TW201039087A - Control system for monitoring localized corrosion in an industrial water system - Google Patents

Description

201039087 * 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明之領域係關於即時資料之累積及分析，及主動性 地使局部腐蝕抑制最大化，同時使水及處理化學品成本最 小化，以獲得更具效果及效率之工業水系統。特定言之， 本發明係關於用於監測及控制工業水系統中之局部腐蝕的 系統，該等工業水系統諸如（但不限於）冷卻水系統、鍋爐 系統'水循環系統及水淨化系統。 【先前技術】 淡水之充足供應係工業發展所必須。產品及設備之冷 卻、製％需求、鍋爐饋料及衛生及飲用水供應都需要大量 水。日益明顯的是淡水係必須經由恰當管理、保存及使用 而予以保護之珍貴資源。為確保充分供應高品質之工業用 ^必須實施以下方式.（1)在消費者（飲用）或工業用途之 月，J淨化及調節；（2)保存（及可能時重複利用）；及/或廢 水處理。

Jc之,合解月b力可對工業設備造成重大威脅。腐蝕反應引 起金屬緩慢溶解於水中及最終引起製程設備之結構故障。 沈積反應在傳熱表面上產生積垢且可引起能效損耗及生產 知耗，其表示水之溶解能力隨溫度改變而變化。控制腐蝕 及積垢係水處理技術之主要關注點。 典型之工業水系統經受大量變動。水組合物之特性可隨 :夺間改變。改變之急緩度及程度取決於水之來源。循環系 先之欠損耗、生產速率之改變及化學品饋料速率均給系統 145360.doc 201039087 帶來變動’且藉此影響維持系統之恰當控制的能力 全面腐触普遍存在， 且發生於相對較大之規模或相對較 大之區域上。在目择έ μ & _ 不系，、先之導管或容器表面上或在感測器 上，全面腐钱相對均白 ^ 全面腐蝕破壞及移除金屬塊，其 會改變幾何形態（例如，矣；@由、 j如’表面厚度）且引起原始材料降級與 耗竭。全面腐姓危及道其—>印 一 夂v s或谷器之結構剛性及完整性。例 示性全面腐蝕可包含㈠日尤κρ a w,, s (仁不限於）例如形成金屬氧化物之大 規模表面氧化。另—方而 „ _ ^

方面局°卩腐蝕可普遍存在或限於目 π系统之I ☆區域’但相對不均勾且以相對較小規模發 生。例不性局部氧化可包含（但不限於）孔姓、環境應力斷 裂（ESC)、（氫）脆化等及其等之組合。 通常，假定水中之特定鈣離子含量，使用由無機正磷酸 鹽連同水洛性聚合物組成之處理劑，以在與水系統（尤其 是冷卻水系統）接觸之金屬表面上形成一保護膜，以藉此 保護該等表面免受腐#。水溶性聚合物對控制填_結晶 至關重要，使得在系統中可維持相對較高之正磷酸鹽量， 以達成所要之保護而不會導致通常由磷酸鈣沈積所引起之 污垢或傳熱功忐受阻。水溶性聚合物亦用於控制硫酸齊及 石反酸鈣之形成，且另外分散顆粒以保護水系統之總效率。 美國專利第5，171，450號建立一種簡化之識別：可藉由選 擇適當之聚合物或若干聚合物之組合作為處理劑，而抑制 冷卻塔之積垢或腐蝕現象。此係基於如下事實：活性聚合 物之損耗係由於在設備上形成保護膜時之磨耗所致，或藉 由吸附至固體雜質上而避免沈積物，以防止可沈積於設備 145360.doc 201039087 上之顆粒的凝聚或晶體逢具 .iL ^ 〜、 “曰體生長。在此專利中，活性聚合物係 2為由其螢光払戴置測之聚合物’且活性聚合物損耗係 =使用惰性化學指示劑(量測總產品濃度)及減去由添桿 戴之聚合物量所示之活性聚合物濃度而定義。因此，藉由 將活性聚合物的量控制在不過度損耗活性組份而實現腐 蝕及積垢之控制。 、 本發明者已注意到美國專利第5，17145〇號中之受控變量 與位，特定關鍵效能參數（諸如腐钱與積垢）並無直接聯 繫。母種工業水系統係獨—無二的。在作業系統中恰· 之處理經常需要怪定之化學調整以符合快速改變之系^ 件的需求。在-既定時間對於一系統之聚合物損耗或聚合 物抑制效率百分比㈣當目標可能不適合於在不同時間之 同一系統或不適合於另一系統。未直接量測效能，則聚合 物濃度監測不能確保位點特定效能。 美國專利第6,51〇,368號及第M6M12號藉由直接量測效 能參數，諸如在模擬偵測表面上之腐蝕、積垢及污垢，而 提出基於效能之控制系統。雖然所提出之方法產生化學處 理回饋控制之一些缺點，諸如監測惰性化學指示劑導致活 性化學品之控制下降，且監測活性化學品導致總化學品饋 料之控制上升，兩種化學品監測方法均不能確保位點特定 效能。在第6,510,368號及第6,068,012號中，開發_決策樹 狀圖以從效能量測中識別效能降級原因，且相應地採取校 正動作。 首先’美國專利第6,510,368號及第6,068,012號使用_線 145360.doc 201039087 ❹

