專利名稱：冷卻水系統(tǒng)的加藥控制方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及開放循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的加藥控制方法及裝置。
背景技術(shù)：
在用于產(chǎn)業(yè)、空調(diào)等的開放循環(huán)冷卻水系統(tǒng)中，使在冷凍機(jī)等熱交換器的熱交換作用下溫度升高的水在冷卻塔中蒸發(fā)，通過釋放蒸發(fā)潛熱進(jìn)行冷卻，從而循環(huán)使用。
開放循環(huán)冷卻水系統(tǒng)對(duì)水進(jìn)行循環(huán)利用，故產(chǎn)生蒸發(fā)導(dǎo)致的水的濃縮，因此容易發(fā)生腐蝕故障、積垢故障、粘液故障等。為了防止出現(xiàn)這些故障，通常向開放循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的冷卻水中添加各種水處理藥劑(以下稱為"藥劑")。這些藥劑可舉出以防腐蝕為目的
的各種磷酸鹽、以防水垢為目的各種水溶性聚合物、以防止粘液附著為目的的各種殺菌劑等。 然而，上述藥劑若不能恒常保持一定值以上的濃度，則不能發(fā)揮出充分的效果。另一方面，注入過量時(shí)不僅會(huì)造成成本上的損失，還會(huì)引發(fā)弊病。因此，使用藥劑時(shí)優(yōu)選對(duì)冷卻水中的藥劑濃度進(jìn)行管理，以期最有效地且經(jīng)濟(jì)地達(dá)成使用目的。 在日本特開平11-211386號(hào)公報(bào)中，記載有由加藥裝置的流量計(jì)計(jì)量值求出水處
理藥劑的合計(jì)添加量，由補(bǔ)給水的電導(dǎo)率和循環(huán)冷卻水的電導(dǎo)率求出冷卻水的濃縮倍數(shù)，
由冷凍機(jī)的冷凍能力、冷凍機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)負(fù)荷及運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間求出冷卻水的蒸發(fā)水量，由上述濃縮
倍數(shù)和蒸發(fā)水量求出補(bǔ)給水量，通過這些數(shù)值演算出冷卻水中的水處理藥劑濃度，對(duì)水處
理藥劑的注入量進(jìn)行控制，以使藥劑濃度處于維持管理目標(biāo)濃度范圍內(nèi)。[專利文獻(xiàn)1]日本特開平11-211386號(hào)公報(bào) 由于冷凍機(jī)等的負(fù)荷因季節(jié)而變動(dòng)，在上述日本特開平11-211386的加藥控制方法中，需要根據(jù)不同季節(jié)對(duì)冷凍機(jī)的負(fù)荷設(shè)定值進(jìn)行調(diào)整，操作復(fù)雜。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，提供可方便控制加藥量的冷卻水系統(tǒng)的加藥控制方法及裝置。 第1方式的冷卻水系統(tǒng)的加藥控制方法是向循環(huán)于熱交換器和冷卻塔之間的冷
卻水中注入水處理藥劑的開放循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的加藥控制方法，其特征在于，由循環(huán)進(jìn)水
和循環(huán)回水的溫度差求出冷卻塔的負(fù)荷，基于該冷卻塔的負(fù)荷控制加藥量。 第2方式的冷卻水系統(tǒng)的加藥控制方法的特征在于，在第1方式中，由循環(huán)水量、
上述溫度差以及濃縮倍數(shù)求出吹洗水量(？"口一水量blow water amount)和飛散損失量
