在生產(chǎn)過程中，為了保證生產(chǎn)設備的穩(wěn)定運行和產(chǎn)品質量的持續(xù)提高，對循環(huán)水系統(tǒng)的水質要求越來越高。生產(chǎn)循環(huán)水系統(tǒng)若能實現(xiàn)水質在線監(jiān)測，將對整個生產(chǎn)工藝起到重要的調控作用。

循環(huán)水水質自動監(jiān)控系統(tǒng)針對生產(chǎn)循環(huán)水系統(tǒng)增加水質在線監(jiān)測設備，實現(xiàn)前端儀表監(jiān)測、數(shù)據(jù)采集傳輸、上位機自動控制加藥或水處理設備運行技術的需求，對水質硬度、堿度、TDS、pH值、氯離子、飽和指數(shù)等參數(shù)進行檢測和分析，實現(xiàn)參數(shù)對水質在線監(jiān)測和控制投加的意義。

（一）水質硬度

水質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易結垢，降低循環(huán)水系統(tǒng)傳熱效率，影響穩(wěn)定生產(chǎn)。在線監(jiān)測水質硬度，可實時控制循環(huán)水系統(tǒng)中水的硬度，保證生產(chǎn)過程中傳熱效率和節(jié)能減排效果。在缺水的西北和華北地區(qū)以及具有顯著喀斯特地貌高硬度水質的西南地區(qū)，結構問題尤其突出。

（二）水質堿度

堿度是指水中的堿性物質可以和酸中和的能力，單位為毫克/升。衡量水質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。水質堿度是水中堿性物質(如碳酸鹽、碳酸氫鹽等)的含量。在循環(huán)水系統(tǒng)中，水質堿度是水的重要指標之，意義如下：

1. 確定水的堿性程度：水質堿度的含量越高，水的堿性程度就越高。

2. 滿足消耗堿性物質的需求：在循環(huán)水系統(tǒng)中，堿性物質會被水中的酸性物質消耗掉，如果水質堿度太低，會導致消耗不足，鋼制設備會發(fā)生腐蝕。

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

因此，循環(huán)水系統(tǒng)中的水質堿度不應該過低或過高，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(tǒng)傳熱效率。在線監(jiān)測TDS，可以實時調節(jié)循環(huán)水中的總離子濃度，為企業(yè)節(jié)能減排提供重要數(shù)據(jù)支持。

pH值表示溶液的酸堿度，以負對數(shù)形式表示。pH值的在線監(jiān)測可以提供實時的酸堿度數(shù)據(jù)，對術中酸堿度的調控起到重要作用。當循環(huán)水系統(tǒng)的pH值過高，可能導致設備的腐蝕；pH值過低，會導致水的硬度迅速升高，結垢等問題產(chǎn)生。因此，對pH值進行在線監(jiān)測，有助于優(yōu)化調節(jié)循環(huán)水系統(tǒng)的運行參數(shù)。

（四）硫酸鹽

硫酸鹽含量對水的結垢性質有一定的影響，過高和過低都不利于系統(tǒng)穩(wěn)定運行。

1、防止鈣鎂鹽沉積：硫酸鹽含量過高，會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：水中硫酸鹽含量過低，會導致空氣中的氧氣進入水中形成氧化物，同時易被微生物利用，產(chǎn)生腐蝕性酸，破壞水循環(huán)系統(tǒng)中的金屬材料。

（五）氯離子

氯離子是指水中氯元素所占比例。高濃度氯離子會導致設備腐蝕、結垢等現(xiàn)象，影響設備的使用壽命和性能。通過在線監(jiān)測氯離子，實時控制水中氯離子濃度，可有效減輕設備的腐蝕，延長其使用壽命。

（六）飽和指數(shù)/污垢厚度

飽和指數(shù)是指水中某種鹽類（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)，大于零則處于過飽和狀態(tài)。。飽和指數(shù)在線監(jiān)測，有助于通過控制飽和指數(shù)，指導針對性的矯正化學平衡，保證循環(huán)水系統(tǒng)的正常運行實現(xiàn)循環(huán)水系統(tǒng)的優(yōu)化調節(jié)，達到防止結垢、防止腐蝕的目的。

產(chǎn)生水垢或污垢會，造成熱交換器表面形成一層隔熱層并阻礙熱能流向外部。這些污垢的形成會使熱阻增加，從而影響了設備的熱交換效率和長時間的耐受性。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(shù)

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

1. 濃縮倍數(shù)反映循環(huán)水系統(tǒng)的結垢或沉積情況：隨著循環(huán)次數(shù)的增加，水中的總溶解固體物質濃度會不斷增加，此時的濃縮倍數(shù)也會逐漸上升。一旦濃縮倍數(shù)達到一定程度時，就會出現(xiàn)結垢或沉積現(xiàn)象，從而影響循環(huán)水系統(tǒng)的運行效率。

