循環(huán)水水質(zhì)自動(dòng)監控系統

在生產(chǎn)過(guò)程中，為了保證生產(chǎn)設備的穩定運行和產(chǎn)品質(zhì)量的持續提高，對循環(huán)水系統的水質(zhì)要求越來(lái)越高。生產(chǎn)循環(huán)水系統若能實(shí)現水質(zhì)在線(xiàn)監測，將對整個(gè)生產(chǎn)工藝起到重要的調控作用。

循環(huán)水水質(zhì)自動(dòng)監控系統針對生產(chǎn)循環(huán)水系統增加水質(zhì)在線(xiàn)監測設備，實(shí)現前端儀表監測、數據采集傳輸、上位機自動(dòng)控制加藥或水處理設備運行技術(shù)的需求，對水質(zhì)硬度、堿度、TDS、pH值、氯離子、飽和指數等參數進(jìn)行檢測和分析，實(shí)現參數對水質(zhì)在線(xiàn)監測和控制投加的意義。

（一）水質(zhì)硬度

水質(zhì)硬度是指水中可溶解的鈣、鎂、鐵等金屬離子含量。硬度較高的水在加熱時(shí)易結垢，降低循環(huán)水系統傳熱效率，影響穩定生產(chǎn)。在線(xiàn)監測水質(zhì)硬度，可實(shí)時(shí)控制循環(huán)水系統中水的硬度，保證生產(chǎn)過(guò)程中傳熱效率和節能減排效果。在缺水的西北和華北地區以及具有顯著(zhù)喀斯特地貌高硬度水質(zhì)的西南地區，結構問(wèn)題尤其突出。

（二）水質(zhì)堿度

堿度是指水中的堿性物質(zhì)可以和酸中和的能力，單位為毫克/升。衡量水質(zhì)堿度能夠反映水中的碳酸鹽、氫碳酸鹽、水合氧化物等成分含量。水質(zhì)堿度是水中堿性物質(zhì)(如碳酸鹽、碳酸氫鹽等)的含量。在循環(huán)水系統中，水質(zhì)堿度是水的重要指標之，意義如下：

1. 確定水的堿性程度：水質(zhì)堿度的含量越高，水的堿性程度就越高。

2. 滿(mǎn)足消耗堿性物質(zhì)的需求：在循環(huán)水系統中，堿性物質(zhì)會(huì )被水中的酸性物質(zhì)消耗掉，如果水質(zhì)堿度太低，會(huì )導致消耗不足，鋼制設備會(huì )發(fā)生腐蝕。

3. 保障水質(zhì)穩定：經(jīng)過(guò)水處理后，循環(huán)水的堿度應保持在一定范圍內，以保證水的品質(zhì)不變化，防止對設備造成損害。

因此，循環(huán)水系統中的水質(zhì)堿度不應該過(guò)低或過(guò)高，通常應控制在100~300mg/L之間，具體要視情況而定。

（三）TDS/ pH值

TDS反映水中可溶解無(wú)機鹽離子濃度的高低。TDS較高的水中，離子濃度高，導電性強，析出的沉積物容易結垢，影響系統傳熱效率。在線(xiàn)監測TDS，可以實(shí)時(shí)調節循環(huán)水中的總離子濃度，為企業(yè)節能減排提供重要數據支持。

pH值表示溶液的酸堿度，以負對數形式表示。pH值的在線(xiàn)監測可以提供實(shí)時(shí)的酸堿度數據，對術(shù)中酸堿度的調控起到重要作用。當循環(huán)水系統的pH值過(guò)高，可能導致設備的腐蝕；pH值過(guò)低，會(huì )導致水的硬度迅速升高，結垢等問(wèn)題產(chǎn)生。因此，對pH值進(jìn)行在線(xiàn)監測，有助于優(yōu)化調節循環(huán)水系統的運行參數。

（四）硫酸鹽

硫酸鹽含量對水的結垢性質(zhì)有一定的影響，過(guò)高和過(guò)低都不利于系統穩定運行。

1、防止鈣鎂鹽沉積：硫酸鹽含量過(guò)高，會(huì )加速水中鈣鎂鹽的沉積速度，導致設備產(chǎn)生結垢，影響熱交換效率。

2、防止腐蝕：水中硫酸鹽含量過(guò)低，會(huì )導致空氣中的氧氣進(jìn)入水中形成氧化物，同時(shí)易被微生物利用，產(chǎn)生腐蝕性酸，破壞水循環(huán)系統中的金屬材料。

