循環冷卻水系統自動加藥設計應用

郭根弟

（中國醫藥集團聯合工程有限公司上海分公司，上海 200335）

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循環冷卻水系統自動加藥設計應用

郭根弟

（中國醫藥集團聯合工程有限公司上海分公司，上海 200335）

摘 要自動加藥技術通過PLC控制計算電導率的在線檢測值和補充水量測量信號控制藥劑投加量，保證了循環水藥劑投加的精確性、穩定性；同時引入智能控制技術，根據總磷在線檢測預測自動調整系統控制程序，確保了系統調整滯后的問題產生；該技術還具有運行精確、穩定、可靠和操作簡單方便等優點。

關鍵詞循環冷卻水系統自動加藥技術；智能控制；自動調整系統；在線檢測

加藥技術是現代循環水處理工藝的核心部分，在工業循環冷卻水裝置中，通常采取投加化學藥劑的方法，阻止換熱系統結垢、減緩腐蝕和防止生物黏泥的生成，從而保證循環水水質穩定，提高換熱系統可靠度，實現長周期安全運行。

新型水處理藥劑及配方的研究開發推動了加藥處理技術的不斷發展，同時也將更多資源投入加藥控制系統的研究領域，大力推進循環水質處理藥劑應用的高效能、可靠性和經濟性，自動加藥技術及系統是高效能與高可靠性綜合利用的典范。

自動加藥技術通過PLC控制計算電導率的在線檢測值和補充水量測量信號控制藥劑投加量，保證了循環水藥劑投加的精確性、穩定性；同時引入智能控制技術，根據總磷在線檢測預測自動調整系統控制程序，確保了系統調整滯后的問題產生；該技術還具有運行精確、穩定、可靠和操作簡單方便等優點。

循環冷卻水系統運行中，主要產生水垢、污垢、腐蝕、微生物孳生等水質危害，如果不進行處理，很難保證系統正常運行。要想獲得良好的水處理效果，除選用優良的配方外，關鍵是要將投加的水穩藥劑濃度嚴格控制在規定的范圍內。藥劑濃度過低對系統產生不良后果，藥劑濃度過高對資源造成浪費。

循環水系統一般采用人工定時均勻加藥，通過定量分析取得水中藥劑的濃度，以此來調節加藥泵的開度。由于系統容積較大，分析滯后和分析頻率的制約，將水質穩劑的濃度控制在設定的范圍有很大難度。

對于同一系統采用常規加藥測控和自動加藥測控方法采集的歷史數據，可以直觀地對比出其使用效果，詳見圖1，可以看出自動加藥系統的穩定性、精確性、節水效果非常突出。

圖1 常規測控與自動加藥測控效果比較Fig. 1 Effect chart of routine and automatic chemical dosing system

1 自動加藥系統技術原理

1.1 控制原理

自動加藥技術選用PLC計算加藥控制器來實現加藥綜合控制功能。通過設置現場數據采集及數字通訊裝置，實現了檢測儀器自動維護操作；同時設置監控主機對加藥間進行集中監視和操作管理，并提高數據保護等級，避免數據失真。

自動加藥系統工作原理見圖2、圖3、圖4所示。

設置現場數據采集pH測量數據，在線自動酸堿中和，智能復合控制系統PLC計算進水流量和在線檢測的 pH 值來控制酸堿投加量及自動控制計量泵進行加藥。當藥劑罐液位低于最低液位時，停止加藥，同時報警閃爍，提示添加濃硫酸。

圖2 在線自動投加酸系統原理Fig. 2 Online automatic acid system schematic diagram

圖4 在線自動投加緩釋阻垢劑系統原理Fig. 4 Online automatic inhibitor system schematic diagram

自動加藥技術在系統運行中能夠準確定量地控制緩蝕、阻垢劑、分散劑、殺菌滅藻劑和酸堿投加量，同時在線檢測電導率、pH 值、溫度等參數，并可在遠離現場的操控中心進行遠程操作。該系統還具有數據讀取和儲存功能，從而可獲得和儲存循環水系統各控制參數。為了提高系統運行穩定，控制系統內部設置了不同控制參數的報警反饋，如壓力、流量、溫度控制報警和電導率監控報警等。