性極化阻抗（LPR)腐蝕探針，由於其腐蝕量測之不穩定 性，該探針僅定性地偵測孔蝕。此等探針既不可指定用於 孔蝕控制目標之數值，亦不可量化當前量測與目標之偏 差。其次，孔触之定性量測係僅在邏輯上與—控制動作聯 繫，亦即增加腐蝕抑制劑饋料；而實際上，有許多可用於 減緩腐蝕之可控水化學變量。第三，由於感測器量測及用 於腐姓控制之邏輯均為定性的，因此無法判定控制動作是 否適當。腐姓、積垢及污垢係、高度相互關聯。—旦開始孔 蝕，其將完全強化腐蝕、積垢及污垢。化學處理之慢且低 的劑量增加可能無法使系統從其降級中恢復。延遲之化學 處理増加可能需要三倍或四倍多之化學品，以使系統回： 其效能基線，導致化學品之不經濟消費。 口業界需要—種使局部腐敍抑制最大化且使水及處理化學 。口之成本最小化的控制系統’以形成更有效及更經濟 程。 【發明内容】 本發明揭7F -種控制系統’該控制系統利用多個資訊量 、'及用以决策最佳控制動作之模f，以使局部腐蝕抑制最 使水及處理化學品之成本最小化。該系統可自動操 7廣泛圍之製程條件’確保多個效能目標，在各種不可 曰丨之干擾因素下達成穩固之操作，及達成最低成本之溶 液輸送。 t 丄 明之—實施例中，揭示一種用於監測及控制工業 水系統中> A立^ b <局4腐姓的控制系統，該控制系統包括：量測 145360.doc 201039087 定量局部腐蝕速率及至少一可控水化學變量；識別該定量 局部腐蝕速率與該至少一可控水化學變量之間的數學相關 性；建立該至少一可控水化學變量與至少一化學品處理饋 料之間的數學相關性；界定從該局部腐蝕速率之當前值及 未來值中導出之-指數，及從該至少—化學品處理饋料之 當前值及未來值中導出之一指數；在每次取樣時間，利用 一處理器以使該局部腐蝕速率之指數及該至少—化學品處 理饋料之指數最小化，及判定該至少—化學品處理饋料之 當前值及未來值；及在每次取樣時間，在該水系統内僅執 行該至少一化學品處理饋料之一當前值。 本發明之各種新穎特徵係利用附屬且形成本揭示内容之 -部分的申請專利範圍十之特性來指出。為更好地理解本 發明、其操作優點及藉由其用途所獲得之效益，參昭附圖 及描述性物質。附圖意欲顯示本發明之許多形式的實例。 圖式並非意欲顯示可實現及使用本發明之所有方法的限 制。當然可改變及替代本發明之各種組份。本發明亦存在 於所揭示之要素的+纟日人a 中 〃的千組&及子系統以及使用其等之方法 【實施方式】 +如本文之整㈣明書及巾請專利範圍中所㈣，近似語 i 二用於仏飾在未導致與其相關之基礎功能變動下可容許 地改變之任何定量表 「 口此，由一術語或若干術語諸如 約j修飾之值並不限於 、斤才曰疋之精確值。在至少一些實 歹J中’近似語言可對庫於田认旦 τ ^於用於量測該值之儀器的精確性。 145360.doc 201039087 圍限制可經組合及/或互換，且此等範圍經識別及包含 本文中包含之所有子範圍，除非内容或語言指示其他内 谷除在操作實例或其他指示中以外，本說明書及申請專 $ In u中所使用之指稱成份數量、反應條件及類似物的所 有數字或表達應理解為藉由術語「約」而在所有實例中修 ’飾。 如本文中所使用，術語「包括」、「包含」、「具有」或其 等之任何其他變動意欲涵蓋非排他性包含。例如，包括一 Ο μ元件之製程、方法、物品或裝置未必僅限於該等元件， 但可包含未明確列出或此製程、方法、物品或裝置固有之 其他元件。 本發明揭不一種控制系統，該控制系統利用多個資訊量 測及用以決策最佳控制動作之模型，以使局部腐蝕抑制最 大化且使水及處理化學品之成本最小化。該系統可自動操 作廣泛範圍製程條件，確保多個效能目標，在各種不可量 測之干擾因素下達成穩固之操作，及達成最低成本之溶液 輸送。 腐蝕可定義為藉由金屬與環境之化學或電化學反應而毀 損金屬。產生腐银所必須之陽極與陰極位點的形成可由於 諸多原因而發生，該等原因包含（但不限於）：金屬中之雜 質、局部應力、金屬晶粒大小或組成差異、表面上之不連 續性及局部環境之差異（例如，溫度、氧氣或鹽濃度）。當 此等局部差異不大，且陽極與陰極位點可在金屬表面上在 位置與位置之間偏移時，腐蝕係均勻的。當陽極位點保持 145360.doc 201039087 靜止時所發生之局部腐蝕係較嚴重之工業問題。局部腐蝕 之形式包含孔蝕、選擇性瀝濾（例如，脫辞）、電化腐蝕、 裂隙腐蝕或沈積物下腐蝕、粒間腐蝕、應力腐蝕、斷裂及 受微生物影響之腐#。 諸如低氧氣濃度或高物種（諸如陰離子形式競爭之氣離 子）濃度之特定條件可干擾既定合金重新形成鈍化膜之能 力。在最壞情況下，幾乎所有之表面將受到保護，但微小 之局部變動將使氧化物膜在一些關鍵點中降級。在此等點 中之腐蝕將被大幅放大，且取決於各種條件可引起一些類 € 型之蝕坑。雖然蝕坑僅在相當極端之情況下成核但即使 條件回歸正常，其等仍可繼續生長，此係因為坑内部基本 上無氧氣且局部之pH降低至非常低的值，且腐蝕速率由於 自動催化製程而增加。在極端情況下，局部腐姓可引起應 力集中至堅硬金屬原本可粉碎之點，或由不可見之小孔刺 牙之薄獏可使拇指大小之坑不可見。由於在部件或結構故 障之前難以偵測此等問題，因此特別危險。 在本發明之一實施例中，揭示一種用於監測及控制工業❹ 水系統中之局部腐蝕的控制系統，該控制系統包括：量測 定量局部腐蝕速率及至少一可控水化學變量；識別該定量 局部腐蚀速率與該至少―可控水化學變量之間的數學相_ 性，建立該至少一可控水化學變量與至少一化學品處理饋 料之間的數學相關性；界定自該局部腐姓速率之當前值及 未來值導出之—指數，及自該至少一化學品處理饋料之當 前值及未來值導出之一指數。在每次取樣時間，該控制系 145360.doc -10- 201039087 理器使該局部―速率之該指數及該至少 品處: = 之該指數最小化，及判定該至少-化學 至少-化學《虛』值及未來值’及在該水系統内僅執行該 學口〇處理^料之—當前值。雖料算該至少-化 -化學品處理饋料之第=值：器僅執行該至少 此等計算。 汁异值，且在下次取樣時間重複

