JP2010149054A

JP2010149054A - 循環冷却水系の水質制御方法

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Publication number: JP2010149054A
Application number: JP2008330446A
Authority: JP
Inventors: Norihiko Onishi; 則彦大西
Original assignee: Hakuto Co Ltd
Current assignee: Hakuto Co Ltd
Priority date: 2008-12-25
Filing date: 2008-12-25
Publication date: 2010-07-08

Abstract

【課題】開放式循環冷却水系において、簡単な装置を用いて水質を安定に維持し、かつ、水処理剤注入量を精度よく制御することができ、さらに省力化する方法を提供することを目的としている。
【解決手段】開放式循環冷却水系のブローダウン流路に、（１）定流量弁の前後何れかに、その流量を調整できる２方自動開閉弁を設置し、（２）循環水流路に検知部を持つ水質測定装置を設置し、（３）水質測定装置からの信号を受けた制御装置により２方自動開閉弁の開閉を制御すること、さらに（４）制御装置からの信号によりブローダウン水量に応じた水処理剤を循環冷却水系に注入すること、および（５）制御装置からの信号による水処理剤の注入とは独立して、水処理剤注入装置を短時間のＯＮ／ＯＦＦ運転を繰り返し行なう時間制御で連続運転することからなる。
【選択図】なし

Description

本発明は循環冷却水系における水質制御方法に関するものであり、具体的には循環冷却水系の水質が管理範囲内に維持するようにブローダウン量を自動的に制御する水質制御方法に関するものである。またブローダウン量の制御と同時に循環冷却水中における腐食防止剤、スケール防止剤、分散剤、微生物コントロール剤等の水処理剤濃度を管理範囲内に維持できるように制御する循環冷却水系の水質制御方法に関する。

冷水塔を有する開放式循環冷却水系では、水の一部を蒸発させているので水中の溶解成分は濃縮されていく。水中の溶解固形分は濃縮によりその溶解度を超えると析出してスケールとなり、熱交換器の伝熱障害や伝熱管や配管の閉塞を引き起こす原因となる。また塩素イオンや硫酸イオンはその濃度が増加すると水と接する金属部分に腐食を起こす原因となる。このため、開放式循環冷却水系では、水中の溶解成分濃度が所定範囲内に維持されるようにブローダウンを実施する必要がある。

開放式循環冷却水系では金属の腐食を防止するために腐食防止剤を、溶解固形分がスケールとなるのを抑えるスケール防止剤や分散剤を、水中の微生物によるスライムの発生を抑える微生物コントロール剤など各種の水処理剤を添加し障害を抑えているが、これらの水処理剤は循環水中に所定濃度が維持されていなければ十分な効果を示さない。

循環冷却水系における水質制御、水処理剤注入量制御を高精度化して冷却水系の障害を抑え、さらに省力化する方法がいろいろ提唱されている。例えば、冷却水系への補給水に対する循環冷却水の濃縮度が一定範囲内となるように、冷却水の循環量、冷水塔における冷却水保有量、冷水塔からの蒸発水量、冷水塔からの飛散水量、冷却水ブロー量及び吸収冷温水機・吸収冷凍機の負荷条件から、冷却水のブロー間隔及びブロー時間を演算して、冷却水のブロー弁の開度を制御する方法（特許文献１参照）が提案されているが、この方法は制御装置が複雑で高価となる。

そこで、一定量のベースブローダウン水量を確保するバルブ制御と、循環水の電気伝導度あるいはｐＨ値を基準に所望のブローダウン水量に調節するバルブ制御とを併用し、水量調節バルブの開閉度合を制御して一定量のベースブローダウン水量を確保することにより冷却水の水質管理を行うことを特徴とする冷却水の水質管理方法（特許文献２参照）、冷却水の一定量を常にブローするための定流量ブロー弁、冷却水の電気伝導度を測定する電気伝導度計、該電気伝導度計の測定結果に応じて弁の開閉を行う電気伝導度連動ブロー弁、前記定流量ブロー弁及び電気伝導度連動ブロー弁の各々のブロー水量に応じて冷却水系に水処理薬剤を供給する手段とを備えてなる冷却水系の自動ブロー薬注装置（特許文献３参照）が提案されたが、これらの方法は一定量のベースブローダウンと水質制御ブローダウンを併用しているため、水質や運転条件が一定の変動範囲内であれば水質を安定に維持できるが、その範囲を出て水質や運転条件が大きく変動した場合の対応を困難にしている。

