用于防止热水系统中的腐蚀的方法和设备的制作方法

用于防止热水系统中的腐蚀的方法和设备的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种控制热水系统中的实时氧化还原电位以抑制热水系统中的腐蚀的方法。方法包括限定热水系统中的一个或多个操作保护区。操作保护区中的一个或多个包括可操作以测量操作温度和压力下的热水系统中的实时氧化还原电位的氧化还原电位探头。探头将所测量的实时电位传送到控制器，该控制器评估并且解析所传送的电位以确定它是否符合氧化还原电位设置。如果所测量的电位不符合氧化还原电位设置，那么控制器可操作以将一个或多个活性化学物质进给到热水系统中或者从热水系统中移除一个或多个活性化学物质，并且还可操作以改变至少一个系统参数。
【专利说明】用于防止热水系统中的腐蚀的方法和设备
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请是于2007年7月24日提交的序列号为11/782，192的现在待决的美国专利申请“Method and Device for Preventing Corros1n in Hot Water Systems，，的部分继续，其公开内容以它的整体通过引用合并入本文。

【技术领域】
[0003]本发明大体涉及降低或者抑制热水系统中的腐蚀的方法。更具体地，本发明涉及测量一个或多个操作保护区中的操作温度和压力下的实时氧化还原电位并且使用那些测量结果控制影响氧化还原电位的参数的调节。本发明尤其涉及局部和/或全局降低或者抑制简单或者复杂的热水系统中的腐蚀。

【背景技术】
[0004]热水系统大体包括全钢铁冶金或者混合冶金,诸如铜或者铜合金系统、镍和镍基合金、以及不锈钢，并且还可以与软钢成分混合。存在许多一般种类/组件的热水系统，诸如锅炉、热水加热器、热交换器、蒸汽发生器、核能电力系统、内燃机和柴油机冷却系统、蒸发器系统、热除盐系统、造纸操作、发酵过程等、以及附接的辅助设备。它们是经受无数REDOX Stress事件(即，与氧化或者还原电位中的改变有关的热水系统中的任何电化学事件)的动态操作系统。这样的事件大体包括牵涉系统中的氧化还原电位(“0RP”)空间或者制度的任何处理。
[0005]这些事件由众多的因素造成，包括:来自各组件的泄漏物、来自泄漏空气的污染、故障泵、密封、真空管路、和测量仪器。此外，富氧水的增加的使用(诸如锅炉补充水、返回的蒸汽冷凝水、和/或原始地表水或者地下水、除氧器故障、蒸汽和涡轮负荷摆动、以及关于化学制剂进给泵的问题)造成化学处理进给速率中的非计划的降低或者增加。不受控制的REDOX Stress事件可能造成严重的腐蚀问题，诸如局部化腐蚀、应激腐蚀、腐蚀疲劳、和/或热水系统中的流动加速腐蚀问题。就它们的本质而言，这些问题往往是电化学的并且因此附带到环境和结构材料相互作用的氧化还原性质。
[0006]虽然现今实践一些常规的方法来识别热水系统中的REDOX Stress事件，但是由于热水系统动力学，因而大部分的REDOX Stress事件是不可预测的。未广泛地实践这些方法，因为它们具有固有的缺点(见下文)。结果，大部分的REDOX Stress事件未被检测并且未被校正。不受控制的REDOX Stress事件可能导致这些系统中的严重的腐蚀问题，这负面地影响了工厂设备寿命预期、可靠性、生产能力、安全性、环境规划、资本支出、以及总的工厂设备操作成本。
[0007]识别REDOX Stress事件目前包括在线仪表和抓样湿法化学分析测试方法二者。在这两个方法中，样本在测量之前必须首先经受样本调整，诸如冷却。在线仪表的示例包括溶氧计、阳离子电导率仪、室温ORP仪、pH仪、钠分析仪、硬度分析仪、比电导率计、硅分析仪、颗粒和浊度计、还原剂分析仪等等。典型地，在使样本冷却之后或者在升高的温度下执行诸如试样和电化学分析的一般腐蚀监测。抓样测试方法包括分析溶解氧、pH、硬度、二氧化硅电导率、总计可溶解的铁、铜、和二氧化硅、还原剂超量等等。
[0008]这些方法的一些缺点包括如下。抓样分析给定时间测量中的单个点并且因此不是用于REDOX Stress事件的可变的连续监测方法。它还常常具有不足的低水平的检测界限。在线监视器不提供REDOX Stress的直接测量结果并且因此不能指示REDOX Stress事件是否在任何特定的时间发生。腐蚀监视器检测一般腐蚀，但是不能够测量由REDOX Stress事件造成的局部腐蚀速率中的改变。在线还原剂分析仪测量还原剂的数量，而不是系统在系统温度和压力下将经受的净REDOX Stress。在还原剂的明显存在中可能发生REDOX Stress因此是该技术的另一缺点。
[0009]溶氧(“D0”)计具有类似的缺点。测量DO (氧化剂)的数量(但不一定是系统正在经受的净REDOX Stress)不是腐蚀应激的准确指标。样本还必须在DO测量之前被冷却，因此增加了在检测REDOX Stress事件何时开始方面的滞后时间。此外，用于样本线中的氧消耗的电位可能造成不准确的读数。在DO的明显不存在时也可能发生REDOX Stress，并且样本中的微少或者没有DO可能潜在地是误否定。此外，上文所描述的所有仪表对于购买而言相对昂贵，并且要求频繁的校准和维护。
[0010]腐蚀试样给出了一般系统腐蚀的时间平均的结果。此外,该技术没有提供REDOXStress事件的实时指示或者控制。在线电化学腐蚀工具不足以用于局部化腐蚀确定并且不能使用在低电导率环境中。
