专利名称：冷却系统中化学控制的改进方法
冷却系统中化学控制的改进方法
背景
冷却塔系统在其运行过程中承受着风险(stress)。冷却水系统中的矿物 污垢(mineral scale)集结和pH变化是其中两种风险。具体地，由于水在冷 却系统中通过蒸发而散热，所以剩余水中的矿物污垢的成分变得更加富 集，导致冷却塔系统内部发生矿物污垢的沉淀，造成运行问题。除此之外， 二氧化碳的解吸造成了 pH升高的问题。
电导计通常被用于监控冷却塔系统中矿物污垢集结的潜在可能性。当 冷却塔系统循环运行时，诸如〔3++和\^++的离子的浓度升高。为了克服此 风险，使冷却塔系统排料(blow down)并将补给水加回入系统。
通常通过注入强酸来控制冷却塔系统中的水的pH，结果减少了 pH敏 感性矿物污垢的饱和程度。尽管添加强酸便宜且简易，但是此方法具有包 括以下的许多缺点(1 )控制器故障可造成酸的过量供给，产生酸性水， 这可导致系统的严重腐蚀损坏；(2)添加强酸造成该酸的反离子的集结， 这可有助于其他形式的结垢和腐蚀；(3 )pH控制系统的运行需要处理诸如 危险的无机酸的强酸；和(4)未从系统中去除亦有助于形成结垢的诸如
03++和^/^++的阳离子。
因此，期望一种高效的处理pH和矿物/污垢集结的控制冷却系统的方法。
发明概述
本发明提供一种控制冷却水塔的方法，所述方法包括(a)提供冷却 塔系统，其包括循环蒸发冷却水流、补给水源、蒸发冷却单元、热交换器、 排出管线(bleedoffline)和与所述排出管线相连通的排出阀；(b)提供多个管道，所述补给水通过所述管道流入所述蒸发冷却水流，其中至少有含有 弱酸性阳离子交换柱的第 一管道和不含弱酸性离子交换柱的第二管道，并
且其中每个管道具有至少一个管道阀；(c)在所述冷却塔系统中选择pH 和电导率的设定值以及高于和低于所述设定值的死区值(deadband value); (d)使用 一个或多个pH计测量所述蒸发冷却水流的pH和使用 一个或多 个电导计测量所述蒸发冷却水流的电导率；(e)针对所述电导率测量结果 和pH测量结果实施以下响应(i)如果电导率为Cl和pH为Pl，那么所 述排出阀打开，且水从所述冷却塔中排出，直至所述蒸发冷却水流达到第 一预定7JC位，并且补给水通过所述第一管道加入到所述蒸发冷却水流中，
直至所述蒸发冷却水流达到第二预定水位；或者(ii)如果电导率为Cl和 pH为P2，那么所述排出阀打开，且水从所述冷却塔中排出，直至所述蒸 发冷却水流达到第 一预定水位，并且补给水通过所述第二管道加入到所述 蒸发冷却水流中，直至所述蒸发冷却水流达到第二预定水位；或者(iii) 如果电导率为Cl和pH为P3,那么所述排出阀打开，且水从所述冷却塔 中排出，直至所述蒸发冷却水流达到第一预定水位，并且补给水通过所述 第二管道加入到所述蒸发冷却水流中，直至所述蒸发冷却水流达到第二预 定水位；或者(iv)如果电导率为C2和pH为PI,那么当电导率从Cl降 低时所述排出阀打开，且水从所述冷却塔中排出，直至所述蒸发冷却水流 达到第一预定水位，并且补给水通过所述第一管道加入到所述蒸发冷却水 流中，直至所述蒸发冷却水流达到第二预定水位；或者(v)如果电导率 为C2和pH为P2,那么当电导率从Cl降低时所述排出阀打开，且水从所 述冷却塔中排出，直至所述蒸发冷却水流达到第一预定水位，并且补给水 通过所述第二管道加入到所述蒸发冷却水流中，直至所述蒸发冷却水流达 到第二预定水位；或者(vi)如果电导率为C2和pH为P3,那么当电导率 从Cl降低时所述排出阀打开，且水从所述冷却塔中排出，直至所述蒸发 冷却水流达到第 一预定水位，并且补给水通过所述第二管道加入到所述蒸 发冷却水流中，直至所述蒸发冷却水流达到第二预定水位；或者(vii)如 果电导率为C3和pH为PI,那么所述排出阀打开，且水从所述冷却塔中 排出，直至所述蒸发冷却水达到第一预定水位，并且补给水通过所述第一 管道加入到所述蒸发冷却水流中，直至所述蒸发冷却水流达到第二预定水位；(viii)如果电导率为C3和pH为P2，那么所述排出阀关闭；或者(ix) 如果电导率为C3和pH为P3，那么所述排出阀关闭。
发明详述
定义
C,是当电导率大于设定值和死区值之和时的电导率值。
C2是当电导率小于设定值和死区值之和，但大于设定值减去死区值时
的电导率值。
