在工業(yè)用水領域，冷卻水污垢和腐蝕的存在 嚴重影響著設備的安全運行，同時造成了巨大的 能源浪費。投加水質穩(wěn)定藥劑可以有效抑制循 環(huán)冷卻水系統(tǒng)結垢、控制設備和配管腐蝕并抑制 水中微生物的滋生，對于滿足工藝設備用水水質 要求、確保正常生產、延長設備和配管的使用壽命 具有重要意義。
目前，國內外自動加藥控制方式主要有流量 比例、水量平衡和熒光示蹤劑3種，日本栗田公司 以流量比例式自動控制加藥，美國大湖公司以 水量平衡式自動控制加藥H o，美國NALCO公司 以熒光示蹤劑為傳感元件自動控制加藥，朱斌 和羅益民研制了基于PLC控制的流量比例式自 動加藥控制裝置M1，劉祥宇以單片機作為信號處 理核心單元開發(fā)熒光示蹤劑式自動加藥控制裝 置。川。然而，上述循環(huán)冷卻水自動加藥控制裝置 對緩蝕阻垢劑的投加都以循環(huán)水中藥劑的濃度作 為反饋信號，通過恒定循環(huán)水中的藥劑濃度，控制 緩蝕阻垢劑的投加量，且水處理劑投加濃度在循 環(huán)水系統(tǒng)設計時已根據(jù)補充水質特性確定，并保 持不變，未對換熱器結垢進行實時監(jiān)測。在冷卻 水補水水質發(fā)生變化時，水處理劑加藥濃度保持 不變，從而造成藥劑浪費、管內結垢嚴重及濃縮倍 率不穩(wěn)定等問題。因此，研究開發(fā)實時監(jiān)測循環(huán)冷卻水系統(tǒng)結垢傾向且依據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)控制加藥 量的循環(huán)冷卻水自動加藥控制裝置是極其必要的。 筆者設計的自動加藥控制裝置以實時監(jiān)測所得的污垢熱阻和關鍵水質參數(shù)作為反饋參數(shù)，通過與系統(tǒng)設定的目標參數(shù)比較來控制緩蝕阻垢劑、濃硫酸和殺菌滅藻劑的加藥量、補水量和排污量，并根據(jù)污垢熱阻測量值調節(jié)關鍵水質參數(shù)的目標值來抑制結垢。
筆者設計的循環(huán)冷卻水自動加藥裝置的控制 原理如圖1所示。系統(tǒng)以污垢熱阻作為反饋變 量，并與程序設定的污垢熱阻閾值進行差值比較， 根據(jù)比較結果，輸出控制信號至PID控制器，控制 緩蝕阻垢劑加藥泵的啟、停和開度，從而調節(jié)緩蝕 阻垢劑的投加量。同時，根據(jù)計算的污垢熱阻值 與污垢熱阻閾值的比較結果，對pH值、ORP和濃 縮倍率的閾值進行自動調節(jié)，通過改變關鍵水質 參數(shù)的閾值，控制濃硫酸和殺菌滅藻劑的投加量， 控制補充水量和排污量。
裝置測量部件由污垢熱阻監(jiān)測器、流量計、 pH計、電導率儀及ORP分析儀等構成。 依據(jù)文獻[9]的污垢熱阻測量原理設計在線 污垢熱阻監(jiān)測器，該監(jiān)測器通過模擬換熱器以電 廠循環(huán)冷卻水的實際流態(tài)、水質、金屬材料和換熱 強度為基礎，模擬凝汽器換熱效果，采用熱電阻傳 感器、熱電偶傳感器和流量計分別采集模擬換熱 器的出／入口溫度、管壁溫度和流速，用1-7000溫 度和電壓采集模塊將溫度和流速信號轉換成數(shù)字 信號輸送至工控機，由工控機中已編制好的程序 計算污垢熱阻，在線實時監(jiān)測污垢熱阻。 關鍵水質參數(shù)在線監(jiān)測裝置采用在線測量儀 表和測量電極，檢測取樣罐中循環(huán)冷卻水的電導 率、pH值和ORP和補充水電導率，并用1-7000電 壓采集模塊將采集的電壓信號轉換成數(shù)字信號輸 送至工控機，對關鍵水質參數(shù)(濃縮倍率、pH值和ORP)進行在線實時監(jiān)測。其中，濃縮倍率Ⅳ為 循環(huán)冷卻水的電導率K。與補充水電導率K，的比 值，即N=K．／K2。