該控制系統可用於各種不同的工業水系統，包含(但不 限於冷卻水w核爐系統。 本發明所主張之控制系統的—實施例係基於全面瞭解工 業尺系、先及其控制結構。圖3顯示根據本發明之一實施例 的控制系統結構。一工業水處理製程i 〇係連接至一控制 器20 °在製程G1係自化學品處理饋料30至水化學品 4〇之傳达功能，而G2係自水化學品4()至局部腐㈣之傳送 功能。在控制器2()内，G1〜係自化學品饋料跑水化學品 40之感知傳送功能，而G2〜係自水化學品4()至局部腐㈣ 之感知傳送功能。控制器2〇中之G1〜與G2〜越接近製程ι〇 中之G1與G2越接近，可達成最小化局部腐蝕5〇及化學品 饋送30之控制目標越佳。 如圖3所示，水處理製程1〇之輸入係化學品饋量3〇、水 化學品干擾60及設備操作干擾7〇。水處理製程丨〇之輸出及 因此控制器20之輸入係化學品饋料3〇、水化學品4〇、效能 50及水化學品干擾60及設備操作干擾7〇之量測。控制器2〇 之輸出係化學品處理饋料30。控制器提供用於水化學品干 145360.doc 201039087 擾60及設備操作干擾7〇之回饋補償及前饋補償，因該等補 <員可最大化資產保護且最小化化學品使用。氣態或電子控 制信號80表示從感測器發送至控制器之信號，及從控制器 發送至饋送泵之信號。 在本發明之-實施例中’由多電極陣列（mea)孔姑感測 器量測局部腐韻速率。多電極陣列⑽八)係一被動式偵測 器類似於同時里測局部腐钱速率及全面腐餘速率之絲束 電極（WBE)。乡電極陣列（酿）孔钱感測器之一實例係 職〇C〇rr孔钮感測H，其係―種來自c〇rr LLC之商業MEA裝置。 _C〇rrMEA#一種電子裝置，其量測陽極與陰極區域 h &之金;|電極結構上的時間及空間分佈。該分段 可在腐敍製程中同時量測兩個一半電池之反應。 Μ — JVT + e_ Ο) 〇2 + 2 H20 + 4 e~ -> 4 0H~ (2) 電流在各個電極中、·*紅+ θ 傲人重L動之量值可用於計算局部腐蝕速率 ”王面腐料率兩者。電流係經 (CR)相關： 「迎八畀腐蝕逮率

