CN1950304A - 使用荧光聚合物的消耗速率控制冷却水系统 - Google Patents
使用荧光聚合物的消耗速率控制冷却水系统 Download PDFInfo
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Abstract
本发明描述和要求了根据荧光聚合物的消耗速率控制冷却水系统的方法。
Description
技术领域
本发明涉及根据计算的信息控制冷却水系统的方法。
背景技术
冷却水系统包括冷却塔,换热器,泵和使水通过系统移动所必需的所有管道。冷却水系统的控制是基于尽可能满足使冷却水系统以最高的浓度循环运转运行冷却水系统而不导致有害的结垢,腐蚀,污垢或微生物学控制状况的要求。
对于具体的物质浓度循环定义为:
例如,当具体物质是钙离子(Ca+2),冷却水系统在500ppm Ca+2下运行,补充水中为150ppm Ca+2时,冷却水系统在3.3浓度循环下运行。在操作冷却水系统中需要达到最大的浓度循环数以避免排料中水的不必要损失以及包括但不限于处理聚合物的处理化学品的不必要过度进料。冷却水系统的最大浓度循环受不良事件,如结垢和腐蚀的限制,当冷却水塔中具体物质的量达到一定水平时发生这些事件,因此这些物质引起了这些问题。
目前存在几种已知方式用于控制冷却水系统中浓度循环。控制浓度循环典型地通过如下方式进行:控制已知为补充水的″新鲜″水(来自一个或多个来源)进入系统的流量和控制称为排料的离开系统的主流量。为控制补充水流量,泵或阀控制补充水进入冷却塔的流量和液位控制器典型地用于冷却塔水箱或″水槽″。液位控制器连接到补充水泵或阀和当水槽中的水降低到低于液位控制器设定点的点时,启动补充水泵或阀。
电导率是排料控制的典型方法。对于本专利申请的目的,电导率定义为水电导率的测量值,水中存在的电导率是由水中存在的离子物质产生的。电导率可用于控制排料的渗出,这是由于电导率很容易用于估计水中存在的离子物质的总体数量和可以设置一个简单控制器在当水箱水的电导率达到某个设定点以上时,打开阀或泵并开始排料。
对于电导率如何用于冷却水系统的控制有许多限制,这是由于电导率不过是水的结垢倾向的间接测量,由存在的离子物质来量指示。少量结垢物质如磷酸根离子并不显著地增加电导率,但可导致明显的结垢情况。同样,如果水中存在的结垢物质对非结垢物质的比例随时间变化时,根据电导率的排料控制是控制冷却塔的一种不适当的方式。如果比例增加,就会结垢。如果比例降低,冷却塔在小于最佳浓度循环下操作,导致水和用于处理系统的化学品的损耗,并引起其它问题如腐蚀。碳酸钙体系中关于基于电导率的控制的另一个顾虑在于在结垢阈值以上,冷却塔的作用就成为了“石灰软化器”。在这些状况下,当碳酸钙沉淀时,系统电导率不根据塔循环按比例变化,引起严重结垢问题。在冷却水领域要理解的是电导率单独不能被依赖为冷却塔控制唯一的基础分析方法。
可选择的是,计时器可控制排料的排放而不实际测量水中的任何具体物质。除以上控制方案以外或替代以上控制方案,在补充料和排料上可使用水流量计,并结合微处理器控制器以进行总体冷却水质量平衡。
这些已知控制方案的问题在于当排料由电导率控制和补充料由液位控制器控制时,如果通常补充水的组成可变化,或如果补充水的可选择来源于通常的补充水源明显不同,或如果排料存在不被考虑的可替代来源,液位控制器和电导率不能解释系统中出现的所有状况。在这些情况下,冷却水系统典型地是由对电导率设定点很谨慎的操作者控制,因此由于对处理化学品和水的非最优使用产生了不需要的额外费用。
许多冷却水系统使用处理产品以控制不良事件如结垢,腐蚀,污垢和微生物生长。这些处理产品包括聚合物和其它材料,它们都是冷却水系统领域普通技术人员已知的。可以根据渗出/进料机制设定冷却水控制系统以加入处理产品,其中排料的动作可触发加入处理产品的化学品进料汞或阀;或可选择的方案是,冷却水控制系统使用″进料计划″根据计时器加入处理产品或补充水管线上的流量计根据要泵送的补充水的确定数量触发处理产品的泵送。这些控制方法的限制在于没有一个这些系统直接在线测量处理产品浓度,故如果存在机械故障,例如,如果泵出现故障,转鼓排空,或发生高、低或未知排料,系统体积变化或补充水质量变化;未保持正确的处理产品浓度。由于这些问题很普遍,典型地冷却水系统要么过度进料以保证系统中处理产品的水平不由于产品剂量变化大而下降太低或要么就是处理产品进料不足没有被察觉。处理产品的过度进料和进料不足都因为成本和性能方面的缺点而不符合要求。
