JP3508430B2 - 冷却塔の循環冷却水の水質管理支援装置 - Google Patents
冷却塔の循環冷却水の水質管理支援装置Info
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Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明が属する技術分野】本発明は冷却塔における循環
冷却水の水質管理支援装置に関するものである。 【０００２】 【従来の技術】従来より化学プラントにおいて種々の装
置、例えば、反応器、蒸留塔や熱交換器等の熱交換部に
冷却水が用いられ、該冷却水としては冷却塔で冷却され
た循環冷却水が使用されている。上記冷却塔（冷水塔）
は循環冷却水にファン等で空気と直接接触させて水を蒸
発させ、その潜熱により水を冷却する。この方法は冷却
水と空気とを直接接触させているので、単に空気の温度
を低くして熱を除去する空冷式の冷却器より効率がよ
い。 【０００３】冷却塔の管理として開放式循環冷却水系の
腐食防止、スケール防止及びスライム付着防止を目的と
して種々の水処理薬剤が冷却水に添加されているが、こ
れらの水処理薬剤の添加効果を有効に達成するために
は、冷却水中の水処理薬剤濃度を所望の濃度範囲に維
持、コントロールする必要がある。一方開放式循環冷却
水系では循環冷却水の一部が冷却塔で蒸発するため補給
水中に含まれて系内に持ち込まれるカルシウムやマグネ
シウム等の塩類やＳｉＯ2等が該循環冷却水系で濃縮さ
れ、スケール生成の原因となり熱交換効率を低下させる
ため濃縮された冷却水の一部をブローして系外へ排出
し、それに見合う補給水と防食剤（腐食防止剤）、スケ
ール防止剤等の水処理薬剤を補給することが行なわれて
いる。 【０００４】しかしながら上記防食剤やスケール防止剤
等の薬剤注入は上記したブロー排出水量や蒸発、飛散、
漏洩等の損失水量に見合う補給水量に応じて決められる
が、損失水量を実測することは困難であり、実験的又は
経験的に損失水量を推定しているため、上記補給水量は
必ずしも正確な推定値とは言えず、薬剤類を所望の濃度
に保持することは必ずしも容易ではない。 【０００５】そのため最近上記防食剤やスケール防止剤
等の薬剤注入の管理法として冷却塔内の水槽中の循環冷
却水の電気伝導度（導電率）を測定し、その値が一定と
なるように自動的にブロー排水流量を調節する方法、す
なわち、循環冷却水の電気伝導度が設定値より高い場合
には該冷却水のブロー排出を行なうと伴にそれに見合う
補給水を補給し、それに連動して水処理薬剤を注入する
が、反対に電気伝導度が設定値より低い場合には該冷却
水のブロー排出を停止する方法、が提案されている。更
に、季節によって、すなわち、夏と冬では大幅に外気温
が異なるので冷却塔の運転条件を大幅に変化させなけれ
ばならず、循環水の水質の管理は大変難かしかった。 【０００６】 【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この管
理方法は薬剤類の濃縮度の調節を主目的とし、間接的に
腐食成分のイオン濃度を推定するもので、塩素イオンな
どの腐食因子の濃度を適確には検知できない。例えば、
補給水や循環水の水質が変化し、電気伝導度にあまり影
響しない変化、例えば塩素イオンが増加し、硫酸イオン
が減少して電気伝導度ではバランスする場合は腐食性の
増大は推定できない。 【０００７】また、循環冷却水中にイオンの形態で存在
する塩類の一部が析出する場合、例えばカルシウム塩、
特に炭酸カルシウムが析出すると電気伝導度が下がり、
ブロー排出流量が減少する方向に調節するので、増々炭
酸カルシウムの析出が生じ、スケールが生成し易くなる
が、上記方法ではスケールなどの汚れ防止の増大は推定
できない。 【０００８】上記したように電気伝導度で水質管理を行
なう方法は循環冷却水中の腐食性の管理やスケールなど
の汚れ防止の管理には問題点を有し、循環冷却水の水質
管理を適正に保つことは困難である。更に、季節によっ
て、すなわち、夏と冬では大幅に外気温が異なるので冷
却塔の運転条件を大幅に変化させなければならず、循環
水の水質の管理は大変難かしかった。 【０００９】 【課題を解決するための手段】本発明は上記のような実
情に鑑みてなしたもので、冷却塔における循環冷却水の
水質管理、特に配管の腐食性把握に基づく防食管理やス
ケールなどの汚れ係数把握に基づくスケール防止管理を
適正に行なうための支援装置を提供することを目的とす
るものである。本発明の要旨は、熱交換器と冷却塔との
間を循環する循環冷却水の水質管理支援装置であって、
上記冷却塔への補給水の一部を受入れ、疑似循環系の加
熱部と放熱部との間を循環水として循環させる加熱・冷
却疑似循環手段、上記疑似循環手段から循環水の一部を
腐食測定装置に導いて、複数の金属電極間の電気化学的
電流ノイズ又は電位ノイズから配管の腐食状態を測定す
る腐食測定手段、腐食測定手段からの測定データより腐
食データを算出する腐食データ算出手段、疑似循環系の
加熱部の運転データ、循環水の水質測定データ及び腐食
データの関係を解析するデータ解析手段、データ解析手
段の解析結果に基づいて、特定の運転条件における循環
水の最適水質条件を予測する最適水質条件予測手段とを
備えてなることを特徴とする冷却塔の循環冷却水の水質
