(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
次の工程から成ることを特徴とする冷却システムの特性を検出及び制御する方法：
補給冷媒の流量を測定する工程；
前記補給冷媒の導電率を測定する工程；
再循環冷媒の導電率を測定する工程；
次式による処理化合物の供給量Ｘを決定する工程：
式
0003626095.tif 000009
〔式中、Ｘは処理化合物の供給量であり、Ωは処理化合物の所望濃度であり、Ｋは定数である〕
再循環冷媒の腐食速度を測定する工程；
該再循環冷媒の所望腐食速度を決定する工程；及び
次式に従って腐食抑制剤の供給量Ｙを計算する工程：
式
Ｙ＝（Ｘ）〔１＋α（腐食測定／腐食設定点）〕。
【請求項２】
前記腐食測定／腐食設定点が０．７５以下のとき、αが１．０で あることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記腐食測定／腐食設定点が０．７５〜０．９９の間のとき、α が１．１５であることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項４】
前記腐食測定／腐食設定点が１．００〜１．５０の間のとき、αが １．４０であることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項５】
前記腐食測定／腐食設定点が１．５０〜３．００の間のとき、αが ２．００であることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項６】
前記腐食測定／腐食設定点が３．００以上のとき、αが３．００で あることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項７】
次の工程から成ることを特徴とする冷却システムの特性を検出及び制御する方法：
補給冷媒の流量を測定する工程；
該補給冷媒の導電率を測定する工程；
再循環冷媒の導電率を測定する工程；
次式による処理化合物の供給量Ｘを決定する工程：
式
0003626095.tif 000010
〔式中、Ｘは処理化合物の供給量であり、Ωは処理化合物の所望濃度であり、Ｋは定数である〕
再循環冷媒の汚れ指数ＦＩを測定する工程、該汚れ指数は次式に従って計算する：
式
FI= (A）{[TＷ-Tｂ)/出力-B]ｃ-[TＷ-Tｂ)/出力-B]ｉ}+J,
〔式中、J=(C)[Tｂ)ｃ-Tｂ)ｉ]+(D)(Fｃ-Fｉ)+(E)(出力ｃ-出力ｉ)
Ｆ＝再循環冷媒の流量、
Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ及びＪは補正係数、
Ｔｂ＝混合流体温度、
Ｔｗ＝冷却システムの壁温度、
ｉは初読値を示す、
ｃは現在の読値を示す；
再循環冷媒の所望汚れ指数を決定する工程；及び
次式に従って腐食抑制剤の供給量Ｚを計算する工程：
式
Ｚ＝（Ｘ）〔１＋β（ＦＩ測定／ＦＩ設定点）〕、
〔式中、βは０．１〜８．０間の値である〕。
【請求項８】
前記腐ＦＩ測定／ＦＩ設定点が０．８以下のとき、βが１．００ であることを特徴とする請求項７記載の方法。
【請求項９】
前記ＦＩ測定／ＦＩ設定点が０．８〜１．０の間のとき、βが   １．１５であることを特徴とする請求項７記載の方法。
【請求項１０】
前記腐ＦＩ測定／ＦＩ設定点が１．０〜１．２の間のとき、β が１．３０であることを特徴とする請求項７記載の方法。
【請求項１１】
前記ＦＩ測定／ＦＩ設定点が１．２〜１．５の間のとき、βが １．７０であることを特徴とする請求項７記載の方法。
【請求項１２】
前記腐食測定／腐食設定点が１．５以上のとき、βが２．５０で あることを特徴とする請求項７記載の方法。
【請求項１３】
さらに次の工程から成ることを特徴とする請求項１記載の方法：
再循環冷媒の腐食速度を測定する工程；
再循環冷媒の所望腐食速度を決定する工程；
再循環冷媒の汚れ指数ＦＩを測定する工程、該汚れ指数は次式に従って計算する：
式
FI= (A）{[(TＷ-Tｂ)/出力-B]ｃ-[(TＷ-Tｂ)/出力-B]ｉ}+J,
〔式中、J=(C)[(Tｂ)ｃ-Tｂ)ｉ]+(D)(Fｃ-Fｉ)+(E)(出力ｃ-出力ｉ)
Ｆ＝再循環冷媒の流量、
Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ及びＪは補正係数、
Ｔｂ＝混合流体温度、
Ｔｗ＝冷却システムの壁温度、
ｉは初読値を示す、
ｃは現在の読値を示す；
再循環冷媒の所望汚れ指数ＦＩを決定する工程；
ＦＩ測定＞（Ｇ）ＦＩ設定点の場合には、汚れ抑制剤の供給量Ｚは次式に従って 計算する：
式
Z=（X）[1+β（FI測定／FI設定点）]+(θ)腐蝕測定/(G)腐蝕設定点,
〔式中、βは０．１〜８．０間の値であり，θは０．２〜２．０間の値であり、Ｇは補正係数である。〕。
【請求項１４】
Ａは０．００２〜１０００の間であり、Ｂは０．１６７／Ｆ〜１／Ｆの間であり、Ｃは０．３２１であり、Ｄは１．４３２であり、Ｅは  ０．０６６５であることを特徴とする請求項７記載の方法。
【請求項１５】
Ａは４００であり、Ｂは０．２５／Ｆであることを特徴とする請求項１４記載の方法。
【請求項１６】
Ａは０．００２〜１０００の間であり、Ｂは１／Ｆ〜０．１６７/Fの間であり、Ｃは０．３２１であり、Ｄは１．４３２であり、Ｅは０．０６６５であり，Ｇは１．１１〜１．５の間であることを特徴とする請求項１４記載の方法。
【請求項１７】
Ａは４００であり、Ｂは０．２５／Ｆであり、Ｇは１．５であことを特徴とする請求項１６記載の方法。
【請求項１８】
Ｋは１２０，０００又は１、０００であことを特徴とする請求項１記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業の利用分野】
本発明は、腐蝕及び汚れを測定して冷却システムにおける処理制御パラメ−タ−を調節することによって、冷却システム内の化学処理及び水質を制御する方法及び装置を含むシステムに関する。
【0002】
【従来の技術】
冷却システムの目的は、蒸発及び液体の排出を介して環境熱を与えるプロセス及び排出から熱を除去することである。かかるシステムの一例はタ−ビン−復水器から熱を除去するために使用される冷却水システムである。熱の除去は、蒸気を凝縮させて、復水器の蒸気−復水側での圧力低下、及び蒸気の生成に使用される単位燃料当りに発生される出力量の増加をもたらす。同様に、かかるシステムの別の例は、冷却（冷凍）機である。かかる機械は、Ｒ−１１，Ｒ−１２又はＲ−１３４Ａのような冷媒を利用して、水のような冷媒から熱を抽出し、ル−プ化し、熱を冷却システムへ伝達する。
【0003】
冷却システムの別の例は、プロセス又は一連のプロセスからの熱がガス圧縮機上の中間冷却器のようなプロセス熱交換器を介して冷媒へ伝達される例である。酸素又は窒素圧縮機のような多段ガス圧縮機の運転効率は、圧縮機の各段に入るガス流の温度及び圧力に直接関係する。その温度及び圧力が設計条件より高いほど、同じ量のガスを圧縮するのにより多くの出力を要する。
【0004】