已知控制方案的一方面是加入至冷却水系统中的惰性荧光化学品与进料的处理产品的活性成分的比例是已知的,以及使用荧光计以监测惰性荧光化学品的荧光信号。这可以从TRASAR从Nalco Company,1601 W.Diehl Road,Naperville IL 60563(630)305-1000购得。当使用TRASAR时,则惰性荧光化学品的荧光信号用于确定所需数量的处理产品是否在冷却塔中存在和然后可任选地调节操作参数,如排料以保证存在所需数量的处理产品。
许多目前的冷却塔都使用惰性荧光示踪剂以控制系统中的处理产品水平,并也使用电导率控制器来测量水中的电导率。
使用(多种)惰性荧光示踪剂和电导率两者的冷却塔典型地使用如下类型的信息来控制塔。例如,采用典型补充水的冷却塔设定在500ppm Ca+2下运行,该补充水含有:150ppm Ca+2,75ppm Mg+2,和100ppm″M碱度″;及电导率为600microsiemens每厘米(μS/cm)。为在可接受的水平内操作,对于此冷却水系统的浓度循环是3.3(500除以150计算得到)。系统在500ppm Ca+2下运行对应于3.3乘600或1980μS/cm的电导率设定点。当电导率超过此设定点时,配置系统以自动排出一部分“浓缩”冷却水(“浓缩的”表示具有不可接受的高离子水平的系统水),它由“新鲜”补充水替代(其中“新鲜”定义为结垢离子水平比“浓缩”冷却水低)。通过稀释降低了电导率和硬度(Ca+2和Mg+2)离子。稀释也降低了系统中惰性荧光示踪剂化学品的量。降低系统中惰性荧光示踪剂的量也降低了来自惰性荧光示踪剂的荧光信号。当来自示踪剂的荧光信号降低时,设定示踪剂控制系统以加入处理产品和惰性荧光示踪剂化学品的新鲜混合物以补充从排料中损失的荧光的减少。
控制加入至冷却水系统的水处理产品数量的已知方法涉及使用TRASAR应用的另一方面。这包括使用包含荧光聚合物的处理产品,该荧光聚合物具有固有荧光或是由荧光部分“标记”的聚合物。这些荧光聚合物不是惰性的,反而当它们起作用以处理其设计要处理的所有与性能相关的状况时,就推测被消耗掉。因此,通过测量荧光聚合物的荧光信号,有可能测定系统中的活性聚合物,通过了解这些数据就能确定荧光聚合物消耗的量。通过了解荧光聚合物的消耗量,就有可能使用该信息来控制含有荧光聚合物的新处理产品的进料。
在此领域的参考文献是题目为“The Chemical Treatment of CoolingWater(冷却水的化学处理)”,第二版,James W.McCoy,1983,ChemicalPublishing Co.,Inc.,参见第1章,Principles of Open Recirculating CoolingWater Systems(开放再循环冷却水系统的原理),1-20页,第III章,Scalingand Fouling(结垢和污垢),48-81页,第VI章,Operating Procedures(操作规程),198-226页,和附录,术语集,268-273页。
在此领域的另一篇参考文献是题目为“High Cycle Cooling TowerOperation:Hurdles and Solutions(高循环冷却塔操作:障碍和解决方案)”,Hoots等人,388-397页,在1999年10月18-20日举行的第60届国际水资源大会年会上发表。
美国专利第6,280,635号,题目为冷却水系统的自循环控制。此专利在2001年8月28日公开,它描述和要求了控制冷却水系统的自循环方法,该方法包括如下步骤:
a)将处理产品加入该冷却水系统中,所述处理产品包括以设定比例的惰性荧光示踪剂和荧光聚合物;
b)提供足够数目的荧光计,
