JP6724458B2

JP6724458B2 - 薬注制御方法

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Publication number: JP6724458B2
Application number: JP2016058819A
Authority: JP
Inventors: 周子進邦; 英之小森
Original assignee: Kurita Water Industries Ltd
Current assignee: Kurita Water Industries Ltd
Priority date: 2016-03-23
Filing date: 2016-03-23
Publication date: 2020-07-15
Anticipated expiration: 2036-03-23
Also published as: JP2017170332A

Description

本発明は、ボイラ給水等の水系においてスケール防止剤の薬注量を制御する方法に係り、特に給水の硬度を検出して薬注量を制御する方法の改良に関する。なお、本発明において、スケール防止剤は、スケール成分の分散、付着したスケールの剥離等を含めた広義の剤である。

ボイラ給水系では、図１のように、原水を軟水器１で処理して硬度成分を除去した後、ボイラ４に給水するようにしている。この軟水器からの給水中の硬度成分濃度を測定し、給水にスケール防止剤を添加する（特許文献１）。

特開２００３−３２９２０９号公報

軟水器１からの硬度リーク量がかなり多い場合、薬注量もそれに合わせて多くする必要があるが、薬注ポンプの薬注量には限度があり、必要薬注量が薬注ポンプの吐出能力を超えた場合には、薬注不足が発生することになる。この対策として、薬注ポンプとして容量の大きいものを設置したり、薬注ポンプを複数台設置して最大薬注量を増大させることが考えられるが、設備コストが高くなる。

また、最大吐出量の多い薬注ポンプは、吐出量が小さい場合の薬注量精度が低いため、硬度リークが少ない場合の薬注量精度が悪くなるという課題もある。

また、一度に過度に多量の薬注を行うと、給水中で薬剤がゲル化するおそれがある。

本発明は、薬注設備の最大薬注量を増大させることなく、リーク硬度量に応じた適切な薬注量とすることができる薬注制御方法を提供することを一つの目的とする。

第１発明の薬注制御方法は、給水の硬度を検出し、検出結果に基づいて薬注装置によって該給水にスケール防止剤を添加する薬注制御方法において、直近の所定期間における最大の硬度検出値に応じた必要薬注量にて薬注することを特徴とするものである。

第２発明の薬注制御方法は、給水の硬度を検出し、検出結果に基づいて薬注装置によって該給水にスケール防止剤を添加する薬注制御方法において、硬度検出値に応じた必要薬注量にて薬注を行う薬注制御方法であって、必要薬注量が基準薬注量超となった場合、もしくは、硬度検出値が基準硬度量超となった場合には、その後の硬度検出時における必要薬注量が前記必要薬注量を下回るようになった後も、所定時間、その後の硬度検出時における必要薬注量よりも多い薬注量にて薬注することを特徴とするものである。

本発明の一態様では、硬度検出値に応じた必要薬注量が、薬注装置の最大薬注量（以下、薬注上限値という。）以上となった場合には、その後の硬度検出時における必要薬注量が前記必要薬注量を下回るようになった後も、所定時間、その後の硬度検出時における必要薬注量よりも多い薬注量にて薬注する。

本発明の一態様では、前記所定時間における薬注量は前記薬注上限値である。

本発明の一態様では、硬度の測定を間欠的に行い、硬度が測定される度毎に必要薬注量の計算を行う。

本発明の一態様では、前記所定時間は、予め設定した略一定の時間である。

本発明の一態様では、前記所定時間は、直近の所定期間内の基準硬度量を超過した回数、基準硬度量以上の範囲に設けた所定硬度値を超過した回数、必要薬注量の薬注回数、薬注上限値に達した回数のいずれかを考慮して設定される。

本発明の一態様では、直近の所定期間内において、薬注上限値相当硬度を超えた硬度の合計値（Ｓ_１）を求めると共に、必要薬注量が薬注上限値を下回るようになった後、薬注上限値相当硬度と検出硬度との差の合計値（Ｓ_２）を求め、Ｓ_１がＳ_２を上回るようになるまで、薬注上限値にて薬注を行う。

本発明の一態様では、直近の所定期間内において、必要薬注量が薬注上限値に到達した回数ｎをカウントし、必要薬注量が薬注上限値を下回るようになったときから所定時間Ｔは薬注上限値にて薬注を行う。