CR wjl ερΑΓ (3) 其中，we係電極材料之右4 \ ，士 有效分子量’广係從電極中番w 特性陽極電流，晴 ^極巾篁測之

.更机分佈因子，Ρ係電極材料密芦Δ 係電極之暴露表面積， 不卄在度，A 係法拉第（Faraday)常數。全面 145360.doc 201039087 腐钮速率可藉由對r使用平均陽極電流 蝕速率對Ie使用最大陽極電流。 而局4腐 對特定時間間隔内之錢速率進行積分可估計由於特定 腐姓製程而產生之滲透深度。例如，最大聽深度可藉由 下式來估計： dpitting

spAF .dt (4)

相反，等式⑷巾之平均陽極電流給以於全面腐敍而產生 之滲透深度。 多電極陣列（MEA)孔蝕感測器給出定量之局部腐蝕速率 量測，使得可在定量局部腐蝕速率與各種水化學變量之間 建立定量數學模型，基於該定量模型致能控制演算法，以 在合適的時間採取適量的校正動作。 在本發明之一實施例中，該至少一可控水化學變量由如 下變量組成’諸如pH、濃度循環、鈣、鎂、無機磷酸、膦 酸鹽、有機磷酸酯及多價金屬鹽、銅腐蝕抑制劑、膦酸琥 珀酸低聚物、水溶性聚合物之濃度及其等之組合。 此等無機填酸之實例包含縮合麟酸及其水溶性鹽。璘酸 包含正磷酸、一元磷酸及二元磷酸。無機縮合磷酸包含： 聚磷酸，諸如焦磷酸、三聚磷酸及類似物；偏磷酸，諸如 三偏磷酸及四偏磷酸。 至於除本發明之聚合物外的待添加之其他膦酸鹽衍生 物，可提及：胺基聚膦酸，諸如胺基三亞甲基膦酸、乙二 胺四亞甲基膦酸及類似物；亞甲基二膦酸；羥基亞乙基二 145360.doc •13· 201039087 膦酸；2-膦酸丁烷-i,2,4-三羧酸等。 可與本發明之聚合物組合之例示性有機磷酸酯包含：烷 醇磷酸酯，諸如曱基磷酸酯、乙基磷酸酯等；甲基溶纖劑 與乙基溶纖劑之磷酸酯；及藉由添加環氧乙烷至諸如丙三 醇、甘露醇、山梨醇等多羥基化合物而獲得之聚氧化烷基 多羥基化合物的磷酸酯。其他適合之有機磷酸酯係諸如單 醇胺、二醇胺及三醇胺之胺基醇的磷酸酯。 無機磷酸、膦酸及有機磷酸酯可為鹽，較佳地為鹼金屬 鹽、氨鹽、胺鹽等。 可與本發明之水溶性聚合物組合之例示性多價金屬鹽包 含能夠在水中解離出諸如Zn++、Ni++等多價金屬陽離子的 多價金屬鹽，其包含氯化鋅、硫酸鋅、硫酸鎳、氯化錦 等。 水溶性聚合物可為藉由丙烯酸與烯丙氧基單體之聚合作 用而形成之丙烯酸共聚物。其目的係一種用於製備具有下 述通式1所描繪之通式的水溶性或水分散性聚合物之水溶 液聚合製程：

