CN101058465A - 臭氧处理冷却循环水***的自动控制*** - Google Patents

Abstract

本发明公开一种臭氧处理冷却循环水***的自动控制***，通过检测冷却循环水***中的循环水的污垢热阻、腐蚀率和微生物指标，并与预设定的多参数数据库对照，以判断循环水所处的状态是腐蚀或是结垢倾向，以便动态地实施***的自动操作指令。其中，根据前面对水的状态的判断指挥冷却循环水的排放和补充水的泵阀操作。再者，根据前面对水的状态的判断和水的排放和补充，实时调节臭氧发生量。本发明可以实现水质检测控制的自动化，使循环水水质全面符合标准，增加处理水循环次数。

Description

臭氧处理冷却循环水***的自动控制***

技术领域

本发明涉及一种自动化水处理***，尤其涉及一种臭氧处理冷却循环水***的自动控制***。

背景技术

结垢、腐蚀现象是使用循环冷却水的热交换设备***中最常见的问题，将危害设备的运行。开放式冷却塔在工作过程中不断蒸发水带走热量，不但使水中存在的许多物质浓缩，而且将大气中污染成份、尘土、微生物等不断带入水中，如果不能控制好循环冷却水的水质，就很快会使热交换设备(各类冷冻机，空压机等)的工作效能降低，管道阻塞，能耗大幅度增加，也可引起设备腐蚀，缩短使用寿命，造成很大经济损失。同时由于适宜的水温，滋长大量细菌，特别是产生致病菌(如嗜肺军团菌)对公共卫生造成很大威胁。

目前通常采用化学药剂法与物理法缓解循环冷却水的以上问题。化学试剂法采用许多不同试剂与水中离子络合缓解结垢，调节酸碱度防止腐蚀，以杀菌剂消毒灭菌，由于这些药剂相互有影响，水的结垢倾向与腐蚀倾向又是相互矛盾的，即倾向于结垢的水通常不倾向于腐蚀，反之亦然，因此分别调节结垢倾向和腐蚀倾向很难兼具两种调节效果。而且冷却水的成份却是随时在变化，它随工况条件、气候、补充水的成份变化而不断变化着。而化学试剂法采用的定期加药，实际上是经过一段时间(如每周或每月一次)迟后地纠正水中发生的结垢或者腐蚀倾向。再者，药剂法处理实践上通过排放来控制循环冷却水的电导，电导提高到一定程度实行排放。所以补充水电导高的时候，用药剂法是很困难的。此外，用药剂法不能很有效杀菌，并可产生抗药性而失效，需要及时更换。药剂法使用大量含磷、锌、氯，氮的一类物质，即使排放时水中浓度达标，但从污染的总量控制要求来看，成年累月成吨地药剂排出显然是对环境水体构成不可忽视的危害。

基于上述问题，采用化学试剂法来处理循环水的缺陷是显而易见的。

在自动控制方面，目前已有加药法采用自动监测控制的方式，其监控方式主要是以水的化学成分，如：钙、镁、总碱、氯等含量及酸碱度(PH)和电导值来控制水的排放与补充。但是，这些数据只是通过间接的指标来判断水的结垢或腐蚀倾向而实施控制，而这些指标未必能准确全面反映水的水质。

物理方法主要用于阻垢，它是使用磁场穿透水中，使形成垢的离子处于受水分子包围的状态，分散为小的结晶，不易在设备表面形成垢。但是实际应用中发现对水质有较高要求，去垢效果有局限性，而对腐蚀与微生物的杀灭有效性不明显。

臭氧法处理循环冷却水是近十年来开始趋于成熟的新技术。通过对循环水中注入溶解的臭氧，在水中产生氧化性很强的OH等游离基，它们与水中的微生物，化学分子发生反应达到净化、消毒目的。通过适当的设计，在控制一定工艺条件下，臭氧法可以替代药剂法处理，同时实现阻垢，防腐蚀，杀菌等效果。

九十年代以来国外在应用臭氧处理冷却水方面已积累了一些基本经验与研究结果。在这一领域中应用臭氧法已被证明为安全、有效、无污染的清洁技术。实践上采用ORP(氧化还原电位)控制臭氧的发生量，依据水的电导、钠、氯、钙、镁和总碱度(POSI指数，实用臭氧结垢指数)与细菌等指标，以手动操作进行排放与补充循环水。也就是说，目前臭氧处理法尚未进入自动控制阶段，而是依靠人工定期的量测，综合考虑多个参数后，进行人工的排放和补充循环水。