[0011]室温ORP是从系统取得的样本的净ORP的直接测量结果。该技术的缺点在于，它未能指示在系统温度和压力下正在发生什么。常常不能在室温下观察在操作温度和压力下发生的REDOX Stress事件，这是因为过程动力学和热力学随着温度而变化。此外，室温ORP测量设备更迟钝并且更可能变得极化。这样的设备的可靠性是欠佳的，并且它们需要频繁的校准和维护。
[0012]因此，存在开发准确地监测和控制在操作温度和压力下的热水系统中的实时ORP的方法的持续需要。


【发明内容】

[0013]因此，本公开提供了一种在操作温度和压力下实时监测和控制热水系统中的ORP的方法。热水系统中发生的众多过程有助于0RP，该ORP进而充当用于热水系统的REDOXStress指标。与常规的室温测量相反，在系统操作温度和压力下实时取得的ORP测量结果能够实时指示系统中发生的主要和次要REDOX Stress事件。这样的实时ORP监测可以被用于测量、识别、和评估系统中的REDOX Stress需求并且可以充当直接或者间接的腐蚀过程指标。
[0014]在一方面中，本发明提供一种控制热水系统中的实时ORP以降低或者抑制热水系统中的腐蚀的方法。所述方法包括限定热水系统中的一个或多个操作保护区(“zone”或者“zones”)。选择所限定区中的至少一个(例如，一个、两个、或者更多个)，并且所选择区中的一个或多个(例如，一个、两个、或者更多个)包括可操作以测量实时ORP并且与控制器通信的至少一个ORP探头。当热水系统处于操作温度和压力时，在选择区中的一个或多个(例如，一个、两个、或者更多个)处或者连续或者间歇地测量所述实时0RP。所述方法还包括将所测量实时ORP传送到控制器并且评估是所测量实时ORP还是基于所测量实时ORP的所计算ORP符合ORP设置。所述ORP设置可以是或者用于所选择区中的每一个的相同的ORP设置或者用于所选择区中的至少两个的不同的ORP设置。如果所测量实时ORP或者所计算ORP不符合ORP设置，那么所述方法包括改变热水系统中的参数。在实施例中，如果所测量实时ORP或者所计算ORP不符合ORP设置，那么所述方法包括执行下面的动作中的至少一个:(i)将有效量的一个或多个活性化学物质进给到热水系统中，(ii)从热水系统移除有效量的一个或多个活性化学物质，以及(iii)改变系统参数。
[0015]在另一方面中，本发明提供一种用于热水系统的腐蚀控制设备。所述热水系统具有一个或多个(例如，一个、两个、或者更多个)操作保护区，其中选择区(优选地两个或者更多个区)的子集。在实施例中，所述设备包括与一个或多个ORP探头通信的接收器。激活ORP探头的子集，并且每个所激活ORP探头可操作以在操作温度和压力处测量实时0RP。至少一个ORP探头安装在所选择区中的一个或多个处。在实施例中，所述设备还包括处理器，所述处理器可操作以解析从每个所激活ORP探头传递到接收器的所测量实时0RP。所述处理器或者直接解析所测量实时ORP或者基于所测量实时ORP的所计算0RP。在实施例中，腐蚀控制设备可操作以基于所测量和所解析ORP中的一个或多个来改变或者调节参数。
[0016]根据至少一个实施例，进给设备与传送器通信，所述进给设备可操作以管理将一个或多个活性化学物质引入热水系统中以影响实时ORP中的改变。在至少一个实施例中，可操作以从热水系统移除一个、两个或者更多个化学物质的化学移除设备与腐蚀控制设备通信。如果所解析实时ORP不符合ORP设置，那么所述处理器可操作以通过传送器发送输出信号到进给设备或者化学移除设备。
[0017]本发明的一个优点是提供一种基于在热水系统中的操作温度和压力处测量实时ORP并且通过将一个或多个活性化学物质进给到热水系统中维持ORP设置以对所测量ORP做出反应，从而抑制热水系统中的腐蚀的方法。
[0018]本发明的另一优点是提供一种热水系统腐蚀控制设备，包括协同工作以控制热水系统中的一个或多个操作保护区中的实时ORP的接收器、处理器、传送器、和进给设备。
[0019]本发明的又一优点是通过启用系统参数的经改进的维护和控制来增加热水系统效率。
[0020]本发明的又一优点是通过准确地防止腐蚀来减小用于各种热水系统和组件的操作成本。
[0021]前述已相当宽广地概述了本发明的特征和技术优点以便可以更好地理解下面的本发明的详细描述。下文将描述形成本发明的权利要求的主题的本发明的附加的特征和优点。本领域的技术人员应领会到，所公开的构思和具体实施例可以容易地用作修改或者设计用于执行本发明的相同目的的其它实施例的基础。本领域的技术人员还应认识到，这样的等价实施例不脱离如随附的权利要求所阐述的本发明的精神和范围。

【专利附图】

【附图说明】
[0022]图1描绘了简化的3组件的热水系统，其中补充水流经“除氧器”、“FW泵”和进入“锅炉”，并且该锅炉进而生成“有用的蒸汽”以用于各处理中的随后的使用。
[0023]图2图示了包括多个给水泵、多个热交换器、和蒸汽发生器更复杂的锅炉配置。
[0024]图3描绘了各“0RP控制区”，其中ORP设置可针对各种温度下的系统而不同。
[0025]图4图示了在各种位置处进给多个REDOX活性物质以控制单个位置处的@T ORP? (Nal Co Company 的商标)。

【具体实施方式】
[0026]如本文所使用的，“热水系统”、“系统”和相似的术语是指其中热水与金属表面接触的任何系统。“热水”意指具有从大约37°C到大约370°C的温度的水。系统可以在大气压力或者高达大约4000psi的压力下或者低于其进行操作。
[0027]“0RP”、“@T 0RP”、“at-T 0RP”和“实时0RP”是指用于操作温度和压力下的工业水系统的氧化还原电位。在本文中的某些实例中，ORP被指示为室温0RP。