的總量，由該吹洗水量和飛散損失量的總量以及設(shè)定藥品濃度演算出加藥量。 第3方式的冷卻水系統(tǒng)的加藥控制方法的特征在于，在第2方式中，由冷卻水和補(bǔ)
給水的電導(dǎo)率求出濃縮倍數(shù)。 第4方式的冷卻水系統(tǒng)的加藥控制裝置是開放循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的加藥控制裝置，其具備向熱交換器循環(huán)供給冷卻水的手段、冷卻該冷卻水的冷卻塔以及向循環(huán)冷卻水中注入水處理藥劑的加藥裝置，其特征在于，具有由循環(huán)進(jìn)水和循環(huán)回水的溫度差演算出冷卻塔負(fù)荷的手段和根據(jù)基于該冷卻塔負(fù)荷的加藥量使該加藥裝置運(yùn)轉(zhuǎn)的加藥控制手段。
在本發(fā)明中，由循環(huán)進(jìn)水和循環(huán)回水的溫度差求出冷卻塔的負(fù)荷，基于該冷卻塔的負(fù)荷對(duì)加藥量進(jìn)行控制，因此無須根據(jù)不同季節(jié)設(shè)定常數(shù)，容易進(jìn)行控制。
在冷卻塔中，冷卻水蒸發(fā)時(shí)的潛熱會(huì)導(dǎo)致冷卻水的水溫下降。因此，向冷卻水施加的負(fù)荷越大，冷卻塔中的水蒸發(fā)量變得越多，吹洗水量也會(huì)隨之變多。該冷卻塔的負(fù)荷可以根據(jù)返回到冷卻塔的循環(huán)回水溫度與從冷卻塔流出的循環(huán)進(jìn)水溫度的溫度差以及循環(huán)水量求出。因此，由冷卻塔回水與進(jìn)水的溫度差以及循環(huán)水量求出冷卻負(fù)荷，再由該負(fù)荷算出吹洗水量，最后基于該吹洗水量求出所需的加藥量。 另外飛散也會(huì)導(dǎo)致冷卻塔中冷卻水的喪失。若考慮到冷卻水系統(tǒng)的鹽類平衡，通過考慮飛散損失量與吹洗水量的總量、蒸發(fā)水量以及濃縮倍數(shù)，可以由循環(huán)水量、上述溫度差以及濃縮倍數(shù)求出飛散損失量與吹洗水量的總量。而濃縮倍數(shù)可以由補(bǔ)給水和冷卻水的電導(dǎo)率等求出。另外由該飛散損失量與吹洗水量的總量以及設(shè)定藥品濃度，可以求出最佳的加藥量。


圖1是表示循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的系統(tǒng)圖。 圖2是表示實(shí)施例1的結(jié)果的圖。 圖3是表示比較例1的結(jié)果的圖。 圖4是表示實(shí)施例2和比較例2的結(jié)果的圖。
具體實(shí)施例方式
圖1表示應(yīng)用本發(fā)明的實(shí)施方式所涉及的冷卻水系統(tǒng)的加藥控制方法及裝置的冷卻塔設(shè)備的流程。使在冷凍機(jī)12中升溫后的冷卻水(循環(huán)回水)由冷卻塔1的噴水裝置2噴水，與在風(fēng)扇5驅(qū)動(dòng)下抽入的外氣產(chǎn)生氣液接觸而被冷卻，蓄積在凹槽即下部水槽4中。通過循環(huán)泵10、循環(huán)進(jìn)水管11及循環(huán)回水管13將下部水槽4中的冷卻水循環(huán)到冷凍機(jī)12。 由補(bǔ)給水管路9補(bǔ)給新水，其水量相當(dāng)于冷卻塔1中的蒸發(fā)量和飛沫的飛散損失量W以及來自吹洗管路7( 7"口一， 4 > blow line)的吹洗閥8( 7"口一弁blow valve)的吹洗水量B。需說明的是，無論蒸發(fā)量和飛沫的飛散損失量如何變動(dòng)，或者適當(dāng)?shù)剡M(jìn)行吹洗，供給補(bǔ)給水以使冷卻塔的下部水槽4的水面保持恒定，使冷卻水系統(tǒng)的水量基本保持恒定。