本発明の一態様では、給水はボイラ給水である。

なお、本発明において、必要薬注量とは、ボイラ缶内においてスケールを防止するのに必要な薬注量であって、硬度に比例した量として設定してもよく、また、所定の硬度検出範囲毎に応じて予め設定した量としてもよい。硬度に比例させた薬注量とは、硬度検出値ｃ（ｍｇ／Ｌ）に対して定数αを乗じたα・ｃとして計算する検量線による正比例方式でもよく、予め設定された検量関係による方式であってもよい。また、所定の硬度検出範囲毎に応じて予め設定するとは、例えば
硬度ｃ_１未満の場合硬度ｃ_１に対応した薬注量Ａ_１
硬度ｃ_１〜ｃ_２未満の場合硬度ｃ_２に対応した薬注量Ａ_２
硬度ｃ_２〜ｃ_３未満の場合硬度ｃ_３に対応した薬注量Ａ_３
硬度ｃ_３以上の場合原水硬度等を参照して予め設定した薬注量Ａ_４
というように硬度検出値を所定の範囲毎に分けて、当該範囲に対応した薬注量を設定するなどが挙げられる。この例では、薬注量は４段階となっているが、３又は５〜１０段階であってもよく、これ以上であってもよい。また、各硬度検出範囲の上限値に合わせて薬注量を設定しているが、硬度検出範囲の平均値に合わせて薬注しても良いし、硬度検出範囲のある点の硬度に合わせて薬注しても良い。さらに、硬度ｃ_３以上の場合に原水硬度に合わせて薬注量を設定しているが、それ以下の硬度に合わせて薬注量を設定してもよい。

本発明によると、硬度に比例させた薬注量計算値が薬注ポンプ等の薬注設備の最大薬注量などの基準薬注量を超えるようになった場合でも、その後、硬度に比例させた薬注量が基準薬注量を下回るようになった後に、しばらくは最大薬注量などの薬注量を維持する。これにより、不足していたスケール防止剤が追加薬注されるので、ボイラ等における薬注不足が解消される。

なお、軟水器からの硬度リークが一時的に高くなった場合、その後硬度リークが低下したときでも、再度硬度リークが高くなることが多いので、硬度リークが一時的に高くなった場合には、その後に硬度リークが低下しても薬注量を継続して多くすることが望ましいことがある。

本発明の一態様によると、このように硬度リークが生じた場合でも薬注量を継続して多くすることができる。

ボイラ給水システムのブロック図である。実施の形態の説明図である。実施の形態の説明図である。実施の形態の説明図である。実施の形態の説明図である。実施の形態の説明図である。実施の形態の説明図である。比較例の説明図である。

以下、図面を参照して実施の形態ついて説明する。

図１は、イオン交換樹脂を内蔵した軟水器（軟化器）１からの給水を配管２を介して給水タンク３に導入し、該給水タンク３から複数のボイラ（例えば小型貫流ボイラ）４に供給する給水システムを示している。図１では、軟水器１からの給水中の硬度成分濃度を硬度センサ５で検出し、給水流量を流量計８で検出し、これらの検出値を制御器６に入力し、検出値に応じて薬注ポンプ７を作動させて給水タンク３への薬注量を制御する。なお、薬注箇所は給水タンク３以外であってもよい。検出器が上流であり、薬注箇所が下流の位置関係となっていれば、検出器と薬注箇所は、配管２、タンク３、タンクの後であって分岐前の配管のいずれであっても良い。

硬度の測定は、以下の各実施の形態では５分に１回行っているが、これに限定されず、３０秒〜１日に１回であれば良く、好ましくは１〜３０分に１回程度行う。また、連続して硬度を測定する場合には、検出された硬度をそのまま利用してもよいし、、所定時間（好ましくは１〜３０分間、例えば５分間）の平均値を硬度測定値としてもよい。

以下の各実施の形態では、図１のボイラ給水システムにおいて、軟水器１からの給水中の硬度濃度を配管２に設けた硬度センサ５で５分に１回の頻度で検出し、この検出結果に基づいて薬注ポンプ７の吐出量を制御することにより、薬液（スケール防止剤の溶液）の添加量を制御する。なお、この実施の形態では、薬注ポンプ７の最大薬注能力は２００ｍｇ／Ｌ（薬注された水中の薬剤濃度が２００ｍｇ／Ｌとなる薬注能力）である。

薬注ポンプ７は連続的に駆動されてもよく、薬注するときだけ駆動されてもよい。後者の場合、ポンプの回転数は一定としておき、駆動時間を長短調整して薬注量を制御してもよく、駆動時間とショット間隔の併用で調整してもよい。