C3是当电导率小于设定值减去死区值时的电导率值。
P,是当pH大于设定值和死区值之和时的pH值。
P2是当pH小于设定值和死区值之和，但大于设定值减去死区值时的 pH值。
P3是当pH小于设定值减去死区值时的pH值。 优选实施方式
冷却塔系统的最佳运行条件随冷却塔不同而不同。更具体而言，冷却 塔的最佳pH和电导率范围取决于冷却塔系统的类型及所述冷却塔系统正 被使用的目的。本发明方法要求选择pH和电导率的设定值和死区值，以 使冷却塔系统能够尽可能有效地和尽可能实用地运行。
可采用不同方式排列一个或多个pH计和电导计来测量冷却i^系统中 的这些参数，这对本领域普通技术人员来说是清楚的。例如，可从系统中 取出支流(side stream),通过使用流动池可测量pH和电导率。
本发明使用弱酸性阳离子交换柱来控制pH和结垢。有为本领域普通 技术人员已知的多种类型的弱酸性阳离子交换柱，它们皆可用于本发明。 在一个实施方式中，含有弱酸性阳离子交换柱的第一管道能够吸收Ca+1口 Mg++。根据需要可以再生或替换离子交换柱。已经建立了 一组指令来处理冷却塔系统中的系统pH和电导率的变化。 这一组指令包括以下参数
(i) 如果电导率为Cl和pH为Pl,那么所述排出阀打开，且水从所 述冷却塔中排出，直至所述蒸发冷却水流达到第一预定水位，并且补给水 通过所述第一管道加入到所述蒸发冷却水流中，直至所述蒸发冷却水流达 到第二预定水位；或者
(ii) 如果电导率为Cl和pH为P2,那么所述排出阀打开，且水从所 述冷却塔中排出，直至所述蒸发冷却水流达到第一预定水位，并且补给水 通过所述第二管道加入到所述蒸发冷却水流中，直至所述蒸发冷却水流达 到第二预定水位；或者
(iii) 如果电导率为Cl和pH为P3，那么所述排出阀打开，且水从 所述冷却塔中排出，直至所述蒸发冷却水流达到第一预定水位，并且补给 水通过所述第二管道加入到所述蒸发冷却水流中，直至所述蒸发冷却水流 达到第二预定水位；或者
(iv) 如果电导率为C2和pH为PI,那么当电导率从C1降低时所述 排出阀打开，且水从所述冷却塔中排出，直至所述蒸发冷却水流达到第一 预定水位，并且补给水通过所述第一管道加入到所述蒸发冷却水流中，直 至所述蒸发冷却水流达到第二预定水位；或者
(v) 如果电导率为C2和pH为P2，那么当电导率从C1降低时所述 排出阔打开，且水从所述冷却塔中排出，直至所述蒸发冷却水流达到第一 预定水位，并且补给水通过所述第二管道加入到所述蒸发冷却水流中，直 至所述蒸发冷却水流达到第二预定水位；或者
(vi) 如果电导率为C2和pH为P3,那么当电导率从C1降低时所述 排出阀打开，且水从所述冷却塔中排出，直至所述蒸发冷却水流达到第一 预定水位，并且补给水通过所述第二管道加入到所述蒸发冷却水流中，直 至所述蒸发冷却水流达到第二预定水位；或者
(vii) 如果电导率为C3和pH为Pl，那么所述排出阀打开，且水从 所述冷却塔中排出，直至所述蒸发冷却水达到第一预定水位，并且补给水通过所述第一管道加入到所述蒸发冷却水流中，直至所述蒸发冷却水流达
到第二预定水位；
(viii) 如果电导率为C3和pH为P2，那么排出阀关闭；或者
(ix) 如果电导率为C3和pH为P3，那么排出阀关闭。
当排出发生时排出阀打开，且水从蒸发冷却水流中放出，直至蒸发冷 却水流中的水的水位达到一定水位，即第一预定水位。本机制可以通过使 用浮阀来控制。
当水从系统中排出后，需要将补给水加回入蒸发冷却水流中。补给水 通过一个或多个管道进入冷却塔系统中。这些管道中的至少 一个含有弱酸 性阳离子交换柱，并且至少一个管道不含弱酸性阳离子交换柱。关于管道 工程，多个管道的定位可被排列成本领域普通技术人员所清楚的一系列方 式。将阀连接在这些管道上，使得可控制水流过正确的管道。可将螺线管 连接在这些阀上，使得可根据冷却水塔系统的一组指令来致动(actuated)系 统。
为了使监控过程自动化或者使本方法成为在线过程，使用了控制器。 在一个实施方式中， 一个或多个控制器与一个或多个pH计和电导计相连 通，其中所述控制器被编程为针对所述pH测量结果和电导率测量结果实 施响应。在另一个实施方式中，控制器与所述多个管道相连通。在又一个 实施方式中，控制器与所述第一管道和/或所述第二管道相连通。