冷却システムの一例によると、冷媒は水のような液体を含む。かかる冷却システムは、（１）一つ以上の工程から熱を除去する少くとも一つの熱交換器；    （２）冷却媒体（冷媒）をその少くとも一つの熱交換器に循環させる少くとも一つのポンプ；（３）冷却塔のような冷媒を冷却する手段；（４）システムに新しい冷媒を添加する手段（かかる手段は典型的に補給手段（管）と呼ばれる）；及び（５）ある一定量の冷媒をそのシステムから排出させる手段（かかる排出はブロ−ダウンと呼ばれる）から成る。
【0005】
かかるシステムによる冷却効果は、冷媒が冷却塔を通過する際に、冷媒の一部を空気流中に気化させることによって達成される。冷媒から熱を除去する過程中に、不飽和の空気が冷却塔に入る可能性がある。その不飽和空気は、気化液体をピックアップして、その冷媒に関してより高い温度及び飽和状態で冷却塔を出る。
【0006】
冷却システムの別な例によると、水のような冷媒は、少くとも一つの熱交換器を介してプロセスから熱を吸収するのに十分低い温度で冷媒の適切な供給をする大きなタンクから得られる。かかる例における冷却システムは、（１）冷媒源；（２）少くとも一つの循環ポンプのような冷媒循環手段；（３）少くとも一つの熱交換器；及び（４）加熱された冷媒を排出する場所を含む。
【0007】
液体の冷媒を使用する冷却システムは、冷媒、種々のプロセス・リ−ク、及び現場での腐蝕による硬度塩類、腐蝕生成物、バイオマス、沈泥及び泥のような汚れ物質及びプロセスの沈積又は付着を受ける。これらの汚れ物質及びプロセスは種々の源から冷却システムに入る。
【0008】
硬度沈積、腐蝕、バイオマスの形成、及び沈泥、泥、腐蝕生成物及びプロセス・リ−クのような他の汚れ物質の集合を抑制するために、冷媒又は冷却システムにある種の処理材料が添加される。かかる処理材料は、共同して上記の問題を効果的に抑制する一種以上の化学成分を含む。例えば、腐蝕を抑制するように設計された処理材料は、カソ−ド抑制剤、少くとも一つのアノ−ド抑制剤、及び／又は少くとも一つの別の材料、例えば、スケ−ル防止剤、界面活性剤及び泡止め剤を含む。システム／冷媒へ添加される他の処理材料は、硫酸のような酸、又はカセイソ−ダの溶液のようなアルカリを含む。これらの添加材料は、その冷媒のｐＨを所定の制御範囲内に制御する。ｐＨを制御するときの酸は、ｐＨを下げて、アルカリ性を上げるために使用する。
【0009】
システム／媒体に添加する処理材料の量は、典型的に、手動の研究室試験、腐蝕ク−ポン分析、システムにおける冷媒の体積、及び一定期間にシステムに供給される冷媒の量によって決定される。かかる場合に、薬剤注入ポンプのような手段を使用して、処理材料の流れをシステム中に一定の流量で注入する。
材料を添加してｐＨを調節するとき、閉ル−プの薬剤注入システムが利用される。例えば、そのシステムのｐＨは、ポンプ又は弁を制御してｐＨ調節剤の供給を増減するｐＨ監視装置によって監視される。
【0010】
プロセス・リ−クの有害な影響を抑制するために使用する処理材料は、典型的に該リ−クの発生検出時に又は連続的に手動で制御する。プロセス・リ−クの検出、位置決め、及び定量化は、プラントオペレ−タ又は処理専門家によって行われる時間のかかる仕事である。
【0011】
冷却システム及び冷媒の性質の処理及び制御の別の重要な面は、その冷媒における溶解及び懸濁物質の濃度をそれらが析出又は集合するレベル以下に維持することに関係する。これは、典型的にブロ−ダウンを介してシステムから除去される濃縮冷媒の量を調節することによって達成される。典型的に、これは、循環する冷媒の分析に基づいてブロ−ダウン弁の手動調節によって行われてきた。さらに最近、ブロ−ダウンは、冷媒の比導電率を監視し、ブロ−ダウン弁を調節して導電率の特定範囲を維持することによって自動化されてきた。
【0012】
典型的に、冷却システムは水のような冷媒を含む。冷媒の特性又は性質は、冷却システム及びその運転に影響を与える。ｐＨ、導電率、腐蝕速度、温度（例えば、冷供給材料、熱戻り材料、熱交換器入口及び出口の温度）、冷媒循環速度、冷媒補給速度及び冷媒ブロ−ダウン速度のような冷媒パラメ−タ−が、冷媒の特性を制御するために長い間監視されてきた。ブロ−ダウンは、冷媒に溶解した固体分の集中排除に役立ち、補給は、蒸発、風摩擦、ドリフト及びブロ−ダウンから冷媒の損失を全て置換する。冷却システムの自動制御は、歴史的に導電率及びｐＨのオンライン測定に基づいてきた。これらのファクタ−の測定は、残留抑制剤レベルの実験室的湿式化学試験及び特定の用途に関係した他のパラメ−タ−によって補足される。特に側流ろ過を使用するような場合には、濁り度の監視が追加されてきた。
【0013】
腐蝕速度のオンライン測定に線形分極抵抗技術の使用は、これまでに米国特許第３、０６９、３２２号、第３、１５６、６３１号、第３、２５０、６８９号、３、６０７、６７３号及び３、６９８、０６５号に開示された。米国特許第４、３３９、９４５号及び第４、３４６、５８７号に、ｐＨ、導電率及び腐蝕に加えて汚れの測定が開示され、冷却水のような流体システムにおける腐蝕及び汚れの抑制における処理システムの効果の決定に応用する方法が開示された。腐蝕は冷却システムにおける装置の経済的寿命を短くし、汚れはプラント・プロセスから冷媒への熱廃棄効率を下げるから、これらを制御下に保つことが重要である。
【0014】
オ−プン再循環冷却システムの伝統的制御は、典型的にｐＨを硫酸のような酸又はカセ−ソ−ダの溶液のような塩基で制御する単ル−プ制御装置の使用を含  む。単ル−プ制御装置は、冷媒に溶解した固体分のレベル制御用に含まれる。かかる溶解固体分は、比導電率によって測定され、ブロ−ダウン又はブリ−ドオフ弁を調節することによって増減される。ブリ−ドオフの比率を増すと、冷媒に溶解した固体分は減少する。冷却システムの特性の制御に処理薬剤の供給制御のタイブも利用される。システムの制御、特に種々の殺菌剤の添加用に間隔タイマ−機能を組み合わせたカレンダの日付及び時間が一般に利用される。
【0015】
ｐＨ及び導電率の制御は、典型的にフィ−ドバック制御を利用する。フィ−ドバック制御は、ポンプ及び弁のような運転装置にアナログ又はディジタルの出力を提供する。アナログ出力は、より精密な制御のために比例積分微分制御器を通る。補給媒体の流量、媒体の蒸発損失及び風摩擦及びブロ−ダウンのような他の損失に対するシステム補償に添加される補給媒体の流量、冷媒の流量は、典型的に抑制剤及び分散剤のような処理薬剤の供給用の基本的制御パラメ−タ−であ  る。冷却システム、特に水性冷却システムにおいて、補給媒体は、ポ−タブル市水道水、井戸水、再生プロセス水、外部処理水及び凝縮水のような少くとも一つの源から供給される水である。一般に使用されるが精度の低い別の方法は、ブロ−ダウン媒体の流量を使用するが、この方法は他の液体損失が一定又はブロ−ダウンに比例するという仮定を必要とする。第３の手段は“ブリ−ド・アンド・フィ−ド”と呼ばれるもので、それは処理材料の添加を、オン／オフ、例えば、ソレノイド、ブリ−ドオフ又はブロ−ダウン弁が作動される時間に比例させる。
【0016】
腐蝕速度をオンラインで監視するために、線形分極抵抗（LＰＲ）技術が約３０年間使用されてきた。この技術は、Ｒｏｈｒｂａｘｋ  Ｃｏｓａｓｃｏ  Ｓｙｓｔｅｍ社によって“ＣＯＲＲＡＴＥＲ”監視装置として販売されている。ＣＯＲＲＡＴＥＲ監視装置によって提供されるアナログ信号は、瞬間腐蝕速度又は瞬間腐蝕不均衡に比例する。実際に、ＣＯＲＲＡＴＥＲ監視装置は、約２分又は約２０分間までの時間に渡ってＬＰＲを決定する。従って、“瞬間”は、ク−ポンの約３０日〜９０日の暴露を要するオフライン法と比較したとき、相対的な用語である。