這種水面控制可以采用球形旋塞閥自動(dòng)進(jìn)行。需說明的是，吹洗可以在冷卻水系統(tǒng)的水質(zhì)劣化時(shí)適當(dāng)進(jìn)行。 為了防止因冷卻水造成的導(dǎo)管和設(shè)備等的腐蝕及其他目的，可以通過設(shè)在返回到冷卻塔1的冷卻水的循環(huán)回水管13上的加藥裝置14注入水處理藥劑。但該加藥位置并不限定于上述位置。 其次，對(duì)本發(fā)明的加藥控制方法進(jìn)行說明。 通常，開放循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的蒸發(fā)量與作為對(duì)象的冷卻塔的負(fù)荷成比例。 由冷卻塔中的蒸發(fā)水量和飛散水量以及開放循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的濃縮倍數(shù)求出補(bǔ)
4給水量?？梢杂伤巹┑淖⑷肓俊⒗鋮s塔的負(fù)荷以及冷卻水的濃縮倍數(shù)演算出冷卻水中的藥劑濃度。 通常，開放循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的藥劑濃度C，可以通過下述公式(1)求出。 藥劑濃度 C = (G/M) N . (1) 如上所述，C表示藥劑濃度(g/m3) G表示加藥量(g/小時(shí)) N表示濃縮倍數(shù)(_) M表示補(bǔ)給水量(m3/小時(shí))。 該補(bǔ)給水量M可以用下述公式(2)表示。 M = E+B+W . (2) 此處，E表示蒸發(fā)量(m3/小時(shí)) B表示吹洗水量(m3/小時(shí)) W表示飛散損失量(m3/小時(shí))。 另外，該吹洗水量B與飛散損失量W之和B+W，可以用下述公式(3)表示。 吹洗水量 B+W = E/(N_1) ...(3) 得出公式(3)的依據(jù)如下所述。即冷卻水的濃縮倍數(shù)N是表示冷卻水中的鹽類濃
度與補(bǔ)給水中的鹽類濃度相比為多少倍的指標(biāo)，其可以通過下述公式(4)進(jìn)行定義。
N = CK/CM (4) CK表示冷卻水中的鹽類濃度(mg/m3)
CM表示補(bǔ)給水中的鹽類濃度(mg/m3) 考慮到冷卻水系統(tǒng)中的鹽類含量的平衡，在冷卻水系統(tǒng)以恒常狀態(tài)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，作為補(bǔ)給水流入的溶解鹽類量與含在吹洗水和飛散水中的溶解鹽類量相等，因此濃縮倍率可以用下述公式(5)表示。 CM*M = CK(B+W) …(5)
由公式(4)、 (5)可以得出
N = M/ (B+W) = (E+B+W) / (B+W) . (6) 將上述公式(6)變形后，可以得出上述公式(3)。 通常水中的鹽類濃度與電導(dǎo)率之間存在比例關(guān)系，因此通過測(cè)量補(bǔ)給水和冷卻水的電導(dǎo)率，可以由下述公式(7)求出冷卻水系統(tǒng)的濃縮倍數(shù)。
N = ii SK/ ii SM …(7) ii SK :冷卻水中的電導(dǎo)率(y S/cm)
ii SM :補(bǔ)給水中的電導(dǎo)率(y S/cm) 如此，不僅可以簡(jiǎn)單迅速地測(cè)量電導(dǎo)率，而且能將電導(dǎo)率傳感器的測(cè)量值作為電信號(hào)進(jìn)行處理，因此可以容易地由電導(dǎo)率的測(cè)量確定作為對(duì)象的冷卻水系統(tǒng)的濃縮倍數(shù)N。在補(bǔ)給水的水質(zhì)變動(dòng)小的情況下，也可以使用已知的電導(dǎo)率值，而省略補(bǔ)給水電導(dǎo)率的測(cè) 上述的吹洗水量B與蒸發(fā)水量W的總量B+W可以用下述公式(8)表示。