図２は、第１発明の制御方法を示すものであり、過去の所定時間ａ（この場合は３０分間）の検出硬度の最大値に基づいて薬注量を決定している。薬注量は、以下の通りに設定した。
硬度１ｍｇ／Ｌ未満の場合硬度１ｍｇ/Ｌに対応した薬注量２ｍｇ／Ｌ
硬度１〜３ｍｇ／Ｌ未満の場合硬度３ｍｇ／Ｌに対応した薬注量１０ｍｇ／Ｌ
硬度３〜５ｍｇ／Ｌ未満の場合硬度５ｍｇ／Ｌに対応した薬注量２５ｍｇ／Ｌ
硬度５ｍｇ／Ｌ以上の場合原水硬度等を参照して予め設定した薬注量２００ｍｇ/Ｌ
なお、必要な薬注量はスケール防止剤の種類によっても変わるが、一般的なスケール防止剤であれば硬度量に対して１倍以上入れればよく、余裕をもって設定することが好ましい。また、硬度検出値に比例するように薬注量を設定してもよい。上記時間ａは１０〜６０分特に２０〜４０分の間から選択されることが好ましい。

図２において、時刻０：２０以前は検出硬度濃度は０．５ｍｇ−ａｓＣａＣＯ_３／Ｌ（以下、ｍｇ／Ｌと略）であり、基準薬注量は２ｍｇ／Ｌである。この硬度濃度範囲では、軟化器は正常に機能しており、不可避な硬度に対応するために定常的な薬注量が設定される（基準薬注量）。

０：２５の計測では、硬度検出値が１ｍｇ／Ｌとなり、薬注量は１０ｍｇ／Ｌに増加される。０：３０の計測では、硬度検出値は０．５ｍｇ／Ｌに低下したが、０：２５計測時の薬注量が継続される。０：３５の計測では硬度が１ｍｇ／Ｌであり、薬注量は１０ｍｇ／Ｌが維持される。

０：４０の計測では、硬度が２ｍｇ／Ｌとなったので、薬注量は２５ｍｇ／Ｌに増加される。０：４５の計測では、硬度が５ｍｇ／Ｌ以上となったので、薬注量は２００ｍｇ／Ｌに増加される。硬度は、０：５０、０：５５の計測でも５ｍｇ／Ｌ以上であり、２００ｍｇ／Ｌの薬注が維持される。

１：００〜１：２０の計測では、硬度は２ｍｇ／Ｌ〜０．５ｍｇ／Ｌに低下しているが、前３０分の最大硬度に基づく薬注量２００ｍｇ／Ｌが維持される。１：２５の計測では、硬度が５ｍｇ／Ｌ以上となったので、薬注量は２００ｍｇ／Ｌとされる。その後、３０分間は硬度が０．５ｍｇ／Ｌと低いが、２００ｍｇ／Ｌの薬注量が維持される。

１：５５の計測（０．５ｍｇ／Ｌ）後に薬注量は２ｍｇ／Ｌにまで低下される。その後、２：１０の計測（２ｍｇ／Ｌ）に対応して薬注量は２５ｍｇ／Ｌに増加し、２：４０の計測により、２：１５計測時の硬度１ｍｇ／Ｌ対応値（１０ｍｇ／Ｌ）とされ、２：４５の計測により２ｍｇ／Ｌに低下される。

このように、過去３０分間の最高硬度値に従った薬注量とすることにより、薬注不足が防止される。即ち、リーク硬度が低下した後もなお暫くは薬注量を上限値薬注量とし、スケール防止剤を追加薬注することにより、ボイラ４のスケール障害を防止することができる。また、常に高濃度薬注するのではなく、低硬度が続く場合には薬注量を少なくするから、薬剤コストが過大とならない。

図８は薬注量を硬度検出値に正比例させた薬注制御例（比較例）を示すものである。図８と図２とを対比することにより、図２では、硬度リークが増加したときの薬注量がその後暫く多くなることが明瞭である。

図３〜７は、それぞれ第２発明の実施の形態を示すものであり、薬注量を硬度検出値に応じて制御した場合において、必要薬注量がポンプ上限値に到達することがあるケースの薬注制御方法の一例を示している。

図３の制御方法では、過去ａ分（図３ではａ＝３０分）の間に必要薬注量がポンプ上限値に到達した回数をカウントし、このカウント値に応じて、必要薬注量がポンプ上限値を下回った時点から所定時間、ポンプ上限値での薬注を継続する。