[0028]“0RP探头”是指能够测量和传送实时ORP信号的任何设备。虽然可以使用任何适合的设备，但是所提交的现在待决的序列号为11/668,048的美国专利申请“HighTemperature and Pressure Oxidat1n-Reduct1n Potential Measuring and MonitoringDevice for Hot Water Systems”中公开了优选的设备,所述申请以它的全文通过引用合并入本文。典型地，ORP探头包括温度检测器、贵金属电极、和参考电极。
[0029]“活性化学物质”是指氧化剂、还原剂、腐蚀抑制剂、腐蚀剂、和影响或改变热水系统中的ORP的其它物质。下文更详细地描述了这样的物质。
[0030]“REDOX Stress”是指或者直接或者间接地与氧化或者还原电位中的改变有关的热水系统中的任何电化学事件。
[0031]“控制器系统”、“控制器”和类似的术语是指手操器或者具有组件的电子设备，所述组件诸如处理器、存储器设备、数字存储介质、阴极射线管、液晶显示器、等离子显示器、触摸屏、或者其它监视器、和/或其它组件。在某些实例中，控制器可操作用于与以下各项集成:一个或多个专用集成电路、程序、计算机可执行指令、或者算法、一个或多个硬接线设备、无线设备、和/或一个或多个机械设备。控制器系统功能中的一些或全部可以在诸如网络服务器的中心位置处以用于局域网、广域网、无线网、互联网连接、微波链路、红外链路等等之上的通信。此外，可以包括诸如信号调整器或者系统监视器的其它组件以促进信号处理算法。
[0032]在一个实施例中，方法包括自动化控制器。在另一实施例中，控制器是手动或者半手动的，其中操作员解析信号并且确定给水(“FW”)的化学组成，诸如氧或者其它氧化物、除氧剂或者其它还原剂、腐蚀抑制剂、和/或腐蚀剂量。在实施例中，通过根据所描述的方法控制FW化学组成的控制器系统解析所测量ORP信号。在实施例中，控制器系统还解析所测量的温度来确定添加或者移除的活性化学制剂(如果有的话)的量。除了添加或者移除来自热水系统中的一个或多个化学物质之外或者替代添加或者移除来自热水系统中的一个或多个化学物质，控制器系统还可以操作以确定是否需要改变或者调节系统参数物质。温度检测器还可能被用于诸如报警方案和/或控制方案中的信息目的。应领会到，控制方案基于诸如pH、DO水平的其它输入、和其它水成分/性质可以包含泵限制器、报警、智能控制和/或类似物。
[0033]应预期到，所公开的方法适用于包括直接和卫星活性化学制剂进给设计二者的各种热水系统。“直接”进给典型地是指测量区处的实时ORP并且将活性化学制剂进给到相同的区。“卫星”进给通常是指测量区处的实时ORP并且将活性化学制剂进给到不同的区。代表性的系统和系统组件包括冷凝器、管侧和壳侧二者；热交换器；泵；密封；软钢或者铜基FW加热器；铜基合金表面冷凝器；除氧器；水管和火管锅炉；造纸机；冷凝水接收器；具有或者不具有蒸汽疏水阀的蒸汽冷凝水传输管路；过程液体热交换器；蒸发器；除盐系统；淡水冷凝器；减温的水源；流动加速腐蚀保护；空气加热器；用于柴油和汽油的引擎冷却系统;等等。
[0034]其它示例性的处理包括造纸处理，诸如Kraft制浆和漂白处理；晶片抛光和平坦化处理(例如，硅晶片抛光)；燃烧气体排放(例如，so2、nox、水银)；发酵处理；地热处理；以及水溶性有机氧化还原合成(即要求氧化还原引发剂的聚合处理)。
[0035]常规的腐蚀控制制度使用一个点进给。所公开的本发明通过精确地确定所需要的活性化学制剂和那些化学制剂的适当量/剂量来使用目标进给。例如，可以区分诸如低压FW加热器(铜基冶金)的相对氧化区和具有高压FW加热器(非铜基冶金)的更多还原区以减轻流动加速腐蚀相关的问题。压力水反应堆的部分处的所有铁FW加热器内的相对氧化条件与用于蒸汽发生器中的应激腐蚀开裂缓解的相对还原最终FW加热器制度相对。
[0036]本发明能够检测并且对主要和次要REDOX Stress事件二者做出反应。典型地，实现者知悉系统腐蚀控制含义和可能的REDOX应激源并且能够因此选择所限定操作保护区中的一个或多个以适当地监测给定系统的OT ORP空间。这样，通过基于作为主要REDOXStress指标的本地和/或远程OT ORP读数进给或者移除REDOX活性物质从而控制腐蚀是可能的。监测并且测量OT ORP空间来评估和识别系统需求，所述系统需求然后与已知/制定的度量比较以反应、解决、和控制REDOX Stress事件。作为次要REDOX Stress的指标，本发明可以检测由先前的主要REDOX Stress造成的腐蚀过程，其中主要REDOX应激源不再明显。
[0037]ORP探头可以检测有助于热水系统中的REDOX Stress事件的数个不同的因素。例如，所选择区中的ORP探头可以充当该区或者另一区中的腐蚀的直接指标。在实施例中，如果第一选择区处的所测量的实时ORP或者所计算的ORP不符合用于第一选择区的ORP设置，那么在第一选择区中测量实时ORP并且将一个或多个活性化学物质进给到第一选择区。在另一实施例中，如果所测量实时ORP或者所计算ORP不符合用于第一选择区的ORP设置，那么在第一选择区处测量实时ORP并且在一个或多个其它所选择区处进给一个或多个活性化学物质。在又一实施例中，在所选择区中的一个或多个处测量一个或多个实时0RP，并且基于所测量的一个或多个实时ORP中的一个或多个针对一个或多个其它选择区计算一个或多个其它实时0RP。
