在工業用水領域，冷卻水污垢和腐蝕的存在 嚴重影響著設備的安全運行，同時造成了巨大的 能源浪費。投加水質穩定藥劑可以有效抑制循 環冷卻水系統結垢、控制設備和配管腐蝕并抑制 水中微生物的滋生，對于滿足工藝設備用水水質 要求、確保正常生產、延長設備和配管的使用壽命 具有重要意義。
目前，國內外自動加藥控制方式主要有流量 比例、水量平衡和熒光示蹤劑3種，日本栗田公司 以流量比例式自動控制加藥，美國大湖公司以 水量平衡式自動控制加藥H o，美國NALCO公司 以熒光示蹤劑為傳感元件自動控制加藥，朱斌 和羅益民研制了基于PLC控制的流量比例式自 動加藥控制裝置M1，劉祥宇以單片機作為信號處 理核心單元開發熒光示蹤劑式自動加藥控制裝 置。川。然而，上述循環冷卻水自動加藥控制裝置 對緩蝕阻垢劑的投加都以循環水中藥劑的濃度作 為反饋信號，通過恒定循環水中的藥劑濃度，控制 緩蝕阻垢劑的投加量，且水處理劑投加濃度在循 環水系統設計時已根據補充水質特性確定，并保 持不變，未對換熱器結垢進行實時監測。在冷卻 水補水水質發生變化時，水處理劑加藥濃度保持 不變，從而造成藥劑浪費、管內結垢嚴重及濃縮倍 率不穩定等問題。因此，研究開發實時監測循環冷卻水系統結垢傾向且依據監測數據控制加藥 量的循環冷卻水自動加藥控制裝置是極其必要的。 筆者設計的自動加藥控制裝置以實時監測所得的污垢熱阻和關鍵水質參數作為反饋參數，通過與系統設定的目標參數比較來控制緩蝕阻垢劑、濃硫酸和殺菌滅藻劑的加藥量、補水量和排污量，并根據污垢熱阻測量值調節關鍵水質參數的目標值來抑制結垢。
筆者設計的循環冷卻水自動加藥裝置的控制 原理如圖1所示。系統以污垢熱阻作為反饋變 量，并與程序設定的污垢熱阻閾值進行差值比較， 根據比較結果，輸出控制信號至PID控制器，控制 緩蝕阻垢劑加藥泵的啟、停和開度，從而調節緩蝕 阻垢劑的投加量。同時，根據計算的污垢熱阻值 與污垢熱阻閾值的比較結果，對pH值、ORP和濃 縮倍率的閾值進行自動調節，通過改變關鍵水質 參數的閾值，控制濃硫酸和殺菌滅藻劑的投加量， 控制補充水量和排污量。
裝置測量部件由污垢熱阻監測器、流量計、 pH計、電導率儀及ORP分析儀等構成。 依據文獻[9]的污垢熱阻測量原理設計在線 污垢熱阻監測器，該監測器通過模擬換熱器以電 廠循環冷卻水的實際流態、水質、金屬材料和換熱 強度為基礎，模擬凝汽器換熱效果，采用熱電阻傳 感器、熱電偶傳感器和流量計分別采集模擬換熱 器的出／入口溫度、管壁溫度和流速，用1-7000溫 度和電壓采集模塊將溫度和流速信號轉換成數字 信號輸送至工控機，由工控機中已編制好的程序 計算污垢熱阻，在線實時監測污垢熱阻。 關鍵水質參數在線監測裝置采用在線測量儀 表和測量電極，檢測取樣罐中循環冷卻水的電導 率、pH值和ORP和補充水電導率，并用1-7000電 壓采集模塊將采集的電壓信號轉換成數字信號輸 送至工控機，對關鍵水質參數(濃縮倍率、pH值和ORP)進行在線實時監測。其中，濃縮倍率Ⅳ為 循環冷卻水的電導率K。與補充水電導率K，的比 值，即N=K．／K2。
循環冷卻水自動加藥控制部件由PID控制 器、變頻器、機械膈膜計量泵、補充水閥和排污閥 組成。PID控制器接收監測部件發送來的控制信 號，調節變頻器頻率，調整隔膜計量泵、補水閥和 排污閥的啟／停和開度，以控制投加藥劑量、補水 量和排污量。
循環水自動加藥控制系統的軟件部分實現參 數設置、參數實時顯示、監控參數在線控制、歷史 查詢及報表打印等功能，其主界面如圖3所示。 在系統主界面中對所采集的各參數進行處理和運 算，得出污垢熱阻，并實時顯示污垢熱阻和水質參 數(pH值、濃縮倍率及ORP等)。
監控參數在線控制界面如圖4所示，用戶可 以根據需要在相應參數中設定核心控制參數的范 圍，增強了在線實時調整的靈活性。還可以根據 不同補充水水質，對核心控制參數的控制范圍進 行在線調整。
根據山東興隆莊電廠1。機組冷卻水補水水 質特點和GB 50050．2007《工業循環冷卻水處理 設計規范》，確定自動加藥裝置控制參數的指標 具體如下： pH值8．3～8．5 ORP 300～350 mV 濃縮倍率4．0—4．5 污垢熱阻 不大于3．44×10“m2·K／w 冷卻水的主要補水來源是礦井水，水質pH 值中性、懸浮物顆粒度較小，但細菌含量較高。結 合GB 50050．2007對敞開式循環水pH值的要求 和電廠阻垢緩蝕劑最佳pH值環境，選取pH值為 8．3～8．5、ORP為300—350、濃縮倍率為4．0— 4．5、污垢熱阻控制小于3．44 X 10。4m2 K／W。
循環冷卻水自動加藥控制裝置在山東興隆莊 電廠1。機組試運行，對pH值、ORP和濃縮倍率進 行監測控制，測量結果如圖5～7所示(pH、ORP 和濃縮倍率曲線的初值為原水處理方案測量 值)。利用98％的濃硫酸調節水質pH值，由10d 的監測曲線可以看出，pH值從初始8．7逐漸下降 至8．3—8．5，且控制值較為穩定，達到了預定的 控制目標。殺菌滅藻劑濃度投加由ORP控制，初 期ORP值較低，隨著殺菌滅藻劑濃度的增加， ORP值逐漸上升并最終穩定在300～350，且控制 值穩定。濃縮倍率是利用電導率、補水閥、排污閥 和流量計控制，該電廠補充水以礦區開采過程中 初步處理的井下排水為主，補充水電導率變化范 圍大，因此濃縮倍率曲線波動較大，但從整體趨勢 看，隨著設備對補水量和排污量的自動控制，濃縮 倍率最終穩定在4．0—4．5。
在pH值、ORP和濃縮倍率穩定的情況下，監 測實施緩蝕阻垢劑加藥控制方案前、后的污垢熱 阻，結果如圖8所示。實施加藥控制方案前，污垢 熱阻曲線明顯上升，最終的污垢熱阻瞬時值達到 3．44×10“m2 K／W，換熱器結垢。實施加藥控 制方案后，污垢熱阻測量值恒定，無上升趨勢。 通過實驗數據的對比分析，證實該加藥控制 裝置在保證濃縮倍率達到4．0～4．5時，抑垢效果 明顯，節約了水資源，提高了電廠經濟效益。