図３では、０：４５よりも前では必要薬注量がポンプ上限値未満であるが、０：４５、０：５０及び０：５５の３回の計測ではそれぞれポンプ上限値に到達している。１：００では、必要薬注量はポンプ上限値を下回っている。図３では、１：００以降においても所定時間ｂだけポンプ上限値到達を維持する。この所定時間ｂは、１：００前３０分の間に必要薬注量がポンプ上限値に到達した回数Ｎ（ＭＡＸ到達回数。この場合はＮ＝３）に比例した時間である。即ちｂ＝β・Ｎであり、βは比例定数である。図３では、ｂ＝５×３＝１５分である。図３では、１：００を過ぎても、１：１５までは薬注量はポンプ上限値とされる。

１：１５計測後は、薬注量を基準薬注量としている。

１：２５の計測結果では、再び必要薬注量がポンプ上限値に到達している。この場合、１：３０の計測硬度値は低く、必要薬注量はポンプ上限値よりも低くなるが、ＭＡＸ到達回数Ｎ＝１であるので、１：３０になっても所定時間ｃだけポンプ上限値での薬注を継続する。この場合の所定時間ｃは、ｃ＝β・Ｎ＝５×１＝５分である。

図４は、薬注量を過去ａ分（図４ではａ＝３０分）間の検出硬度合計値（積算値）に比例させるように計算すると共に、必要薬注量がポンプ上限値を超えたときには、必要薬注量がポンプ上限値を超えている期間内の超過硬度を積算し、この超過硬度が相殺されるまで薬注量をポンプ上限値のままとする制御方法である。

図４では、過去３０分の硬度合計量が１０ｍｇ／Ｌであるときの薬注量が２００ｍｇ／Ｌ（ポンプ上限値）であるので、１０ｍｇ／Ｌが薬注上限値相当硬度である。超過硬度とは、過去３０分の硬度合計量のうち、この薬注上限値相当硬度（１０ｍｇ／Ｌ）を超える分である。

図４では、０：１０〜０：４０の間は、過去３０分間の合計硬度は１０ｍｇ／Ｌよりも少なく、薬注量はそれに比例している。０：４５の計測により、過去３０分間の合計硬度は１０ｍｇ／Ｌに到達し、それ以降１：２０の計測結果まで、過去３０分間の合計硬度は、１０ｍｇ／Ｌ超となっている。この間は、ポンプ薬注量は上限値２００ｍｇ／Ｌに維持される。

０：５０〜１：２０の間の１０ｍｇ／Ｌ超の合計硬度の積算値Ｓ_１が１：２０以降において相殺されるまで、即ち、過去３０分間の合計硬度に比例させた計算薬注量と薬注上限値相当硬度（この場合、合計硬度１０ｍｇ／Ｌ）との差の積算値Ｓ_２が、Ｓ_１以上となる時刻（図４では２：１５計測時）まで、薬注量はポンプ上限値２００ｍｇ／Ｌに維持される。

従って、図４では、過去３０分間の合計硬度が１０ｍｇ／Ｌ超となっている期間ｄだけでなく、その後の期間ｅも薬注量＝２００ｍｇ／Ｌとされている。即ち、図４の期間ｅにおける５分毎の硬度合計値（過去３０分間合計値）と１０ｍｇ／Ｌとの差の積算値がＳ_２である。

２：１５になると、Ｓ_２がＳ_１を上回るので、２：２０以降は、過去３０分間の合計硬度に比例した薬注量になる。

このように、硬度が薬注上限値相当硬度（１０ｍｇ／Ｌ）を超えてリークした場合には、リーク硬度が低下した後もなお暫くは薬注量を上限値薬注量とし、スケール防止剤を追加薬注することにより、ボイラ４のスケール障害を防止することができる。

図５〜７は、硬度に比例させて薬注する場合において、必要薬注量がポンプ上限値を上回った場合、必要薬注量がポンプ上限値以下となっても、ポンプ上限値による薬注を所定時間行う制御を示している。

具体的には、必要薬注量がポンプ上限値に到達した場合の連続到達回数をｎとした場合、必要薬注量がポンプ上限値を下回った後も、ｆ・ｋ^ｎの時間は、薬注量をポンプ上限値に維持する。もしくは、ｆ×ｎ倍するように設定してもよいし、ｆ＋αとしてあり、ｆ＋β×ｎとするように設定しても良い。