【0017】
汚れ係数（ＦＦ）は、認識される標準工業単位の尺度である。ＦＦは熱伝達表面への汚れ物質の析出から生じる。Ａｓｈｌａｎｄ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ、Ｄｒｅｗ  Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ  Ｄｉｖｉｓｉｏｎから入手できるＰ-Ｕ-Ｌ-Ｓ-Ｅ分析装置はＦＦを決定する能力を与える。Ａｓｈｌａｎｄ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ、Ｄｒｅｗ  Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ  Ｄｉｖｉｓｉｏｎから入手できるＯＮＧＵＡＲＤ  ＣＦＭ−１０００監視装置も汚れ指数（ＦＩ）を決定する。ＦＩ及びＦＦは同一傾向を有するが、それらは数値的に異なり、異なる方法で計算される。
【0018】
冷却システムの特性及び該システムの制御パラメ−タ−を監視する既知の方法は、３つのタイプがある。第１タイプの方法は、酸又はカセイソ−ダの供給の制御用ｐＨ及びブリ−ドオフ又はブロ−ダウンの制御用導電率のようなパラメ−タ−の自動フィ−ドバック制御に伝統的に適したものを含む。
【0019】
第２のタイプは、例えば、冷媒流において適当に測定される処理薬剤の特定成分の残渣を検出するものである。このタイプの監視には２つの既知方法がある。第１の方法は、単一の活性成分の検出を含むが、第２のタイプの検出はトレ−サ−として作用する不活性物質の検出を含む。
【0020】
リン酸塩の監視装置は、冷却水システムにおけるリンイオン、オルトリン酸塩の単一種のみを検出するから、第１の方法の例である。実際に、処理薬剤は種々の重合体、芳香族アゾ−ル及び他の成分と共に数種の異なるリン含有物質を含む。
【0021】
カルシウム、マグネシウム、第１及び第２鉄イオンの存在下で、オルトリン酸塩は限定された溶解度をもつ。その限定された溶解度は、ｐＨ，及びイオン濃度の複雑な関数である。あるシステムにおいては、運転温度及び圧力下の該物質の溶解度が必要な制御限界に近くて、過剰の供給と析出、そして最終的には析出下の腐蝕をもたらす条件とを識別することを困難にする。
【0022】
活性材料と異なり、冷媒流において検出できる不活性の微量化合物の使用は、使用者に微量物質がシステムにどれだけあるか知らせるのみであるから、それ自身欠点を有する。その処理の効力を決めることはできない。例えば、腐蝕抑制組成物における活性成分のような処理材料は、典型的に腐蝕抑制プロセス又はそれらが抑制に関係するプロセスにおける反応によって消費される。残留する処理材料は、反応が消費しない部分及び／又は包含される反応の維持に必要な残留部分である。一方、不活性材料は、どれとも実質的に反応することなくシステムを通過する。上記の議論は全ての処理材料に当てはまる。
【0023】
他の監視技術は、循環水の全化学及び微生物の分析及び腐蝕ク−ポンの分析のようなオフライン監視を含む。
【0024】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、従来技術のおける課題を解決して、汚れ及び腐蝕を含む基本の性能検出を制御システムに統合する性能ベース制御システムを提供する。それ自体、全くユニ−クであって、従来技術の著しい向上である。
【0025】
本発明の目的は、効率的な熱廃棄を維持しかつ冷却システムの装置の経済的寿命を保護するために、冷媒の化学処理を調節して腐蝕及び汚れを経済的に許容されるレベルで防止することである。
【0026】
本発明の利点は、多成分処理材料の１成分を形成するトレ−サ−又は他の化学種に基づいて測定及び制御をするモニタ−及び制御装置とは反対に、汚れ及び腐蝕の影響を直接測定することに基づいていることである。
【0027】
本発明の利点は、伝統的な単ル−プ制御技術を、多重入力測定及び単一出力に縦続制御する論理を利用して汚れと腐蝕を統合する統合制御に置き換えることである。
【００２８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、次の工程から成ることを特徴とする冷却システムの特性を検出及び制御する方法を提供する：
補給冷媒の流量を測定する工程；
前記補給冷媒の導電率を測定する工程；
再循環冷媒の導電率を測定する工程；
次式による処理化合物の供給量Ｘを決定する工程：
式
0003626095.tif 000002
〔式中、Ｘは処理化合物の供給量であり、Ωは処理化合物の所望濃度であり、Ｋは定数である〕
再循環冷媒の腐食速度を測定する工程；
該再循環冷媒の所望腐食速度を決定する工程；及び
次式に従って腐食抑制剤の供給量Ｙを計算する工程：
式
Ｙ＝（Ｘ）〔１＋α（腐食測定／腐食設定点）〕、
〔式中、αは０．１〜８．０間の値である〕。
【００２９】
さらに、本発明は、次の手段から成ることを特徴とする冷却システムにおける状態を検出及び制御する装置を提供する：
補給冷却システム媒体の流量を測定する手段；
補給冷却システム媒体の導電率を測定する手段；及び
次式によって処理材料の供給量Ｘを決定する手段：
式
0003626095.tif 000003
〔式中、Ｘは処理化合物の供給量であり、Ωは処理化合物の所望濃度であり、Ｋは定数である〕。
【0030】
本発明のさらに別の目的及び利点は、発明の望ましい実施態様のみを記載説明する次の詳細な説明から当業者には容易に明らかになるであろう。認識されるように、本発明は他の異なる実施態様が可能であり、本発明の範囲を逸脱することなく種々の変更及び改良が可能である。従って、それらの記載及び図面は、説明のためのものであって、限定を意図するものではない。
【0031】
本発明は、冷却システムを制御するために上記の伝統的技術及び既知パラメ−タ−を使用できる。しかしながら、これらの伝統的技術及び既知パラメ−タ−に加えて、又はその代わりに、本発明は制御計画に線形分極抵抗（ＬＰＲ）腐蝕速度及び汚れ指数（ＦＩ）の両方を利用する。さらに、本発明は、再循環冷媒に処理剤の所定濃度を維持する基本材料平衡技術に基づいている。本発明は、冷却システムの媒体における酸化殺菌剤の制御にも有用である。
【0032】
冷却システムにおける状態を制御するために、本発明は、処理制御パラメ−タ−を調節する方法において汚れ及び腐蝕の時間依存変数を監視する手段を含む。上記にもかかわらず、制御が立脚する測定のあるものは瞬間的である。それらのパラメ−タ−は、限定ではないが、ｐＨ，導電率、濃度サイクル、酸化−還元電位（０ＲＰ）、及び熱廃棄効率を最適にし、かつ腐蝕及び汚れからもたらされる構造材料の劣化を最小にする濁り度を含む。汚れ及び腐蝕の制御システムにおいて、本発明は、汚れ及び腐蝕の有害な影響を最小にし、かつ冷却システムの性能の最適化を保証するために汚れ及び腐蝕の測定をして運転パラメ−タ−を調節することを利用するカスケ−ドをベ−スにしたプロセス制御法を開発することによって、既知技術を拡張する。さらに、この方法の感度は他の全ての利用可能技術より著しく改善されている。