c)使用所述的足够数量的荧光计测量来自冷却水系统的水中所述惰性荧光示踪剂的荧光信号和所述荧光聚合物的荧光信号;
d)使用来自步骤c)的这些测量的荧光信号确定所述冷却水系统中存在的所述荧光聚合物数量;
e)比较存在的所述荧光聚合物数量与加入系统的荧光聚合物数量以确定所述荧光聚合物的消耗;和
f)使用所述荧光聚合物的所述消耗量来控制所述冷却水系统的浓度循环,条件是所述的控制通过结合任何或所有如下参数来实现
i)补充水到冷却水系统的流量;
ii)包括惰性荧光示踪剂和标记处理聚合物的处理产品的流量;
iii)来自冷却水系统的排料流量的频率和数量;
iv)通过冷却塔水的总体流量;
v)冷却塔中水的总体积;和
vi)补充水的组成;
至所述荧光聚合物的消耗,条件是:
α)包括惰性荧光示踪剂和标记处理聚合物的处理产品的最小流量必须足以向冷却水系统供应要求数量的标记的处理产品;和
β)当结合流量实施控制时,流量被平衡。
总是需要冷却水系统控制的新方法和技术。
发明内容
本发明的第一方面是控制冷却水系统的单转鼓方法,该方法包括如下步骤:
(1)测定冷却水系统的水中荧光聚合物的消耗速率,其中使用Fouling指数方程,或Scale指数方程或Tower Scale指数方程在获取时间周期期间以不连续间隔计算消耗速率,其包括如下步骤:
a)提供冷却水系统;
b)提供水处理产品,
(i)其中所述的水处理产品包括至少一种荧光聚合物,至少一种惰性荧光示踪剂和任选地其它水处理化学品,
(ii)其中在所述的水处理产品中所述的荧光聚合物与水处理产品中所有其它成分的比例是已知的,
(iii)其中在所述的水处理产品中所述的荧光示踪剂与水处理产品中所有其它成分的比例是已知的,
(iv)其中所述的荧光聚合物和所述的惰性荧光示踪剂两者都具有可检测的荧光信号,所述的荧光聚合物可检测的荧光信号与所述的惰性荧光示踪剂可检测的荧光信号相比不同,使得惰性荧光示踪剂和荧光聚合物两者的荧光信号都可以在相同冷却水系统的水中被检测到;
c)将所述的水处理产品加入所述的冷却水系统的水中,
(i)其中所述的水处理产品以不连续的方式加入至水中,和
(ii)其中在加入每个数量的水处理产品之间经过不连续的时间间隔;
d)提供一个或多个荧光计;
e)使用所述的一个或多个荧光计测量来自冷却水系统的水中所述惰性荧光示踪剂的荧光信号和所述荧光聚合物的荧光信号,其中步骤g)的计算中所用的测量在每次向所述的冷却水系统的水中新加入水处理产品之间的时间间隔期间进行;
f)使用由步骤e)测得的荧光信号确定所述冷却水的水中存在的荧光聚合物的浓度和惰性荧光示踪剂的浓度,
g)以不连续的间隔重复步骤e)和f),以便通过使用选自Fouling指数方程,Scale指数方程,和Tower Scale指数方程的公式计算在获取时间周期的间隔期荧光聚合物的消耗速率,其计算如下:
(i)FIL=[A/(tlf-tl0)]×[ln{LIT(f)/LIT(0)}-ln{LTP(f)/LTP(0)}];
其中FIL是获取时间周期期间的时间间隔内计算的Fouling指数,
A是常数=1,
tlf=间隔结束时的时间,
tl0=间隔开始时的时间,
LIT(0)=间隔开始时惰性荧光示踪剂的浓度;
LIT(f)=间隔结束时惰性荧光示踪剂的浓度;
LTP(0)=间隔开始时荧光聚合物的浓度;
LTP(f)=间隔结束时荧光聚合物的浓度;
或
(ii)SIL=[{B×LTP(0)}/间隔时间]×[LIT(t)/LIT(0)-LTP(t)/LTP(0)];
其中SIL是获取时间周期期间的时间间隔内计算的Scale指数,
B是常数=1,000,000或100,000;
间隔时间是进行测量时以分钟为单位的不连续时间间隔的时间,
LTP(0)是在间隔开始时的荧光聚合物浓度,
LIT(0)是在间隔开始时的惰性荧光示踪剂浓度,
LTP(t)是在间隔结束时的荧光聚合物浓度,和
LIT(t)是在间隔结束时的惰性荧光示踪剂浓度;
或
(iii)TSIL=-C×SL(t)×60;
其中TSIL获取时间周期期间的时间间隔内计算的Tower Scale指数,
C是常数=1,000,000或100,000,