[0038]如上所述，在一些情况中，第一区中的所测量ORP被用于计算用于另一区的0RP。这样的计算可通过进行关于系统动力学的各种假设或者通过测量各区之间的温度/水化学组成差异来完成。使用本领域的技术人员熟知的热力学原理和混合电位理论还虑及其它区中的近似条件。然而，这样的计算典型地经受固有的不准确性；因此，优选的方法是在所选择区中就地测量实时ORP。
[0039]存在数个重要的因素以用于确定或者限定用于系统的具体的操作保护/控制区。任何特定系统的目标是实现用于该系统的OT ORP“工厂设备专用锅炉最佳实践”。例如，某些工厂设备由于控制理念、环境约束、经济学、工业标准等而限于某些化学组成。系统温度还可以从一个工厂设备到另一工厂设备而动态变化，这要求调节在下面的示例中更详细解释的所采用的具体的控制理念。不同的工厂设备还可以具有唯一的REDOX Stress基线，并且可能需要确定对基线的愚蠢的改变。
[0040]其它因素包括有意添加或者固有存在的具体OPR更改物质；用于系统中的各部分/实体的构建的工程合金；所期望的一般和局部腐蚀缓解；剂量限制；其它系统设计物质细节；特殊的考虑，诸如流动加速腐蚀、应激、和腐蚀开裂；系统变化性。本领域的技术人员将理解如何评估这些和其它系统变量/物质细节来实现用于具体工厂设备或者系统的本发明。
[0041]理想地，工厂设备的任何部分可以使用OT ORP使它的OT ORP REDOX Stress被测量和控制。也就是说，REDOX活性物质被直接进给到具体的一件设备(或者设备的群组)，并且就地测量和控制该件设备中的水的OT ORP以用于腐蚀缓解。本发明更具体地解决本地受保护的一个或多个部分的腐蚀和腐蚀产物的传递以及系统中的其它地方的该腐蚀传递的伴随的有害影响，包括污垢、传热面涂层、涡轮沉积等。该类全设备监测和控制方法由于系统限制和经济学而常常是不可能的。因此，系统的各部分典型地需要作为整个实体来处理。在一些情况中，锅炉系统的整个给水链可能是所述实体。可替换地，仅系统的小部分或者系统的各部分的群组是所述实体。应预期到，可以选择并且监测/控制任何部分、组件、或实体(包括被视为一个实体的整个系统)。
[0042]在一个方面中，用于一个所选择区的ORP设置可以与另一所限定或者所选择区重叠。在另一方面中，用于一个所选择区的ORP设置与其它所限定或者所选择区完全独立。在又一方面中，用于一个所选择区中的ORP设置部分取决于一个或多个其它所限定或者所选择区中的因素。
[0043]在实施例中，针对第一选择区确定ORP设置，并且可选地针对附加的选择区(如果有的话)确定附加的ORP设置。在一个实施例中，独立地确定每个附加的ORP设置。可替换地，ORP设置中的一个或多个可以取决于一个或多个其它ORP设置。ORP设置大体取决于并且基于热水系统的操作限制。
[0044]可以通过任何适合的方法达成确定用于任何特定系统的ORP设置。序列号为 7, 666, 312 的美国专利“Method of Inhibiting Corros1n in Industrial HotWater Systems by Monitoring and Controlling Oxidant/Reductant Feed through aNonlinear Control Algorithm”中描述了优选的方法,所述专利以它的整体通过引用合并入本文。然而，应预期到，本领域的技术人员熟知的任何方法可以被用于查明ORP设置。在实施例中，ORP设置是从一个或多个单个值选择的ORP设定点。在另一实施例中，ORP设置是从值的一个或多个范围选择的ORP设定范围。随着时间的过去，可以调节或者改变用于任何所选择区的ORP设置。例如，给定的工厂设备可以具有概述在不同时间用于系统的不同部分/组件的ORP设置的时间表。该时间表典型地将基于可随着关于系统的需求改变而改变的系统中的操作因素。
[0045]一些区可能保持相对还原，并且其它区可能相对更多氧化。例如，参考图2，热交换器I和2可能由在更多还原条件下展示低腐蚀速率的合金制造。然而，热交换器3可能由在更多氧化条件下展示较低的腐蚀速率的不同的冶金制造。然后，可能还需要在更多还原条件下保持“蒸汽发生器”。将相应调节和监测OT ORP控制区以补偿这些差异。
[0046]在一个实施例中，所选择区中的一个或多个可以在监测和/或报警模式中，而一个或多个其它所选择区在控制模式中。在实施例中，监测和/或报警模式中的所选择区能够在这些模式之间切换。这样的切换可以或者手动控制或者自动。下文呈现了 OT 0RP?系统设计可以被用于REDOX Stress控制的数个示例。
[0047]在另一实施例中，跨过任何泵测量OT ORP以检测泵或者密封腐蚀或者失效。在另一实施例中，方法可以被用于检测热交换器管路泄漏，因为一种活性化学制剂物质可能通过热交换器中的泄漏转移到另一端(例如，壳侧到管侧，反之亦然)。另一示例将是表面冷凝器冷却水泄漏到FW冷凝水热井中。在又一实施例中，方法可以被用于检测外部活性化学制剂物质(即，系统污染物)的任何不想要的侵入。在可替换的实施例中，OT ORP可以被用于形成系统中的具体REDOX应激源的“指纹”。这样，当更多锅炉补充水随着REDOX应激的伴随增加而不时地添加到系统时，它可以用作用于锅炉管路破裂的预早警报系统。
[0048]所测量或者所计算的ORP值可以指示所选择区中的一个或多个中的电化学活性物质的量。可以或者在测量ORP的区中直接看到或者在未直接测量ORP的另一区中推断这样的指示。在某些情况中，所测量或者所计算ORP指示间接影响一个或多个所选择区中的电化学活性物质的量的化学制剂量。在更典型的情况中，电化学活性物质直接影响所测量或者所计算的ORP。