加藥裝置由PLC控制，有數據自動采集、處理、輸出功能。預留通訊端口與循環水站PLC系統實現通訊，實現計算機遠程監控和就地控制。

通過pH計、電導、濁度等自動監控儀表，將相關信號采集，進入PLC進行系統水質的全過程監控。根據系統大小，PLC依照模糊控制理論，輸出一路4～20 mA控制信號直接控制計量泵的開度。當加藥控制范圍設定后，控制系統將根據藥劑濃度的變化和水量的變化周期，自動整定出輸出信號給加藥計量泵，促使計量泵的開度和藥劑濃度達成動態平衡，有效地將循環水中的藥劑濃度嚴格控制在設定的精確范圍內，完成全自動加藥操控。

1.2 連鎖關系

（1）pH值在線監測提供4～20 mA電流信號與加酸泵連鎖控制。

（2）電導率在線監測提供4～20 mA電流信號與加藥泵連鎖控制緩蝕、阻垢劑的投加。

（3）余氯在線監測提供4～20 mA電流信號與加藥泵連鎖，在線控制殺菌劑的投加。

1.3 系統組成

控制系統整合在現場控制柜中，主要監控參數如下：

現場控制柜用于顯示阻垢緩蝕藥劑濃度、ORP值、電導率值、pH值、濁度、總磷值、濃縮倍數、污垢熱阻值、腐蝕速率、監測掛片器流量值、計量泵的運行狀況、藥劑罐、硫酸罐的液位等相關參數，具有人機互動界面實現系統操作參數的修改和設定。

1.4 藥劑組成

（1）氧化性殺菌劑

投加氧化性殺菌劑，主要是在線監測控制微生物黏泥對系統產生的嚴重污垢和腐蝕危害，生產運行中一般采用間歇式投加。

（2）非氧化性殺菌劑

投加非氧化性殺菌劑，主要是在線監測控制微生物黏泥對氧化性殺菌劑的抗藥性，剝離黏附在換熱器管壁上的生物黏泥，生產運行中一般采用間歇沖擊投加。

（3）硫酸

根據在線監測補充水水質情況確定系統是否需要投加硫酸，其目的是調節循環水的pH值，降低補充水的鈣硬度和總堿度，將HCO3-中和生成CO2和H2O，避免生成CaCO3等沉淀。

加酸系統安裝pH計，在線監測水質pH值，在控制器上設定pH值的控制范圍，通過微機運算，自動控制加酸泵的開度，調整加酸量。

1.5 自動排污

當循環水系統濃縮倍數不滿足設計要求時，通過電導儀在線監測補充水、循環水電導率，計算出濃縮倍數。針對濃縮倍數范圍在系統中設定排污指標，電導率采集信號經由系統處理判斷后，PLC傳輸給電動調節排污閥執行開閉動作，實現水質連鎖自動排污。

2 自動加藥系統特點

2.1 控制精度高，藥劑利用率高，系統長周期運行性價比高

通過智能復合控制系統復合計算原理，不管系統處于何種狀態，直接監測水處理劑有效組份，測量誤差小于正負0.1 mg/L，控制誤差小于正負0.2 mg/L。

2.2 高效率自適應排污系統

自動排污系統對于有多條補充水管線或者排污不易控制的系統優越性更明顯。

2.3 新型藥劑普適性

該系統特別適合發展中的無磷配方藥劑，如配方變化可以通過系統重新配置操作。

3 自動加藥系統功能

（1）根據循環水水質要求[2-3]，在pH控制器上設定pH值范圍，通過自動測量系統的pH值，訊號經放大后，控制器自動控制酸泵的啟動和開度，循環水的pH值將嚴格控制在設定的范圍內。