管理支援装置に存する。 【００１０】 【発明の実施の形態】以下、本発明に係る冷却塔におけ
る循環冷却水の水質管理方法の実施形態につき図１〜図
４を参照して詳細に説明する。図１において、１０は冷
却塔、１２は熱交換器である。この冷却塔１０と熱交換
器１２との間には冷却水供給管１４と冷却水戻管１６が
配設され、冷却水供給管１４に循環ポンプ１８が設けら
れている。 【００１１】冷却塔１０には、そのケーシング内に冷却
器（図示せず）が設置され、冷却器の上側に散水器が設
けられ、この散水器には上記冷却水戻管１６が接続され
ている。この冷却器の下側には散水器から散水された冷
却水を受ける受皿が設けられており、該受皿に上記冷却
水供給管１４が接続されている。該ケーシングの上部に
はファンが設置され、側面には通風用開口が設けられて
いる。 【００１２】この熱交換器１２は奪熱部として、また冷
却塔は放熱部として設置され、冷却塔１０の冷却水は循
環ポンプ１８により冷却水供給管１４を経て熱交換器１
２に供給され、熱交換器１２で熱交換された水は循環水
として冷却水戻管１６より冷却塔１０に戻される。従っ
て冷却塔１０、冷却水供給管１４、熱交換器１２、冷却
水戻管１６により循環系が供給されている。 【００１３】この循環系に補給水２０を供給するための
補給系として、補給水の供給管２２が冷却塔１０のケー
シング内に差し込まれるようにして設置されている。ま
た循環系から冷却水をブロー排出するブロー系としては
冷却供給管１４から分岐してブロー弁を設けて弁開閉を
調節して行う方法や上記受皿にブロー配管を設けて行う
方法のいずれでもよく、後者の方法としては図示したよ
うに受皿に別途ブロー配管２４を接続し、ブロー配管２
４にブローポンプ２６及びブロー弁２８を設けて行う。 【００１４】また、この循環系に防食剤、スケール防止
剤などの水処理薬剤を薬注するための水処理装置３０が
設置され、該薬剤は薬剤ポンプ３２を介して薬剤配管３
４を経て該冷却塔１０のケーシング内に差し込まれるよ
うに設置されている。本発明は上記に示すような冷却塔
における循環冷却水の水質管理を支援する装置を提供す
るものであり、その構成を以下に示す。 【００１５】すなわち、図１において、４０は循環冷却
水の水質管理支援装置を示すものであり、冷却塔１０へ
の補給水を一部を受け入れて、水質管理支援装置４０内
に設けられた本来の冷却塔と熱交換器の疑似循環系であ
る放熱部４２と加熱部４４との間を循環水として疑似循
環させ、循環水の最適管理条件を求めるものである。図
２は上記水質管理支援装置４０の実施態様の一例を示す
ものである。上記補給水の一部を疑似循環系の放熱部４
２に受け入れ、循環ポンプ４６等の循環手段によって加
熱部４４と放熱部４２との間を循環水として疑似循環さ
せる。 【００１６】疑似循環系の循環水の一部を腐食測定装置
４８と汚れ測定装置５０に導いて腐食性の状況と汚れ係
数を測定する。すなわち、腐食測定装置４８は配管等の
腐食状態を測定するものであり、電気化学的ノイズ法を
用いて疑似循環系の循環冷却水に浸漬した金属材質を用
いた電極間のカップリング電流、電気化学的電流ノイ
ズ、電気化学的電位ノイズ等を測定し、その測定データ
をデータ処理部５２に取入れ、その腐食状況（腐食速度
（腐食率）や腐食形態）を求める。 【００１７】本発明においては、上記熱交換器１２の使
用条件における循環水の最適な水質条件を上記支援装置
によって求めるものである。すなわち、疑似循環系の循
環水に対する運転データ（加熱部４４の温度や循環量）
を変化させた場合の腐食状況及び水質条件、例えば電気
伝導度やｐＨ値等を種々変化させた時の腐食状況をそれ
ぞれ測定し、これらの測定データを解析して、特定の温
度における循環水の最適な水質条件を求める。 【００１８】図２において疑似循環系の循環水の運転デ
ータ（加熱部４４の温度や循環水の循環量）は制御装置
５４からの制御信号によって変えることができ、また疑
似循環系の循環水の水質条件は水処理装置５６の薬剤の
注入量やブロー弁４５のブロー排水によって調節するこ
とができ、その水質は水質測定装置５８によって測定さ
れる。 【００１９】データ処理部５２には加熱部４４の温度や
疑似循環系の循環水の循環量が制御装置５４から信号６
４により入力され、また水質条件は水質測定装置５８よ
り信号６３により入力される。また疑似循環系の循環水
の腐食状況は上記したように腐食測定装置で測定され、
その測定データは信号６１を経てデータ処理部５２に入
力される。 【００２０】さらに疑似循環系の循環水の汚れについて
は汚れ測定装置５０内のチューブ内に循環水を通し、チ
ューブ外側からヒータで加熱し、その伝熱状態を測定す
ることにより得る。そのデータを信号６２を経てデータ
処理部に入力し、データ処理部５２内で汚れ係数が算出
される。次に、上記腐食測定装置につき詳細に説明す
る。 【００２１】図４に示す装置構成において、本実施形態
例を含む腐食測定装置は、内部に所要量の腐食性溶液
（この場合は冷却水）１２を容納した腐食測定容器１１
を有しており、該腐食性溶液１２中には、腐食測定対象
となる金属表面と同一またはほぼ同一の材質（以下、単
に同一材質という）の３個の測定電極、この場合、第
１、第２および第３の各電極２１、２２、２３が浸漬さ