SL(t)是以(1/秒)为单位的ln[LTP(t)/LIT(t)]对时间曲线的斜率,其中在获取时间周期期间的时间间隔内计算斜率;
(2)通过将在步骤1中计算的所有FIL或所有SIL或所有TSIL加和并除以在整个获取时间周期期间FIL或SIL或TSIL的计算次数,计算获取时间周期期间荧光聚合物的平均消耗速率,其中所述的计算得到了计算的FILa或计算的SILa或计算的TSILa,其中所述的FILa是获取时间周期期间的平均Fouling指数,SILa是获取时间周期期间的平均Scale指数,和TSILa是获取时间周期期间的平均Tower Scale指数;
(3)计算评价时间周期的荧光聚合物消耗速率,其中所述用于计算的测量在每次向所述的冷却水系统的水中新加入水处理产品之间的时间间隔期间进行,其中所述的计算是使用选自评价时间周期的Fouling指数方程,评价时间周期的Scale指数方程,和评价时间周期的TowerScale指数方程的公式完成的,其计算如下:
(i)FIE=[A/(tef-te0)]×[ln{EIT(f)/EIT(0)}-ln{ETP(f)/ETP(0)}];
其中FIE表示在评价时间周期期间计算的Fouling指数,
A是常数=1,
tef=在评价周期结束时的时间,
te0=在评价周期开始时的时间,
EIT(0)=在评价周期开始时惰性荧光示踪剂的浓度;
EIT(f)=在评价周期结束时惰性荧光示踪剂的浓度;
ETP(0)=在评价周期开始时荧光聚合物的浓度;
ETP(f)=在评价周期结束时荧光聚合物的浓度;
(ii)SIE=[B×ETP(0)]/评价时间×[EIT(t)/EIT(0)-ETP(t)/ETP(0)];
其中SIE是评价时间周期的Scale指数,
B是常数=1,000,000或100,000,被选择成获取时间周期和评价时间周期期间相同;
评价时间是以分钟为单位的评价时间,
ETP(0)是在评价时间开始时的荧光聚合物浓度,
EIT(0)是在评价时间开始时的惰性荧光示踪剂浓度,
ETP(t)是在评价时间结束时的荧光聚合物浓度,和
EIT(t)是在评价时间结束时的惰性荧光示踪剂浓度;
(iii)TSIE=-C×SE(t)×60;
其中TSIE是评价周期的Tower Scale指数,
C=常数=1,000,000或100,000,被选择成获取时间周期和评价时间周期期间相同;
SE(t)是以(1/秒)为单位的ln[ETP(t)/EIT(t)]对时间曲线的斜率,其中在整个评价时间周期内计算斜率;和
4)对于冷却水系统中的水采用如下方式比较评价时间周期期间荧光聚合物的消耗速率与先前测定的步骤(2)中获取时间周期期间荧光聚合物的平均消耗速率;
(i)其中如果FIE=FILa,则荧光聚合物的消耗速率在评价周期期间与获取周期期间相同;如果FIE>FILa,荧光聚合物的消耗速率在评价周期期间大于获取周期期间;如果FIE<FILa,荧光聚合物的消耗速率在评价周期期间小于获取周期期间;
(ii)其中如果SIE=SILa,则荧光聚合物的消耗速率在评价周期期间与获取周期期间相同;如果SIE>SILa,荧光聚合物的消耗速率在评价周期期间大于获取周期期间;如果SIE<SILa,荧光聚合物的消耗速率在评价周期期间小于获取周期期间;
(iii)其中如果TSIE=TSILa,则荧光聚合物的消耗速率在评价周期期间与获取周期期间相同;如果TSIE>TSILa,荧光聚合物的消耗速率在评价周期期间大于获取周期期间;如果TSIE<TSILa,荧光聚合物的消耗速率在评价周期期间小于获取周期期间;
(iv)计算NVincent Scale指数或NVincent Tower Scale指数如下:
NSI=D×[SIE-SIL]/SIL(SD),
NTSI=D×[TSIE-TSIL]/TSIL(SD);
其中NSI是NVincent Scale指数,NTSI是NVincent Tower Scale指数,
其中D是常数=10;
TSIE和SIE和TSIL和SIL如先前所定义,和
TSIL(SD)和SIL(SD)分别是在获取时间周期期间计算的TSIL和SIL的标准差;