また、複数のブローダウンを行なうバルブを設置し、開閉バルブの組み合わせによりブローダウン量を制御する方法（特許文献４参照）により、より精密な制御が可能となったものの、複数のバルブ操作が必要となり、制御が煩雑となっていた。

特開平１１−６３７１５号公報特開平５−６８９６１号公報特許第２９９１０６０号公報特開２００１−３００５１１号公報

本発明の目的は、簡単な装置を用いて循環冷却水系における水質を安定に維持し、水処理剤注入量を精度よく制御することができ、さらに省力化する方法を提供することにある。

本発明者らは循環冷却水系における水質安定化について鋭意検討した結果、ブローダウンを制御可能な制御ブローダウン水量（以下、制御ブロー水量）と制御不可能なブローダウン水量（以下、自然ブロー水量）の２つに分けることに思い至り、制御ブロー水量のコントロールのみで全系の水処理剤注入量を制御し、水質変動の安定化と一定の水処理剤濃度を維持する方法を見出し、本発明をなすに至った。

すなわち、開放式循環冷却水系のブローダウン流路に、（１）定流量弁の前後何れかに、その流量を調整できる２方自動開閉弁を設置し、（２）循環水流路に検知部を持つ水質測定装置を設置し、（３）水質測定装置からの信号を受けた制御装置により２方自動開閉弁の開閉を制御すること、さらに（４）制御装置からの信号によりブローダウン水量に応じた水処理剤を循環冷却水系に注入すること、および（５）制御装置からの信号による水処理剤の注入とは独立して、水処理剤注入装置を短時間のＯＮ／ＯＦＦ運転を繰り返し行なう時間制御で連続運転することからなる循環冷却水系の水質制御方法であり、さらに（５）の水処理剤注入装置のＯＮ／ＯＦＦ時間比を（４）に示した制御可能なブローダウン水量と制御不可能なブローダウン水量の比に調整して行なう循環冷却水系の水質制御方法である。

本発明方法により、安価で簡便な装置を用いて循環冷却水系の水質や水処理剤注入量を安定に維持でき、かつ、水処理剤注入制御の高精度化が可能となり、腐食、スケール、微生物障害などの各種水処理障害の予防が達成でき、また省力化が可能となり、循環冷却水系の安定運転に寄与するところが多い。

本発明に用いる２方自動開閉弁は、制御装置からの出力信号をもとに弁を自動的に開閉できるもので、電磁弁や空気駆動弁が使用できる。特に規定するものではないが、制御ブロー水量を制御するために流量計や定流量弁を併用することが望ましい。定流量弁は、開閉バルブの開度を一定とした定流量弁でよいが、開度を調整できるものであってもよい。

制御ブロー水量は一律に決められるものではなく、また、自然ブロー水量との兼ね合いもあるが、一般に冷水塔平常運転時のブローダウン水量の２倍程度に設定する。

また、２方自動開閉弁の開閉動作にタイマーを組み込み、水質測定値に応じて自動開閉弁が「開」（ＯＮ）の時間と「閉」（ＯＦＦ）の時間を任意に変化させることにより、流量を段階的に変化させる（いわゆる時間比例制御とする）こともできる。例えば、「開」としたときの流量をＲとすると、「開」５秒−「閉」２５秒とすると流量は（５／３０）×Ｒであり、「開」１０秒−「閉」２０秒とすると流量は（１０／３０）×Ｒであり、「開」１５秒−「閉」１５秒とすると流量は（１５／３０）×Ｒとなる。