（五）氯離子

氯離子是指水中氯元素所占比例。高濃度氯離子會(huì )導致設備腐蝕、結垢等現象，影響設備的使用壽命和性能。通過(guò)在線(xiàn)監測氯離子，實(shí)時(shí)控制水中氯離子濃度，可有效減輕設備的腐蝕，延長(cháng)其使用壽命。

（六）飽和指數/污垢厚度

飽和指數是指水中某種鹽類(lèi)（如碳酸鈣、硫酸鈣等）在當前溫度和pH值下溶解的飽和程度的指標，小于零則處于亞飽和狀態(tài)，等于零則處于飽和狀態(tài)，大于零則處于過(guò)飽和狀態(tài)。。飽和指數在線(xiàn)監測，有助于通過(guò)控制飽和指數，指導針對性的矯正化學(xué)平衡，保證循環(huán)水系統的正常運行實(shí)現循環(huán)水系統的優(yōu)化調節，達到防止結垢、防止腐蝕的目的。

產(chǎn)生水垢或污垢會(huì )，造成熱交換器表面形成一層隔熱層并阻礙熱能流向外部。這些污垢的形成會(huì )使熱阻增加，從而影響了設備的熱交換效率和長(cháng)時(shí)間的耐受性。污垢層的形成導致熱阻增加，設備熱交換效率下降

（七）濃縮倍數

循環(huán)水系統的濃縮倍數指的是冷卻水中總溶解固體物質(zhì)的濃度與進(jìn)入系統水質(zhì)的濃度的比值。它的含義和作用如下：

1. 濃縮倍數反映循環(huán)水系統的結垢或沉積情況：隨著(zhù)循環(huán)次數的增加，水中的總溶解固體物質(zhì)濃度會(huì )不斷增加，此時(shí)的濃縮倍數也會(huì )逐漸上升。一旦濃縮倍數達到一定程度時(shí)，就會(huì )出現結垢或沉積現象，從而影響循環(huán)水系統的運行效率。

2. 保證水質(zhì)穩定：濃縮倍數過(guò)高或過(guò)低都會(huì )影響水中的溶解固體物質(zhì)含量，從而影響水的質(zhì)量，進(jìn)而對設備造成損害。適當地控制濃縮倍數可保證水質(zhì)穩定，避免出現異常情況。

3. 評估水處理設備的效果：濃縮倍數能夠反映水處理設備的效果。能夠通過(guò)不斷地監測濃縮倍數，評估水處理設備的效果，并及時(shí)采取措施進(jìn)行調整。

濃縮倍數是循環(huán)水系統中需要關(guān)注的一項指標，通常應控制在2-6倍左右，不同設備和場(chǎng)景下的具體標準會(huì )有所不同。

濃縮倍數一般采用對循環(huán)水氯離子和補給水氯離子濃度來(lái)計算。

數據采集傳輸及控制柜

數據采集的機柜，碳鋼噴塑，2mm板材。測量柜長(cháng)500mm，高1800mm（含200mm底座），厚度350mm，為電氣控制柜仿威圖柜型。

控制部分由10吋觸摸屏和PLC及電氣附件組成，方便自動(dòng)操作和實(shí)時(shí)監測，設定控制參數、數據采集周期、報警閾值、存儲、查詢(xún)及曲線(xiàn)等，以保證數據采集的準確性和系統的穩定性。輸出部分實(shí)現控制取樣模塊的所有功能實(shí)現。

數據采集傳輸模塊是水質(zhì)在線(xiàn)監測柜的重要組成部分，可以將多參數的數據采集并整合成標準的MODBUS RTU協(xié)議485信號、HART協(xié)議或HTTP協(xié)議的信號，實(shí)現與上位機之間的數據通訊。其中，MODBUS RTU協(xié)議作為RS485自控通訊協(xié)議，便于各種設備進(jìn)行接口。HART協(xié)議常用于一些現場(chǎng)維護，或者參數調整或者更改設備的時(shí)候用的，而HTTP協(xié)議則常用于組建網(wǎng)站或者在本地網(wǎng)實(shí)現各種軟硬件的整合。