B+W = R A T/[580 (N_l) ] . (8)
其中，R表示循環(huán)水量(m3/小時(shí)) A T表示循環(huán)回水的溫度T2 (°C )與循環(huán)進(jìn)水的溫度1\ (°C )之差(A T = T2-T》。
得出該公式(8)的依據(jù)如下所述。 通常，冷卻塔中因蒸發(fā)潛熱釋放的熱量，與冷卻水從冷凍機(jī)吸收的熱量相等。蒸發(fā)潛熱是蒸發(fā)水量E(m3/小時(shí))與蒸發(fā)潛熱&的乘積，冷卻水從冷凍機(jī)吸收的熱量為以下值的乘積循環(huán)回水與循環(huán)進(jìn)水的溫度差A(yù)TCC)、循環(huán)水量(mV小時(shí))以及水的定壓比熱Cp，因此下述公式(9)成立。
<formula>formula see original document page 6</formula>
將公式(9)變形后，蒸發(fā)水量E可用下述公式(10)表示。
<formula>formula see original document page 6</formula>
Cp表示水的定壓比熱(kcal kg—1Q°C—0
H表示水的蒸發(fā)潛熱(kcal kg—0 水溫40。C時(shí)，若使Cp = 0. 998 kcal kg—1CI°C —'、H = 578 kcal kg—、則為 如上所述，該公式(8)中的濃縮倍數(shù)N可以由補(bǔ)給水和冷卻水的電導(dǎo)率求出，但也可以由氯化物離子濃度、鉀離子濃度、鎂離子濃度等算出。例如，可以用冷卻水的氯化物離子濃度值除以補(bǔ)給水的氯化物離子濃度值求出。循環(huán)水量R可以由泵10的噴出量求出，也可以用流量計(jì)進(jìn)行測(cè)量。另外，對(duì)泵進(jìn)行變頻(^ y"—夂一invertor)抑制，使循環(huán)水量R增減時(shí)，也可以根據(jù)變頻信號(hào)求出循環(huán)水量R。將這些值與AT測(cè)量值一起代入公式(8)，由此可以求出蒸發(fā)和飛散水量B+W。 加藥量(即應(yīng)注入到系統(tǒng)內(nèi)的藥品量A(g/小時(shí)))等于(設(shè)定藥品濃度) (吹洗水量+飛散水量)(即(設(shè)定藥品濃度) (B+W))，因此可以由公式(8)算出的B+W的值，演算出加藥量A。即加藥量A二 [設(shè)定藥品濃度]*R* AT/[580 * (N-l)]。
通過控制加藥裝置14達(dá)到上述加藥量，可以使冷卻水系統(tǒng)中的藥劑濃度達(dá)到目標(biāo)值。加藥量的控制可以采用控制加藥時(shí)間、控制噴出量、控制泵的運(yùn)轉(zhuǎn)數(shù)量等方法，用1臺(tái)泵控制加藥時(shí)間的方法(定時(shí)加藥)最為簡(jiǎn)便。需說明的是，控制裝置如下構(gòu)成向其輸入上述水溫1\和L、補(bǔ)給水和冷卻水的電導(dǎo)率、泵10的啟動(dòng)信號(hào)，進(jìn)行上述運(yùn)算，然后向加藥裝置14輸出控制信號(hào)。 另外，測(cè)量上述溫度1\、 T2時(shí)的注意事項(xiàng)如下所述。 循環(huán)水受導(dǎo)管溫度的影B向，因此在導(dǎo)管長(zhǎng)度較長(zhǎng)的現(xiàn)場(chǎng)、導(dǎo)管溫度容易下降的冬季等情況下，冷卻對(duì)象附近與冷卻塔附近的循環(huán)水的溫度不同。因此，測(cè)量溫度時(shí)優(yōu)選在冷卻塔附近進(jìn)行測(cè)量。作為循環(huán)回水的測(cè)溫位置，可舉出噴水板、冷卻塔附近的回水導(dǎo)管、填充材上方等。作為循環(huán)進(jìn)水的測(cè)溫位置，可舉出凹槽內(nèi)抽吸口附近、冷卻塔附近的進(jìn)水導(dǎo)管等。由于填充材下部因位置的不同而溫差大，不宜作為整體的AT的測(cè)溫位置。
