自动加药与浓缩倍数保持系统在中央空调循环冷却水处理中的应用
一、概述
中央空调循环冷却水系统运行一段时间后都将面临腐蚀、结垢和生物粘泥附着三大隐患，导致传热效率降低、能耗增加，设备锈蚀、管道堵塞或渗漏等一系列故障隐患，缩短设备寿命周期。目前，消除上述隐患的办法有多种，如臭氧法、超低频振动法以及化学净化法（投加阻垢剂、缓蚀剂和杀菌-灭藻剂）。后者最为常用，一次性设备投入较低，但对药剂的投加有一定要求，如适量、均匀、连续或定时，否则可能达不到预期效果，或增加运行费用。实践表明：采用自动加药技术及成套设备是提高设备效率、延长使用寿命、减少运行费用、强化管理工作的有效手段。
有必要指出的是，自动加药 ≠ 计量泵 + 药箱。虽则计量泵是一种按照预先设定的速度自行操作的机电设备，可以在一定程度上替代人工操作。但是，计量泵 + 药箱只是自动控制系统中的一种组合式执行机构，与其它类执行器（如电动/气动调节阀、变频调速器等）有所不同而已。‘自动加药’实际上是业内对投加化学试剂去除水中杂质的水处理工艺实现自动化操作的俗称。例如：中和处理工艺pH控制与酸/碱自动投加，絮凝-沉淀工艺浊度控制及絮凝剂自动投加，锅炉水溶解氧控制与除氧剂自动投加，水体消毒工艺余氯控制与次氯酸钠/二氧化氯自动投加，循环冷却水浓缩倍率保持与阻垢-缓蚀剂、杀菌灭藻剂自动投加，等等。上述典型单元操作自动化虽然离不开‘计量泵+药箱’，但关键技术在于设计者选用的‘控制算法’ （控制模式/控制规律）与相应的测控设备、软件及其整合方案。
循环冷却水投加阻垢-缓蚀剂、杀菌灭藻剂并保持最佳的浓缩倍率是个十分复杂问题。因为循环水对设备及管道产生的腐蚀和污垢，是一个漫长的、复杂的化学/物理化学过程，药剂投加量与腐蚀、结构速度之间的定量关系尚无实用化的数学模型。近年来，在线监测污垢生成和腐蚀速度的仪器装置问世并被逐渐采用，这对于管理工作确实很有意义，但如何将测量结果与加药量联系起来，同样无成熟经验可供借鉴。鉴于此，目前的自动加药系统的设计与选型，还只能根据经验‘对症下药’ ，推出一些低成本、‘傻瓜式’多功能加药设备供用户遴选。
二、工艺要求
对于有冷却塔的开放式循环冷却水系统而言，除了通过加药达到缓蚀、阻垢、杀菌灭藻效果外，还需要考虑到由于蒸发、飞溅逸散而不断损耗水份，使得循环水中的可溶固体和各种杂质及污染物不断浓缩，从而影响热交换效率，需要通过适量排污和补充新鲜水来保持循环水体中可溶固体和杂质的浓度在恰当的水平，力求水系统在最佳技术经济指标下运行。补充水与排污水的质量与数量关系的经济技术指标，通常用‘浓缩倍数’表征。提高‘浓缩倍数’可减少排污量，有利于节约水资源，但水质变差，影响热交换效率和阻垢-缓蚀效能；降低‘浓缩倍数’则水质状况改善、热交换效果好，但排污量加大、用水量增加，有悖节水方针。理论分析和实验表明，保持‘浓缩倍数’在2.5～3.5之间比较适宜，但须视具体环境、工艺和水质状况作适当调整。由此可见，空调循环冷却水系统的经济运行与维护，除了设置定量加药设备之外，还应设置‘浓缩倍数’自动保持系统。
三、系统组成及功能描述
系统有两种组成模式：基本配置和多功能配置
基本配置 包括三个子系统：
（一） 定量加药装置
用途：定量投加阻垢剂、缓蚀剂、杀菌灭藻剂。
配置：
(1) 计量泵，流量：1.0～20L/hr，压力0.1/0.5/0.6/0.8/1.0Mpa；加药速率可连续设定
(2) 药箱 PE，60-200L（容积可扩大至500L），附液位下限开关；
(3) 定量注水-配药系统（选项） 根据浓缩药液或粉剂数量设定注水量，自动注水配置药液；
(4) 搅拌机（选项） 交流单相电容电机220V/50Hz；不锈钢轴、PVC或不锈钢叶轮；
（二）浓缩倍数保持系统
用途：在线监测循环水电导率，连续显示水体中可溶性物质浓度变化情况。当电导率到达上限设定值（与最适浓缩倍数对应）时自动开启排污电磁阀；当电导率回复到下限设定值时关闭电磁阀，停止排污。
配置：
(1) 在线式电导率检测仪 1套 （传感器安装在工艺管道上或流动测量池中）
(2) 补水流量计：电远传水表（DN80以下）或叶轮式流量传感器（DN80以上）
(3) 排污阀：电磁阀（DN80以下）或电动阀（DN80以上）
（三）控制箱：
用途：实现上述子系统自动化操作，包括：
（1） 按补水流量比例控制2组或3组定量加药装置；自周一至周日每天设置3段时间定时加药
（2） 自动排污
（3） 药箱液位底限报警、自动停泵
（4） 搅拌机运行控制（选项）
（5） 配药注水量控制（选项）
（6） ‘手动-自动’操作转换
配置：
（1） 可编程控制器PLC
（2） 模拟流程操作面
（3） 辅助电器
多功能配置 根据用户需求选用：
（一） pH测控系统
用途：加酸、提高浓缩倍率
配置：
（1） 在线式pH监测仪
（2） 定量加药装置 1组
（二） 腐蚀速度监测
用途：实时监测腐蚀程度
配置：腐蚀速度在线监测仪
（三） 污垢热阻在线监测装置
用途：模拟热交换过程，计算结垢程度
配置：热阻在线监测装置
（四） 药剂浓度在线分析仪
（五） 热工参数监测与显示
四、控制流程示意图
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