[0049]在一个实施例中，方法包括触发事件之后从所选择区中的一个到所选择区中的另一个的斜升。造成一个或多个控制区中的实时ORP中的漂移或者改变的任何事件都可以是触发事件。本领域的普通技术人员将能够分析这样的选项并且选择用于系统的一个或多个触发事件。例如，使得泵或者系统的其它部分在线(或者使其离线)可以是触发事件。由于诸如涡轮驱动与其它较低的压力使用之间的下游使用改变，因而蒸汽压力改变，这也可以被选择为触发事件。触发还可以基于激活可在系统中引入具体REDOX应激源的各种冷凝水流。这样的触发事件可通过探头、继电器、监视器等来检测，同时保持可通过一个或多个控制区中的实时ORP中的改变可检测。此外,这些和其它事件的改变的速率可以指令从一个控制区到另一控制区的斜升速率，包括瞬时的、定时的、步进式、或者其它适合的斜升模式。
[0050]代表性的触发事件还可以包括很多定时的操作或者时间表或者其它工厂设备动态。时间表可能是固定的启动时间，随后是在一些系统操作中的随时间的斜升。例如，在发起FW流动之后30分钟，实时ORP应该在所期望的ORP设置的10mV内。在锅炉的满载烧制的20分钟之后，实时ORP应该斜坡到ORP设置。当已在诸如上游组件的系统中的其它地方达到ORP设置时，也可以触发所述斜坡。例如，一旦上游控制区已达到它的ORP设置(或者例如在50mV内)，则下游控制区被激活或者进入控制模式中。这样的实时ORP控制的排序是触发的一个优选方法。
[0051]改变工厂设备动态也可以发起触发和/或斜坡。在实施例中，触发事件可以包括工厂设备功率输出改变。例如，5%的功率输出减少可以是发起系统中的一个或多个控制区中的实时ORP改变的触发事件。用于发起实时ORP改变的处理可能是例如针对一个或多个控制区改变ORP设置的立即信号或者是至新ORP设置的渐变斜坡。该处理可以基于功率下降的速率或者幅度。此外，触发和/或斜坡机制可能是多个信号和定时的复杂的相互关联。
[0052]在优选实施例中，对FW化学组成的改变和调节包括添加或者移除(当可能时)氧或者其它氧化剂、除氧剂或者其它还原剂、腐蚀抑制剂、腐蚀剂、和/或FW的其它活性化学制剂。按照定义，除氧剂是还原剂，但是不是所有的还原剂一定是除氧剂。适合作为除氧剂的还原剂满足放热反应与氧共存的热力学要求。对于实际的应用而言，典型地在低温处要求合理的反应性。也就是说，应该存在一些良好的反应动力学。此外，诸如用于系统控制和腐蚀控制之类对FW化学组成的其它改变和调节可以包括添加/移除其它氧化剂(oxidizing agent 或 oxidant)、其它还原剂(reducing agent 或 reductant)、和 / 或其它活性或者惰性化学制剂。
[0053]还原剂和它的氧化产物在它们在蒸汽生成设备中形成时不是腐蚀性的并且不形成腐蚀性的产物。典型地，某些除氧剂在某些PH范围、温度、和压力中最佳地发挥作用并且还由一个方式或者另一方式中的催化作用影响。可基于本文所讨论的准则和本领域的技术人员的知识容易地确定用于给定系统的适当除氧剂的选择。
[0054]优选的还原剂(即，除氧剂)包括肼、亚硫酸盐、亚硫酸氢盐、N, N- 二乙羟胺、对苯二酚、异抗坏血酸盐或者异抗坏血酸、甲乙酮肟、羟胺、丙醇二酸、促长啉、甲基四氮腙(methyltetrazone)、四甲基苯二胺物、氨基脲、二乙氨基乙醇、单乙醇胺、2_酮葡萄酸、抗坏血酸、硼氢化物、异丙基羟胺、五倍子酸、二羟基丙酮、单宁酸和它的衍生物、食品级抗氧化齐U、类似物、以及任何组合。应领会到，本发明的方法中可以使用任何活性化学物质。
[0055]代表性的氧化剂包括氧气、过氧化氢、有机(烷基和芳基)过氧化物和过酸、臭氧、醌、酸和硝酸盐和亚硝酸盐的基础形式、类似物和组合。
[0056]代表性的腐蚀剂包括无机酸(例如，HCUH2SO4、HNO3、H3PO4)和它们的盐/衍生物；苛性碱(例如，Na、K、L1、氢氧化物)；氢氧化铵；螯合掩蔽剂，诸如EDTA、NTA、HEDP ;膦酸和聚膦酸；膦酸酯；水溶性和/或可分散的有机聚合物络合剂，诸如丙烯酸均聚物、共聚物、和三元共聚物；丙烯酰胺；丙烯腈；甲基丙烯酸；苯乙烯磺酸；类似物；和组合。
[0057]代表性的腐蚀抑制剂包括碱和磷酸盐的胺盐和多磷酸盐；中和胺；钥酸盐；钨酸盐；硼酸盐；苯酸盐；成膜腐蚀抑制剂，诸如烷基、烯基、和芳基多胺和它们的衍生物；诸如序列号为5，849，220的美国专利中公开的表面活性剂组合物；诸如序列号为5，023，000的美国专利中公开的低聚有机磷酸化学制剂。
[0058]在本发明的另一实施例中，从热水系统移除一个或多个化学物质。例如，可经由薄膜处理从主处理水旁流移除氧。任何适合的薄膜可以被用于这样的移除并且本领域的技术人员将选择适合的薄膜和旁流处理。氮气或者较低的氧浓度运载气体(或者主处理水旁流)可以存在于气体渗透薄膜的一侧，并且处理水在薄膜的另一侧。主处理水旁流中存在的氧气将扩散离开主处理水旁流以跨过薄膜均衡其部分压力，然后，这将降低主处理水中的氧气含量并且降低0RP。在实施例中，可以包含除氧器(参见例如，图1的配置)或者类似的除气处理以利用逆流蒸汽(具有较低的溶解氧值)机械地移除或者清除非凝结气体(例如，氧气)离开主系统。主系统流因此使它的ORP由它的固有溶解氧值的降低而降低。可以在没有将其它化学物质添加到热水系统中的情况下或者结合将其它化学物质添加到热水系统中的情况下进行化学物质的这样的移除。