（2）通過對循環水的電導表進行設定排污的電導范圍，信號傳輸給繼電器，控制電動控制閥的開度。實現自動排污及控制濃縮倍數。

（3）對總磷、pH、電導、濁度等參數提供顯示、報警、變化曲線、報表打印、歷史數據的存儲和查詢，可實現人機對話。

（4）加藥泵的手動及自動切換。

（5）對緩蝕劑阻垢劑的全自動連續加藥。

（6）對氧化性殺菌劑實行自動加藥。

（7）對非氧化性殺菌劑實行定時自動加藥。

4 主要技術參數

環境溫度 10～35 ℃

相對濕度 ≤85 %

供電電壓 220 V±10 %（380 V±1 0%）

電源頻率 50 Hz

測量范圍 0～30 mg/L（0～300 mg/L）

測量精度 ±0.1 mg/L

控制精度 ±0.2 mg/L

電流輸出 4～20 mA

輸入循環水壓力 ≤0.15 MPa

取樣水流量 100 mL/min

5 自動加藥系統應用實例

根據循環水系統加藥原理[1-3]設計及自動加藥系統運行實際情況，現引用某公司循環水系統2015年7月的運行數據來說明其真實運行效果。

5.1 項目信息

應用系統：第一循環冷卻水水場；

循環冷卻水水量：55 187，m3/h；

平均溫差：10.6，℃；

循環水補充水量：609，m3/h；

回用水補充水量：160，m3/h；

循環水旁濾水量：1 754，m3/ h；

循環水排污水量：81，m3/h；

循環水濁度：3.5，NTU；

循環水濃縮倍數：5.6；

pH控制：8.53；

總磷控制：0.86，mg/L；

運行時間：30，天；

系統設計水量：54 000，（m3/h）·12座；

冷卻塔：4 500，（m3/h）?座；

進塔水溫：43，℃ ；

出塔水溫：33，℃；

平均溫差：10，℃；

干球溫度：32，℃；

濕球溫度：28.6，℃；

循環水濁度：10.0，NTU；

循環水濃縮倍數：4.0。

5.2 流程概況（見圖5）

圖5 加藥系統帶控制點管道及儀表流程Fig. 5 PID of dosing system

5.3 循環水裝置運行數據

表1～4、圖6～13中數據引用循環水場運行月報，全部性能參數經過用戶確認，數據全部智能控制和在線檢測獲得。

表1 系統運行參數Tab. 1 System operation parameter

表2 藥劑耗量Tab. 2 Chemical consumption

表3 水質Tab. 3 Water quality list

圖6 pH值Fig. 6 pH list

圖7 濁度值Fig.7 Turbidity list

圖8 氯離子值Fig. 8 Chloride list

圖9 鋅鹽Fig. 9 Zn list

圖10 聚合物Fig. 10 Polymer list

圖11 總鐵Fig.11 Total Fe list

圖12 總磷Fig. 12 Total P list

圖13 濃縮倍數Fig. 13 Concentration multiple list

表4 腐蝕監測值Tab. 4 Corrosion monitoring value

（1）碳鋼掛片表面輕微腐蝕，腐蝕率很低，見圖14。

圖14 碳鋼掛片表面Fig. 14 Surface of the CS pendant

（2）不銹鋼及銅掛片腐蝕率較低，遠低于控制上限，見圖15。

圖15 不銹鋼及銅掛片表面Fig. 15 Surface of SS and Cu pendants

圖16為水處理加藥系統運行某時PLC控制顯示圖面。

目前系統運行穩定，循環水量較上月相比有所上升，排污量和補水量與上月相比亦有所上升。由于余氯分析儀表問題，導致余氯分析儀和人工分析的結果有偏差，余氯分析儀后經幾次修復，至月底恢復正常。

圖16 PLC加藥系統控制界面Fig. 16 PLC dosing system surface chart

6 結論

自動加藥技術PLC控制系統在循環水裝置運行中，體現出了測量的穩定性、控制的精確性，同時節水、節能、減排效果明顯，具有極大的社會效益，增強了企業產品的市場競爭力。

參考文獻

[1]GB/T 50102—2003. 工業循環水冷卻設計規范[S].

[2]GB 50050—2007. 工業循環冷卻水處理設計規范[S].

[3]GB/T 50746—2012. 石油化工循環水場設計規范[S].

中圖分類號：TQ 085+.2

文獻標識碼：A

文章編號：2095-817X（2016）02-0025-000

收稿日期：2015-08-18

作者簡介：郭根弟（1954—），男，工程師，從事給排水及消防工程設計、施工管理等工作。

Design and Application of Automatic Dosing Process in Cyclic Cooling Water System

Guo Gengdi
（China National Pharmaceutical Group, Sino pharmengin Co., Shanghai Co., Ltd, Shanghai 200235）

Abstract:In application of automatic dosing technique, dosing is controlled with the measured signal of water supplementary and online detected conductivity by PLC, in this way, the precision and stability of dosing to cyclic water can be ensured. Moreover, intelligent control technology is introduced, and based on online detective data the system control process is automatically adjusted so as to avoid the system operation delay. This technique has the advantages of precision, stability, reliability and convenience for operation.

Keywords:automatic dosing system; intelligent control; automatic operation adjustment; online detective data