循環(huán)進(jìn)水的溫度受冷卻塔內(nèi)的滯留時(shí)間的影響，其變動(dòng)呈現(xiàn)時(shí)間上的滯后。冷卻塔回水的水溫急劇下降時(shí)，冷卻塔進(jìn)水的水溫不會(huì)急劇下降，甚至?xí)霈F(xiàn)冷卻塔的AT呈表觀的負(fù)值的情況，因此短時(shí)間的測(cè)量不能準(zhǔn)確掌握冷卻塔的負(fù)荷。所以優(yōu)選下述方法使
用0. 5 10小時(shí)左右的平均溫度差，在此基礎(chǔ)上設(shè)定加藥量。
實(shí)施例 以下，對(duì)比較例和實(shí)施例進(jìn)行說明。
[比較例1] 對(duì)壓縮機(jī)用冷卻塔進(jìn)行定時(shí)加藥時(shí)，藥品濃度變動(dòng)的調(diào)查結(jié)果如圖3所示。從冷卻塔的規(guī)格來看，保有水量為4m3，循環(huán)水量為160m3/小時(shí)。 定時(shí)加藥為3小時(shí)1次，觀察負(fù)荷變化的同時(shí)按照不同季節(jié)對(duì)加藥量進(jìn)行重新設(shè)定。在負(fù)荷變動(dòng)大的時(shí)期檢測(cè)出的藥品量變動(dòng)也大，藥品濃度變動(dòng)值在100 800mg/L之間。[實(shí)施例1] 采用本發(fā)明的方法在上述冷卻塔中進(jìn)行加藥處理。 將藥品濃度設(shè)定為200 250mg/L，在冷卻塔噴水板和凹槽內(nèi)循環(huán)水抽吸口設(shè)置白金測(cè)溫電阻(PtlOO)，每隔l分鐘測(cè)量其溫度差。由每3小時(shí)的平均溫度差算出所需的藥品量，用隔膜泵進(jìn)行加藥。藥品的注入量可以通過改變隔膜泵的運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間進(jìn)行控制。需說明的是，根據(jù)循環(huán)泵的開停來監(jiān)視冷卻塔的運(yùn)轉(zhuǎn)和測(cè)量循環(huán)水量，但停止時(shí)不測(cè)量溫度差。
結(jié)果如圖2所示。按照?qǐng)D2的結(jié)果可知在測(cè)量的20天內(nèi)，可將冷卻水中的藥品濃度控制在200 250mg/L的范圍。
[實(shí)施例2、比較例2] 在栗田工業(yè)株式會(huì)社公司內(nèi)的冷卻塔設(shè)備中，分別采用日本特開平11-211386的
方法(比較例2)和本發(fā)明的方法(實(shí)施例2)進(jìn)行加藥控制。結(jié)果如圖4所示。 該冷卻塔的設(shè)備規(guī)格如下所述。 冷卻容量100RT 保有水量2m3 循環(huán)水量20m3/小時(shí) 濃縮倍數(shù)4倍 冷卻對(duì)象冷凍機(jī) 補(bǔ)給水電導(dǎo)率26mS/m 冷卻水電導(dǎo)率100mS/m 如圖4所示，比較例2的情況下，發(fā)現(xiàn)藥品濃度出現(xiàn)不均，但在實(shí)施例2的情況下則可進(jìn)行穩(wěn)定控制。認(rèn)為在比較例2的方法中，沒有對(duì)應(yīng)冷卻塔負(fù)荷，因此在負(fù)荷下降的時(shí)間帶過量加藥，導(dǎo)致檢測(cè)出的藥品濃度高。而在根據(jù)實(shí)施例2的方法中，由于對(duì)冷卻塔的負(fù)荷進(jìn)行測(cè)量，使根據(jù)負(fù)荷的變化進(jìn)行穩(wěn)定控制成為可能。 本說明書中，采用特定的實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)說明，但本領(lǐng)域技術(shù)人員了解可不脫離本發(fā)明的意圖和范圍而進(jìn)行各種變更。 需說明的是，本申請(qǐng)基于2007年7月30日提出的日本專利申請(qǐng)(特愿2007-197640)，這里援引其全部?jī)?nèi)容。
