsrate; II) falls sich das Oxidations-Reduktions-Potential verringert, dann Messen des Fouling-Faktors oder Fouling-Index; a) falls eine Änderung des Fouling-Faktors oder Fouling-Index vom Setpoint festgestellt wird, dann Bestimmen der Änderungsrate und Steuern der Einspeisung von Behandlungsmaterialien, die das Oxidations-Reduktions-Potential und Fouling beeinflussen bis gewünschte Werte erreicht sind, dann erneutes Beginnen des Verfahrens durch Messen der Korrosionsrate; b) falls keine Änderung des Fouling-Faktors oder Fouling-Index vom Setpoint festgestellt wird, dann Erhöhen einer Einspeisungsrate eines auf Halogen basierenden Oxidationsmittels in das wässrige System und dann erneutes Messen des Oxidations-Reduktions-Potentials; i) falls das Oxidations-Reduktions-Potential Bein einem Setpoint liegt, dann erneutes Beginnen des Verfahrens durch Messen der Korrosionsrate; ii) falls das Oxidations-Reduktions-Potential vom Setpoint abweicht, dann gehe zu Schritt (B)(II)(a); C) falls sich die Korrosionsrate erhöht, dann Messen der Instabilität der Korrosionsrate; I) falls keine Instabilität der Korrosionsrate festgestellt wird, Messen des pH-Werts und Zugeben eines Materials zum wässrigen System, um den pH-Wert einzustellen, falls der pH-Wert von einem Setpoint abweicht, Erhöhen einer Einspeisungsrate des Korrosionsinhibitors, und erneutes Beginnen des Verfahrens durch Messen der Korrosionsrate; II) falls Instabilität der Korrosionsrate festgestellt wird, dann Messen des Foulings; a) falls kein Fouling festgestellt wird, dann Messen des pH-Werts und Zugeben eines Materials zum wässrigen System, um den pH-Wert einzustellen, falls der pH-Wert von einem Setpoint abweicht, Erhöhen der Einspeisungsrate des Korrosionsinhibitors, und Bestimmen, ob die Korrosionsrate instabil bleibt; i) falls keine Instabilität der Korrosionsrate festgestellt wird, dann erneutes Beginnen des Verfahrens durch Messen der Korrosionsrate; ii) falls Instabilität der Korrosionsrate festgestellt wird, dann Zugeben eines Materials zum System, um das Fouling zu steuern bis das Fouling einen Setpoint erreicht, dann Bestimmen, ob die Korrosionsrate instabil bleibt; 1) falls keine Instabilität der Korrosionsrate festgestellt wird, dann erneutes Beginnen des Verfahrens durch Messen der Korrosionsrate; 2) falls Instabilität der Korrosionsrate festgestellt wird, dann gehe zurück zu Schritt (C)(II)(a); b) falls Fouling festgestellt wird, dann Bestimmen, ob zuerst der Fouling-Faktor oder Fouling-Index oder die Korrosionsrate von einem Setpoint abwich; i) falls zuerst die Korrosionsrate von einem Setpoint abwich, dann gehe zu Schritt (C)(II)(a); ii) falls zuerst der Fouling-Faktor oder Fouling-Index von einem Setpoint abwich, dann Ausführen mindestens einer Maßnahme, einschließlich Zugeben eines Dispersionsmittels zum wässrigen System, um Fouling zu verringern und Einstellen der Verfahrensparameter des wässrigen Systems, dann erneutes Beginnen des Verfahrens durch Messen der Korrosionsrate.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das wässrige System ein Kühlsystem ist.
Hergestellter Gegenstand zur Verwendung bei der Programmierung eines Prozessors mit mindestens einer Ausgabevorrichtung und einer Datenspeichervorrichtung, die daran angeschlossen sind, wobei der hergestellte Gegenstand ein mit dem Prozessor lesbares Medium mit einem oder mehreren darin vorhandenen Programmen ist zum Ausführen eines wie in Anspruch 1 oder 2 definierten Verfahrens.