[發(fā)明專利]用于工業(yè)用水系統(tǒng)的前攝性控制系統(tǒng)

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200980139331.0
• 申請(qǐng)日: 2009-06-12
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN102165383A
• 公開(kāi)（公告）日: 2011-08-24
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 萬(wàn)朝陽(yáng);G·E·蓋格;G·約翰遜;S·C·諾爾頓;A·M·羅西;W·W·湯普遜
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 通用電氣公司
• 主分類號(hào): G05B15/02
• 分類號(hào): G05B15/02;G05B23/02
• 代理公司: 中國(guó)專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 徐晶;林森

發(fā)明領(lǐng)域

本發(fā)明領(lǐng)域涉及實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的積累和分析，并且前攝性地使腐蝕/水銹/結(jié)垢抑制作用和顆粒分散性能最大化，同時(shí)使水和處理化學(xué)品的成本減至最小，由此產(chǎn)生更為有效且高效的工業(yè)用水系統(tǒng)。具體地說(shuō)，本發(fā)明涉及工業(yè)用水系統(tǒng)的實(shí)時(shí)控制，所述工業(yè)用水系統(tǒng)諸如但不限于冷卻水系統(tǒng)、鍋爐系統(tǒng)、水回收系統(tǒng)和水凈化系統(tǒng)。

發(fā)明背景

淡水的充足供應(yīng)對(duì)于工業(yè)發(fā)展來(lái)說(shuō)是必不可少的。產(chǎn)品和設(shè)備的冷卻、工藝需求、鍋爐給水和衛(wèi)生用水和飲用水供應(yīng)都需要極大量的淡水。人們已經(jīng)日益認(rèn)識(shí)到淡水是必須通過(guò)適當(dāng)管理、保護(hù)和使用來(lái)保護(hù)的寶貴資源。為了保證工業(yè)用途的高品質(zhì)水的充足供應(yīng)，必須采取以下實(shí)際行動(dòng)：(1)在消費(fèi)(飲用)或工業(yè)使用之前的凈化和調(diào)節(jié)；(2)保護(hù)(和在可能的情況下重復(fù)使用)；和/或(3)廢水處理。

水的溶解能力可對(duì)工業(yè)設(shè)備造成重大威脅。腐蝕性反應(yīng)造成金屬被水緩慢溶解并最終造成工藝設(shè)備的結(jié)構(gòu)故障。沉積反應(yīng)在傳熱表面上產(chǎn)生水銹并可造成能量效率損失和生產(chǎn)損失，代表水的溶解能力隨著其溫度變化而改變。腐蝕和水銹的控制是水處理技術(shù)的主要焦點(diǎn)。

典型的工業(yè)用水系統(tǒng)會(huì)遇到相當(dāng)大的變化。水組成的特征可隨著時(shí)間而改變。改變的突然度和程度取決于水源。來(lái)自再循環(huán)系統(tǒng)的水損失、生產(chǎn)率的改變和化學(xué)品給料速率都會(huì)將變化引入系統(tǒng)中，因而影響保持適當(dāng)控制系統(tǒng)的能力。

通常當(dāng)污染物水平異常高時(shí)，在壓縮時(shí)幀期間基于質(zhì)量計(jì)算的污染物總量的一大部分進(jìn)入冷卻或鍋爐系統(tǒng)。當(dāng)污染物水平可能處于其在給水或系統(tǒng)水中的“平均”或背景水平的許多倍時(shí)，將這些稱為失常狀態(tài)。失常狀態(tài)的一種實(shí)例包括由于預(yù)處理失效或故障而使未處理的補(bǔ)給水進(jìn)入冷卻或鍋爐系統(tǒng)中。另一實(shí)例是由于冷卻或鍋爐系統(tǒng)中的突發(fā)腐蝕事件而有大量氧化鐵進(jìn)入冷卻或鍋爐系統(tǒng)中，這會(huì)導(dǎo)致腐蝕性物質(zhì)突然進(jìn)入系統(tǒng)中。這些事件可持續(xù)短暫時(shí)間或持續(xù)較長(zhǎng)時(shí)間。

由于給水或系統(tǒng)水會(huì)失常，制定各種控制策略來(lái)使失常在腐蝕、沉積和結(jié)垢方面對(duì)設(shè)備狀況的影響減至最小。有四類控制策略：(1)給水前饋控制；(2)系統(tǒng)水前饋控制；(3)處理化學(xué)品反饋控制；(4)性能反饋控制。