上述实用臭氧结垢指数POSI的计算公式，可以比化学法允许在更高的循环次数下运行。POSI表达式如下：

$C1={10}^{\left[\frac{1}{\log \left(\frac{\mathrm{Ca}*\mathrm{Mg}}{\mathrm{Na}+\mathrm{Cl}}\right)*\log \left(\frac{\mathrm{ALK}}{10}\right)}\right]}*C0$

其中：Ca，Mg，ALK分别为补充水中碳酸钙表示的钙离子，镁离子和总碱度(毫克/升)；Cl，Na分别为补充水中氯和钠离子的浓度(毫克/升)；C0为补充水的电导率，C1为循环水允许达到的最大电导值。C1/C0即为循环水的浓缩倍数或循环次数，此值越高表示水的利用率越高，对节水效果有很大影响。另一方面，当排放水不足，也会造成结垢，滋长微生物、形成污垢和产生细菌性腐蚀。

然而，POSI式中C1和C0用电导值来计算所得的循环次数是可能偏低的，因此以该指标来控制水的循环和排放往往无法达到最高效率。为此有人建议用水中存在的某个成分浓度代替电导率来计算C1/C0，例如：以钠、总碱、硅等浓度可以达到更高的循环次数，但实际操作上难于实现自动监控，并不方便。所以上式表达的POSI数值尚有不确定性。更重要的是，因为在实践中补充水质常会变化，季节变动与工况改变又都会直接影响到POSI值的确定。例如本市自来水的电导变化本身幅度很大，导致预设的POSI值的变化，而且当使用其他来源水作补充水时，也并不能保证始终有稳定的电导和保持其他成分的不变，因此在这些情况下，仅仅采用在稳定情况下计算出的POSI来衡量结垢倾向将不可靠。

鉴于上述问题，设计一种全面反映臭氧处理循环冷却水***中的循环水指标，并利用这些指标来实现循环冷却水的自动控制的***，是臭氧处理法推广发展的关键。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种臭氧处理冷却循环水***的自动控制***，它可以检测冷却循环水***中各种参数，据此确定能够反映水质的直接指标，当某些关键指标超过规定时，自动进行臭氧浓度调节或者排放和补充水。

本发明为解决上述技术问题而采用的技术方案是：提供一种臭氧处理冷却循环水***的自动控制***，用于冷却循环水***的检测控制，该冷却循环水***包括集水池、一向集水池提供冷却水的冷却塔、一从集水池输出水冷却后输送给冷却塔的制冷机组、以及一用以注入臭氧的臭氧发生器，该集水池底部设有一排放阀，其特征在于，该自动控制***包括：参数采集装置，其包括一实时数据检测单元，该实时数据检测单元具有多个传感器，用以自动采集一组实时参数，该实时参数至少包含处理水的微生物指标，且至少可以确定处理水的污垢热阻值；监控装置，与参数采集装置连接，其包括一分析单元，用以根据所述实时参数计算所述污垢热阻值；控制装置，与监控装置连接，其包括：一数据库，用以储存污垢热阻值、微生物指标的预设值以及臭氧浓度的预设范围；一臭氧浓度控制单元，根据测定的微生物指标与数据库中的微生物指标预设值的比较结果，从所述臭氧浓度的预设范围内确定一控制点并输出至所述臭氧发生器；以及一冷却循环水排放单元，比较测定的污垢热阻值与数据库中的污垢热阻值预设值，且在测定的污垢热阻值大于所述预设值时，输出一控制信号打开集水池底部的排放阀。

上述的自动控制***中，所述监控装置还包括：一***监视单元，用以显示所述实时参数和水质指标，并在某一参数或指标发生异常时输出相应的控制信号；一报警单元，根据***监控单元的控制信号，输出相应的提示性报警。