れて、該金属表面と同一またはほぼ同一の腐食条件（以
下、単に同一腐食条件という）下、この場合、同一また
はほぼ同一の温度条件（以下、単に同一温度条件とい
う）の下に曝らされている。 【００２２】また、前記第１の電極２１と第２の電極２
２間には、内部抵抗がほぼゼロの電流測定回路、いわゆ
る無抵抗電流計（ｚｅｒｏ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ ａ
ｍｍｅｒｔｅｒ）２４を接続させ、前記第２の電極２２
と第３の電極２３間には、該電極側に影響を与えずに信
号電圧を測定し得る入力インピーダンスが非常に大きい
アンプ回路、ここではバッファー回路２５を接続させて
ある。 【００２３】従って、この態様の場合、前記第１の電極
２１と第２の電極２２間には、それぞれの各電極表面の
腐食の進行程度に応じたカップリング電流（結合電流：
Ｉme an）ａを生じ、該カップリング電流ａは、前記無抵
抗電流計２４によって測定され、且つ後述する信号処理
をなした上で、データ処理部（コンピュータ）５２のデ
ータ記憶部７２に時系列で蓄積される。 【００２４】このとき、電気化学的電流ノイズ（Ｉn ）
ｂについては、前記カップリング電流ａの変動をフィル
ター回路、特にバンドパスフィルター回路２６によっ
て、その低周波数領域、特に１Ｈｚ程度以下の周波数領
域、好ましくは０．０１〜１Ｈｚ程度の周波数領域の電
流変動を測定して得ることができ、該測定された電気化
学的電流ノイズｂもまた後述する信号処理をなした上
で、コンピュータ５２のデータ記憶部７２に時系列で蓄
積される。ここで、この電気化学的電流ノイズｂは、コ
ンピュータ５２に取り込まれたカップリング電流ａをし
かるべく演算処理し、その標準偏差を求めることによっ
ても同様に得られる。 【００２５】一方、電気化学的電位ノイズ（Ｖn ）ｃに
ついては、前記第２の電極２２と第３の電極２３間の電
位差（Ｖmean）を前記バッファー回路２５によって測定
すると共に、この電位差の変動をフィルター回路、特に
バンドパスフィルター回路２７によって、その低周波数
領域、特に１Ｈｚ程度以下の周波数領域、好ましくは
０．０１〜１Ｈｚ程度の周波数領域の電位差変動を測定
して得ることができ、該測定された電気化学的電位ノイ
ズｃもまた後述する信号処理をなした上で、コンピュー
タ５２のデータ記憶部７２に時系列で蓄積される。ここ
でも、この電気化学的電位ノイズｃは、前記電位差を直
接データ処理部（コンピュータ）５２に取り込んでしか
るべく演算処理し、その標準偏差を求めることによって
も同様に得られる。 【００２６】次に、前記各測定データ信号（電流および
電圧の各測定データ）をコンピュータ５２に入力するま
でのデータ処理の具体的な回路手段の詳細を図３
（ａ）、（ｂ）に示す。図３（ａ）、（ｂ）は、同上デ
ータ処理回路をアナログ回路によって構成したときの一
例である。この場合、先ず、前記電流信号、即ち、前記
第１の電極２１と第２の電極２２間のカップリング電流
ａは、図３（ａ）にみられるように、無抵抗電流計２４
によって測定されると共に、その電流信号の一方は、信
号の２乗平均を求めるＲＭＳ回路→求めた信号を直流に
変換するＤＣ回路→直流に変換された信号を対数に変換
するＬＯＧ回路からなるコンバータ（以下、対数コンバ
ータという）３１によって対数変換され、さらに、アナ
ログ／デジタルコンバータ（以下、Ａ／Ｄコンバータと
いう）３２によってデジタル変換された後、前記コンピ
ュータ５２にカップリング電流（Ｉmean）ａとして入力
され、電流信号の他方は、バンドパスフィルター回路２
６によって１Ｈｚ程度以下の周波数成分が取り出された
上で、同様に対数コンバータ４１によって対数変換さ
れ、さらに、Ａ／Ｄコンバータ４２によってデジタル変
換された後、前記コンピュータ５２に電気化学的電流ノ
イズ（Ｉn ）ｂとして入力される。 【００２７】次いで、前記電圧信号、即ち、前記第２の
電極２２と第３の電極２３間の電位差は、図３（ｂ）に
みられるように、バッファー回路２５によって測定さ
れ、且つこの信号からバンドパスフィルター回路２７に
よって１Ｈｚ程度以下の周波数成分が取り出された上
で、ここでも、対数コンバータ５１によって対数変換さ
れ、さらに、Ａ／Ｄコンバータ５２によってデジタル変
換された後、前記コンピュータ５２に電気化学的電位ノ
イズ（Ｖn ）ｃとして入力される。 【００２８】図３（ａ）、（ｂ）は、アナログ回路構成
に対応してデータ処理回路をデジタル回路で構成したと
きの一例であるが、デジタル回路構成によっても同様な
作用が得られる。また、前記金属表面と同一材質の金属
片を同一腐食条件下で測定して得た腐食測定データ、即
ち、例えば、前記図４において、前記金属表面と同一材
質の金属からなる試料試験片（細片クーポン）６１を用
い、該試料試験片６１を前記腐食測定容器１１内の腐食
性溶液１２中に同一腐食条件下で一定時間浸漬した後、
これを取り出して、そのときの腐食減量を質量測定器６
２によって測定した質量測定データから求めた腐食度ｄ
についても前記コンピュータ７１のデータ記憶部７２に
蓄積させる。 【００２９】而して、前記データ処理部（コンピュー
タ）５２においては、図４に示されている如く、前記デ
ータ記憶部７２に蓄積されているそれぞれの各測定デー