水質測定装置は、検知部を循環水流路内に置き、補給水に含まれている成分についての循環水中における濃度を自動的に測定し、その測定信号を制御装置に送るものである。測定項目は、電気伝導度、比抵抗、ｐＨ、カルシウムイオン、塩素イオン、シリカ、ナトリウムイオン、アルカリ度等任意に選ばれるが、好ましくは電気伝導度である。

制御装置は、水質測定装置からの信号を受け、該循環水の水質を一定の範囲に維持するように各自動開閉弁の開閉を制御する。このとき各自動開閉弁への出力時間を積算して出力積算時間と定流量弁で設定した流量からブローダウン水量を算出することができる。

また制御装置は、水処理剤の注入ポンプも制御することができる。すなわち、循環水中における各種水処理剤の適正濃度を別途定めておき、制御装置で算出したブローダウン水量を考慮して各水処理剤を適正濃度範囲に維持するように水処理剤の注入ポンプを制御する。

このとき、制御ブロー水量に相当する水処理剤の添加だけでは、自然ブロー水量に相当する水処理剤濃度の低下が起こるため、｛自然ブロー水量：制御ブロー水量｝の比に相当する｛ＯＮ：ＯＦＦ｝時間となるフリッカータイマーを独立して設け、水処理剤注入ポンプを動作させる。水処理剤注入量は制御ブロー弁が開いている時にはポンプ能力の１００％となり、閉じているときには｛ON時間／（ON時間＋OFF時間）×１００｝％となる。

なお、本発明における「水処理剤」は特に限定するものではないが、循環冷却水系における配管、熱交換器等の金属の腐食防止剤、スケール防止剤、分散剤、微生物コントロール剤等がある。

本発明方法は、制御不可能な自然ブロー水量に対しても制御ブローと同様に水処理剤濃度を制御する方法である。そのため、制御に用いるデータとして自然ブロー水量を正確に把握する必要がある。自然ブロー水量の測定方法としては、冷水塔内に自然には存在しない元素や化合物を一定量添加した後、制御ブローを停止して自然には存在しない元素や化合物の濃度測定を行い、その濃度変化から計算する方法が一般的である。

前述の特許文献３記載の方法では一定量のベースブローダウンとバルブ制御によるブローダウンを行ない、それぞれに相当する定量水処理剤注入ポンプと制御水処理剤注入ポンプを設けるものであり、自然ブロー水量に対する対応は困難であると共に、２系列のブローダウンラインと２系列の水処理剤注入ポンプが必要である。

本発明の方法によれば、制御ブロー弁一個と水処理剤注入用のポンプ一台で、正確な水処理剤の注入量制御と水処理剤濃度管理を行なうことが可能である。

本発明のブローダウン水量は式（１）で与えられる。
Ｂ＝Ｚ＋ (Ｙ×Σｔ)／Ｔ・・・・・・（１）
Ｂ：総ブローダウン水量
Ｚ：自然ブローダウン水量
Ｙ：バルブ制御による制御ブローダウン水量
Ｔ：単位時間
Σｔ：単位時間Ｔ内における制御バルブ開時間の積算時間

また、水処理剤注入量は式（２）で示される。
Ｃ＝Ｐ×｛Σｔ＋（Ｔ−Σｔ）×Ｚ／（Ｙ＋Ｚ）｝／Ｔ・・・・・（２）
Ｃ：水処理剤注入量
Ｐ：水処理剤注入加ポンプの１００％添加量
Ｔ：単位時間
Σｔ：単位時間Ｔ内における制御バルブ開時間の積算時間

