工業循環冷卻水中氯濃度的實時檢測與管理方案研究

一、研究背景與意義

工業循環冷卻水系統廣泛應用于電力、化工、冶金、石化等行業，用于帶走設備運行過程中產生的余熱。在系統運行中，水體易受到微生物、藻類及沉積物污染，造成換熱效率降低、管道腐蝕及設備結垢。為了有效抑制微生物滋生，通常在循環冷卻水中投加氯系消毒劑（如次氯酸鈉、氯氣、二氧化氯等）。

然而，氯的投加量過低會導致消毒不完備，增加生物粘泥風險；投加量過高則可能引發金屬腐蝕、增加運行成本，并對排放水環境造成不良影響。因此，實時準確檢測并合理管理循環冷卻水中的氯濃度，對于保障系統安全、延長設備壽命、降低運行成本和減少環境污染具有重要意義。

二、氯濃度檢測原理

目前循環冷卻水中氯濃度的檢測主要分為兩類：

1. 化學試劑比色法（DPD法）

• 原理：利用N,N-二乙基對苯二胺（DPD）與水中游離氯反應生成粉紅色化合物，通過光學傳感器測量顏色深淺與氯濃度的關系。

• 優點：精度高、成本低、操作簡便。

• 缺點：需要定期補充試劑，人工參與較多。

2. 電化學傳感法（安培法）

• 原理：水中的氯在傳感器電極表面發生氧化還原反應，產生與濃度成正比的電流信號，通過控制與測量實現在線檢測。

• 優點：可實現連續、實時、自動化監測。

• 缺點：對水質條件（pH、溫度）敏感，需要定期校準。

在工業場景中，通常會將氯水質測試器與自動投氯裝置聯動，實現“檢測—控制—調整"的閉環管理。

三、實時檢測與管理方案設計

1. 系統組成

• 檢測單元：采用在線氯水質測試器（電化學安培法為主，輔以DPD法驗證）

• 控制單元：PLC 或 DCS 控制系統

• 執行單元：自動加藥泵（次氯酸鈉、二氧化氯等）

• 數據管理單元：工業監控軟件（SCADA系統），支持數據存儲、趨勢分析與報警

2. 實施步驟

1. 前期調研與參數設定

• 分析系統循環水水質特點（pH、溫度、濁度、有機物含量）

• 根據行業標準確定目標氯濃度范圍（如0.2–0.5 mg/L）

2. 設備選型與安裝

• 選用耐腐蝕材料（如PVC、鈦合金）制造的傳感器，適應循環冷卻水的化學環境

• 在循環水回水管線上安裝旁路檢測裝置，保證水流穩定性

3. 聯動控制

• 當檢測到氯濃度低于設定下限，自動開啟加藥泵補充消毒劑

• 當濃度高于上限，停止投加并啟動報警系統

4. 數據記錄與分析

• 系統自動記錄氯濃度、投藥量、溫度等數據

• 通過趨勢分析優化投藥策略，減少藥劑浪費

四、管理措施與維護建議

1. 日常維護

• 每周對傳感器進行校準，清除電極表面附著物

• 檢查加藥泵的運行狀態與藥劑存儲量

2. 應急處理

• 濃度異常時，人工復測并檢查加藥系統及傳感器是否故障

• 對出現大幅波動的系統進行水質綜合檢測（含pH、電導率、細菌總數）

3. 節能與環保

• 通過精準控制，減少消毒劑過量投加，降低排放水氯殘留

• 優化加藥時機，如在用水高峰期前預投加，平穩濃度變化

五、參考標準

• GB/T 5750.11-2023 《生活飲用水標準檢驗方法 消毒劑指標》

• GB/T 50050-2017 《工業循環冷卻水處理設計規范》

• ASTM D1253-21 《Standard Test Method for Residual Chlorine in Water》

• ISO 7393-2:2017 《Water quality — Determination of free chlorine and total chlorine》

六、結論

工業循環冷卻水中氯濃度的實時檢測與管理，不僅有助于保障系統的消毒效果，還能延長設備壽命、降低運行成本和減少環境污染。通過引入自動化氯水質測試器與聯動控制系統，可以實現精確、連續、低人力依賴的氯濃度管理方案，為工業企業提供高效、安全、可持續的水處理保障。