[0059]在本发明的另一实施例中，可以或者单独或者结合化学添加/移除使用改变至少一个系统参数的非化学技术来调节或者符合所测量的0RP。通过非化学添加技术，可以影响任何一个实际区(或者链接区)中的ORP，ORP控制区的上游。代表性的非化学技术和系统参数包括例如选择特定类型的进给泵或者冷凝泵；系统处理流的分区流动；混和或者结合流；选择热水系统的各部分的构建的材料以控制氧化的速率；阴极保护；电磁波产生；物理性质改变；类似物；和其组合。
[0060]可以通过参考下面的示例更好地理解前述内容，其旨在出于示例性的目的并且不旨在限制本发明或者它的任何方式的应用的范围。
[0061]示例 I
[0062]图1描绘了简化的3组件的热水系统。补充水流经“除氧器”、“FW泵”和进入“锅炉”。所述锅炉进而生成被用于各种下游处理的“有用的蒸汽”。在该示例中，可以在图1中标示为“I”的除氧器出口或者图1中标示为“2”的FW泵出口处监测/控制0RP。可以实时对REDOX Stress做出反应，因为它在除氧器和/或FW泵中独立发生。在除氧器之后和/或用于更多具体腐蚀控制的FW泵之后，活性化学物质也可以被进给到除氧器中。
[0063]示例 2
[0064]图2图示了更复杂的锅炉配置，包括多个给水泵、多个热交换器、和蒸汽发生器(即，锅炉)。在这样的配置中，可以使用任何数目(即，一个、两个、或者更多个)的冷凝器、热交换器、泵、锅炉、处理蒸汽应用等。在图2中，当流动的给水向“处理蒸汽的使用”区域I和2移动时，它被示出为实箭头线。当冷凝蒸汽被进给到可包括热交换器的壳侧的各种工厂设备位置或者直接返回到冷凝区域时，它被示出为虚箭头线。如果期望的话，可以作为排污使不满足用于锅炉给水的工厂设备水规范的冷凝水离开系统。
[0065]其中可以监测/控制ORP的位置和/或用于活性化学物质的进给位置的示例被标示为图2中的“22”。这样的用户控制的定位允许用于具体单元和/或单元的群组的局部腐蚀保护能力以及全局腐蚀保护。
[0066]示例3
[0067]图3描绘了 ORP设置可以如何针对不同温度的系统而有所不同。图3中所示的温度可以代表例如不同的工厂设备或者相同工厂设备中的不同的操作保护/控制区。在该示例中，ORP设置是从示出为标示“优选的”、“较宽广的”、“最宽广的”的垂直线的一系列范围中选择的ORP设定范围。取决于工厂设备中的设备的精密性(即，操作限制)，可用的ORP设定范围或者点可以变化。也就是说，一些工厂设备能够处理狭窄或者优选的ORP设定范围，而其它工厂设备仅能够处理较宽广的ORP设定范围。
[0068]与具有0.1常态(normal)氯化钾充填液的外部压力平衡的参考电极(在图3中指示为“EPBRE”)相对，典型地将记录OT ORP数目。可通过定位在给水中的“热交换器2”(图2)之后的OT ORP探头测量和控制第一 180° F控制区，并且活性化学物质可以紧接在给水中的“冷凝器”(图2)之后被进给到给水中。
[0069]可以通过定位在给水中的“热交换器3” (图2)之后的OT ORP探头测量和控制第二 350° F控制区，并且活性化学物质可以紧接在给水中的“热交换器3” (图2)之前被进给到给水中。
[0070]可以通过定位在给水中的“热交换器4” (图2)之后的OT ORP探头测量和控制第三500° F控制区，并且活性化学物质可以紧接在给水中的“热交换器4” (图2)之前被进给到给水中。
[0071]示例 4
[0072]该示例图示了在各位置处进给多个REDOX活性物质以控制单个位置处的OT 0RP,如图4所示。控制OT ORP探头直接放置在用于REDOX活性物质#2的进给位置的上游。OT ORP探头在REDOX活性物质#2的进给之前被用于测量OT 0RP。然后，切换@T ORP探头以控制被进给在单个OT ORP探头的上游的另一 REDOX活性物质(#1)的进给。应注意到，当(手动控制的)REDOX活性物质(#2)被切断时，该丢失的影响迅速渗透工厂设备水化学组成并且被OT ORP探头感测。控制器(在该示例中，控制器针对REDOX活性物质(#1)是自动化的)立即发起REDOX活性物质#1的附加进给，以补充REDOX活性物质#2的缺口。
[0073]REDOX活性物质#1的受控进给能够达到并且维持OT ORP设置，因此最小化了该事件期间热交换器中的腐蚀。注意，一旦REDOX活性物质#2手动回到打开，则立即通过切断REDOX活性物质#1的进给来补偿腐蚀控制设备(即，OT ORP探头系统)以维持用于腐蚀控制的所期望OT ORP设置。
[0074]示例5
[0075]该示例图示了直接测量腐蚀事件的OT 0RP?探头的不可预测的响应以及实时ORP测量结果如何充当来自REDOX Stress事件的热水系统中的腐蚀的直接指标。
[0076]iT ORP探头对FW中的腐蚀产物的形成做出反应。FW中的REDOX应激包括例如像Fe2+/Fe3+或者Cu+/Cu2+的复杂的共轭离子腐蚀对。在所有铁基FW加热器中，高DO(即，大于500ppb)的水开始进入FW加热器。加热器入口处的室温ORP和实时ORP最初分别是-125mV和-280mV。一旦经历添加的REDOX应激事件，则加热器入口处的室温ORP和实时ORP分别上升到_70mV和-30mV。OT ORP探头(实时ORP增加250mV)的灵敏度清楚地被视为与室温ORP探头(仅增加了 55mV)相比较。FW加热器出口处的实时和室温ORP探头最初分别是_540mV和-280mV。在高REDOX应激事件之后，Fff加热器出口处的实时和室温ORP探头分别变为-140和-280mV。注意到实时ORP上升400mV而室温ORP显示没有改变是重要的。