前兩類控制策略(1)給水前饋控制和(2)系統(tǒng)水前饋控制是基于給水或系統(tǒng)水來(lái)確定化學(xué)品給料水平，本質(zhì)上為前饋和前攝性的。雖然關(guān)于水和處理化學(xué)與設(shè)備狀況之間的相關(guān)性的知識(shí)必須在可執(zhí)行這些控制策略之前得到，但是從前獲得的知識(shí)可幫助確定恰當(dāng)?shù)幕瘜W(xué)處理來(lái)防止失常繼續(xù)并影響設(shè)備狀況。

后兩種控制策略(3)處理化學(xué)品反饋控制和(4)性能反饋控制是基于直接性能測(cè)定和處理化學(xué)品對(duì)性能改變的響應(yīng)，此時(shí)失常被反饋且本質(zhì)上為反應(yīng)性的。盡管可以在不需要關(guān)于水和處理化學(xué)與設(shè)備狀況之間相關(guān)性的先驗(yàn)知識(shí)的情況下容易地執(zhí)行這些策略，但是擾動(dòng)必定使設(shè)備狀況失常且腐蝕、水銹和結(jié)垢必定已在反饋控制器可以用適當(dāng)方式反應(yīng)或響應(yīng)失常狀態(tài)以防止系統(tǒng)因所述腐蝕、沉積或結(jié)垢而進(jìn)一步損害之前在系統(tǒng)中主動(dòng)地發(fā)生。因?yàn)楦g、水銹和結(jié)垢密切相關(guān)，一旦引發(fā)，一種會(huì)觸發(fā)并加劇其他兩種。腐蝕、沉積和結(jié)垢之間的該相互作用通常將需要經(jīng)常非常大程度地增加對(duì)化學(xué)處理的需求或“系統(tǒng)需要”以防止對(duì)設(shè)備的進(jìn)一步損害。

基于(1)給水前饋和(2)系統(tǒng)水前饋的控制策略優(yōu)于基于(3)處理化學(xué)品反饋和(4)性能反饋的控制策略，因?yàn)榍皵z性地保持工業(yè)用水系統(tǒng)的良好狀況比試圖反應(yīng)地修復(fù)不良狀況的工業(yè)用水系統(tǒng)更為經(jīng)濟(jì)。以下提供現(xiàn)有控制策略及其分類的詳細(xì)綜述。

通常，倘若水中有特定含量的鈣離子，包括無(wú)機(jī)正磷酸鹽與水溶性聚合物的處理劑用以在與含水系統(tǒng)、尤其是與冷卻水系統(tǒng)相接觸的金屬表面上形成保護(hù)膜，從而保護(hù)其免受腐蝕。水溶性聚合物對(duì)于控制磷酸鈣結(jié)晶是特別重要的，從而在系統(tǒng)中可保持較高的正磷酸鹽水平以實(shí)現(xiàn)所要保護(hù)，而不會(huì)導(dǎo)致通常由于磷酸鈣沉積而引起的結(jié)垢或傳熱功能受礙。水溶性聚合物還用于控制硫酸鈣和碳酸鈣的形成，并且另外用于分配顆粒以保護(hù)水系統(tǒng)的總效率。

美國(guó)專利第5,171,450號(hào)建立了一種簡(jiǎn)化的認(rèn)識(shí)，即通過(guò)選擇合適的聚合物或聚合物組合作為處理劑可抑制冷卻塔中水銹或腐蝕現(xiàn)象。這是基于這樣的事實(shí)，即由于在設(shè)備上形成保護(hù)膜或者通過(guò)吸附到固體雜質(zhì)上以防止會(huì)沉積在設(shè)備上的顆粒的附聚或晶體生長(zhǎng)來(lái)避免沉積物造成的消耗引起了活性聚合物的損失。在該專利中，活性聚合物定義為通過(guò)其螢光標(biāo)記進(jìn)行測(cè)定的聚合物，并且活性聚合物的損失通過(guò)使用惰性化學(xué)示蹤劑(測(cè)定總產(chǎn)品濃度)并減去由標(biāo)記的聚合物水平所指示的活性聚合物濃度來(lái)限定。因而，通過(guò)將活性聚合物控制在活性組分損失不過(guò)分的水平來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)腐蝕和水銹的控制。