上述的自动控制***中，所述微生物指标包括生物粘泥和/或细菌总数。

上述的自动控制***中，所述污垢热阻值R的计算公式为：

$R=\frac{A*[(T1-t2)+(T2-t1)]}{2G*\mathrm{Cp}*(t2-t1)}$

其中A为所述制冷机组的热交换器传热面积，T1/T2为热介质的进/出口温度，t1/t2为冷却循环水的进/出温度，G为通过热交换器的冷却水流量，Cp为水的比热。

上述的自动控制***中，所述实时参数还包括处理水的腐蚀率。

上述的自动控制***中，所述参数采集装置还包括一数据输入单元，用以接收外部输入的一组定期参数。其中结合所述实时参数和定期参数可以确定实用臭氧结垢指数POSI。

上述的自动控制***中，所述实时参数还包括臭氧水注入点的第一氧化还原电位、制冷机组的热交换器的第二氧化还原电位，而所述臭氧浓度控制单元还包括一PID调节器，以所述第一氧化还原电位和第二氧化还原电位作为反馈信号，调节所述臭氧发生器的臭氧发生量。

上述的自动控制***中，所述冷却循环水***还包括一过滤器、一反冲泵和一反冲阀，所述过滤器设于所述制冷机组的进口循环管路上，所述反冲泵进口与水源连接，反冲泵出口经反冲阀与过滤器连接；而所述控制装置还包括反冲控制单元，用以根据所述过滤器两端的压力差与一预设值的比较结果，输出一控制信号至所述反冲泵和反冲阀，使所述水源中的水通过反冲泵和反冲阀进入到过滤器中，将其中的污垢冲走。

上述的自动控制***中，所述数据库中臭氧浓度的预设范围是：臭氧水注入点为0.5～1.5ppm，制冷机组的热交换器进口处为0.02～0.1ppm。

本发明的发明人经过实践发现，将污垢热阻值R是用来衡量循环水的结垢倾向的直接指标，能够稳定且准确的反映循环水的结垢倾向。将污垢热阻值R与水的腐蚀率和微生物指标结合，将能够全面且直接反映循环水的水质，从而提供用于自动控制的准确依据。由于采用以上的技术方案，本发明至少可以达到下列有益效果：

1.通过本发明的自动控制***，可以实时监控臭氧处理循环冷却水的结垢，腐蚀和微生物三个主要直接水质指标，保障冷却循环水在变动的工况、季节、不同来源的补充水等条件下维持水质良好平衡状态，同时实现阻垢，防腐蚀和低微生物的清洁状态。

2.通过本发明，使臭氧处理冷却循环水实现了有效的实时检测与控制，对提高热交换器能效，降低腐蚀，提高设备使用寿命有至关重要的意义。

附图说明

为让本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，以下结合附图对本发明的具体实施方式作详细说明，其中：

图1是采用本发明的自动控制***的冷却循环水***示意图。

图2是本发明一个实施例的自动控制***结构框图。

具体实施方式

本发明是为臭氧法处理循环冷却水***设计的自动控制***，用于实现下列目的：建立以直接的水质结垢、腐蚀、微生物指标与化学，物理指标相结合的多参数数据库，根据不同用户的工况与水源条件设定能够保证水质的平衡的边界条件。其主要进行下列工作：首先，通过多参数的测定，监控不断变化的循环水状态，并取其中的直接指标与预设定的数据库对照，以判断循环水所处的状态是腐蚀或是结垢倾向，以便动态地实施***的自动操作指令。其次，根据前面对水的状态的判断指挥冷却循环水的排放和补充水的泵阀操作。再者，根据前面对水的状态的判断和水的排放和补充，实时调节臭氧发生量：需要时增加，不需要时减少。

下面结合附图详细说明本发明的具体实施方式。

图1是采用本发明的自动控制***的冷却循环水***示意图。图2是本发明一个实施例的自动控制***结构框图。请先参阅图1所示，整个循环冷却水***主要包括冷却塔70、集水池71和制冷机组72。其中循环水流向为：从集水池71流至制冷机组72，通过与制冷机组的热表面进行接触后流向冷却塔70，经过喷淋又流回集水池71。由于循环水的排放或蒸发，导致集水池71中的水位低于一定水位时，通过浮球液位控制器78来控制阀门79，实现循环水从补充水源80的自动补水。