循環(huán)冷卻水自動加藥控制部件由PID控制 器、變頻器、機械膈膜計量泵、補充水閥和排污閥 組成。PID控制器接收監(jiān)測部件發(fā)送來的控制信 號，調節(jié)變頻器頻率，調整隔膜計量泵、補水閥和 排污閥的啟／停和開度，以控制投加藥劑量、補水 量和排污量。
循環(huán)水自動加藥控制系統(tǒng)的軟件部分實現(xiàn)參 數(shù)設置、參數(shù)實時顯示、監(jiān)控參數(shù)在線控制、歷史 查詢及報表打印等功能，其主界面如圖3所示。 在系統(tǒng)主界面中對所采集的各參數(shù)進行處理和運 算，得出污垢熱阻，并實時顯示污垢熱阻和水質參 數(shù)(pH值、濃縮倍率及ORP等)。
監(jiān)控參數(shù)在線控制界面如圖4所示，用戶可 以根據(jù)需要在相應參數(shù)中設定核心控制參數(shù)的范 圍，增強了在線實時調整的靈活性。還可以根據(jù) 不同補充水水質，對核心控制參數(shù)的控制范圍進 行在線調整。
根據(jù)山東興隆莊電廠1。機組冷卻水補水水 質特點和GB 50050．2007《工業(yè)循環(huán)冷卻水處理 設計規(guī)范》，確定自動加藥裝置控制參數(shù)的指標 具體如下： pH值8．3～8．5 ORP 300～350 mV 濃縮倍率4．0—4．5 污垢熱阻 不大于3．44×10“m2·K／w 冷卻水的主要補水來源是礦井水，水質pH 值中性、懸浮物顆粒度較小，但細菌含量較高。結 合GB 50050．2007對敞開式循環(huán)水pH值的要求 和電廠阻垢緩蝕劑最佳pH值環(huán)境，選取pH值為 8．3～8．5、ORP為300—350、濃縮倍率為4．0— 4．5、污垢熱阻控制小于3．44 X 10。4m2 K／W。
循環(huán)冷卻水自動加藥控制裝置在山東興隆莊 電廠1。機組試運行，對pH值、ORP和濃縮倍率進 行監(jiān)測控制，測量結果如圖5～7所示(pH、ORP 和濃縮倍率曲線的初值為原水處理方案測量 值)。利用98％的濃硫酸調節(jié)水質pH值，由10d 的監(jiān)測曲線可以看出，pH值從初始8．7逐漸下降 至8．3—8．5，且控制值較為穩(wěn)定，達到了預定的 控制目標。殺菌滅藻劑濃度投加由ORP控制，初 期ORP值較低，隨著殺菌滅藻劑濃度的增加， ORP值逐漸上升并最終穩(wěn)定在300～350，且控制 值穩(wěn)定。濃縮倍率是利用電導率、補水閥、排污閥 和流量計控制，該電廠補充水以礦區(qū)開采過程中 初步處理的井下排水為主，補充水電導率變化范 圍大，因此濃縮倍率曲線波動較大，但從整體趨勢 看，隨著設備對補水量和排污量的自動控制，濃縮 倍率最終穩(wěn)定在4．0—4．5。
在pH值、ORP和濃縮倍率穩(wěn)定的情況下，監(jiān) 測實施緩蝕阻垢劑加藥控制方案前、后的污垢熱 阻，結果如圖8所示。實施加藥控制方案前，污垢 熱阻曲線明顯上升，最終的污垢熱阻瞬時值達到 3．44×10“m2 K／W，換熱器結垢。實施加藥控 制方案后，污垢熱阻測量值恒定，無上升趨勢。 通過實驗數(shù)據(jù)的對比分析，證實該加藥控制 裝置在保證濃縮倍率達到4．0～4．5時，抑垢效果 明顯，節(jié)約了水資源，提高了電廠經濟效益。