[0077]不旨在局限于任何特别的理论；然而，FW加热器的出口处的室温ORP测量结果显示没有改变的一个理论是退出FW加热器的DO在FW加热器的入口处贯穿DO进入(ingress)事件保持未改变。实时ORP数目在FW加热器出口处如此急剧上升的原因最可能是由于FW加热器自身中已发生的腐蚀。该事件生成OT ORP探头检测到但室温ORP探头未检测到的离子氧化铁物质物质的充足供应。
[0078]跨过其中在FW加热器内消耗溶解氧的铜基FW加热器看到相同的影响。再一次，室温ORP测量结果在FW加热器的出口处显示没有改变，而OT ORP探头响应显示出升高的数目，这是因为氧化铜离子物质物质(共轭对)被释放到FW中并且退出FW加热器，仅由@T ORP探头并非室温ORP仪所感测到。
[0079]示例6—非化学技术
[0080]以下段落提供了改变可被用于控制热水系统中的所测量ORP的系统参数的非化学技术的数个示例。本领域的技术人员将能够在没有多度的实验的情况下利用这些技术。
[0081]泵选择:泵对于空气进入而言可以是著名地坏的作用者(常常不合期望的影响)并且可以添加系统中的氧化还原应激。取决于是期望这样的进入还是相反地期望它的排除，进给泵或者冷凝泵类型的选择可以相当显著地影响ORP测量结果。例如，诸如活塞包装、止回阀、隔膜、密封、填料盖、叶轮等的泵设计参数是可能的失效和空气进入的所有领域。空气进入典型地在泵送的吸引阶段期间发生在泵的较低压力侧。
[0082]分区:可以仅对蒸汽流和定量进行分区使得一些或者部分系统流经由旁流转向多件装置，所述装置可以影响固有ORP并且将它返回到主系统流。例如，电化学电离处理可以被用于影响它的化学性质以及因此影响旁流中的ORP性质。
[0083]混和:具有不同ORP性质的系统或者处理流可以以已知/受控/计算的比率混和在一起来影响ORP以及因此影响下游系统的腐蚀。
[0084]材料:由不同材料制成的系统的分离的部分可以影响0RP，并且可以以特定组合包含和使用腐蚀性质以达到用于热水系统的期望0RP。例如,具有针对溶解氧气的良好亲和性以通过在受控制的速率下氧化而局部降低处理水中的溶解氧值的材料(例如，可以主动地氧化的任何材料，诸如铝、铬、类似物、和其组合，以及甚至，更多反应性的材料将是锂、钠、镁、锌、类似物、和其组合)。随后，在处理中，水然后将具有较低的ORP值以及降低的倾向性以腐蚀然后将被较好地保护的其它材料。除了在该情况中整个区或者整件设备可能是防止随后的区免于腐蚀力的阳极区之外，这在某种程度上类似于阳极保护。在来自随后的区的上游处添加一个或多个ORP影响的物质(例如，一件硬件或者系统部件)，所述随后的区要求用于腐蚀保护的具体ORP数目。虽然所述多件硬件一般被认为是金属的，但是它们不需要是金属的。例如，活性碳可能证明是有效的化学更改物质，以及因此也是ORP更改物质。
[0085]阴极保护:类似于阴极保护的施加电流可以被用于更改ORP空间，其中可以阴极保护设备的接触处理水的各部分或者区域。在一个极端情况中，可以以足够高的施加电化学电压运行阴极保护以引入化学更改物质，比如氢。氢然后将在它自身中降低ORP值并且可以与氧气局部(或者下游)组合以降低所测量ORP值。
[0086]电磁波:多件装置可以在电磁波产生的区域中，诸如光源、紫外线添加、微波诱导波等等、以及其组合。电磁波源可以诸如以受控制的方式、脉冲等连续或者间歇地接通。波源经由它们的特定作用可以被用于在任何区域中直接或者间接地影响ORP物质。例如，UV光可以激活氧气与水中的亚硫酸盐之间的钴催化的反应。
[0087]可以在没有根据本公开的过多实验的情况下制作并且执行本文所公开并且要求专利保护的所有组合物和方法。虽然可以以许多不同的形式具体化本发明，但是本文详细描述了本发明的具体优选实施例。本公开是本发明的原理的范例并且不旨在将本发明限制于所图示的特定实施例。此外，除非明确陈述相反情况，否则术语“一”的使用旨在包括“至少一个”或者“一个或多个”。例如，“一个设备”旨在包括“至少一个设备”或者“一个或多个设备”。
[0088]或者以绝对项或者以近似项给定的任何范围旨在包含这二者，并且本文所使用的任何定义旨在澄清并非限制。尽管阐述本发明的宽广的范围的数值范围和参数设置是近似值，但是尽可能精确地报告了具体示例中阐述的数值。然而，任何数值固有地包含必然由它们相应的测试测量结果中找到的标准偏差造成的某些误差。此外，本文所公开的所有范围应被理解为包含其中归入的任何和所有子范围(包括所有分数和全部值)。
[0089]此外，本发明包含本文所描述的各实施例中的一些或者全部的任何和所有可能的组合。任何和所有专利、专利申请、科学论文、和该申请中记载的其它参考资料、以及其中记载的任何参考资料以它们的整体通过引用合并入本文。还应理解到，对本文目前描述的优选实施例的各种改变和修改对于本领域的技术人员而言将是明显的。可以做出这样的改变和修改而不脱离本发明的精神和范围并且不减弱它的预期的优点。因此，预期这样的改变和修改被随附的权利要求所覆盖。
【权利要求】