タ、つまり、前記カップリング電流（Ｉmean）ａと、電
気化学的電流ノイズ（Ｉn ）ｂおよび電気化学的電位ノ
イズ（Ｖn ）ｃと、それに腐食度ｄとの各測定データに
基づき、次の（１）、（２）、（３）式によって対応す
るそれぞれの各腐食係数Ｋ1 、Ｋ2 、Ｋ3 を算出する。
第１の腐食係数Ｋ1 の算出（算出過程７３） 【００３０】 【数１】 Ｃn ＝Ｋ1 ＊ΣＩmean Ｋ1 ＝Ｃn ／ΣＩmean …（１） 【００３１】ここで、Ｃn は、腐食溶液１２中に金属試
料試験片６１を所定時間浸漬したときの腐食度（ｍｍ）
ｄであり、ΣＩmeanは、腐食度（ｄ）Ｃn に対応した時
間（所定時間）に相当するＩmeanの蓄積量（アンペア）
である。第２の腐食係数Ｋ2 の算出（算出過程７４） 【００３２】 【数２】 Ｃn ＝Ｋ2 ／ΣＲn ＝Ｋ2 ・ΣＩn ／Ｖn Ｋ2 ＝Ｃn ／ΣＩn ／Ｖn …（２） 【００３３】ここで、ΣＩn ／Ｖn は、腐食度Ｃn に対
応した時間（所定時間）に相当するＩn （電気化学的電
流ノイズｂ）／Ｖn （電気化学的電位ノイズｃ）の比の
蓄積量（アンペア／ボルト）である。 第３の腐食係数Ｋ3 の算出（算出過程７５） 【００３４】 【数３】【００３５】ここで、ΣＩn と、ΣＩmeanおよびΣＶn
とは、腐食度（ｄ）Ｃn に対応した時間（所定時間）に
相当するＩn （電気化学的電流ノイズｂ）の蓄積量（ア
ンペア）と、Ｉmean（カップリング電流ａ）の蓄積量
（アンペア）およびＶn （電気化学的電位ノイズｃ）の
蓄積量（ボルト）である。次に、前記算出したそれぞれ
の各腐食係数Ｋ1 、Ｋ2 、Ｋ3 を用いることで、特定の
時間周期毎に測定したＩmean（カップリング電流ａ）
と、Ｉn （電気化学的電流ノイズｂ）およびＶn （電気
化学的電位ノイズｃ）の各測定データに基づき、腐食デ
ータ算出部７３において、次の（４）、（５）、（６）
式によって対応するそれぞれの各腐食速度（ｍｍ／年）
Ｃ1 、Ｃ2 、Ｃ3 を算出する。 第１の腐食速度Ｃ1 の算出（算出過程７６） 【００３６】 【数４】 Ｃ1 ＝Ｋ1 ×Ｉmean …（４） 【００３７】第２の腐食速度Ｃ2 の算出（算出過程７
７） 【００３８】 【数５】 Ｃ2 ＝Ｋ2 ・Ｉn ／Ｖn …（５） 【００３９】第３の腐食速度Ｃ3 の算出（算出過程７
８） 【００４０】 【数６】 【００４１】さらに、前記算出した各腐食速度（ｍｍ／
年）Ｃ1 、Ｃ2 、Ｃ3 を算術平均した値を平均腐食速度
Ｃ4 として算出する。 平均腐食速度Ｃ4 の算出（算出過程７９） 【００４２】 【数７】 【００４３】ここで、以上のようにして得られる腐食速
度Ｃ1 、Ｃ2 、Ｃ3 および平均腐食速度Ｃ4 のデータは
データ解析部７３に送られる。データ解析部７４におい
ては腐食データ算出部７３からの腐食データや制御装置
５４からの疑似循環系の循環水の運転データ（加熱部４
４の温度や循環量）６４や水質測定データ５８の循環水
の水質測定データ６３を取り入れて、運転データ、水質
測定データ及び腐食データとの関係を関係式やグラフ形
式で解析処理する。 【００４４】次に外部から循環水の運転条件データ（図
１の熱交換器１２の運転条件データ）を条件設定部７６
に入力すると最適水質条件予測部７５において、上記し
たデータ解析部７４で解析した結果（関係式やグラフ）
に基づいて最適水質条件の予測結果をＣＲＴ７７やプリ
ンター７８に表示する。その出力表示の結果に基づいて
図１の循環水の水質管理条件の管理値（目標値）を変更
し、その管理値に調節すべく、水処理装置３０の薬剤注
入量を薬剤ポンプ３２により調節したり、またブロー弁
２８により循環水のブロー排水量を調節する。 【００４５】上記循環水の水質管理条件の目標値の変更
は図４の最適水質条件予測部７５からの制御信号７９に
よって自動的に行なってもよい。このような制御を行な
うことにより例えば季節変化（外気温変化）によって運
転条件が大幅に変わる場合にも、運転条件に合った水質
条件が得られる。 【００４６】 【発明の効果】本発明の装置によれば冷却塔を最適条件
で運転することが可能となり、安定した連続運転が可能
となる。
冷却水の水質管理支援装置に関するものである。 【０００２】 【従来の技術】従来より化学プラントにおいて種々の装
置、例えば、反応器、蒸留塔や熱交換器等の熱交換部に
冷却水が用いられ、該冷却水としては冷却塔で冷却され
た循環冷却水が使用されている。上記冷却塔（冷水塔）
は循環冷却水にファン等で空気と直接接触させて水を蒸
発させ、その潜熱により水を冷却する。この方法は冷却
水と空気とを直接接触させているので、単に空気の温度
を低くして熱を除去する空冷式の冷却器より効率がよ
い。 【０００３】冷却塔の管理として開放式循環冷却水系の
腐食防止、スケール防止及びスライム付着防止を目的と
して種々の水処理薬剤が冷却水に添加されているが、こ
れらの水処理薬剤の添加効果を有効に達成するために
は、冷却水中の水処理薬剤濃度を所望の濃度範囲に維
持、コントロールする必要がある。一方開放式循環冷却
水系では循環冷却水の一部が冷却塔で蒸発するため補給
水中に含まれて系内に持ち込まれるカルシウムやマグネ
シウム等の塩類やＳｉＯ2等が該循環冷却水系で濃縮さ
れ、スケール生成の原因となり熱交換効率を低下させる
ため濃縮された冷却水の一部をブローして系外へ排出