整个***中设有许多传感器，以实时在线检测数据，例如：在冷却水补水入口处安装电导探头60，通过导线与电导仪表40连接，作为补充水的电导值。在冷却循环水流向制冷机组72一侧的的循环水管道中安装一个流量计61，通过导线与流量表41连接，作为冷却循环水的流量值G；安装一个温度探头62，通过导线与温度表42连接，作为冷却进水温度值t1；在过滤器75的入口管道中安装一个在线压力表43，作为反冲入口压力；在过滤器75的出口管道中安装一个在线压力表44，作为反冲出口压力；在冷却循环水流出制冷机组72一侧的的循环水管道中安装一个温度探头55，通过导线与温度表35连接，作为冷却出水温度值t2。在制冷机组72的热介质的流入口安装一个温度探头53，通过导线与温度表33连接，作为热介质的入口温度T1；同时在热介质的流出口安装一个温度探头54，通过导线与温度表34连接，作为热介质的出口温度T2。在冷却循环水的流入管道和流出管道之间设计一个旁路，在这个旁路上安装一个在线腐蚀率仪73，用于测试冷却循环水对金属(例如低碳钢、紫铜)的腐蚀率。

承上述，在流向制冷机组72的冷却循环水管道与集水池71之间设计一段管路，用于臭氧的注入，在该管路中靠近集水器侧安装一个喷嘴76，臭氧发生器20生产出来的臭氧通过喷嘴76注入循环水***中；在喷嘴76的前面安装一个ORP探头59，通过导线与ORP仪表39连接，用于检测臭氧注入点的臭氧浓度ORP1；在喷嘴76的后方安装一个增压泵77，用于保证该管路中的水压及流量。在该管路中靠近循环水流入管道处安装下列检测仪表：电导探头50，通过导线与电导仪表30连接，作为冷却循环水的电导值；PH探头51，通过导线与PH仪表31连接，作为冷却循环水的PH值；ORP探头52，通过导线与ORP仪表连接，作为在臭氧控制用的臭氧浓度反馈信号ORP2。

此外，在冷却循环泵81的入口管道中安装一个过滤器75，该过滤器75可以过滤循环水中的悬浮颗粒使其沉积，而反冲水源82中的水可通过反冲阀门22和反冲泵23，反冲到过滤器75中，将其里面的污垢沉积冲走。

应当指出，上述的传感器和仪表均是根据欲采集的参数需要而定，其种类、数量以及设定的位置均不用于限定本发明。

上述所有的仪表信号都是通过RS485总线通讯方式传给自动控制***100的监控装置120(请结合参阅图2)，并可通过专用通讯电缆将监控装置中需要参与***控制的参数传给控制装置130，控制装置130将接收到的各种信号进行运算，然后分别控制臭氧发生器20，循环水排放阀门21，反冲装置中的反冲阀门22和反冲泵23。

请参阅图2所示，该自动控制***100由依次连接的四大部分组成，即参数采集装置110，监控装置120，控制装置130和执行机构140。参数采集装置110负责参数的检测和输入，监控装置120完成对各种数据的存储和显示；控制装置130负责对整个控制***的逻辑判断和运算，通过它与监控装置120相结合的方式，成为整个***的核心，指挥执行机构140的动作。其中，执行机构即包括图1中所示的臭氧发生器20、排放阀21、反冲阀22和反冲泵23。

承上述，参数采集装置110进一步包括实时数据检测单元111和数据输入单元112。实时数据检测单元111即包括图1中所示的所有传感器，用以实时采集各种参数，通过现场总线的通讯方式传给监控装置120，以达到实时、精确的效果，下表1分类列出这些参数：

水质间接指标	循环冷却水电导率
		补充水电导率
	循环冷却水PH值
		污垢热阻值R的计算参数	冷却进水温度t1
冷却出水温度t2
	热介质入口温度T1
热介质出口温度T2
	循环冷却水流量G
腐蚀率水平指标			低碳钢/铜腐蚀率
	臭氧浓度参数	第一氧化还原电位ORP1
第二氧化还原电位ORP2
		***运行参数	过滤器入口压力
过滤器出口压力
	臭氧发生器冷却水压力
臭氧发生器冷却水流量