1.一种控制热水系统中的实时氧化还原电位ORP以降低所述热水系统中的腐蚀的方法，所述方法包括: (a)限定所述热水系统中的一个或多个操作保护区(“zone”或者“zones”)； (b)选择所述限定区中的至少两个，其中所述选择区中的至少两个包括可操作以测量所述实时ORP并且与控制器通信的至少一个ORP探头； (c)当所述热水系统处于操作温度和压力时，间歇或者连续地测量所述选择区中的一个或多个处的所述实时ORP ； (d)将所测量的实时ORP传送到所述控制器； (e)评估是所测量的实时ORP还是基于所测量的实时ORP的计算的ORP符合ORP设置，其中所述ORP设置是用于所述选择区中的每一个的相同ORP设置或者是用于所述选择区中的至少两个的不同ORP设置； (f)如果所测量的实时ORP或者所计算的ORP不符合所述ORP设置，那么执行下面动作中的至少一个:(i)将有效量的一个或多个活性化学物质进给到所述热水系统中，(ii)从所述热水系统移除有效量的一个或多个活性化学物质，以及(iii)改变系统参数；以及 (g)在触发事件之后，可选地从所述选择区中的一个斜升到所述选择区中的另一个。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述ORP探头包括温度检测器、贵金属电极、和参考电极。
3.根据权利要求1所述的方法，其中所述触发事件基于时间表。
4.根据权利要求1所述的方法，其中所述选择区中的至少一个处于监测和/或报警模式，并且至少一个其它选择区处于控制模式。
5.根据权利要求4所述的方法，其中所述选择区中的至少一个能够在监测和/或报警模式与控制模式之间手动或者自动地切换。
6.根据权利要求1所述的方法，其中所述ORP设置随时间而改变。
7.根据权利要求1所述的方法，包括确定与第一选择区相对应的第一ORP设置，并且可选地确定与附加的选择区相对应的附加的ORP设置。
8.根据权利要求7所述的方法，包括独立地确定所述第一ORP设置和/或独立地确定与每个附加的选择区相对应的每个附加的ORP设置。
9.根据权利要求1所述的方法，包括基于所述热水系统的操作限制独立地确定用于每个选择区的ORP设置。
10.根据权利要求1所述的方法，其中从包括以下各项的组选择所述ORP设置:从一个或多个单个值选择的ORP设定点和从值的一个或多个范围选择的ORP设定范围。
11.根据权利要求1所述的方法，包括如果所述第一测量实时ORP或者基于第一测量实时ORP的第一计算ORP不符合用于第一选择区的ORP设置，那么测量所述第一选择区中的第一实时ORP并且向所述第一选择区执行所述动作中的至少一个；和/或如果所述第一测量实时ORP或者所述第一计算ORP不符合用于所述第一选择区的ORP设置，那么测量所述第一实时ORP并且在一个或多个其它选择区处执行所述动作之一；和/或在所述选择区中的一个或多个处测量一个或多个实时ORP并且基于所测量的实时ORP中的一个或多个，计算用于一个或多个其它选择区的一个或多个其它实时0RP。
12.根据权利要求1所述的方法，其中所测量的实时ORP或者所计算的ORP指示相应的选择区中或者另一选择区中的电化学活性物质的量；和/或其中所测量的实时ORP或者所计算的ORP指示间接影响相应选择区中或者另一选择区中的电化学活性物质的量的化学制剂的量。
13.根据权利要求12所述的方法，其中所述电化学活性物质直接影响所述实时0RP。
14.根据权利要求1所述的方法，包括自动和/或手动地执行所述动作中的至少一个。
15.根据权利要求1所述的方法，其中从包括以下各项的组选择所述活性化学物质:氧化剂、还原剂、腐蚀抑制剂、腐蚀剂、和其组合。
16.根据权利要求1所述的方法，包括通过网络操作所述方法。
17.根据权利要求16所述的方法，其中所述网络是因特网。
18.一种具有存储在其上的计算机可执行指令的数字存储介质，所述指令可操作以执行权利要求1所述的方法。
19.根据权利要求1所述的方法，其中从包括以下各项的组选择所述热水系统:石化燃料燃烧水管或者火管锅炉；热水加热器；热交换器；蒸汽发生器；包括轻水反应堆、压水反应堆、和沸水反应堆的核能电力系统；船舶单元；内燃机和柴油机冷却系统；蒸发器系统；热除盐系统；蒸发器系统；包括制浆处理和漂白处理的造纸操作；晶片抛光和平坦化处理；燃烧气体排放；发酵处理；地热处理；水性有机氧化还原合成；聚合处理；蒸汽喷射设备；处理操作；和附接到这些的辅助设备。
20.根据权利要求1所述的方法，包括从所述热水系统移除有效量的氧气。
21.根据权利要求20所述的方法，还包括使用气体渗透膜移除所述氧气。
22.根据权利要求20所述的方法，还包括使用除氧器移除所述氧气。
23.根据权利要求1所述的方法，其中改变系统参数包括选择下面动作中的至少一个:选择特定的化学制剂进给泵设计；选择特定的冷凝泵设计；分区蒸汽流动和定量；以受控的比率混和具有不同ORP性质的系统或者处理流；基于用于溶解氧气的亲和性选择用于操作保护区的构建材料；施加电流以提供阴极保护；引入电磁波；调节物理性质；以及其组口 ο
24.一种用于可操作实现根据权利要求1所述的方法的热水系统的腐蚀控制设备，所述热水系统具有多个操作保护区(“zone”或者“zones”)，其中所述区中的至少两个是选择区，所述设备包括: 接收器，其与一个或多个氧化还原电位ORP探头通信，激活所述ORP探头的子集，每个激活的ORP探头可操作以测量操作温度和压力处的实时0RP，并且所述选择区中的至少两个包括所述ORP探头中的至少一个； 处理器，其可操作以解析从每个激活的ORP探头传递到所述接收器的所测量的实时0RP，其中所述处理器直接解析所测量的实时ORP或者解析基于所测量的实时ORP所计算的ORP ;以及 传送器，其与可操作以管理将一个或多个活性化学物质引入所述热水系统以影响所述实时ORP改变的进给设备通信，其中如果所解析的实时ORP不符合ORP设置，那么所述处理器可操作以通过所述传送器发送输出信号到所述进给设备。
【文档编号】F24H9/20GK104185764SQ201380015117
【公开日】2014年12月3日 申请日期:2013年4月9日 优先权日:2012年4月9日
【发明者】P·D·海克斯, D·A·格兰特安 申请人:纳尔科公司