し、それに見合う補給水と防食剤（腐食防止剤）、スケ
ール防止剤等の水処理薬剤を補給することが行なわれて
いる。 【０００４】しかしながら上記防食剤やスケール防止剤
等の薬剤注入は上記したブロー排出水量や蒸発、飛散、
漏洩等の損失水量に見合う補給水量に応じて決められる
が、損失水量を実測することは困難であり、実験的又は
経験的に損失水量を推定しているため、上記補給水量は
必ずしも正確な推定値とは言えず、薬剤類を所望の濃度
に保持することは必ずしも容易ではない。 【０００５】そのため最近上記防食剤やスケール防止剤
等の薬剤注入の管理法として冷却塔内の水槽中の循環冷
却水の電気伝導度（導電率）を測定し、その値が一定と
なるように自動的にブロー排水流量を調節する方法、す
なわち、循環冷却水の電気伝導度が設定値より高い場合
には該冷却水のブロー排出を行なうと伴にそれに見合う
補給水を補給し、それに連動して水処理薬剤を注入する
が、反対に電気伝導度が設定値より低い場合には該冷却
水のブロー排出を停止する方法、が提案されている。更
に、季節によって、すなわち、夏と冬では大幅に外気温
が異なるので冷却塔の運転条件を大幅に変化させなけれ
ばならず、循環水の水質の管理は大変難かしかった。 【０００６】 【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この管
理方法は薬剤類の濃縮度の調節を主目的とし、間接的に
腐食成分のイオン濃度を推定するもので、塩素イオンな
どの腐食因子の濃度を適確には検知できない。例えば、
補給水や循環水の水質が変化し、電気伝導度にあまり影
響しない変化、例えば塩素イオンが増加し、硫酸イオン
が減少して電気伝導度ではバランスする場合は腐食性の
増大は推定できない。 【０００７】また、循環冷却水中にイオンの形態で存在
する塩類の一部が析出する場合、例えばカルシウム塩、
特に炭酸カルシウムが析出すると電気伝導度が下がり、
ブロー排出流量が減少する方向に調節するので、増々炭
酸カルシウムの析出が生じ、スケールが生成し易くなる
が、上記方法ではスケールなどの汚れ防止の増大は推定
できない。 【０００８】上記したように電気伝導度で水質管理を行
なう方法は循環冷却水中の腐食性の管理やスケールなど
の汚れ防止の管理には問題点を有し、循環冷却水の水質
管理を適正に保つことは困難である。更に、季節によっ
て、すなわち、夏と冬では大幅に外気温が異なるので冷
却塔の運転条件を大幅に変化させなければならず、循環
水の水質の管理は大変難かしかった。 【０００９】 【課題を解決するための手段】本発明は上記のような実
情に鑑みてなしたもので、冷却塔における循環冷却水の
水質管理、特に配管の腐食性把握に基づく防食管理やス
ケールなどの汚れ係数把握に基づくスケール防止管理を
適正に行なうための支援装置を提供することを目的とす
るものである。本発明の要旨は、熱交換器と冷却塔との
間を循環する循環冷却水の水質管理支援装置であって、
上記冷却塔への補給水の一部を受入れ、疑似循環系の加
熱部と放熱部との間を循環水として循環させる加熱・冷
却疑似循環手段、上記疑似循環手段から循環水の一部を
腐食測定装置に導いて、複数の金属電極間の電気化学的
電流ノイズ又は電位ノイズから配管の腐食状態を測定す
る腐食測定手段、腐食測定手段からの測定データより腐
食データを算出する腐食データ算出手段、疑似循環系の
加熱部の運転データ、循環水の水質測定データ及び腐食
データの関係を解析するデータ解析手段、データ解析手
段の解析結果に基づいて、特定の運転条件における循環
水の最適水質条件を予測する最適水質条件予測手段とを
備えてなることを特徴とする冷却塔の循環冷却水の水質
管理支援装置に存する。 【００１０】 【発明の実施の形態】以下、本発明に係る冷却塔におけ
る循環冷却水の水質管理方法の実施形態につき図１〜図
４を参照して詳細に説明する。図１において、１０は冷
却塔、１２は熱交換器である。この冷却塔１０と熱交換
器１２との間には冷却水供給管１４と冷却水戻管１６が
配設され、冷却水供給管１４に循環ポンプ１８が設けら
れている。 【００１１】冷却塔１０には、そのケーシング内に冷却
器（図示せず）が設置され、冷却器の上側に散水器が設
けられ、この散水器には上記冷却水戻管１６が接続され
ている。この冷却器の下側には散水器から散水された冷
却水を受ける受皿が設けられており、該受皿に上記冷却
水供給管１４が接続されている。該ケーシングの上部に
はファンが設置され、側面には通風用開口が設けられて
いる。 【００１２】この熱交換器１２は奪熱部として、また冷
却塔は放熱部として設置され、冷却塔１０の冷却水は循
環ポンプ１８により冷却水供給管１４を経て熱交換器１
２に供給され、熱交換器１２で熱交換された水は循環水
として冷却水戻管１６より冷却塔１０に戻される。従っ
て冷却塔１０、冷却水供給管１４、熱交換器１２、冷却
水戻管１６により循環系が供給されている。 【００１３】この循環系に補給水２０を供給するための
補給系として、補給水の供給管２２が冷却塔１０のケー
シング内に差し込まれるようにして設置されている。ま
た循環系から冷却水をブロー排出するブロー系としては
冷却供給管１４から分岐してブロー弁を設けて弁開閉を
調節して行う方法や上記受皿にブロー配管を設けて行う
方法のいずれでもよく、後者の方法としては図示したよ