ｋは２が好ましく、ｆは５〜６０分が好ましい。図５〜７ではｋ＝２であり、比例定数ｆ＝５分である。

図５では、０：４５の計測結果だけ、必要薬注量がポンプ上限値（２００ｍｇ／Ｌ）に到達しており、ｎ＝１である。従って、必要薬注量がポンプ上限値を下回った０：５０計測後でもｆ・２^１＝５×２＝１０分だけ、ポンプ上限値にて薬注が行われる。

図６では、０：４５及び０：５０と２回続けてポンプ上限値に到達したので、ｎ＝２である。従って、必要薬注量がポンプ上限値を下回った０：５５計測後、ｆ・２^２＝５×４＝２０分間にわたって薬注量をポンプ上限値に維持している。

図７では、必要薬注量が連続して３回（０：４５、０：５０、０：５５）ポンプ上限値に到達したので、ｎ＝３である。従って、１：００の計測後、ｆ・２^３＝５×８＝４０分間にわたって薬注量をポンプ上限値としている。

上記実施の形態は、本発明の一例であり、本発明は上記以外の形態とされてもよい。薬注量を継続する際には、一律所定時間だけ継続することもできる。

１軟水器
３タンク
４ボイラ
５硬度センサ
７薬注ポンプ

Claims

給水の硬度を検出し、検出結果に基づいて薬注装置によって該給水にスケール防止剤を添加する薬注制御方法において、
直近の所定期間における最大の硬度検出値に応じた薬注量にて薬注することを特徴とする薬注制御方法。
前記測定期間は、１０〜６０分の間から選定された時間であることを特徴とする請求項１の薬注制御方法。
給水の硬度を検出し、検出結果に基づいて薬注装置によって該給水にスケール防止剤を添加する薬注制御方法において、
硬度検出値に応じた必要薬注量にて薬注を行う薬注制御方法であって、
必要薬注量が基準薬注量超となった場合、もしくは、硬度検出値が該基準薬注量に対応した基準硬度量超となった場合には、その後の硬度検出時における必要薬注量が前記基準薬注量を下回るようになった後も、所定時間、その後の硬度検出時における必要薬注量よりも多い薬注量にて薬注することを特徴とする薬注制御方法。
請求項３において、硬度検出値に応じた必要薬注量が、薬注装置の最大薬注量（以下、薬注上限値という。）以上となった場合には、その後の硬度検出時における必要薬注量が前記基準薬注量を下回るようになった後も、所定時間、その後の硬度検出時における必要薬注量よりも多い薬注量にて薬注することを特徴とする薬注制御方法。
請求項４において、前記所定時間における薬注量は前記薬注上限値であることを特徴とする薬注制御方法。
請求項３ないし５のいずれか１項において、硬度の測定を間欠的に行い、硬度が測定される度毎に必要薬注量の計算を行うことを特徴とする薬注制御方法。
請求項３ないし６のいずれか１項において、前記所定時間は、予め設定した略一定の時間であることを特徴とする薬注制御方法。
請求項３ないし６のいずれか１項において、前記所定時間は、直近の所定期間内の基準硬度量を超過した回数、基準硬度量以上の範囲に設けた所定硬度値を超過した回数、必要薬注量の薬注回数、薬注上限値に達した回数のいずれかを考慮して設定されることを特徴とする薬注制御方法。
請求項３ないし６のいずれか１項において、
直近の所定期間内において、薬注上限値相当硬度を超えた硬度の合計値（Ｓ_１）を求めると共に、必要薬注量が薬注上限値を下回るようになった後、薬注上限値相当硬度と検出硬度との差の合計値（Ｓ_２）を求め、
Ｓ_２がＳ_１を上回るようになるまで、薬注上限値にて薬注を行うことを特徴とする薬注制御方法。
請求項３ないし６のいずれか１項において、直近の所定期間内において、必要薬注量が薬注上限値に到達した回数ｎをカウントし、必要薬注量が薬注上限値を下回るようになったときから所定時間Ｔは薬注上限値にて薬注を行うことを特徴とする薬注制御方法。ただし、該所定時間Ｔと該回数ｎとの関係は、Ｔ＝ｆ・ｋ ^ｎ又はＴ＝ｆ・ｎである（ｆ及びｋは定数）。
請求項１ないし１０のいずれか１項において、給水はボイラ給水であることを特徴とする薬注制御方法。
コンピュータを請求項１〜１１のいずれか１項に記載の方法を実行するように機能させるためのプログラム。
請求項１２のプログラムを備える薬注制御装置。