このように、本発明の方法によれば、1個の制御ブロー弁と１個の水処理剤注入ポンプで高精度の水処理剤注入量制御を行なうことが可能である。

以下に本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。

〔実施例１〕２方自動開閉弁を１個用いた小型冷水塔制御装置の系統図を図１に示した。循環冷却水系の循環水配管１から分岐した配管に２方自動開閉弁ＳＶを取り付け、定流量弁ＣＶを取り付けた。ＣＶは流量Ｒ１に設定した。ＣＶから出た水はブローダウンとして系外に排出した。この冷水塔では常時、自然ブローとして流量Ｒ２に相当する排出がある。
一方、循環水配管１を流れる循環水中に電気伝導度セル２と電気伝導度計３を設置し、その電気伝導度計３の出力信号を制御装置４に入力し、制御装置４からの制御出力をＳＶに送った。制御装置４において電気伝導度の入力値が設定値よりも高い場合は、ＳＶが「開」、となりＲ１に相当するブローダウンが排出され、電気伝導度の入力値が設定値よりも低い場合は、ＳＶが「閉」となり該ブローダウンが停止されるようにした。

小型冷水塔の保有水は６０リットル、循環水量は６リットル／ｍｉｎ、であり、ブローダウン水量としてＲ１は１００ｍｌ／ｍｉｎ、Ｒ２は２０ｍｌ／ｍｉｎに設定した。

〔実施例２〕実施例1の制御装置にさらに水処理剤注入の制御を組み込んだ場合の系統図を図２に示した。制御装置４からの制御出力を２方自動開閉弁ＳＶとともに水処理剤注入ポンプＰ２に送り、制御装置４において電気伝導度の入力値が設定値よりも高い場合は、ＳＶが「開」となり流量Ｒ１に相当するブローダウンが排出されるとともに、Ｐ２が作動してＰ２の設定注入量１００％に相当する水処理剤が水処理剤タンク５より循環水系に注入されるようにした。一方、電気伝導度の入力値が設定値よりも低い場合は、ＳＶが「閉」となり制御ブローダウンが停止するが、自然ブローとしてＲ２に相当する循環水が排出されているため、５分間を単位時間として｛Ｒ２／（Ｒ１＋Ｒ２）｝に相当する時間だけＰ２を作動させて水処理剤を水処理剤タンク５より循環水系に注入されるようにし、残りの時間を停止させるようにした。この結果、ＳＶが「閉」でＲ２のみの排出であるときにもＲ２に相当する水処理剤が注入されることとなる。

〔比較例１〕実施例1の制御装置に比較例としての水処理剤注入の制御を組み込んだ場合の系統図を図３に示した。制御装置４からの制御出力を２方自動開閉弁ＳＶとともに水処理剤注入ポンプＰ２に送り、制御装置４において電気伝導度の入力値が設定値よりも高い場合は、ＳＶが「開」となり流量Ｒ１に相当するブローダウンが排出されるとともに、Ｐ２が作動してＰ２の設定注入量に相当する水処理剤が水処理剤タンク５より循環水系に注入されるようにした。一方、電気伝導度の入力値が設定値よりも低い場合は、ＳＶが「閉」となり制御ブローダウンを停止させ、同時にＰ２を停止させるようにした。この結果、ＳＶが「閉」でＲ２のみの排出であるときには水処理剤の注入は停止することになる。

〔比較例２〕比較例1の制御装置にＲ２のブローダウン量に相当する水処理剤注入ポンプＰ１を追加した場合の系統図を図４に示した。制御装置４からの制御出力を２方自動開閉弁ＳＶとともに水処理剤注入ポンプＰ２に送り、制御装置４において電気伝導度の入力値が設定値よりも高い場合は、ＳＶが「開」となり流量Ｒ１に相当するブローダウンが排出されるとともに、Ｐ２が作動してＰ２の設定注入量に相当する水処理剤が水処理剤タンク５より循環水系に注入されるようにした。一方、電気伝導度の入力値が設定値よりも低い場合は、ＳＶが「閉」となり制御ブローダウンを停止させ、同時にＰ２を停止させるようにした。この結果、ＳＶが「閉」でＲ２のみの排出であるときには、Ｐ１によるＲ２に相当する水処理剤が注入されることとなる。

実施例２と比較例１の電気伝導度及び水処理剤濃度の測定状態を表１および図５に示す。
実施例、比較例共に電気伝導度は５０ｍＳ／ｍに、水処理剤濃度は１００ｍｇ／ｋｇとなるように自動管理を行なった。循環水中の電気伝導度は電気伝導度計で測定し、水処理剤濃度は水中のりん酸濃度を測定し、水処理剤濃度に換算した。