0 通式I

A II A—βΡ-£ οζ

其中’ Α係隨機聚合殘基，其包括下述通式II之至少_單元. *-fCH2-CHq-* 通式 II

OZ 及下述通式III之至少一單元： 145360.doc -14· 201039087

通式III *——CH2—CH——*

0 1 R1 而E為氫、OZ、殘基A或其等之混合物；其中片段R1 為一ch2—ch2—、一ch2—ch(ch3)—、一ch2—ch(oh)— 、一CH2—CH(OH)—CH2—或其等之混合物；R2為OH、 〇 S03Z、0S03Z、Ρ03ζ2、0Ρ03Ζ2、co2z或其等之混合物； n在1至100之範圍；Z為氫或諸如Na、K、Ca或NH4之水溶性 陽離子；莫耳比c:d在30:1至1:20之範圍；其條件為合成該 共聚物時使用之次磷酸大於75莫耳％併入聚合物基質中。 在一較佳實施例中，R1為一CH2—CH2—、一CH2— CH(OH)—CH2—或其等之混合物；R2為OH、S03Z、 OS03Z或其等之混合物；η在1至20之範圍；Z為氫或諸如 Na、K或NH4之水溶性陽離子；莫耳比c:d在15:1至1:10之 〇 範圍；其條件為合成該共聚物時使用之次磷酸大於75莫耳 %併入聚合物基質中。 在本發明之一尤其較佳的實施例中，R1為一CH2—CH2—; R2為OS03Z ; η在5至20之範圍；Z為氫或諸如Na、K或NH4 之水溶性陽離子；莫耳比c:d在15:1至2:1之範圍；其條件 為合成該共聚物時使用之次磷酸大於85莫耳％併入聚合物 基質中。 另外，水溶性σ坐類化合物可與水溶性聚合物組合地使 145360.doc •15- 201039087 用。此類唑具有如下通式：

本發明之範疇包含N_烷基取代之丨，2,3_三唑；或經取代之 水溶性1，2,3-三唑，其中取代發生在該環之4及/或5位置。 較佳之1，2,3-二唑係如下通式之甲苯基三唑：

其他例示性1，2,3-二唑句合芏在-j . +. —里巴3本开二唑、4-苯酚4,2,3-三唑、 甲基_1，2,3 -三〇坐、4-己其- 乙基-1，2,3-二唑、5_甲基-^^三 σ坐、5 -乙基-1，2,3 -二唾、5-¾ 装 1 q <> ，一坐5丙基-υ，％三唑及5_ 丁基- 二唑。可使用此等化合物之鹼金屬或銨鹽。

其他唾類化合物包含如下通式之㈣化合物： HC，S、CH η!——Ji 適合之D塞。坐包含嗟σ坐 并噻唑及類似物。 毓基噻唑、2-巯基苯并噻唑、苯 銅腐蝕抑制劑包括由下丨 成之群組中選出之非鹵化、 經取代苯并三唑：5,6_二 甲基-本并三唑、5,6-二苯基笨并 唾 5-苯甲酿-苯并三η坐' 苯并三咬 笨曱基-苯并三。坐及5-苯基 存在對經鹵素處理之水& ^ 統係有效銅腐蝕抑制劑的非鹵 145360.doc "16. 201039087 =氮二=:，抑制材料係該等含氮、芳族 〃 U素之水系統中提供可與甲苯基三嗤相 比之銅腐蝕抑制作用；在存在鹵 ^ ^ ^. 之水糸統中銅腐蝕小於 約每年2.5密爾；且該等化合物 4，a 、斤處理之系統的鹵素 而求展現有害影響。已發現含氮、 ^ ^ 方族化合物係存在_素 水系摘有效銅⑽抑制劑，但其等不屬於任何可容易