其中如果NSI或NTSI=0,则荧光聚合物的消耗速率在评价周期期间与获取周期期间相同;如果NSI或NTSI>0,荧光聚合物的消耗速率在评价周期期间大于获取周期期间;如果NSI或NTSI<0,荧光聚合物的消耗速率在评价周期期间小于获取周期期间;
和任选地
5)调节所述的冷却水系统的操作参数,以便将冷却水系统中的水的荧光聚合物的消耗速率保持在所需的荧光聚合物消耗速率。
本发明的第二方面是控制冷却水系统的双转鼓方法,该方法包括如下步骤:
(1)测定冷却水系统的水中荧光聚合物的消耗速率,其中使用Fouling指数方程,或Scale指数方程或Tower Scale指数方程在获取时间周期期间以不连续的间隔计算消耗速率,其包括如下步骤:
a)提供冷却水系统;
b)提供缓蚀剂产品,
(i)其中所述的缓蚀剂产品包括一种或多种选自如下的化合物:已知的缓蚀剂化学品和称为iftcip的惰性荧光示踪剂,
(ii)其中所述的iftcip以已知比例加入至所述的缓蚀剂产品中,
c)提供防垢产品,
(i)其中所述的防垢产品包括至少一种荧光聚合物和任选其它防垢化学品;
(ii)其中在所述的防垢产品中所述的荧光聚合物与防垢产品中所有其它成分的比例是已知的;
(iii)其中所述的荧光聚合物和所述的iftcip两者都具有可检测的荧光信号,所述的荧光聚合物可检测的荧光信号与iftcip可检测的荧光信号相比不同,使得iftcip的荧光信号和荧光聚合物的荧光信号两者都可以在相同冷却水系统的水中被检测到,
d)将所述的防垢产品和所述的缓蚀剂产品加入至所述的冷却水系统的水中;
(i)其中所述的防垢产品以不连续的方式加入至水中,和
(ii)其中所述的缓蚀剂产品以不连续的方式加入至水中,和
(iii)其中在加入每个数量的防垢产品之间经过不连续的时间间隔,和
(iv)其中在加入每个数量的缓蚀剂产品之间经过不连续的间隔时间;
e)提供一个或多个荧光计;
f)使用所述的一个或多个荧光计测量来自冷却水系统的水中所述惰性荧光示踪剂的荧光信号和所述荧光聚合物的荧光信号,其中步骤h)的计算中所用的测量在每次向所述的冷却水系统的水中新加入水处理产品之间的时间间隔期间进行;
g)使用由步骤f)测得的荧光信号确定所述冷却水的水中存在的荧光聚合物的量和iftcip的量;
h)以不连续的间隔重复步骤f)和g),以便通过使用选自Fouling指数方程,Scale指数方程,和Tower Scale指数方程的公式计算在获取时间周期的间隔期荧光聚合物的消耗速率,其计算如下:
(i)FIL=[A/(tlf-tl0)]×[ln{LIT(f)/LIT(0)}-ln{LTP(f)/LTP(0)}];
其中FIL是获取时间周期期间的时间间隔内计算的Fouling指数,
A是常数=1,
tlf=间隔结束时的时间,
tl0=间隔开始时的时间,
LIT(0)=间隔开始时iftcip的浓度;
LIT(f)=间隔结束时iftcip的浓度;
LTP(0)=间隔开始时荧光聚合物的浓度;
LTP(f)=间隔结束时荧光聚合物的浓度;
或
(ii)SIL=[{B×LTP(0)}/间隔时间]×[LIT(t)/LIT(0)-LTP(t)/LTP(0)];
其中SIL是获取时间周期期间的时间间隔内计算的Scale指数,
B是常数=1,000,000或100,000;
间隔时间是进行测量时以分钟为单位的不连续时间间隔的时间,
LTP(0)是在间隔开始时的荧光聚合物浓度,
LIT(0)是在间隔开始时的iftcip浓度,
LTP(t)是在间隔结束时的荧光聚合物浓度,和
LIT(t)是在间隔结束时的iftcip浓度;
或
(iii)TSIL=-C×SL(t)×60;
其中TSIL是获取时间周期期间的时间间隔内计算的Tower Scale指数,
C是常数=1,000,000或100,000,
SL(t)是以(1/秒)为单位的ln[LTP(t)/LIT(t)]对时间曲线的斜率,其中在整个获取时间周期期间的间隔时间内计算斜率;