【0033】
本発明により、冷却システムのパラメ−タ−における変化が腐蝕及び汚れ係数を監視することによって監視及び制御される。次に、それらのパラメ−タ−を調節するために、冷却システムに添加される材料は、その供給量を調節することによって制御される。本発明により、腐蝕速度及び汚れ指数は、処理剤の供給量及び他の制御パラメ−タ−、例えば、ブロ−ダウン速度（それは、次に濃度のサイクルを変える）を改変する手段として使用される。従って、本発明はカスケ−ド（縦続）制御に基づく。従って、冷媒の温度を制御するために冷媒の圧力を制御すると同様に、本発明は他のパラメ−タ−を制御するために腐蝕及び汚れを利用する。
【００３４】
基本的材料の平衡算法は、次の式を用いる：
式
0003626095.tif 000004
〔式中、Ｘは処理化合物の供給量であり、Ωは処理化合物の所望濃度であり、Ｋは定数である〕。Ｋの値は流量の測定に依存して調節される。流量がガロン／分で測定される場合は、Ｘはポンド／分で表す必要があり、Ｋは約１２０、０００になる。一方、流量が立方メ−タ／時間で測定される場合は、Ｘはキログラム／時間で表す必要があり、Ｋは約１、０００になる。Ｋの他の値は利用する種々の単位に基づいて容易に計算できる。
【0035】
典型的に、冷却システムにおける処理材料の流量は、処理材料の必要な濃度を維持するために必要な補給媒体の１００万ポンド当たりのポンドで測定される。また、Ωは典型的にｍｇ／Ｌで測定される。しかしながら、それらの単位は、冷却装置のサイズ、パラメ−タ−、及び／又は処理材料、等に依存して変わる。
【0036】
Ωの値は、運転装置における冷媒の予想化学及び生成物化学組成物に依存す  る。典型的にΩは処理生成物毎に異なる。また、Ωの値は、特定の冷却システムでの多くの経験に基づいて生成物と装置の特定の組合せによって増減する。Ｘの式は、循環冷媒に特定の濃度を維持することに基づいて化学処理剤の供給量を計算するために冷媒処理業者によって使用できる基本的な計算式である。プラントが補給冷媒の性質を測定できないが、ブロ−ダウンの冷媒流量を使用できる場合には、その計算をする別の手段を使用する。その場合に、計算は次式のようになる：
式
Ｘ＝（Ω）（補給冷媒ブロ−ダウン流量）／（１２０，０００）
いずれの方法も処理生成物の基本的供給量を与える。
【0037】
制御論理において、Ｘは、オ−プンル−プ・システム、即ち、循環冷媒における処理生成物の実際の濃度が制御システムによって測定されない場合に決定される。この場合に、Ωは処理材料が供給される流量、Ｘを調節する制御ル−プへの基準入力である。Ωは、以下に詳細に説明する縦続関数と呼ばれる第２の無関係の変数の関数として調節される。その縦続関数は、腐蝕速度に対してα、汚れ指数に対してβである。
【0038】
上記のように、腐蝕速度を許容範囲内に維持するために処理供給量にステップ状の増加を与える縦続関数の使用によって、腐蝕速度は材料供給量の上記計算式に因数分解される。計算した縦続係数値は、Ｘに縦続係数を乗算して調節される腐食抑制剤の供給量Ｙを決定することによって、特定生成物の供給量を増すために使用される。例えば、オ−プンの再循環冷媒システムにおいては、ＣＯＲＲＡＴＥＲモニタ−によって測定されたように、軟鋼（例えば、ＡＩＳＩ（Ａｍｅｒｉｃａｎ  Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ  ｏｆ  Ｓｔｅｅｌ  Ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓ）１０１０）に関しては腐蝕速度を０．０７５ｍｍ（３ｍｉｌｓ）／年又はそれ以下に維持する必要がある。
【００３９】
その腐蝕速度縦続関数は典型的に次の表によってステップ状係数として利用される：
【表１】
0003626095.tif 000005
【0040】
上記の値は、使用される縦続係数の例のみである。さらに、値は全て近似値であって、本発明を逸脱することなく上記の値から変わる。
【0041】
上記の表に示した縦続係数は、経験及び実験デ−タに基づいた無次元の経験的に決定した係数である。それらの値は、生成物の化学、装置の設計及び運転条件及び／又はそれらの組合せの関数である。例えば、冷媒が外殼にある場合の熱交換器における流体の速度は通常極めて遅い。かかる熱交換器の熱負荷が、表面温度が、例えば約６０℃以上と高いような場合には、汚れ及び腐蝕の可能性は極めて高い。ある腐蝕抑制剤の化学は、高濃度で汚れ指数を高めるが、他のものは僅か又は全く作用しない。したがって、最初に、我々は縦続係数に約１．００，  １．１０，１．２５，１．５及び１．８の値を使用する。
【0042】
特に、銅及び銅含有合金の腐蝕を抑制するために芳香族のアゾ−ルを使用する場合には、その縦続係数は、それぞれ約０．６，１．０，２．０，４．０及び  ８．０である。これは、部分的に、通常腐蝕速度はかかる金属では、例えば、約０．００５ｍｍ／年（０．２ＭＰＹ）以下と低いということのためである。しかしながら、芳香族のアゾ−ルは汚れに有害な影響を与えない。例えば、芳香族のアゾ−ルは極めて高価であって、通常極めて低投与量で使用される。
【0043】
芳香族アゾ−ルの使用を含む例は発電ステ−ションを含む。その発電ステ−ションは、周期的、例えば、約２日に１回、バイオマスの蓄積を抑制するための酸化用殺菌剤として塩素を使用する。典型的に、銅合金の腐蝕速度は約０．００５ｍｍ／年以下である。しかしながら、塩素の添加中に、銅の腐蝕速度は０．５１ｍｍ／年以上になる。その高腐蝕速度が約数時間だけ続くが、その高腐蝕速度  は、制御システムが塩素添加の期間、芳香族アゾ−ルの投与量レベルを調節する能力を有すると、低下した。
【0044】
これとは別に、腐蝕速度縦続関数は、腐蝕速度の設定点と実際の腐蝕速度との差の関数として腐蝕抑制剤を連続的に調節する算法として次のように応用できる：
腐蝕測定 > 腐蝕設定点の場合には、
式
Ｙ＝（Ｘ）〔１＋α（腐食測定／腐食設定点）〕、
式中のαは約０．１〜２．０の間の実験的に決定される値であり、Ｙは腐蝕抑制剤の供給量である。
【0045】
本発明により、類似タイプの縦続制御を使用して汚れ指数（ＦＩ）を調節できる。汚れ指数は時間依存現象である。汚れ指数は、無次元の数であって、冷媒の内部温度、熱源と冷媒流との間の壁の温度、加熱表面を通る際の冷媒流の流量、加熱表面と関係した出力レベル、及び冷媒流の測定流量を加熱表面に対する留置速度及び剪断応力の値に変換するための係数に基づいて計算される。
【0046】
汚れ指数の計算用基線デ−タは、出発点又は零ＦＩ値を設定するためにクリ−ンな状態で得られる。次に下記の式に従って汚れ指数が計算される。基線デ−タを得た後、上記変数及び各検知時間に対して計算下、汚れ指数の値を周期的に検知する。変数及び汚れ指数の再計算の周期的検知が、運転条件下のＦＩ値の測定を可能にさせる。検知する間の時間は変動する。典型的に、その時間は数秒から１時間に及ぶ。研究の結果、普通の汚れ状態下で、約３０秒〜約５分の間隔で得た読み値が最適の結果を与えることがわかった。しかしながら、激しい汚れの場合には、より短い時間間隔が是認される。たとえば、約３０秒から約１分のように短い時間間隔が利用された。無視できる汚れの状態下の時間間隔は長くなる。例えば、約１５分から約３０分の間隔を使用した。さらに長い時間間隔も使用できるが、３０分以上の間隔の有用性は装置の設計及び運転条件の関数である。しかしながら、典型的に、間隔が長くなると、感度が下がる。従って、長い間隔は可能であるが、それらはしばしば利用されない。