実施例２と比較例１を比べると電気伝導度の管理は良好に行なわれ、実施例２、比較例１共に標準偏差が１．２から１．３程度である。しかし、水処理剤濃度を比較すると、実施例２では１００ｍｇ／ｋｇ付近の濃度を安定して維持できているのに比べて、比較例１では運転時間の経過と共に水処理剤濃度が低下していることから、本発明の方法により、循環冷却水系における水質を安定に維持し、水処理剤注入量を精度よく制御することができることが確認された。

比較例1では、水処理剤の添加量を予め少し過剰に設定しておくことで、水処理剤濃度の低下を抑制できるように見えるが、実際の冷水塔では負荷変動等により制御ブローのタイミングは一定ではないので、水処理剤濃度を一定に管理することは困難である。

実施例２と比較例２の電気伝導度及び水処理剤濃度の測定状態を表２および図６に示す。
実施例、比較例共に電気伝導度は５０ｍＳ／ｍに、水処理剤濃度は１００ｍｇ／ｋｇとなるように自動管理を行なった。循環水中の電気伝導度は電気伝導度計で測定し、水処理剤濃度は水中のりん酸濃度を測定し、薬剤濃度に換算した。

実施例２と比較例２を比べると電気伝導度の管理は良好に行なわれ、実施例２、比較例２共に標準偏差が１．３から１．９程度である。また、水処理剤濃度を比較すると、実施例２、比較例２共に１００ｍｇ／ｋｇ付近の濃度を安定して維持できている。比較例２では水処理剤注入ポンプが２台必要であるのに比べ、実施例２では１台のポンプで同様の制御を行なうことが可能であり、本発明の方法により、簡単な装置を用いて循環冷却水系における水質を安定に維持し、水処理剤注入量を精度よく制御することができ、さらに省力化できることが確認された

２方自動開閉弁を１個用いた制御装置の系統図である。図1の制御装置にさらに水処理剤注入の制御を組み込んだ場合の系統図及び自然ブローを考慮した水処理剤の注入タイミングチャートである。図２の制御装置において、水処理剤注入方法をブロー装置連動のみとした場合の系統図及び水処理剤の注入タイミングチャートである。図３の制御装置において、水処理剤注入方法をブロー装置連動の水処理剤注入ポンプと自然ブロー水量に相当する連続水処理剤注入ポンプの併用とした場合の系統図及び水処理剤の注入タイミングチャートである。実施例２と比較例１の電気伝導度及び水処理剤濃度の測定状態を示した図である。実施例２と比較例２の電気伝導度及び水処理剤濃度の測定状態を示した図である。

符号の説明

１循環水配管
２電気伝導度検知部
３電気伝導度計
４制御装置
５水処理剤タンク
ＳＶ２方自動開閉弁
ＣＶ定流量弁
Ｒ１、Ｒ２流量
Ｐ１、Ｐ２水処理剤注入ポンプ

Claims

開放式循環冷却水系のブローダウン流路に、（１）定流量弁の前後何れかに、その流量を調整できる２方自動開閉弁を設置し、（２）循環水流路に検知部を持つ水質測定装置を設置し、（３）水質測定装置からの信号を受けた制御装置により２方自動開閉弁の開閉を制御すること、さらに（４）制御装置からの信号によりブローダウン水量に応じた水処理剤を循環冷却水系に注入すること、および（５）制御装置からの信号による水処理剤の注入とは独立して、水処理剤注入装置を短時間のＯＮ／ＯＦＦ運転を繰り返し行なう時間制御で連続運転することからなる循環冷却水系の水質制御方法。
さらに（５）の水処理剤注入装置のＯＮ／ＯＦＦ時間比を（４）に示した制御可能なブローダウン水量と制御不可能なブローダウン水量の比に調整して行なう請求項1記載の循環冷却水系の水質制御方法。