(2)通过在步骤1中计算的所有FIL或所有SIL或所有TSIL加和并除以整个获取时间周期期间FIL或SIL或TSIL的计算次数,计算获取时间周期期间荧光聚合物的平均消耗速率,其中所述的计算得到了已计算的FILa或已计算的SILa或已计算的TSILa,其中所述的FILa是获取时间周期期间的平均Fouling指数,SILa是获取时间周期期间的平均Scale指数,和TSILa是获取时间周期期间的平均Tower Scale指数;
(3)计算评价时间周期的荧光聚合物消耗速率,其中所述用于计算的测量在每次向所述的冷却水系统的水中新加入水处理产品之间的时间间隔期间进行,其中所述的计算是使用选自评价时间周期的Fouling指数方程,评价时间周期的Scale指数方程,或评价时间周期的TowerScale指数方程的公式完成的,其计算如下:
(i)FIE=[A/(tef-te0)]×[ln{EIT(f)/EIT(0)}-ln{ETP(f)/ETP(0)}];
其中FIE是指在评价时间周期期间计算的Fouling指数,
A是常数=1,在获取时间周期和评价时间周期期间选择是相同的;
tef=在评价周期结束时的时间,
te0=在评价周期开始时的时间,
EIT(0)=在评价周期开始时iftcip的浓度;
EIT(f)=在评价周期结束时iftcip的浓度;
ETP(0)=在评价周期开始时荧光聚合物的浓度;
ETP(f)=在评价周期结束时荧光聚合物的浓度;
(ii)SIE=[B×ETP(0)]/评价时间×[EIT(t)/EIT(0)-ETP(t)/ETP(0)];
其中SIE是评价时间周期内的Scale指数,
B是常数=1,000,000或100,000,在被选择成获取时间周期和评价时间周期期间相同;
评价时间是以分钟为单位的评价时间,
ETP(0)是在评价时间开始时的荧光聚合物浓度,
EIT(0)是在评价时间开始时的iftcip浓度,
ETP(t)是在评价时间结束时的荧光聚合物浓度,和
EIT(t)是在评价时间结束时的iftcip浓度;
(iii)TSIE=-C×SE(t)×60;
其中TSIE是评价周期内的Tower Scale指数,
C是常数=1,000,000或100,000,被选择成获取时间周期和评价时间周期期间相同;
SE(t)是以(1/秒)为单位的ln[ETP(t)/EIT(t)]对时间曲线的斜率,其中在整个评价时间周期内计算斜率;和
4)对于冷却水系统中的水采用如下方式比较评价时间周期期间荧光聚合物的消耗速率与先前测定的步骤(2)中获取时间周期期间荧光聚合物的平均消耗速率;
(i)其中如果FIE=FILa,则荧光聚合物的消耗速率在评价周期期间与获取周期期间相同;如果FIE>FILa,荧光聚合物的消耗速率在评价周期期间大于获取周期期间;如果FIE<FILa,荧光聚合物的消耗速率在评价周期期间小于获取周期期间;
(ii)其中如果SIE=SILa,则荧光聚合物的消耗速率在评价周期期间与获取周期期间相同;如果SIE>SILa,荧光聚合物的消耗速率在评价周期期间大于获取周期期间;如果SIE<SILa,荧光聚合物的消耗速率在评价周期期间小于获取周期期间;
(iii)其中如果TSIE=TSILa,则荧光聚合物的消耗速率在评价周期期间与获取周期期间相同;如果TSIE>TSILa,荧光聚合物的消耗速率在评价周期期间大于获取周期期间;如果TSIE<TSILa,荧光聚合物的消耗速率在评价周期期间小于获取周期期间;
(iv)计算NVincent Scale指数或NVincent Tower Scale指数如下:
NSI=D×[SIE-SIL]/SIL(SD),
NTSI=D×[TSIE-TSIL]/TSIL(SD);
其中NSI是NVincent Scale指数,NTSI是NVincent Tower Scale指数,
其中D是常数=10;
TSIE和SIE和TSIL和SIL如先前所定义,和
TSIL(SD)和SIL(SD)分别是获取时间周期期间计算的TSIL和SIL的标准差;
其中如果NSI或NTSI=0,则荧光聚合物的消耗速率在评价周期期间与获取周期期间相同;如果NSI或NTSI>0,荧光聚合物的消耗速率在评价周期期间大于获取周期期间;如果NSI<0,荧光聚合物的消耗速率在评价周期期间小于获取周期期间;
和任选地
5)调节所述的冷却水系统的操作参数,以将冷却水系统中的水的荧光聚合物的消耗速率保持在所需的荧光聚合物消耗速率。