【００４７】
汚れ指数ＦＩは次式によって計算される：
式
FI= (A）{[TＷ-Tｂ)/出力-B]ｃ-[TＷ-Tｂ)/出力-B]ｉ}+J,
〔式中、J=(C)[Tｂ)ｃ-Tｂ)ｉ]+(D)(Fｃ-Fｉ)+(E)(出力ｃ-出力ｉ)
Ｆ＝再循環冷媒の流量、
Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ及びＪは補正係数、
Ｔｂ＝混合流体温度、
Ｔｗ＝冷却システムの壁温度、
ｉは初読値を示す、
ｃは現在の読値を示す〕。
【0048】
補正係数Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ及びＪの値は、処理材料の添加及び必要な影響に依存して変わる、その添加速度は汚れ指数の値によって影響される。例えば、補正係数Ａは、約０．００２〜１０００の間である。一つの望ましい実施態様のよると、補正係数Ａは約４００である。
【0049】
補正係数Ｂは、流量の変化を調節するために使用する。補正係数Ｂは、特に流量の小さい変化を補償するのに良い。補正係数Ｂは、流量の全値と考えられる。補正係数Ｂは、約０．１６７／Ｆ〜約１／Ｆの間で変わる。好適な実施態様によると、補正係数Ｂは約２．２５／Ｆである。
【0050】
一実施態様において、補正係数Ｃ、Ｄ及びＥはそれぞれ約０．３２１，１．４３２及び０．０６６５を有する。しかしながら、これら係数の各々の値は、実施態様及び用途に依存して変わる。例えば、Ｃは約０．２〜０．７の値を有する  が、Ｄは約０．９〜１．８５の値、そしてＥは約０．０３〜０．１３の値を有する。
【0051】
一実施態様において、Ａは約４００の値を有し、Ｂは約０．２５／Ｆの値を有し、Ｃは約０．３２１の値を有し、Ｅは約０．０３〜０．１３の値を有する。
【0052】
Ｊの値の式は、一連の計算作業の結果である。補正係数Ｊの式は、冷媒の内部温度、流れ及び出力における変化を補正する項を含むことが望ましい。補正係数Ｊは、基本デ−タと最新の読み値の間の状態変化に基づいて計算される。補正係数Ｊの他の値も使用できるが、上記の式によって計算した値は、残りのノイズを排除することによって標準化する。補正係数の値、特に補正係数Ａは、使用者が計算した値のスケ−リングをいかに望むかに依存して変わる。さらに、汚れ指数は、補正係数を使用することなく補正することもできる。しかしながら、補正係数は計算においてノイズを除去することが望ましい。即ち、補正係数無しに、ノイズの幅は汚れ指数の値における変化を越える。さらに、汚れ指数の値は、例えば、処理材料の得られる濃度が高過ぎる場合に、異常に高い及び／又は低い値が相反する反応をもたらさず、かつ汚れ問題に寄与しないように、補正係数を使用して調節できる。
【0053】
経済性も計算した汚れ指数の適用に役割を果たす。例えば、熱交換器の設計者は、異なる熱交換器には異なる汚れ許容度を設定する。
【0054】
経済性が冷却システムの運転に役割を果たす別の例として、個人又は会社のレベルで、冷却システムのオペレ−タの経済的制約がある条件が、経済的に許容されることを決定する。例えば、２、３年後に閉鎖する計画の古いプラント高腐蝕速度が許容される。従って、そのプラントのオペレ−タは、幅係数の限定又は設定点を上げることによって、腐蝕抑制材料の最高濃度を限定する選択をする。
【0055】
ＦＩ値を含む上記用語を計算するのに別の算法があるが、それらは数値の結果を変える変更によって大部分異なる。かかる変更は標準化を変えることを含む。例えば、補正係数の値が変わる。
【0056】
ＦＩ値の制御は、２つの要素、第１にＦＩ実際対ＦＩ設定点、第２に、その流体環 境で一旦平衡に達したときのＦＩ値の時間に対する変化率に基づく。
【００５７】
かかる系には制御バイアスのステップ状及び連続調節が適用される。例えば、ＦＩ実際＞ＦＩ設定点であると、汚れ防止材料の供給量Ｚは次式によって表される：
式
Ｚ＝（Ｘ）〔１＋β（ＦＩ実際／ＦＩ設定点）〕
式中、βは０．０〜約４．０間の値であって実験的に決定される、Ｚは汚れ防止材料の流量である。汚れ防止材料を調節するのにステップ状関数も使用できる。
【表２】
0003626095.tif 000006
上記の値は、使用される縦続係数の例のみである。さらに、値は全て近似値であって、本発明を逸脱することなく上記の値から変わる。
【0058】
上記の表に示した縦続係数は、経験及び実験デ−タに基づいた無次元の経験的に決定した係数である。それらの値は、生成物の化学、装置の設計及び運転条件及び／又はそれらの組合せの関数である。例えば、冷媒が外殼にある場合の熱交換器における流体の速度は通常極めて遅い。かかる熱交換器の熱負荷が、表面温度が、例えば約６０℃以上と高いような場合には、汚れ及び腐蝕の可能性は極めて高い。ある腐蝕抑制剤の化学は、高濃度で汚れ指数を高めるが、他のものは僅か又は全く作用しない。したがって、最初に、我々は縦続係数に約０．００，  ０．１０，０．２５，０．５及び０．８の値を使用する。
【0059】
特に、銅及び銅含有合金の腐蝕を抑制するために芳香族のアゾ−ルを使用する場合には、その縦続係数は、それぞれ約０．６，１．０，２．０，４．０及び  ８．０である。これは、部分的に、通常腐蝕速度はかかる金属では、例えば、約０．００５ｍｍ／年以下と低いということのためである。しかしながら、芳香族のアゾ−ルは汚れに有害な影響を与えない。別の問題はコストの影響である。例えば、芳香族のアゾ−ルは極めて高価であって、通常極めて低投与量で使用される。
【0060】
装置に著しい損傷をもたらす高腐蝕速度は水酸化第１鉄及び水酸化第２鉄のような腐蝕生成物の過剰量を放出することになる。冷媒の化学に依存して、これらの物質は冷媒流中の他のイオンと反応して汚れ物質を生成し、沈泥、バイオマス及びプロセスリ−クのような他の懸濁固体分の集合体として作用し、又は酸化されてそれら自身の汚染物質（例えば、酸化第２鉄）を生成する。
【0061】
従って、本発明は、腐蝕速度が所定値を越えるときに汚染防止剤の供給量をさらに上げる、及びそれ以上の析出を抑制するために腐蝕速度を下げた後に一定時間高流量のままにする算法も含む。
【0062】
高腐蝕用算法によって、腐蝕測定＞（Ｇ）腐蝕設定点の場合には（Ｇは補正係数で ある）、普通の腐蝕の条件下での材料供給量を支配する算法は、さらに次のように調節される：
式
Z=（X）[1+β（FI測定／FI設定点)]+(θ)腐蝕測定/(G)腐蝕設定点),
式中、βは０．１〜８．０間の値であり，θは０．２〜２．０間の値である。  α、β及びθの値は、それぞれの処理材料の化学の関数であることが望ましい。
【0063】
上式の補正係数Ｇの値は、使用者が特定の装置に対する最高の許容腐蝕速度より安全のために低い設定点を利用する、という仮定に基づいている。例えば、補正係数Ｇは約１．１〜２．０の値を有する。１．１の値は約１０％の安全係数を与えるが、約２．０の値は約１００％の安全係数を与えることになる。