組成：數據采集傳輸模塊包含采集模塊、數據整合模塊和信號傳輸模塊。

1. 采集模塊：采用高精度的傳感器進(jìn)行數據采集，包括PH值、溶解氧、濁度、余氯、水溫、TDS等多個(gè)參數實(shí)現自動(dòng)化監控。

2. 數據整合模塊：將采集到的多參數數據進(jìn)行整合并轉換成標準的MODBUS RTU協(xié)議、HART協(xié)議或HTTP協(xié)議的485信號。

3. 信號傳輸模塊：通過(guò)RS485、HART或者Ethernet等協(xié)議進(jìn)行數據傳輸，與上位機完成數據通訊。

4、云端數據：通過(guò)現場(chǎng)無(wú)線(xiàn)4G，上傳數據，通過(guò)登錄云平臺，可在web端查詢(xún)和下載數據、查詢(xún)曲線(xiàn)圖表，實(shí)現微信小程序的報警推送等功能，

自動(dòng)加藥系統

循環(huán)水自動(dòng)加藥系統以自動(dòng)監測水質(zhì)的信號為依據，按設定邏輯或智能算法控制添加適量的化學(xué)藥劑以保持循環(huán)水的所需要成份質(zhì)量。該系統包含主要模塊和功能描述：

1. 控制柜：控制柜是整個(gè)系統的控制中心，其中包含了各種控制元件、接口和電路。它用于監控系統的運行狀態(tài)，接收傳感器和儀表的數據，并控制各個(gè)子系統的操作。

2. 觸摸屏：觸摸屏用于用戶(hù)與系統進(jìn)行交互。操作員可以通過(guò)觸摸屏界面來(lái)監控和控制系統的各個(gè)參數，調整設定值以滿(mǎn)足水質(zhì)要求。

3. PLC及控制算法：PLC是用于執行系統控制邏輯的計算機控制器。它接收來(lái)自傳感器的數據，并根據預設的程序來(lái)控制計量加藥泵、變頻器等設備的運行。

4. 電氣元件：包括開(kāi)關(guān)、繼電器、保險絲等電氣元件，用于確保系統的安全運行和電氣連接。

5. 變頻器：變頻器用于調節泵和其他設備的電機轉速，以確保藥劑的精確控制和節能。

6. 計量加藥泵：計量加藥泵用于準確地將化學(xué)藥劑注入循環(huán)水系統中。它的操作由PLC控制，根據檢測到的水質(zhì)參數來(lái)調整藥劑的投加量。

7. 配液系統：配液系統用于混合和稀釋化學(xué)藥劑，確保它們以適當的濃度被加入循環(huán)水中。

8. 熒光示蹤劑的檢測 ：這是一個(gè)用于監測緩釋阻垢劑濃度的關(guān)鍵模塊。熒光示蹤劑被添加到水中，然后使用紫外熒光的傳感器檢測其濃度。通過(guò)測量示蹤劑的濃度，系統可以判斷藥劑濃度是否在合適的范圍內，并根據需要進(jìn)行藥劑投加。

循環(huán)水水質(zhì)自動(dòng)監控系統整個(gè)系統的工作原理是：傳感器不斷監測循環(huán)水的水質(zhì)參數，例如pH值、濁度、溶解氧等。PLC接收這些數據，并與預設的水質(zhì)標準進(jìn)行比較。如果水質(zhì)不在合適的范圍內，PLC將發(fā)送信號給計量加藥泵，根據需要投加適量的化學(xué)藥劑，同時(shí)變頻器控制泵的運行以確保精確的投加。熒光示蹤劑檢測用于驗證水質(zhì)改善的效果。

這種系統的主要優(yōu)點(diǎn)是可以實(shí)現水質(zhì)的自動(dòng)監測和調整，確保水循環(huán)系統始終保持理想的水質(zhì)，同時(shí)節省了操作員的時(shí)間和勞動(dòng)力。