うに受皿に別途ブロー配管２４を接続し、ブロー配管２
４にブローポンプ２６及びブロー弁２８を設けて行う。 【００１４】また、この循環系に防食剤、スケール防止
剤などの水処理薬剤を薬注するための水処理装置３０が
設置され、該薬剤は薬剤ポンプ３２を介して薬剤配管３
４を経て該冷却塔１０のケーシング内に差し込まれるよ
うに設置されている。本発明は上記に示すような冷却塔
における循環冷却水の水質管理を支援する装置を提供す
るものであり、その構成を以下に示す。 【００１５】すなわち、図１において、４０は循環冷却
水の水質管理支援装置を示すものであり、冷却塔１０へ
の補給水を一部を受け入れて、水質管理支援装置４０内
に設けられた本来の冷却塔と熱交換器の疑似循環系であ
る放熱部４２と加熱部４４との間を循環水として疑似循
環させ、循環水の最適管理条件を求めるものである。図
２は上記水質管理支援装置４０の実施態様の一例を示す
ものである。上記補給水の一部を疑似循環系の放熱部４
２に受け入れ、循環ポンプ４６等の循環手段によって加
熱部４４と放熱部４２との間を循環水として疑似循環さ
せる。 【００１６】疑似循環系の循環水の一部を腐食測定装置
４８と汚れ測定装置５０に導いて腐食性の状況と汚れ係
数を測定する。すなわち、腐食測定装置４８は配管等の
腐食状態を測定するものであり、電気化学的ノイズ法を
用いて疑似循環系の循環冷却水に浸漬した金属材質を用
いた電極間のカップリング電流、電気化学的電流ノイ
ズ、電気化学的電位ノイズ等を測定し、その測定データ
をデータ処理部５２に取入れ、その腐食状況（腐食速度
（腐食率）や腐食形態）を求める。 【００１７】本発明においては、上記熱交換器１２の使
用条件における循環水の最適な水質条件を上記支援装置
によって求めるものである。すなわち、疑似循環系の循
環水に対する運転データ（加熱部４４の温度や循環量）
を変化させた場合の腐食状況及び水質条件、例えば電気
伝導度やｐＨ値等を種々変化させた時の腐食状況をそれ
ぞれ測定し、これらの測定データを解析して、特定の温
度における循環水の最適な水質条件を求める。 【００１８】図２において疑似循環系の循環水の運転デ
ータ（加熱部４４の温度や循環水の循環量）は制御装置
５４からの制御信号によって変えることができ、また疑
似循環系の循環水の水質条件は水処理装置５６の薬剤の
注入量やブロー弁４５のブロー排水によって調節するこ
とができ、その水質は水質測定装置５８によって測定さ
れる。 【００１９】データ処理部５２には加熱部４４の温度や
疑似循環系の循環水の循環量が制御装置５４から信号６
４により入力され、また水質条件は水質測定装置５８よ
り信号６３により入力される。また疑似循環系の循環水
の腐食状況は上記したように腐食測定装置で測定され、
その測定データは信号６１を経てデータ処理部５２に入
力される。 【００２０】さらに疑似循環系の循環水の汚れについて
は汚れ測定装置５０内のチューブ内に循環水を通し、チ
ューブ外側からヒータで加熱し、その伝熱状態を測定す
ることにより得る。そのデータを信号６２を経てデータ
処理部に入力し、データ処理部５２内で汚れ係数が算出
される。次に、上記腐食測定装置につき詳細に説明す
る。 【００２１】図４に示す装置構成において、本実施形態
例を含む腐食測定装置は、内部に所要量の腐食性溶液
（この場合は冷却水）１２を容納した腐食測定容器１１
を有しており、該腐食性溶液１２中には、腐食測定対象
となる金属表面と同一またはほぼ同一の材質（以下、単
に同一材質という）の３個の測定電極、この場合、第
１、第２および第３の各電極２１、２２、２３が浸漬さ
れて、該金属表面と同一またはほぼ同一の腐食条件（以
下、単に同一腐食条件という）下、この場合、同一また
はほぼ同一の温度条件（以下、単に同一温度条件とい
う）の下に曝らされている。 【００２２】また、前記第１の電極２１と第２の電極２
２間には、内部抵抗がほぼゼロの電流測定回路、いわゆ
る無抵抗電流計（ｚｅｒｏ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ ａ
ｍｍｅｒｔｅｒ）２４を接続させ、前記第２の電極２２
と第３の電極２３間には、該電極側に影響を与えずに信
号電圧を測定し得る入力インピーダンスが非常に大きい
アンプ回路、ここではバッファー回路２５を接続させて
ある。 【００２３】従って、この態様の場合、前記第１の電極
２１と第２の電極２２間には、それぞれの各電極表面の
腐食の進行程度に応じたカップリング電流（結合電流：
Ｉme an）ａを生じ、該カップリング電流ａは、前記無抵
抗電流計２４によって測定され、且つ後述する信号処理
をなした上で、データ処理部（コンピュータ）５２のデ
ータ記憶部７２に時系列で蓄積される。 【００２４】このとき、電気化学的電流ノイズ（Ｉn ）
ｂについては、前記カップリング電流ａの変動をフィル
ター回路、特にバンドパスフィルター回路２６によっ
て、その低周波数領域、特に１Ｈｚ程度以下の周波数領
域、好ましくは０．０１〜１Ｈｚ程度の周波数領域の電
流変動を測定して得ることができ、該測定された電気化
学的電流ノイズｂもまた後述する信号処理をなした上
で、コンピュータ５２のデータ記憶部７２に時系列で蓄
積される。ここで、この電気化学的電流ノイズｂは、コ