【0064】
一実施態様における補正係数Ｇは約１．５である。かかる値は、設定点を最高の許容腐蝕値の約６６．７％に設定すると仮定する。その設定点が約８０％であると、補正係数Ｇは約１．２５となる。さらに、その設定点が約９０％である  と、補正係数Ｇは約１．１１となる。従って、異なる値の補正係数を誘導できることがわかる。
【0065】
θは、別の縦続係数である。それは、高腐蝕速度が生じたときに、分散剤の投与量を調節するために使用される。この理由の一つは、第１鉄及び第２鉄イオンのような腐蝕生成物が後でヒドロキシル・イオンと反応して、懸濁固体分、硬度化合物及び微小植物類のような他の汚れ物質を集合させて、さらに別の汚れ沈積物を形成する、ということである。βと同様に、θは、腐蝕速度の増大用に、分散剤の供給量を増すために使用される。θの値は上記βの値の範囲と同一の範囲にできる。また、これらの係数は、２つの別の分散剤（一つは過剰腐蝕の有害な作用の中和に向ける補足剤、他は材料のバランス及びβに基づくもの）を使用して分割できる。
【００６６】
本発明による装置は、補給冷却システム媒体の流量を測定する手段、補給冷却システム媒体の導電率を測定する手段、再循環冷媒の導電率を測定する手段、及び次式に基づいて処理材料の供給量を決定する手段を含む：
式
0003626095.tif 000007
式中、Ｘは処理化合物の供給量であり、Ωは処理化合物の所望濃度であり、Ｋは定数である。この式において、値がイングリッシュ測定システムに従って測定される場合には、流量はガロン／単位時間で測定される。流量を１００万ポンドに変換するには、１２０、０００の係数を使用する。従って、Ｘはポンド／単位時間で表す。メ−トル法単位では、流量は立方米／単位時間で測定し、Ｘはグラム／単位時間となる。Ｋの値は，式における他の値の測定が表される単位を考慮して上記のように調節される。
【0067】
別の実施態様によると、本発明の装置は補給流量よりむしろブロ−ダウン流量を測定する手段を含む。かかる実施態様は次式に基づいた処理材料供給量を決定する手段も含む：
式
Ｘ＝（Ω）（冷媒ブロ−ダウン流量）／（１２，０００），
式中、Ｘは処理化合物の供給量であり、Ωは処理材料供給量を調節する制御ル−プへの基準入力である。
【0068】
従って、補給流量を利用する本発明の装置は、汚れ指数を決定する装置と、他の全ての測定及び全ての制御機能を提供する装置を含む。それらの２つの装置は一つのユニットに含まれる。
【0069】
本発明によって利用される制御装置はマイクロプロセッサ−を含む。そのマイクロプロセッサ−はいずれのタイプでも良く、例えば、ＰＥＮＴＩＵＭプロセッサ−を含むＩＮＴＥＬから入手できる“８６”シリ−ズのマイクロプロセッサ−及び他の将来のＩＮＴＥＬプロセッサ−である。その装置は入手できる全てのマイクロプロセッサ−も使用できる。本発明が使用できるマイクロプロセッサ−の例は、Ｍａｃｉｎｔｏｓｈのコンピュ−タに使用されている６８０００のようなＭＯＴＯＲＯＬＡから入手できるマイクロプロセッサ−、パワ−ＰＣプロセッサ−、又は他のメ−カ−から入手できる他のマイクロプロセッサ−を含む。
【0070】
そのマイクロプロセッサ−は、ＥＰＲＯＭ，ＥＥＰＲＯＭ，及び／又はソフトウェア用のフラッシュＲＯＭ技術を含む。他の全ての記憶技術も本発明の装置に使用できる。また、本装置は必要な量のＲＡＭを含む。そのＲＡＭはバッテリ−・バックされる。
【0071】
その装置にさらにディジタルＩ／Ｏボ−ド、アナログＯ／Ｏボ−ド、キ−パッドデコ−ダ及びユ−ザ−・インタ−フェ−スが含まれる。そのインタ−フェ−スは２０キ−キ−パッド及び４ライン、４０文字のディスプレイを含む。その装置は単一の工業用耐候性ケ−スに収納されている。
【0072】
別の実施態様は、上記の実施態様に類似のＲＡＭ及びＩ／０機能を備えたプログラマブル論理制御器（ＰＬＣ）をベ−スにしている。この実施態様は、マルチラインまたは図形ユ−ザ−インタ−フェイスを含む。また、その装置の全てのコンポ−ネントは単一装置に含まれる。
【0073】
本発明による制御器は、腐食モニタ、ｐＨモニタ、導電率モニタ、及び酸化−還元モニタからの入力信号を受けて使用する。線形分極抵抗（ＬＰＲ）技術を使用して腐蝕速度の測定に使用する。ＬＰＲ技術の例は、Ｒｏｈｒｂａｃｋ  Ｃｏｓａｓｃｏ  Ｓｙｓｔｅｍｓによって供給されるＣＯＲＲＡＴＥＲである。導電率及びｐＨは、Ｆｏｘｂｏｒｏ  Ａｎａｌｙｔｉｃａｌ，Ｓｉｇｎｅｔ  Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ，Ｇｒｅａｔ  Ｌａｋｅｓ  Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ，Ｌａｋｅｗｏｏｄ  Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ，Ｌｅｅｄｓ  ＆  Ｎｏｒｔｈｒｕｐ，Ｒｏｓｅｍｕｎｔ  Ａｎａｌｕｙｔｉｃａｌ，Ｈｏｈｎｓｏｎ−Ｙｏｋａｇａｗａ，及びＴＢＩ  Ｂａｉｌｅｙ  Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓから得られるモニタによって測定される。上記会社は全てｐＨ及び導電率の装置のメ−カ−である。
【0074】
制御器への入力信号は一般的なセンサ−送信機及び／又はモニタによって送られる。かかるセンサの例は、モニタであって、Ｆｉｓｈｅｒ−Ｒｏｓｅ，Ｆｏｘｂｏｒｏ  Ｃｏｍｐａｎｙ，Ｈｏｈｎｓｏｎ−Ｙｏｋａｇａｗａ，Ｈａｃｈ  Ｃｏ，ＧＦ  Ｓｉｇｎｅｔ  Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ，Ｒｏｈｒｂａｃｋ  Ｃｏｓａｓｃｏ  Ｓｙｓｔｅｍｓ，等によって製造されるものである、それらは補給冷媒の使用量、冷却システムのブロ−ダウン、システムの種々の点における冷媒の温度のようなパラメ−タ−、ｐＨ、導電率、酸化−還元電位（ＯＲＰ），濁り度、腐蝕速度、及び／又はオルトリン酸塩、モリブデン酸塩、又はシリカのような特定イオンのような冷媒のパラメ−タ−を決定する。前記パラメ−タ−はいずれ  も、補給冷媒においも決定される。さらに、アナログ入力信号は汚れモニタから得られる。
【0075】
本発明による装置は、上記マイクロプロセッサ−システムに類似の第２のマイクロプロセッサ−（汚れの決定に異なるＥＰＲＯＭが使用される）も含む。この第２のマイクロプロセッサ−は、熱伝達表面を横断する一定の熱流束で所定量の熱を供給する電子制御出力制御器を組込むことができる。温度測定装置は発熱体と熱伝達表面間に配置される。第２の温度測定装置はモニタに入る流体流に設けられる。
【0076】
また、装置に入る冷媒の流量を決定するために流量モニタが使用される。その流量は、２次側弁又はライン圧力が著しく変動する場合には２次側弁と１次側弁の組合せで手動制御する。加熱表面は環状フロ−アセンブリの内表面を形成す  る。熱は電気エネルギ−として供給される、そして設計は熱が加熱表面を横断する際に全ての熱が冷媒に伝達されることを保証する。流量及び出力は、同じ冷媒で動作するプロセス熱交換器の一部分内に実際のプラント運転条件にシミュレ−トするように調節される。