                         表1

需要指出，检测臭氧发生器冷却水压力、臭氧发生器冷却水流量这些参数的传感器并未显示于图1中，然而本领域技术人员完全可以根据需要设置在适当位置。

数据输入单元112是一可接收输入指令的部件，例如键盘或触摸屏，其用以接收人工输入的一组定期参数，下表2分类列出这些定期参数：

水质间接指标	总碱度、钙离子、钠离子、镁离子、氯离子
		浊度
	TOC/五日生化需氧量
		微生物指标	生物粘泥
细菌总数
	臭氧浓度参数		第一臭氧浓度DO31
第二臭氧浓度DO32

                         表2

其中第一臭氧浓度为臭氧水注入点的臭氧浓度，第二臭氧浓度为热交换器进口的臭氧浓度，可以用来校正上述第一氧化还原电位ORP1和第二氧化还原电位ORP2。

由于这些数据变化不频繁或在线检测费用较高，因而采用便携式仪表人工采集或通过实验室测试的方法，将人工测得的数据经数据输入单元112传给监控装置120，可节约成本。尤其是目前诸如生物粘泥、细菌总数等微生物指标也可通过在线检测仪器来实时测量，但是由于此类仪器价格昂贵，并且实时检测的意义不大，为节省成本，采用由数据输入单元112输入的方式，然而本发明并不对参数的采集方式进行限定，即本发明的实施例可以利用在线检测仪器来采集生物粘泥、细菌总数等微生物指标或者目前不易采用在线检测方式采集的其他指标。

监控装置120可进一步包含分析单元121、***监视单元122、数据存储单元123、以及报警单元124。在一个实施例中，监控装置120可采用工控机或触摸屏HMI做为人机交互的媒介。

首先说明水质分析单元121的作用，水质分析单元121用于根据上述参数采集装置110(主要是实时数据检测单元111)所检测的数据，计算出污垢热阻值R并传输给***监视单元122。污垢热阻值R是用来衡量循环水的结垢倾向的直接指标，在本发明中作为消除结垢倾向而排放水的依据，它可通过下面的公式得出：

$R=\frac{A*[(T1-t2)+(T2-t1)]}{2G*\mathrm{Cp}*(t2-t1)}$

其中R为冷却循环水的污垢热阻，A为热交换器传热面积，是可预知的固定值，T1/T2为热介质的进/出温度，t1/t2为冷却循环水的进/出温度，G为通过热交换器的冷却水流量，Cp为水的比热，通常取4.15kJ/kg.℃。

此外，对于另外一个循环水结垢倾向指标实用臭氧结垢指数POSI，虽然将其单纯作为结垢倾向不够准确。但是可以POSI的相关数据作为参考，起到预警的作用。因此，水质分析单元122还根据参数采集装置110所获得的参数，计算POSI并传输给***监视单元122显示，其表达式如下：

$C1={10}^{\left[\frac{1}{\log \left(\frac{\mathrm{Ca}*\mathrm{Mg}}{\mathrm{Na}+\mathrm{Cl}}\right)*\log \left(\frac{\mathrm{ALK}}{10}\right)}\right]}*C0$

其中：Ca，Mg，ALK分别为补充水中碳酸钙表示的钙离子，镁离子和总碱度(毫克/升)；Cl，Na分别为补充水中氯和钠离子的浓度(毫克/升)；C0为补充水的电导率，C1为循环水允许达到的最大电导值。C1/C0即为循环水的浓缩倍数或循环次数。

***监视单元122用于监视各参数的值以及***的运行状况。其中包括：所有采集数据、污垢热阻值、循环水最大电导率、补充水的结垢指数POSI、循环水的结垢指数POSI，臭氧发生器20的运行状态、排放阀门21的工作状态、反冲阀门23的工作状态，目标循环比、国家水质参考标准等。当所监视的某个参数出现异常时，***监视单元122将发出相应的控制信号，送至报警单元124，进行相应的动作。