ンピュータ５２に取り込まれたカップリング電流ａをし
かるべく演算処理し、その標準偏差を求めることによっ
ても同様に得られる。 【００２５】一方、電気化学的電位ノイズ（Ｖn ）ｃに
ついては、前記第２の電極２２と第３の電極２３間の電
位差（Ｖmean）を前記バッファー回路２５によって測定
すると共に、この電位差の変動をフィルター回路、特に
バンドパスフィルター回路２７によって、その低周波数
領域、特に１Ｈｚ程度以下の周波数領域、好ましくは
０．０１〜１Ｈｚ程度の周波数領域の電位差変動を測定
して得ることができ、該測定された電気化学的電位ノイ
ズｃもまた後述する信号処理をなした上で、コンピュー
タ５２のデータ記憶部７２に時系列で蓄積される。ここ
でも、この電気化学的電位ノイズｃは、前記電位差を直
接データ処理部（コンピュータ）５２に取り込んでしか
るべく演算処理し、その標準偏差を求めることによって
も同様に得られる。 【００２６】次に、前記各測定データ信号（電流および
電圧の各測定データ）をコンピュータ５２に入力するま
でのデータ処理の具体的な回路手段の詳細を図３
（ａ）、（ｂ）に示す。図３（ａ）、（ｂ）は、同上デ
ータ処理回路をアナログ回路によって構成したときの一
例である。この場合、先ず、前記電流信号、即ち、前記
第１の電極２１と第２の電極２２間のカップリング電流
ａは、図３（ａ）にみられるように、無抵抗電流計２４
によって測定されると共に、その電流信号の一方は、信
号の２乗平均を求めるＲＭＳ回路→求めた信号を直流に
変換するＤＣ回路→直流に変換された信号を対数に変換
するＬＯＧ回路からなるコンバータ（以下、対数コンバ
ータという）３１によって対数変換され、さらに、アナ
ログ／デジタルコンバータ（以下、Ａ／Ｄコンバータと
いう）３２によってデジタル変換された後、前記コンピ
ュータ５２にカップリング電流（Ｉmean）ａとして入力
され、電流信号の他方は、バンドパスフィルター回路２
６によって１Ｈｚ程度以下の周波数成分が取り出された
上で、同様に対数コンバータ４１によって対数変換さ
れ、さらに、Ａ／Ｄコンバータ４２によってデジタル変
換された後、前記コンピュータ５２に電気化学的電流ノ
イズ（Ｉn ）ｂとして入力される。 【００２７】次いで、前記電圧信号、即ち、前記第２の
電極２２と第３の電極２３間の電位差は、図３（ｂ）に
みられるように、バッファー回路２５によって測定さ
れ、且つこの信号からバンドパスフィルター回路２７に
よって１Ｈｚ程度以下の周波数成分が取り出された上
で、ここでも、対数コンバータ５１によって対数変換さ
れ、さらに、Ａ／Ｄコンバータ５２によってデジタル変
換された後、前記コンピュータ５２に電気化学的電位ノ
イズ（Ｖn ）ｃとして入力される。 【００２８】図３（ａ）、（ｂ）は、アナログ回路構成
に対応してデータ処理回路をデジタル回路で構成したと
きの一例であるが、デジタル回路構成によっても同様な
作用が得られる。また、前記金属表面と同一材質の金属
片を同一腐食条件下で測定して得た腐食測定データ、即
ち、例えば、前記図４において、前記金属表面と同一材
質の金属からなる試料試験片（細片クーポン）６１を用
い、該試料試験片６１を前記腐食測定容器１１内の腐食
性溶液１２中に同一腐食条件下で一定時間浸漬した後、
これを取り出して、そのときの腐食減量を質量測定器６
２によって測定した質量測定データから求めた腐食度ｄ
についても前記コンピュータ７１のデータ記憶部７２に
蓄積させる。 【００２９】而して、前記データ処理部（コンピュー
タ）５２においては、図４に示されている如く、前記デ
ータ記憶部７２に蓄積されているそれぞれの各測定デー
タ、つまり、前記カップリング電流（Ｉmean）ａと、電
気化学的電流ノイズ（Ｉn ）ｂおよび電気化学的電位ノ
イズ（Ｖn ）ｃと、それに腐食度ｄとの各測定データに
基づき、次の（１）、（２）、（３）式によって対応す
るそれぞれの各腐食係数Ｋ1 、Ｋ2 、Ｋ3 を算出する。
第１の腐食係数Ｋ1 の算出（算出過程７３） 【００３０】 【数１】 Ｃn ＝Ｋ1 ＊ΣＩmean Ｋ1 ＝Ｃn ／ΣＩmean …（１） 【００３１】ここで、Ｃn は、腐食溶液１２中に金属試
料試験片６１を所定時間浸漬したときの腐食度（ｍｍ）
ｄであり、ΣＩmeanは、腐食度（ｄ）Ｃn に対応した時
間（所定時間）に相当するＩmeanの蓄積量（アンペア）
である。第２の腐食係数Ｋ2 の算出（算出過程７４） 【００３２】 【数２】 Ｃn ＝Ｋ2 ／ΣＲn ＝Ｋ2 ・ΣＩn ／Ｖn Ｋ2 ＝Ｃn ／ΣＩn ／Ｖn …（２） 【００３３】ここで、ΣＩn ／Ｖn は、腐食度Ｃn に対
応した時間（所定時間）に相当するＩn （電気化学的電
流ノイズｂ）／Ｖn （電気化学的電位ノイズｃ）の比の
蓄積量（アンペア／ボルト）である。 第３の腐食係数Ｋ3 の算出（算出過程７５） 【００３４】 【数３】【００３５】ここで、ΣＩn と、ΣＩmeanおよびΣＶn
とは、腐食度（ｄ）Ｃn に対応した時間（所定時間）に
相当するＩn （電気化学的電流ノイズｂ）の蓄積量（ア
ンペア）と、Ｉmean（カップリング電流ａ）の蓄積量
（アンペア）およびＶn （電気化学的電位ノイズｃ）の
蓄積量（ボルト）である。次に、前記算出したそれぞれ
の各腐食係数Ｋ1 、Ｋ2 、Ｋ3 を用いることで、特定の
時間周期毎に測定したＩmean（カップリング電流ａ）