【0077】
本発明による装置に利用される汚れモニタの例は、Ａｓｈｌａｎｄ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｃｏｍｐａｎｙ，Ｄｅｗ  Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ  Ｄｉｖｉｓｉｏｎ  ｏｆ  Ｂｏｏｔｏｎ，Ｎｅｗ  Ｊｅｒｓｅｙによって製造及び販売されているＯＮＧＵＡＲＤ  ＣＦＭ−１００モニタである。本発明による装置に利用される制御器の例は、該会社で製造及び販売されているＯＮＧＵＡＲＤ  Ａｌｐｈａ冷媒制御器である。そのＡｌｐｈａ制御器は、補給冷媒の流量、ｐＨ，導電率、腐蝕速度及びＯＲＰを測定することが望ましい。しかしながら、それは多くの他のパラメ−タ−も監視できる。しかしながら、冷媒の流量、ｐＨ，導電率、腐蝕速度及びＯＲＰは、本発明において特に興味のあるパラメ−タ−である。
【0078】
本発明の一実施態様にしたがって、小型で簡単、安価な装置を利用する。この実施態様の装置は、汚れの目安として汚れ指数を与えることが望ましい。その装置は、少くとも一つの埋め込み熱電対と統合したヒ−タ、バルク冷媒熱電対、線形温度送信機、高感度流量測定装置、精密電圧及び電流送信機、一定出力を精密に調節及び維持する手段、及び出力を維持し、デ−タを記録し、セットアップ条件を計算し、汚れ指数に比例するアナログ信号を出力する埋込み論理制御器を含む。汚れ指数は制御器に送られ、プログラマブル論理制御器又は埋込み論理制御器が使用される。
【0079】
別の実施態様によると、本発明のシステムは、単一ハウジング内に収納される。さらに別の実施態様は、埋込み論理制御器の代わりにプログラマブル論理制御器を含む。本発明の装置の実施態様に無関係に、装置は再現性のデ−タを提供することが望ましい。
【0080】
腐蝕及び汚れ指数又は汚れ係数の外に、酸化−還元電位（ＯＲＰ）も、塩素及び臭素のようなオキシダントを監視及び制御するために使用されるパラメ−タ−である。酸化−還元電位は、オ−プン再循環冷媒システムにおける酸化用殺菌剤の使用を制御するのにうまく使用されてきた。ＯＲＰは、冷媒流における全ての酸化及び還元剤の最終結果を示す。酸化−還元電位をある値（γ）以上に維持することは、流体中及び固体表面に付着しした微生物の成長を抑制する。
【0081】
一般に、γは約＋４００〜＋６００ｍＶの間にあるが、γの最適値は部位特異的である。酸化用殺菌剤の間欠的投与量を使用する場合のシステムにおいて、冷媒流の酸化電位の著しい増加は酸化用殺菌剤の注入と同時に生じる。
【0082】
冷媒の腐食性は処理材料によっても影響を受ける。例えば、腐食性は、使用するオキシダントのレベルに依存して変わる。オキシダント種も腐食性に影響を与える。一例によると、冷媒として低レベルの溶解固体分を含む水を利用するシステムは、過剰レベルの塩素で処理したとき極めて腐食性となる。一方、二酸化塩素で処理した冷媒として使用する高緩衝化水はその水の腐食性レベルを余り増さない。
【0083】
冷却システムの構成材料を加速された腐食から保護するために、腐食抑制剤の供給量も、酸化／還元電位値に基づいて調節できる。これは、冷媒システムにおける臨界成分が銅又は銅含有合金製である場合、及び芳香族アゾ−ル型材料が銅含有材料の腐食を特に抑制するために使用される場合に、主に使用される。場合によっては、補足的なアゾ−ル処理が行われる。しかしながら、多くの場合に、既存の処理レベルは簡単に上げられる。
【0084】
伝統的に、かかる調節は、単純に殺菌剤の供給と同時にアゾ−ルの供給調節を行うことによって達成される。しかしながら、ＯＲＰの増加は瞬間的には生じなくて、むしろ酸化用殺菌剤の増濃度の関数として増す。
【0085】
その濃度を追加の腐食抑制剤が必要なレベルに到達するには２〜３時間もかかる。さらに、高くなったＯＲＰは、注入停止後、一般にかなり長い時間に渡ってそのままである。従って、ＯＲＰの関数としてアゾ−ル注入の上昇の制御は、従来の手段より著しく高コストになる。
【0086】
ＯＲＰ実際＞ＯＰＲ区切り点 の場合には、アゾ−ルは次式によって表される：
式
アゾ−ル＝（Ｘ）＋（アゾ−ルORP)＋（アゾ−ル補正)
式中、アゾ−ルORP はＯＲＰの部位特異的変化に基づいて添加されるアゾ−ルの量である、アゾ−ル補正は、銅含有電極に付加されるＬＰＲ技術に基づいて高腐食を解消するのに必要な追加アゾ−ルの量である。
【0087】
本発明は、冷却システムにおける化学処理及び冷媒の性質を制御する他のパラメ−タ−の使用も意図している。例えば、本発明の方法に汚れ係数（ＦＦ）も利用できる。
【0088】
【仮定例】
次は、本発明を仮定のシステムに適用する仮定例である。この例においては、冷却システムは多数の源から汚染を受ける。例えば、汚染は石油化学プロセス汚染、近くの生産設備からの空気汚染、及び／又は環境温度の変動、湿度並びに風速及び風向変化のような環境条件からもたらされる。かかる環境条件は多くのＣＰＩ及びＨＰＩ設備の典型的なものである。
【0089】
本発明による制御システムの設置前は、生産プロセスの処理量又は処理量と製品の品質は冷却水によって制限された。処理量及び製品の品質は、一般に高環境温度によって加重される汚れの結果、ある冷却システムの熱拒絶能力によって悪影響を受ける。例えば、プロセス・リ−クは、殆んど長期間検出されず、過剰の腐食、バイオマスの蓄積及び汚れをもたらしてきた。さらに、化学処理は、２４時間毎に連続的に添加される特定量の塩基を装入された。処理投与量の変化が、研究室の分析に依存して日毎、及び週毎に変わってしばしば行われた。
【0090】
本発明の開発の予備的段階は、プロセスリ−ク及び空気汚染（それらは共にバイオマスの成長を加速する）を検出するオンライン手段の開発を含んだ。さら  に、プロセスリ−クのあるものは腐食を加速する。バイオマスは、冷却システムの湿潤表面に集まって、沈着物の下の腐食をもたらす、それらは共に微生物による酸分泌及び被覆表面と周囲表面間の酸素濃度差をもたらすことによって生じる。
【0091】
その例に従って、バイオマスの生成を制御するために一定の設定率で塩素を冷却システムに連続的に添加した。プロセスリ−クが生じたとき、ＯＲＰは減少することがわかった。このサイトにおける従来の実験は、ＯＲＰが約４８０〜５５０ｍＶの間に維持されると、バイオマスが制御され、腐食速度が減少することを示している。塩素の供給を増すと、限定された効果があることがわかった。しかしながら、二酸化塩素を補足剤として使用すると、ＯＲＰは増加した。
【0092】
このシステムへの補給に使用する水は、硬度及びアルカリ度に関して矛盾する性質のものである。循環水における過剰の硬度はスケ−ルとして硬度塩類の析出をもたらす。低サイクルの濃度でシステムを運転すると、過剰の水消費と処理プログラムのコスト効果の低下をもたらす。
【0093】
性能をベ−スにした制御システムの第１の構成ブロックは、ｐＨ及び導電率の制御における要素としてマスバランスを加えることである。マスバランスは、循環水における腐食抑制剤及び汚れ抑制剤を全ての時間において所定濃度に維持するために使用された。
【0094】