具体实施方式
对于本专利申请的目的,如下术语具有指示的定义:
“消耗”表示在加入冷却水系统的水中的荧光聚合物数量和冷却水系统中存在的荧光聚合物数量之间的差异;
“HEDP”表示1羟基亚乙基-1,1-二膦酸;
“惰性”是指如下事实:惰性荧光示踪剂不明显地或显著地受冷却水系统中的任何其它化学因素影响,或受其它系统参数如冶金学组成,微生物活性,杀虫剂浓度,换热或总热含量的影响。为了定量“不明显或显著地受影响”的含义,此陈述是指在冷却水系统中正常遇到的条件下,惰性荧光化合物在其荧光信号中的变化不超过10%。在冷却水系统中正常遇到的条件是冷却水系统领域普通技术人员所公知的。
“单转鼓”方法:在单转鼓方法中,将荧光聚合物和惰性荧光示踪剂,以及其它任选的防垢化学品和任选的腐蚀控制化学品一起混合成“水处理产品”,将该水处理产品加入冷却水系统的水中。
“PBTC”表示2-膦酰基丁烷-1,2,4-三羧酸;
“PCT”表示中试冷却塔;
“防垢产品”是指具有控制水垢量效果的化学品,所述的水垢沉积在冷却水系统中使用的设备表面上。
“荧光聚合物”定义为自然发荧光的聚合物或由荧光部分″标记″的聚合物,其中所述的聚合物能够在冷却水系统中起结垢抑制剂的作用。
“双转鼓”方法。在本发明的“双转鼓”方法中,将荧光聚合物作为“防垢产品”的一部分加入至冷却水系统的水中,该防垢产品包括荧光聚合物和其它任选的防垢化学品。将缓蚀剂产品与防垢产品分别加入。缓蚀剂产品包括一种或多种缓蚀剂和惰性荧光示踪剂,缩写为“iftcip”。将防垢产品和缓蚀剂产品分别加入至冷却水系统的水中,因此用的“双转鼓”来描述该方法。
本发明的第一方面是通过测定冷却水系统的水中荧光聚合物的消耗速率来控制冷却水系统的单转鼓方法,其中消耗速率是在获取时间周期期间以不连续的间隔时间,使用Fouling指数方程,或Scale指数方程或Tower Scale指数方程计算的。
本发明的方法在所有已知的冷却水系统中都能工作。这些包括开放再循环冷却水系统,密闭冷却水系统和单程冷却水系统。
用于此方面的水处理产品包含至少一种荧光聚合物,至少一种惰性荧光示踪剂和任选其它水处理化学品,但不包含杀虫剂,它单独加入;
(v)其中在所述的水处理产品中所述的荧光聚合物与处理产品中所有其它成分的比例是已知的,
(vi)其中在所述的水处理产品中所述的惰性荧光示踪剂与处理产品中所有其它成分的比例是已知的,
(vii)其中所述的荧光聚合物和所述的惰性荧光示踪剂两者具有可检测的荧光信号,所述荧光聚合物可检测的荧光信号与所属惰性荧光示踪剂可检测的荧光信号相比不同,使得惰性荧光示踪剂和荧光聚合物两者的荧光信号都可以在相同冷却水系统的水中被检测到。
对于本专利申请的目的,荧光聚合物定义为自然的荧光聚合物或定义为由荧光部分“标记”的聚合物。为用于本发明的方法中,荧光聚合物必须能够在冷却水系统中起结垢抑制剂的作用和其可检测的荧光信号与使用的(多种)惰性荧光示踪剂的可检测荧光信号是不同的。
适用于本发明的荧光聚合物选自在如下文献中描述的物质:美国专利第5,128,419;5,171,450;5,216,086;5,260,386和5,986,030号;美国专利第6,344,531号,题目为荧光水溶性聚合物;美国专利第6,312,644号,题目为“用于冷却水系统的荧光单体和包含其的聚合物”;和美国专利第6,645,428号,题目为用于冷却水系统的荧光单体和包含其的荧光聚合物,在此段落中描述的所有专利在此全文引入作为参考。
优选的荧光聚合物选自:
59.9摩尔%丙烯酸/20摩尔%丙烯酰胺/20摩尔%N-(磺甲基)丙烯酰胺/0.1摩尔%8-(4-乙烯基苄氧基)-1,3,6-芘三磺酸,三钠盐;
39.9摩尔%丙烯酸/30摩尔%丙烯酰胺/30摩尔%N-(磺甲基)丙烯酰胺/0.1摩尔%8-(3-乙烯基苄氧基)-1,3,6-芘三磺酸,三钠盐;
59.8摩尔%丙烯酸/20摩尔%丙烯酰胺/20摩尔%N-(磺甲基)丙烯酰胺/0.2摩尔%4-甲氧基-N-(3-N′,N′-二甲基氨丙基)萘二甲酰亚胺乙烯基苄基氯化物季铵盐;