地辨別之化學品類別。因此，滿^此標準之該等材料在下 文中應歸類為「财齒素銅腐㈣制劑」(hrcci)。以非幽 化、含m諸㈣狀HRCX：I材料在㈣素處理之水 系統中提供有效之耐鹵素腐蝕抑制作用。 在利用HRCCI材料處理水系統時，較佳地將連續 饋送至水中。較佳之處理濃度自約百萬分之〇2變化至百 萬分之10。然而，連續饋送非必須的。HRCCI材料可以足 夠形成保護膜之濃度饋送，且其後饋送可中斷一段時間。 HRCCI材料可與其他習知的水處理材料組合地使用，該等 其他材料包含：不同之腐蝕抑制劑、界面活性劑、積垢抑 制劑、分散劑、pH調整劑及類似物。 水溶性聚合物亦可與鉬酸鹽結合地使用，諸如銦酸納、 鉬酸鉀、鉬酸鋰、鉬酸銨等。 聚合物亦可與其他阻化劑組合地使用，該等其他阻化劑 包含：對鐵、鋼、銅、銅合金或其他金屬之腐姓抑制劑、 習知的積垢及污染抑制劑、金屬離子螯合劑及其他習知的 水處理劑。其他腐姓抑制劑包括：鶴酸鹽、亞硝酸鹽、棚 酸鹽、矽酸鹽、氧基羧酸、胺基酸、兒茶酚、脂肪族胺基 145360.doc 201039087 表面活丨生劑、笨并二唑及疏基苯并三唑。其他積垢及涔染 抑制劑包含：木質素衍生物、丹寧酸、澱粉、聚丙烯酸 納、聚丙烯酸醯胺等。金屬離子捕捉劑包含：聚胺諸如 乙二胺、二乙三胺及類似物；及聚胺羧酸，諸如氮基三乙 酸、乙二胺四乙酸及二乙三胺五乙酸。 在本發明之一實施例中，該至少一化學品處理饋料由如 下.羞量組成，諸如酸、驗、腐触抑制劑、沈積抑制劑、殺 生物劑及其等之組合。 在另一實施例中，定量局部腐蝕速率與該至少一可控水 化學變ΐ之間的數學相關性為穩定狀態之統計相關性。圖 2根據本發明之一實施例示範腐蝕速率對腐蝕抑制劑濃度 之示範圖。當p〇4濃度等於1 0 ppm時，腐蝕開始增加。當 P〇4濃度等於臨限值3 ppm時，腐蝕急劇增加。局部腐蝕速 率與p〇4濃度之間的穩定狀態數學相關性（logl0(c〇rr〇si〇n) -f(P 04))可從圖2中導出為查找表（如以下表1所示）、圖表 或分段線性方程之形式。此一分段線性方程係如下： logI0 (CorrosionRate) i^r~~ 0.4? if [P04]<3ppm ^0.07, if 3 <\POA\<\Qppm 〇* if [P〇A]>^ppm 表1 P〇4濃度 LoglO(Corrosion rate)/ppm P04 <3 ppm 0.4 3-10 ppm 0.07 >10 ppm 0 145360.doc -18· 201039087 在一替代實施例中，定量局部腐蝕速率與至少一可控水 化學變量之間的數學相關性為隨時間變化之動態統計相關 性。圖1係根據本發明之一實施例之腐蝕速率及腐蝕抑制 劑濃度對時間的示範圖。圖1係根據本發明之一實施例的 一多電極陣列（MEA)孔蝕感測器探針的圖解，其中「最 大」表示孔触（或局部腐#)，而「平均」表示全面腐触。 當腐钱抑制劑P〇4濃度自〇 ppm上升至14 ppm時，腐姓速率 被抑制。當腐触抑制劑P04濃度自14 ppm下降至0 ppm時， 〇 局部腐蝕速率與全面腐蝕速率兩者均增加。局部腐蝕速率 增加快於全面腐蝕速率。局部腐蝕速率與p〇4濃度之間的 動態數學相關性（logl 〇(corrosion rate) = f(P〇4，time))可從 圖1中導出為查找表（如以下表2所示）、圖表或分段線性方 程之形式。此一分段線性方程係如下·· d {l〇g10 (CorrosionRate)} dt 0.4*[PO4]-log10(Corr〇5ioni?i3ie)5 if [P04]<3ppm ^ 0.07 *\P〇A]-log}0{CorrosionRate\ if 3 < [P〇4]< 10ppm 0 *[-PO4]- l〇gi〇{CorrosionRate). if [P04] > \0ppm ❹表2 P〇4濃度 d{LoglO(Corrosion rate)}/dt <3 ppm 0.4*[ppm P04]- Logl0{Corrosion rate} 3-10 ppm 0.07* [ppm P04]- LoglO {Corrosion rate} >10 ppm 0*[ppm P04]- Logl0{Corrosion rate} 在本發明之一實施例中，基於實驗或經驗，以查找表或 圖表形式識別定量局部腐蝕速率與至少一可控水化學變量 之間的數學相關性，其等指定至少一可控水化學變量之範 145360.doc •19· 201039087 圍及腐触與沈積趨勢。此等查找表或圖表係儲存於控制器 中。如圖4所示，一模糊邏輯模型將腐蝕及沈積趨勢與不 同範圍之腐蝕抑制劑及沈積抑制劑饋料關聯。腐蝕抑制劑 之過度饋送與饋送不足兩者均可導致較少之腐钱及沈積保 護。沈積抑制劑之饋送不足可導致較少之腐蝕及沈積保 護’但沈積抑制劑之過度饋送不會對腐蝕及沈積保護產生 更不利之影響。此係由一組專家指派給不同處理條件之腐 姓及沈積趨勢的比率之視覺化效果。 在一替代實施例中，模糊邏輯模型可以查找表格式呈 現。 用於化學物X之質量平衡模型可表示為系統中累積之χ 量等於進入系統之X量減去離開系統之X量。此模型之數 學式為： 其中，V為系統體積，B為排出流量，1?為化學品饋料流 量，C為系統中化學物χ之濃度。對導數使用取樣時間^及 歐拉（Euler)第一近似值，即，C(t + Y)-c(t、 g . ^ θ dt At ’則負篁平 衡模型可表示為邙+ ι) = /(〇(0，(0，即)），即，在時間t+i之化 學品濃度（經量測之輸出）係在時間t之化學品濃度（經量測 之輸出）、化學品饋料（經操縱之變量）及排出（經量測之干 擾）的函數。右排出流量（B)值定，則模型變成： dCit) τ Jt = -C(〇 + Css %pumpOpen(t) 145360.doc -20- 201039087 其中，T(=V/B)係系統時間常數，°/〇pumpOpen係泵之開口 百分比，若％pumpOpen等於100%，則Css(=F/B)係穩定狀 態濃度。 在一實施例中，控制系統定義為局部腐蝕速率之當前值 ‘與未來值之加總的一指數，及至少一化學品處理饋料之當 -前值與未來值之加總的一指數。在另一實施例中，在每次 取樣時間，控制系統使局部腐蝕速率之該指數及至少一化 學品處理饋料之該指數最小化，且判定至少一化學品處理 〇 饋料之當前值與未來值。 雖然計算該至少一化學品處理饋料之當前及未來值，但 該控制器僅實施該至少一化學品處理饋料之第一計算值， 且在下次取樣時間重複此等計算。此之數學式係在取樣時 間to，解出： 採用：