性能をベ−スにした制御システムの第２の構成ブロックは、オンラインＯＲＰ測定を加えることである。実ＯＲＰは、所定のプロセス仕様と比較して二酸化塩素の供給を自動的にタ−ンオン及びタ−ンオフすることであった。
【0095】
例えば、ＯＲＰが４００ｍＶ以下に低下したとき、二酸化塩素の供給を開始して、それを２時間続けた。しかしながら、その時間内にＯＲＰが５８０ｍＶに増加したら、その供給を停止する。ＯＲＰが３００ｍＶ以下に低下したら、冷却システムはアラ−ムを送って、プロセスオペレ−タに大きなリ−クが生じたこと、及びそれを見付けて修理するために人の介在が必要であることを忠告する。２時間後に、ＯＲＰが少くとも５００ｍＶに増加しないならば、さらに２時間の供給期間を開始して、アラ−ムを出して、プロセスオペレ−タに人の介在が必要であることを忠告する。
【0096】
性能をベ−スにした制御システムの第３の構成ブロックは、上記変数に汚れを加えることである。通常、冷却システムはプロセスリ−クの発生を除いて、汚れの可能性を最少に維持することで行われた。本発明の新規の制御システムの目的の一つは、水の消費を少くすることによって冷却プロセスを最適化することである。これは、スケ−ルの形成及びバイオマスの両方から汚れの可能性を増した。
【0097】
プロセスの仕様は、プラントの熱交換器の設計及び運転の分析に基づいて達成された。汚れ抑制剤の供給は、汚れモニタによって決定されたプロセス仕様に又はその８０％以下に維持するためのベ−スラインであった。冷却システムに汚れ抑制剤の供給を増す論理を加えて、汚れモニタがその数字を越えた汚れの蓄積を検出できるようにした。
【0098】
本発明の第１のリダクションは、プロセス仕様の約８０％、１００％、１２０％及び１５０％でのベ−ス供給量の１．１５，１．３．１．７，及び２．５倍に設定したステップでステップ状増分調節を使用した。さらに、その供給量が一旦増加したら、それは、汚れの減少のために減少される前に、その高レベルに少くとも２４時間とどめる。
【0099】
本発明による性能をベ−スにした制御システムのさらに別の構成ブロックは、上記パラメ−タ−のオンライン腐食速度決定を加えることである。腐食は、汚れ及び生物汚れ、又はバイオマス凝集と相関しているから、これは制御システムに新しい次元を加えた。
【０１００】
制御システムの開始後、出発点において、冷却水システムはプロセスの仕様の範囲内で運転され、その状態がある時間の間続いた。そのプロセス仕様には次のものがあった：
【表３】
0003626095.tif 000008
時間Ｘにおいて、ＯＲＰのモニタは、数分の間にＯＲＰが約５００から３５０ｍＶに低下することを見つけた。その低下が、二酸化塩素の供給の開始をトリガ−した、その数分後、ＯＲＰは最初のレベルに安定し、次に上昇し始めた。
【0101】
約Ｘ＋３分で、ｐＨは約７．４以下に低下した、そして酸の供給を停止した。
約Ｘ＋１０分まで、ｐＨは約６．９に低下した、そして腐食速度は、上記表に従って縦続係数αを選択することによって、基本供給レベルの約１．４倍に増した。同時に、汚れモニタは、汚れ指数の上昇を検知した、その値は特定した最大値より未だかなり低かった。
【0102】
約Ｘ＋２０分で、ｐＨは未だ約６．９であった、そして冷却システムはブロ−ダウンの率を約２０％まで増して、循環水の濃度を下げ、それを新しい補給に代えた。
【0103】
約Ｘ＋４０分までに、ｐＨは約７．０以上に上昇し、ＯＲＰは上昇し始めた。  約Ｘ＋５０分までに、腐食速度は約０．１１７ｍｍ／年（４．６ＭＰＹ）で設定点以上約５３％に達した、そして前記表に従って選んだ縦続係数βによって補正したので腐食抑制剤の供給量はその基本量の約１．７倍に増加した。その高腐蝕速度は、前記式、θ＝０．９ｘβ，Ｇ＝１．３にしたがって計算した縦続係数θによって補正したので、汚れ抑制剤の供給量を基本供給量の約１.１７に増した、そしてＦＩ測定／ＦＩ設定点及び腐蝕測定／（Ｇｘ腐蝕設定点)は、上記のように調節 した縦続係数α及びβの値を示す上記表に基づいている。
【0104】
約Ｘ＋９０分までに、汚れ指数は設定点の約８０％以上のレベルに達した、そして汚れ抑制剤の供給量は再び上昇した。これは、供給量を基本供給量のさらに約１．１５倍に増した。
【0105】
約Ｘ＋１２０分において、ＯＲＰは低い約３３０ｍＶから約４４０ｍＶに増したが、まだプロセスの仕様内になかった。アラ−ムを鳴らして、オペレ−タにプロセスリ−クの位置決めと修理を要求した。
【0106】
約Ｘ＋１７０分までに、ＯＲＰは約４８０ｍＶに増し、ｐＨは約７．５、そして導電率は約２０５０μＳであった。ブロ−ダウン率は、設定点の約９０％に下げた。
約Ｘ＋２２０分までに、腐食速度は約０．０７６２ｍｍ／年に増し、汚れ指数は設定点の約９２％で安定化された。ｐＨは約７．６に上昇し、酸の供給は正常な率で再開した。導電率は約２２１０μＳであった、そしてブロ−ダウンは設定点の約９７％に調節した。
【0107】
約Ｘ＋２４０分において、二酸化塩素の供給を停止した。
約Ｘ＋６時間までに、腐蝕速度は再び約０．０．０５１ｍｍ／年以下になった、ＯＲＰは約５２０ｍＶであった、導電率は約２２９０μＳであった、そして汚れ指数は設定点の約７５％に低下した。
【0108】
約Ｘ＋２４時間において、汚れ抑制剤の供給量は、縦続係数βの計算及び選択に基づいて、基本供給量の約１．１５倍に減少した。その抑制剤供給量は、基本供給量に戻るまで、さらに２４時間の間このレベルのままであった。腐食抑制剤の供給量は基本供給量に減少した。
【0109】
図１は、完全な冷却システムに統合された本発明による制御システムの一実施態様を示す。ボックス１に示すように、制御システムはｐＨ，導電率及びＯＲＰのモニタを含む。それらのモニタは、２、３のソ−スから商的に入手できるものである。例えば、かかるモニタはＲｏｓｅｍｏｕｎｔ  Ａｎａｌｙｔｉｃａｌから得られる。
【0110】
そのシステムは、腐食モニタも含むことができる。本発明に適用できるタイプの市販腐食モニタはいずれも使用できる。例えば、Ｒｏｈｒｂａｃｋ  Ｃｏｓａｓｃｏ  Ｓｙｓｅｍｓは腐食モニタを製造している。
【0111】
図１に示した統合冷却塔制御器の底部の数字は混合タンク上のレベルセンサ−を示す。汚れデ−タは、ＯＮＧＵＡＲＤ  ＣＦＭ−１０００の汚れモニタによって提供される。汚れデ−タを提供するモニタの別の例は、Ｐ-Ｕ-Ｌ-Ｓ-Ｅ分析装置である。図１は、本発明の制御システムとプラントの分配された制御システム間のインタ−フェ−ス及び電話又は種々の他の既存遠隔法によってハ−ドワイヤされた遠隔コンピュ−タを示していない。本発明の制御システムはいくつかの別のコンポ−ネントを備え得る。また、その制御システムは単一の物理的パッケ−ジの形態で提供される。
【0112】
以上の説明には、本発明の望ましい実施態様のみが記載、説明されているが、前記のように、本発明は種々の他の組合せ及び環境に使用できると共に、本発明の範囲内において変化及び変更が可能であることが理解される。
【図面の簡単な説明】
【0013】
【図１】本発明によって統合された制御システムの一実施態様を含む冷却システムの実施態様の略図である。
【図１】
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