接下来说明报警单元124的工作过程。当报警单元124接收到***监视单元122输出的控制信号时，将产生相应的报警。这些报警可分为设备状态的报警和水质指标的报警。设备状态报警举例来说，是当臭氧发生器20冷却水压过低、元器件过热、氧气压力过低、空气中有臭氧超标浓度泄漏等，报警单元124将报警和自动切断电源，保护设备与现场安全，此时需要用户通过维修排除故障后方可恢复运行。而水质提示性报警举例来说即在下列情况下对用户作提示性报警：当电导率超过根据POSI测定和估算的值(浓缩倍数)；当钙硬度超过500，当氯离子浓度超过1000毫克/升，当总碱度超过500(以碳酸钙计)，PH值小于8及个别离子如磷酸盐，硫酸盐偏高等均可作提示性报警，引起用户密切关注，由于这些指标并非反映水质的直接指标，因此可进行适当干预或暂不处理。同时需要指出，由于这些指标仅仅作为参考，因此指标的选择，以及指标的预设值均可由用户自行确定，而并非一定要针对上述全部指标的异常作提示性报警。

数据存储单元123用以存储需要保存的数据，包括采集、输入和分析后的数据。在一个实施例中，数据存储单元123是以SDRAM作为存储器，通过内部电池进行断电保护，并可通过USB移动存储器将SDRAM存储器中的历史数据进行转移，方便用户进行数据处理和进行数据档案保存。

控制装置130由可编程控制器PLC构成，它是自动控制***的核心，通过现场总线通讯方式获取监控装置120中的工艺参数，通过运算并与数据库比较和判断，分别实现对臭氧浓度的闭环控制、对冷却循环水排放的闭环控制和对反冲泵阀的闭环控制。控制装置130包括数据库131、臭氧浓度控制单元132、冷却水排放控制单元133、以及反冲控制单元134。

数据库131中保存从监控装置120中获取的工艺参数(例如表1、表2所列的参数)，以及各种工艺参数的预设值，是用于判断各实时参数是否正常的依据。这些参数的预设值例如为：污垢热阻值：3*10^-4m²·K/W，生物粘泥：4ml/m³，细菌总数3000CFU/ml，碳钢腐蚀率0.125mm/年，第一臭氧浓度(臭氧水注入点)：0.5～1.5ppm，第二臭氧浓度：0.02～0.08ppm。值得注意的是，这些预设值和预设范围仅是举例，实际的预设值和预设范围可以根据补充水的水质变化，或者季节和工况的变化进行调整。

臭氧浓度控制单元132用于对水中的臭氧浓度进行自动控制。它主要根据微生物指标与数据库131中的指标的预设范围来确定循环水中最佳的臭氧浓度控制点，当测量的生物粘泥超过预设值4ml/m³，或者细菌总数超过3000CFU/ml时，在0.5～1.5ppm的预设范围内，提高上述第一臭氧浓度，而在0.02～0.08ppm预设范围内，提高上述第二臭氧浓度。此外，臭氧浓度控制单元132通常具有一PID控制器(图未示)，在确定好合适的臭氧浓度控制点之后，通过与管路中ORP探头59、52采集到的氧化还原电位ORP1、ORP2所对应的臭氧浓度进行比较，将这个比较值的大小和变化快慢送给PID控制器，PID控制器根据运算结果输出4-20mA模拟量信号m给臭氧发生器20，臭氧发生器20根据输入的模拟量大小随即发生相对应量的臭氧，并通过喷嘴76注入至冷却循环水的管路中，完成了臭氧浓度的PID闭环控制。

第一、第二臭氧浓度的预设范围可以缩小为一个点，例如在一个实施例中，可将第一臭氧浓度设定为1ppm，而将第二的臭氧浓度设定为0.02ppm。在另一个实施例中，可将第一臭氧浓度设定为0.57ppm，而将第二臭氧浓度设定为0.05ppm。在这些情形下，第一、第二臭氧浓度将在预设值附近稍作调整。

上述的氧化还原电位ORP1、ORP2与实际的臭氧浓度可能存在偏差，为此，可以通过测定ORP1、ORP2所在位置的第一臭氧浓度DO31、第二臭氧浓度DO32来对氧化还原电位ORP1、ORP2进行校正，例如进行直线拟合，以提高测量准确度。