可将一个或多个螺线管连接在所述多个管道中的一个或多个上，并且 所述控制器与所述螺线管相连通。例如，信号可以,皮发送至一个或多个螺 线管，以使得补给水通过所述弱酸性阳(lotion)离子交换柱进入蒸发冷却水 系统中。
控制器可以是基于万维网的(web-based)，使得可远程观测数据和/或可 远程更改控制逻辑。
权利要求
1.一种控制冷却水塔的方法，所述方法包括a.提供冷却塔系统，其包括循环蒸发冷却水流、补给水源、蒸发冷却单元、热交换器、排出管线和与所述排出管线相连通的排出阀；b.提供多个管道，所述补给水通过所述管道流入所述蒸发冷却水流，其中至少有含有弱酸性阳离子交换柱的第一管道和不含弱酸性离子交换柱的第二管道，并且其中每个管道具有至少一个管道阀；c.在所述冷却塔系统中选择pH和电导率的设定值以及高于和低于所述设定值的死区值；d.使用一个或多个pH计测量所述蒸发冷却水流的pH和使用一个或多个电导计测量所述蒸发冷却水流的电导率；e.针对所述电导率测量结果和pH测量结果实施以下响应(i)如果电导率为C1和pH为P1，那么所述排出阀打开，且水从所述冷却塔中排出，直至所述蒸发冷却水流达到第一预定水位，并且补给水通过所述第一管道加入到所述蒸发冷却水流中，直至所述蒸发冷却水流达到第二预定水位；或者(ii)如果电导率为C1和pH为P2，那么所述排出阀打开，且水从所述冷却塔中排出，直至所述蒸发冷却水流达到第一预定水位，并且补给水通过所述第二管道加入到所述蒸发冷却水流中，直至所述蒸发冷却水流达到第二预定水位；或者(iii)如果电导率为C1和pH为P3，那么所述排出阀打开，且水从所述冷却塔中排出，直至所述蒸发冷却水流达到第一预定水位，并且补给水通过所述第二管道加入到所述蒸发冷却水流中，直至所述蒸发冷却水流达到第二预定水位；或者(iv)如果电导率为C2和pH为P1，那么当电导率从C1降低时所述排出阀打开，且水从所述冷却塔中排出，直至所述蒸发冷却水流达到第一预定水位，并且补给水通过所述第一管道加入到所述蒸发冷却水流中，直至所述蒸发冷却水流达到第二预定水位；或者(v)如果电导率为C2和pH为P2，那么当电导率从C1降低时所述排出阀打开，且水从所述冷却塔中排出，直至所述蒸发冷却水流达到第一预定水位，并且补给水通过所述第二管道加入到所述蒸发冷却水流中，直至所述蒸发冷却水流达到第二预定水位；或者(vi)如果电导率为C2和pH为P3，那么当电导率从C1降低时所述排出阀打开，且水从所述冷却塔中排出，直至所述蒸发冷却水流达到第一预定水位，并且补给水通过所述第二管道加入到所述蒸发冷却水流中，直至所述蒸发冷却水流达到第二预定水位；或者(vii)如果电导率为C3和pH为P1，那么所述排出阀打开，且水从所述冷却塔中排出，直至所述蒸发冷却水达到第一预定水位，并且补给水通过所述第一管道加入到所述蒸发冷却水流中，直至所述蒸发冷却水流达到第二预定水位；(viii)如果电导率为C3和pH为P2，那么所述排出阀关闭；或者(ix)如果电导率为C3和pH为P3，那么所述排出阀关闭。
2. 根据权利要求1所述的方法，其进一步包括与所述pH计和所述电 导计相连通的一个或多个控制器，其中所述控制器被编程为针对所述pH 测量结果和电导率测量结果实施响应。
3. 根据权利要求2所述的方法，其中所述控制器是基于万维网的。
4. 根据权利要求1所述的方法，其中所述第一管道能够吸收Ca+，口 Mg++。
5. 根据权利要求2所述的方法，其中所述第一管道具有与其连接的第 一阀，并且所述第二管道具有与其连接的第二阀。
6. 根据权利要求5所述的方法，其中所述第一阀和/或所述第二阀具 有螺线管，所述螺线管接收来自所述控制器的输入信号并依照所述编程控 制器实施响应。
7. 根据权利要求1所述的方法，其中所述第一预定水位和所述第二预 定水位由浮阀控制。
全文摘要
一种控制冷却水塔中的水化学的方法，所述方法包括提供冷却塔系统和多个管道，补给水通过所述管道流入冷却塔系统，其中至少有含有弱酸性阳离子交换柱的第一管道和不含弱酸性离子交换柱的第二管道；选择pH和电导率的设定值；测量冷却水的pH和电导率；以及针对所述电导率测量结果和pH测量结果实施响应。
文档编号C02F1/00GK101528610SQ200780040400
公开日2009年9月9日 申请日期2007年10月26日 优先权日2006年11月3日
发明者亚瑟·J·卡海安, 史蒂文·R·海奇, 唐纳德·A·约翰逊 申请人:纳尔科公司