2. 保證水質穩(wěn)定：濃縮倍數(shù)過高或過低都會影響水中的溶解固體物質含量，從而影響水的質量，進而對設備造成損害。適當?shù)乜刂茲饪s倍數(shù)可保證水質穩(wěn)定，避免出現(xiàn)異常情況。

3. 評估水處理設備的效果：濃縮倍數(shù)能夠反映水處理設備的效果。能夠通過不斷地監(jiān)測濃縮倍數(shù)，評估水處理設備的效果，并及時采取措施進行調整。

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

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

數(shù)據(jù)采集傳輸及控制柜

數(shù)據(jù)采集的機柜，碳鋼噴塑，2mm板材。測量柜長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，方便自動操作和實時監(jiān)測，設定控制參數(shù)、數(shù)據(jù)采集周期、報警閾值、存儲、查詢及曲線等，以保證數(shù)據(jù)采集的準確性和系統(tǒng)的穩(wěn)定性。輸出部分實現(xiàn)控制取樣模塊的所有功能實現(xiàn)。

數(shù)據(jù)采集傳輸模塊是水質在線監(jiān)測柜的重要組成部分，可以將多參數(shù)的數(shù)據(jù)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，實現(xiàn)與上位機之間的數(shù)據(jù)通訊。其中，MODBUS RTU協(xié)議作為RS485自控通訊協(xié)議，便于各種設備進行接口。HART協(xié)議常用于一些現(xiàn)場維護，或者參數(shù)調整或者更改設備的時候用的，而HTTP協(xié)議則常用于組建網(wǎng)站或者在本地網(wǎng)實現(xiàn)各種軟硬件的整合。

組成：數(shù)據(jù)采集傳輸模塊包含采集模塊、數(shù)據(jù)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行數(shù)據(jù)采集，包括PH值、溶解氧、濁度、余氯、水溫、TDS等多個參數(shù)實現(xiàn)自動化監(jiān)控。

2. 數(shù)據(jù)整合模塊：將采集到的多參數(shù)數(shù)據(jù)進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RS485、HART或者Ethernet等協(xié)議進行數(shù)據(jù)傳輸，與上位機完成數(shù)據(jù)通訊。

4、云端數(shù)據(jù)：通過現(xiàn)場無線4G，上傳數(shù)據(jù)，通過登錄云平臺，可在web端查詢和下載數(shù)據(jù)、查詢曲線圖表，實現(xiàn)微信小程序的報警推送等功能，

自動加藥系統(tǒng)

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

1. 控制柜：控制柜是整個系統(tǒng)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(jiān)控系統(tǒng)的運行狀態(tài)，接收傳感器和儀表的數(shù)據(jù)，并控制各個子系統(tǒng)的操作。

2. 觸摸屏：觸摸屏用于用戶與系統(tǒng)進行交互。操作員可以通過觸摸屏界面來監(jiān)控和控制系統(tǒng)的各個參數(shù)，調整設定值以滿足水質要求。

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

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

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

6. 計量加藥泵：計量加藥泵用于準確地將化學藥劑注入循環(huán)水系統(tǒng)中。它的操作由PLC控制，根據(jù)檢測到的水質參數(shù)來調整藥劑的投加量。

7. 配液系統(tǒng)：配液系統(tǒng)用于混合和稀釋化學藥劑，確保它們以適當?shù)臐舛缺患尤胙h(huán)水中。

8. 熒光示蹤劑的檢測 ：這是一個用于監(jiān)測緩釋阻垢劑濃度的關鍵模塊。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。通過測量示蹤劑的濃度，系統(tǒng)可以判斷藥劑濃度是否在合適的范圍內(nèi)，并根據(jù)需要進行藥劑投加。

循環(huán)水水質自動監(jiān)控系統(tǒng)整個系統(tǒng)的工作原理是：傳感器不斷監(jiān)測循環(huán)水的水質參數(shù)，例如pH值、濁度、溶解氧等。PLC接收這些數(shù)據(jù)，并與預設的水質標準進行比較。如果水質不在合適的范圍內(nèi)，PLC將發(fā)送信號給計量加藥泵，根據(jù)需要投加適量的化學藥劑，同時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改善的效果。

這種系統(tǒng)的主要優(yōu)點是可以實現(xiàn)水質的自動監(jiān)測和調整，確保水循環(huán)系統(tǒng)始終保持理想的水質，同時節(jié)省了操作員的時間和勞動力。