冷却水排放控制单元133主要针对冷却水的结垢倾向和腐蚀倾向决定是否排放。在一种情况下，冷却水排放控制单元133比较计算的污垢热阻值R和数据库131中R的预设值，当污垢热阻值R达到数据库131中上限3*10^-4m²·K/W时，冷却水排放控制单元133输出控制信号p至集水池71下方的排放阀21，使其打开排放集水池中的水。当集水池71中的水位低于一定水位时，浮球液位控制器78自动控制阀门79，实现循环水从补充水源80的自动补水。此后，继续调整，直到检测到的循环水电导为2000uS/秒。在另一种情况下，冷却水排放控制单元133比较循环水的低碳钢腐蚀率和数据库131中的预设值0.125mm/年，当低碳钢腐蚀率超过0.125mm/年时，冷却水排放控制单元133需参考污垢热阻值和微生物指标的数值，如果这两个指标均合格，则可不排水以维持***有较高的电导，反而可以减少腐蚀。

当然，由于经过排放后，水中的臭氧浓度发生变化，因此臭氧浓度控制单元132也会根据第一氧化还原电位ORP1和第二氧化还原电位OPR2的反馈，调整臭氧发生器20的发生量。

在图1所示***中，为了去除循环水中的粉末的悬浮固体，提高水的清洁度和臭氧效率，采用旁滤技术，设置了由过滤器75、反冲阀门22和反冲泵23组成的反冲装置，且为此在控制***中设计了反冲控制单元134。同时，在过滤器75的两边各安装一个压力表(43、44)，并将这两个压力信号(经监控装置120)传送至反冲控制单元134，将两个压力信号的压力差与预设值进行比较，当该压力差超过预设值时，反冲控制单元134输出控制信号f，自动打开反冲阀门22，用反冲泵23将污垢冲走。实践证明，采用反冲装置将能大大降低循环水中的悬浮固体，提供水的清洁度。然而需要指出，不设置反冲装置并不影响***的主要功能实现。

综上所述，本发明的自动控制***应用在冷却塔循环水中，综合腐蚀率、在线污垢热阻值和微生物等各种直接指标，采用智能化控制方法判断循环水在不同水质和工况条件下的腐蚀倾向和结垢倾向。通过与数据库131比较以确定循环水中合适的臭氧浓度值，由臭氧浓度控制单元132的PID调节器实现循环水中臭氧浓度的闭环控制；同时控制装置130通过比较循环水的污垢热阻值等各参数自动控制循环水的排放阀门21，以及通过过滤器75的前后压力差值的大小，自动控制反冲泵23和反冲阀门22；***实时控制保持冷却循环水在不同工况下处于对防止结垢、腐蚀和微生物最好的状态。因此相比现有技术，本发明具有以下优点：

1.通过本发明的多参数***，可以实时监控臭氧处理循环冷却水的结垢，腐蚀和微生物三个主要直接水质指标，保障冷却循环水在变动的工况、季节、不同来源的补充水等条件下维持水质良好平衡状态，同时实现阻垢，防腐蚀和低微生物的清洁状态。用臭氧法处理可以替代加入多种药剂的传统方法。其各项指标都优于传统药剂法：可高效杀灭引起腐蚀的异养菌，大幅度降低水的细菌总数，杀灭藻类和致病军团菌。而且，由于臭氧法不使用药剂，因而从源头上削除了水排放引起的对环境的化学污染。

通过本发明，使臭氧处理冷却循环水实现了有效的实时检测与控制，相比采用手工控制的方法，提高了热交换器能效，降低了腐蚀，且提高设备使用寿命。

2、通过本发明有关对臭氧处理中循环水结垢倾向(POSI)的估算，结合其他有关工艺参数，根据不同的冷却循环水体系确定出允许的循环利用次数(或称浓缩倍数)，并通过自动控制的排放和补充循环水，实现最大限度地提高水的利用效率。此种控制法已证明比药剂法可以允许更高的电导，意味着更大的浓缩倍数。目前传统方法处理的循环次数2-3次，用本技术可提高到5-10次，甚至更高。本发明可以利用不同水源作循环水(例如利用某些工艺废弃水，再生水等)。通过事先的分析计算和控制，有效实现大幅度节水。实践结果证明，本发明对POSI的修正实际效果是很好的，使水的利用率比计算值可提高很多，而且保证了水质全面符合标准。