權(quán)利要求
冷卻水系統(tǒng)的加藥控制方法，其是向循環(huán)于熱交換器和冷卻塔之間的冷卻水中注入水處理藥劑的開放循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的加藥控制方法，其特征在于，由循環(huán)進(jìn)水和循環(huán)回水的溫度差求出冷卻塔的負(fù)荷，基于該冷卻塔的負(fù)荷控制加藥量。
2. 權(quán)利要求l的冷卻水系統(tǒng)的加藥控制方法，其特征在于，由循環(huán)水量、所述溫度差以 及濃縮倍數(shù)求出吹洗水量和飛散損失量的總量，由該吹洗水量和飛散損失量的總量以及設(shè) 定藥品濃度演算出加藥量。
3. 權(quán)利要求2的冷卻水系統(tǒng)的加藥控制方法，其特征在于，由冷卻水和補(bǔ)給水的電導(dǎo) 率求出濃縮倍數(shù)。
4. 權(quán)利要求2或3的冷卻水系統(tǒng)的加藥控制方法，其特征在于，以系統(tǒng)內(nèi)的設(shè)定藥品濃 度與R AT/[580 (N-l)]的乘積作為加藥量(g/小時(shí))，其中，R:循環(huán)水量(m3/小時(shí))，△T :循環(huán)回水的溫度T2(t:)與循環(huán)進(jìn)水的溫度T,C )之差。
5. 冷卻水系統(tǒng)的加藥控制裝置，其是具備向熱交換器循環(huán)供給冷卻水的手段、冷卻該 冷卻水的冷卻塔以及向循環(huán)冷卻水中注入水處理藥劑的加藥裝置的開放循環(huán)冷卻水系統(tǒng) 的加藥控制裝置，其特征在于，具有由循環(huán)進(jìn)水和循環(huán)回水的溫度差演算出冷卻塔的負(fù)荷 的手段以及根據(jù)基于該冷卻塔的負(fù)荷的加藥量使該加藥裝置運(yùn)轉(zhuǎn)的加藥控制手段。
6. 權(quán)利要求5的加藥控制裝置，其特征在于，所述加藥控制手段以系統(tǒng)內(nèi)的設(shè)定藥品 濃度與R AT/[580 (N-l)]的乘積作為加藥量(g/小時(shí))，其中，R:循環(huán)水量(mV小時(shí))，△T :循環(huán)回水的溫度T2(t:)與循環(huán)進(jìn)水的溫度T,C )之差。
全文摘要
在冷凍機(jī)12處升溫后的冷卻水(循環(huán)回水)被冷卻塔1的噴水裝置2噴水，蓄積在下部水槽4中。通過循環(huán)泵10、循環(huán)進(jìn)水管11以及循環(huán)回水管13將下部水槽4內(nèi)的冷卻水循環(huán)到冷凍機(jī)12。由補(bǔ)給水管路9補(bǔ)給新水，其水量相當(dāng)于冷卻塔1中的蒸發(fā)量和飛沫的飛散損失量W以及來自吹洗管路7的吹洗閥8的吹洗水量B。由循環(huán)進(jìn)水和循環(huán)回水的溫度差求出冷卻塔的負(fù)荷，基于該冷卻塔的負(fù)荷對(duì)加藥裝置14的加藥量進(jìn)行控制。
文檔編號(hào)F28G13/00GK101772688SQ20088010099
公開日2010年7月7日 申請(qǐng)日期2008年6月12日 優(yōu)先權(quán)日2007年7月30日
發(fā)明者中野肇, 內(nèi)田隆彥, 永井直宏 申請(qǐng)人:栗田工業(yè)株式會(huì)社