Corr(t + 1) = /(WaterChem{r), τ < t)

WaterChem{t) = g(Feed(t)) t = t0...tQ + N 其中，to係當前時間，t〇+N係往後N步驟。量測局部腐蝕 速率之當前值Corr(t)與可控水化學變量之當前值 WaterChem(t)，同時基於當前及將來饋料Feed(t+i), i>=0藉 由化學品饋料與可控水化學變量之間的數學相關性及可控 水化學變量與局部腐蝕速率之間的數學相關性，而預測局 部腐钱速率之未來值Corr(t+i), i>0及可控水化學變量之未 145360.doc -21 - 201039087 來錢aterChem㈣，i>0。當前及將來饋送Feed(t+i)，i>=0 係藉由解出該最佳化而判定。 在替代實把例中，在每次取樣時間，控制系統在水系 統内執行至少一化學品處理饋料之當前值。 在一實施例中，藉由使用最小平方法而由資料產生數學 最小平方㈣詩解出最小平方通常用於 ’先-十月景中’尤其疋回歸分析。最小平方可解釋為一種擬 合資料之方法。最小平方意味下之最佳擬合係如下實例： 用；平方殘餘和之模型具有其最小值殘餘係所觀察到之 值域模型給定值之間的差異。若實驗誤差具有常態分佈， 則最小平方對應於最大可能性標準且亦可導出為一種瞬間 估計法。最小平方法假^給^類型之最佳擬合曲線係具有 給定組資料之平方偏差的最小總和（最小平方誤幻之曲 線。若資料點係心丨）、（_)..ϋ其中Μ系自變量，π 係因變里。擬合曲線離各個資料點具有偏差（誤差）d，

即， ^1 =71~/(λι) ' d2 =72-/(¾) 方法，最佳擬合曲線具有如下性質： —/(¾) 〇根據最小平

n ^ =atmnimum 在另只把例中，藉由人工神經網路（ANN)或模糊邏輯 法而由資料產生數學相關性。 人工神經網路（ANN)通常稱為「神經網路」，其係 -種基於生物神經網路之數學模型或計算模型。其由一組互 145360.doc -22- 201039087 '申呈元組成，且使用連接機制計算法來處理資訊。 、、、r i輯係—種源自模糊集合理論之多值邏輯形式，以 、':非精麵式加以處理。正如在模糊集合理論中集合 ^2Γ在〇與1之間（包含兩者）變化，在模糊邏輯中，陳 述之真實程度可在G與1之間變化且並不如典型預測邏輯_ ^限於兩個真實值{真’假}。利用模糊邏輯，-個要素可 ^刀屬於多個類別。對於任何兩個模糊集合（S1與S2)，可 定義三個基本操作：

交集： μ S1HS2 ^ΐηίμΒΐ^), μ82(π)} 合集： , sins2 =maxbsi ⑻，μδ2(；ιι；)} 觀： μ^1-μ81 因此，基於上述效能之控制系統的關鍵改良處在於： ⑴使用定量孔#量測，使得可為孔㈣制目標指定—數 值，且系統孔蝕速率與其目標之偏差可定量化；（2)定量數 學模型將多個可控水化學變量與錄速率關聯；（3)定量數 學模型將多個可控水化學變量與多個化學品處理饋料關 聯，及（4)控制演算法基於該等模型而使局部腐蝕速率及降 低化學品處理饋料之成本均最小化。 雖然已參照較佳實施例描述本發明，但在不脫離本發明 之技術範疇下，對本發明之相關技術一般熟練者可對此等 實施例作出各種改變或替代。因此，本發明之技術範疇不 僅包括前文所述之該等實施例，亦包括隨附申請專利範圍 之範疇。 此書面說明使用實例來揭示本發明（包含最佳模式），且 145360,doc •23- 201039087 項技術者可實施本發明，包含實現並使用任何 申-專利：及執行任何併入之製程。本發明之專利範，由 甲5月專利範圍界定，1环七 他實例。該等其…立…、'習此項技術者所瞭解之其 x 、冑例思欲在中請專利範圍之範嘴内，尸 要其#具有未與申請專利範 " , 礼固乏子面5吾吕不同的紝堪-