3、智能化控制***可将水的排放与补充和臭氧发生量结合起来，动态地随时调整臭氧发生的数量与浓度。通过PID控制使***的臭氧发生量能随工况条件而改变，例如当水中由于空气或偶然进入的有机物增加，或由于气候原因使生物淤泥增多时，臭氧发生量将增加，反之将减少。此项设计不但使***变得更有效，而且还降低***本身的能耗。

以上的实施例说明仅为本发明的较佳实施例说明，本领域技术人员可依据本发明的上述实施例说明而作出其它种种等效的替换及修改。然而这些依据本发明实施例所作的种种等效替换及修改，属于本发明的发明精神及由权利要求所界定的专利范围内。

Claims (10)

1.一种臭氧处理冷却循环水***的自动控制***，用于冷却循环水***的检测控制，该冷却循环水***包括集水池、一向集水池提供冷却水的冷却塔、一从集水池输出水冷却后输送给冷却塔的制冷机组、以及一用以注入臭氧的臭氧发生器，该集水池底部设有一排放阀，其特征在于，该自动控制***包括：

参数采集装置，其包括一实时数据检测单元，该实时数据检测单元具有多个传感器，用以自动采集一组实时参数，该实时参数至少包含处理水的微生物指标，且至少可以确定处理水的污垢热阻值；

监控装置，与参数采集装置连接，其包括一分析单元，用以根据所述实时参数计算所述污垢热阻值；

控制装置，与监控装置连接，其包括：一数据库，用以储存污垢热阻值、微生物指标的预设值以及臭氧浓度的预设范围；一臭氧浓度控制单元，根据测定的微生物指标与数据库中的微生物指标预设值的比较结果，从所述臭氧浓度的预设范围内确定一控制点并输出至所述臭氧发生器；以及一冷却循环水排放单元，比较测定的污垢热阻值与数据库中的污垢热阻值预设值，且在测定的污垢热阻值大于所述预设值时，输出一控制信号打开集水池底部的排放阀。

2.如权利要求1所述的自动控制***，其特征在于，所述监控装置还包括：

一***监视单元，用以显示所述实时参数和水质指标，并在某一参数或指标发生异常时输出相应的控制信号；

一报警单元，根据***监控单元的控制信号，输出相应的提示性报警。

3.如权利要求1所述的自动控制***，其特征在于，所述微生物指标包括生物粘泥和/或细菌总数。

4.如权利要求1所述的自动控制***，其特征在于，所述污垢热阻值R的计算公式为：

$R=\frac{A*[(T1-t2)+(T2-t1)]}{2G*\mathrm{Cp}*(t2-t1)}$

其中A为所述制冷机组的热交换器传热面积，T1/T2为热介质的进/出口温度，t1/t2为冷却循环水的进/出温度，G为通过热交换器的冷却水流量，Cp为水的比热。

5.如权利要求1所述的自动控制***，其特征在于，所述实时参数还包括处理水的腐蚀率。

6.如权利要求1所述的自动控制***，其特征在于，所述参数采集装置还包括一数据输入单元，用以接收外部输入的一组定期参数。

7.如权利要求6所述的自动控制***，其特征在于，所述实时参数和定期参数可以确定实用臭氧结垢指数POSI。

8.如权利要求2所述的自动控制***，其特征在于，所述实时参数还包括臭氧水注入点的第一氧化还原电位、制冷机组的热交换器的第二氧化还原电位，而所述臭氧浓度控制单元还包括一PID调节器，以所述第一氧化还原电位和第二氧化还原电位作为反馈信号，调节所述臭氧发生器的臭氧发生量。

9.如权利要求1所述的自动控制***，其特征在于，所述冷却循环水***还包括一过滤器、一反冲泵和一反冲阀，所述过滤器设于所述制冷机组的进口循环管路上，所述反冲泵进口与水源连接，反冲泵出口经反冲阀与过滤器连接；而所述控制装置还包括反冲控制单元，用以根据所述过滤器两端的压力差与一预设值的比较结果，输出一控制信号至所述反冲泵和反冲阀，使所述水源中的水通过反冲泵和反冲阀进入到过滤器中，将其中的污垢冲走。

10.如权利要求1所述的自动控制***，其特征在于，所述数据库中臭氧浓度的预设范围是：臭氧水注入点为0.5～1.5ppm，制冷机组的热交换器进口处为0.02～0.1ppm。

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