と、Ｉn （電気化学的電流ノイズｂ）およびＶn （電気
化学的電位ノイズｃ）の各測定データに基づき、腐食デ
ータ算出部７３において、次の（４）、（５）、（６）
式によって対応するそれぞれの各腐食速度（ｍｍ／年）
Ｃ1 、Ｃ2 、Ｃ3 を算出する。 第１の腐食速度Ｃ1 の算出（算出過程７６） 【００３６】 【数４】 Ｃ1 ＝Ｋ1 ×Ｉmean …（４） 【００３７】第２の腐食速度Ｃ2 の算出（算出過程７
７） 【００３８】 【数５】 Ｃ2 ＝Ｋ2 ・Ｉn ／Ｖn …（５） 【００３９】第３の腐食速度Ｃ3 の算出（算出過程７
８） 【００４０】 【数６】 【００４１】さらに、前記算出した各腐食速度（ｍｍ／
年）Ｃ1 、Ｃ2 、Ｃ3 を算術平均した値を平均腐食速度
Ｃ4 として算出する。 平均腐食速度Ｃ4 の算出（算出過程７９） 【００４２】 【数７】 【００４３】ここで、以上のようにして得られる腐食速
度Ｃ1 、Ｃ2 、Ｃ3 および平均腐食速度Ｃ4 のデータは
データ解析部７３に送られる。データ解析部７４におい
ては腐食データ算出部７３からの腐食データや制御装置
５４からの疑似循環系の循環水の運転データ（加熱部４
４の温度や循環量）６４や水質測定データ５８の循環水
の水質測定データ６３を取り入れて、運転データ、水質
測定データ及び腐食データとの関係を関係式やグラフ形
式で解析処理する。 【００４４】次に外部から循環水の運転条件データ（図
１の熱交換器１２の運転条件データ）を条件設定部７６
に入力すると最適水質条件予測部７５において、上記し
たデータ解析部７４で解析した結果（関係式やグラフ）
に基づいて最適水質条件の予測結果をＣＲＴ７７やプリ
ンター７８に表示する。その出力表示の結果に基づいて
図１の循環水の水質管理条件の管理値（目標値）を変更
し、その管理値に調節すべく、水処理装置３０の薬剤注
入量を薬剤ポンプ３２により調節したり、またブロー弁
２８により循環水のブロー排水量を調節する。 【００４５】上記循環水の水質管理条件の目標値の変更
は図４の最適水質条件予測部７５からの制御信号７９に
よって自動的に行なってもよい。このような制御を行な
うことにより例えば季節変化（外気温変化）によって運
転条件が大幅に変わる場合にも、運転条件に合った水質
条件が得られる。 【００４６】 【発明の効果】本発明の装置によれば冷却塔を最適条件
で運転することが可能となり、安定した連続運転が可能
となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の支援装置を適用した冷却塔のフローの
概略説明図 【図２】本発明の支援装置の概略説明図 【図３】データ処理の流れを示す概略説明図 【図４】腐食測定装置の構成の概略説明図 【符号の説明】 １０ 冷却塔 １２ 熱交換器 ４０ 水質管理支援装置 ４２ 放熱部 ４４ 加熱部 ４８ 腐食測定装置 ５２ データ処理部 ７４ データ解析部 ７５ 最適水質条件予測部
概略説明図 【図２】本発明の支援装置の概略説明図 【図３】データ処理の流れを示す概略説明図 【図４】腐食測定装置の構成の概略説明図 【符号の説明】 １０ 冷却塔 １２ 熱交換器 ４０ 水質管理支援装置 ４２ 放熱部 ４４ 加熱部 ４８ 腐食測定装置 ５２ データ処理部 ７４ データ解析部 ７５ 最適水質条件予測部
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
G01N 27/26
G01N 33/18
ＪＩＣＳＴファイル（ＪＯＩＳ)
Claims (1)
- (57)【特許請求の範囲】 【請求項１】 熱交換器と冷却塔との間を循環する循環
冷却水の水質管理支援装置であって、上記冷却塔への補
給水の一部を受入れ、疑似循環系の加熱部と放熱部との
間を循環水として循環させる加熱・冷却疑似循環手段、
上記疑似循環手段から循環水の一部を腐食測定装置に導
いて、複数の金属電極間の電気化学的電流ノイズ又は電
位ノイズから配管の腐食状態を測定する腐食測定手段、
腐食測定手段からの測定データより腐食データを算出す
る腐食データ算出手段、疑似循環系の加熱部の運転デー
タ、循環水の水質測定データ及び腐食データの関係を解
析するデータ解析手段、データ解析手段の解析結果に基
づいて、特定の運転条件における循環水の最適水質条件
を予測する最適水質条件予測手段とを備えてなることを
特徴とする冷却塔の循環冷却水の水質管理支援装置。
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| JP31170796A JP3508430B2 (ja) | 1996-11-22 | 1996-11-22 | 冷却塔の循環冷却水の水質管理支援装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP31170796A JP3508430B2 (ja) | 1996-11-22 | 1996-11-22 | 冷却塔の循環冷却水の水質管理支援装置 |
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Family Applications (1)
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