件，或只要其等包含盥 妁、、‘。構7L

113 _甲。月專利範圍之字面語古I 異的等效結構元件。 …、實負差 【圖式簡單說明】 圖1係根據本發明之一實施例之腐蝕 濃度對時間的示範圖； 蝕抑制劑 圖2係根據本發明之一實施例之腐敍速 濃度的示範圖； 兩麵抑制劑 圖3係根據本發明之一實施例的—控制系統結構； 圖4係根據本發明之一實施例的關聯腐蝕/沈’及 姓/沈積抑制劑之一模糊邏輯模型。 勢與腐 【主要元件符號說明】 10 製程 20 控制器 30 化學品處理饋料 40 水化學品 50 局部腐餘 60 水化學品干擾 70 設備操作干擾 80 氣態或電子控制信號 145360.doc -24-

Claims (1)

1. 201039087 七、申請專利範圍： 1 ·種用於監測及控制工業水系統中之局部腐蝕的控制系 統’該控制系統包括： a) 置測定量局部腐蝕速率及至少一可控水化學變量； b) 識別该定量局部腐蝕速率與該至少一可控水化學變 量之間的數學相關性； c) 建立s亥至少一可控水化學變量與至少一化學品處理 饋料之間的數學相關性； 〇 d)卩定自該局部腐&速率之當前值及未來值導出之一 指數及自該至少一化學品處理饋料之當前值及未來 值導出之一指數； e)在每次取樣時間，利用一處理器以使該局部腐触速 率之該指數及該至少一化學品處理饋料之該指數最 小化，及判定該至少-化學品處理饋料之當前值及 未來值；及 f)

   2. 如 統 在每次取樣時間，㈣水系統内執行該至少一化學 品處理饋料之當前值。 凊求項1之控制系統，盆中 Λ ，、甲6亥工業水系統係一循環系 3.如請求項2之控制系統， 系統或一鏑爐系統。 4_如請求項1之控制系統， 多電極陣列（ΜΕΑ)孔蝕感 5.如請求項1之控制系統， 其中該工業水系統係一冷卻塔 其中該局部腐蝕速率係藉由一 測器而量測。 其中該至少—可控水化學變量 145360.doc 201039087 係由如下組成：PH、濃度循環、鈣、鎂、無機磷酸、膦 酸鹽、有機磷酸酯及多價金屬鹽、銅腐蝕抑制劑、膦酸 琥珀酸低聚物、水溶性聚合物之濃度及其等之組合。 6.如請求項5之控制系統，其中該銅腐蝕抑制劑包括由下 列組成之群組中選出之非_化、經取代苯并三唑：5,6· 甲基-苯并二唑、5,6-二苯基苯并三唑、5_苯甲醯_苯并 二唑、5-苯曱基-苯并三唑及5_苯基·苯并三唑。 7·如請求項5之控制系統，其中該水溶性聚合物係藉由丙 烯馱與烯丙氧基單體之聚合作用而形成的丙烯酸共聚 物。 士 β求項1之控制系統，其中該至少一化學品處理饋料 係由如下組成.酸、鹼、腐蝕抑制劑、沈積抑制劑、殺 生物劑及其等之組合。 9.如請求項丨之控制系統，其中該數學相關性為指定該至 少一可控水化學變量之範圍及其等之腐蝕抑制中性與鹼 性ΡΗ水處理程式之百分比的查找表。 10·如請求項9之控制系統，其中該數學相關性為定量局部 腐蝕速率與該至少一可控水化學變量之間的穩定狀態之 統計相關性。 11. 如請求項9之控制系統，其中該數學相關性為定量局部 腐蝕速率與該至少一可控水化學變量之間的隨時間變化 之動態統計相關性。 12. 如請求項丨之控制系統，其中該數學相關性藉由使用最 小平方法而由資料產生。 145360.doc 201039087 13. 如請求項1之控制系統，其中該數學相關性藉由人工神 經網路（ANN)及/或模糊邏輯法而由資料產生。 14. 如請求項1之控制系統，其中界定出該等數學相關性並 儲存於一處理器中。 " 15.如請求項1之控制系統，其中界定出該等指數並儲存於 ' 一處理器中。 1 6.如請求項1之控制系統，其中該減小係在一處理器中執 行。 ❹ 〇 145360.doc