39.8摩尔%丙烯酸/30摩尔%丙烯酰胺/30摩尔%N-(磺甲基)丙烯酰胺/0.2摩尔%4-甲氧基-N-(3-N′,N′-二甲基氨丙基)萘二甲酰亚胺乙烯基苄基氯化物季铵盐;
59.9摩尔%丙烯酸/20摩尔%丙烯酰胺/20摩尔%N-(磺甲基)丙烯酰胺/0.1摩尔%4-甲氧基-N-(3-N′,N′-二甲基氨丙基)萘二甲酰亚胺2-羟基-3-烯丙氧基丙基季铵盐;
39.8摩尔%丙烯酸/30摩尔%丙烯酰胺/30摩尔%N-(磺甲基)丙烯酰胺/0.2摩尔%4-甲氧基-N-(3-N′,N′-二甲基氨丙基)萘二甲酰亚胺2-羟基-3-烯丙氧基丙基季铵盐;
80.8摩尔%丙烯酸/19摩尔%钠丙烯酰氨基甲基丙磺酸/0.2摩尔%4-甲氧基-N-(3-N′,N′-二甲基氨基丙基)萘二甲酰亚胺2-羟基-3-烯丙氧基丙基季铵盐;
这些荧光聚合物防垢产品从Nalco购得或能够由有机化学领域普通技术人员合成。
在防垢化学品领域可以理解的是防垢化学品根据它们抑制的水垢类型,典型地分成两个不同类型。有控制磷酸钙沉积的防垢化学品和控制碳酸钙沉积的防垢化学品。
典型地用于磷酸钙的防垢产品是先前描述的荧光聚合物。用于磷酸钙的优选防垢产品是标记聚合物。已知尽管先前描述的荧光聚合物主要用作磷酸钙结垢抑制剂,当碳酸钙水垢不适当地由碳酸钙结垢抑制剂如HEDP和PBTC抑制时,观察到了荧光聚合物的消耗,表明作为碳酸钙分散剂对部分荧光聚合物至少有部分活性。
典型地用于碳酸钙水垢的防垢产品选自膦酸酯如1-羟基亚乙基-1,1-二膦酸(缩写“HEDP”),2-膦酰基丁烷-1,2,4-三羧酸(缩写“PBTC”),氨基三(亚甲基膦酸(缩写“AMP”),六亚甲基二胺四亚甲基膦酸(缩写“HMDTMP”)和聚氨基聚醚亚甲基膦酸(缩写“PAPEMP”),有机聚合物如聚丙烯酸,聚丙烯酸酯,聚马来酸,马来酸酐/丙烯酸乙酯/丙烯酸乙烯酯三元共聚物和烷基环氧羧酸酯(缩写“AEC”),膦基羧酸,如膦基琥珀酸酯低聚物(缩写为“PSO”),和膦酰基羧酸,如膦酰基羧酸(磺化)共聚物(缩写“POCA”,作为Belclene 494销售),优选的碳酸钙抑制剂包括HEDP和PBTC。
适用于本发明的惰性荧光示踪剂,采用本发明第一方面的水处理产品或采用本发明第二方面的缓蚀剂产品包括如下的物质:
1,3,6,8-芘四磺酸,四钠盐(CAS登记号No.59572-10-0),
单磺化蒽及其盐,包括但不限于:
2-蒽磺酸钠盐(CAS登记号No.16106-40-4);
二磺化蒽及其盐,参见目前未决的美国专利申请系列号第10/631,606号,2003年7月31日提交,题目为“二磺化蒽作为惰性荧光示踪剂的用途”,该文献全文引入作为参考,包括但不限于:
1,5-蒽二磺酸(CAS登记号No.61736-91-2),
2,6-蒽二磺酸(CAS登记号No.61736-95-6),
1,8-蒽二磺酸(CAS登记号No.61736-92-3);
4-二苯并呋喃磺酸(CAS登记号No.42137-76-8),
3-二苯并呋喃磺酸(CAS登记号No.215189-98-3),
1,5-萘二磺酸,二钠盐(水合物)(CAS登记号No.1655-29-4),aka1,5-NDSA水合物,
磺化茋-三唑荧光增白剂及其盐,包括但不限于:
苯磺酸,2,2′-(1,2-乙烯二基)双[5-(4-苯基-2H-1,2,3-三唑-2-基)-,二钾盐,(CAS登记号No.52237-03-3),aka Phorwite BHC 766,
2,2′-茋二磺酸,4,4′-双(4-苯基-2H-1,2,3-三唑-2-基)-,二钠盐,(CAS登记号No.23743-28-4),aka Phorwite BHC。
所有这些惰性荧光示踪剂都从Nalco购得或可以使用有机化学领域普通技术人员已知的技术合成。
在配制水处理产品中,荧光聚合物在水处理产品中与水处理产品中所有其它成分的比例是已知的,惰性荧光示踪剂在水处理产品中与水处理产品中所有其它成分的比例是已知的。
在配制用于本发明第一方面的水处理产品中,要理解的是杀虫剂不在水处理产品中存在。如果要将杀虫剂加入冷却水中,它们单独加入。
在选择要一起使用荧光聚合物和惰性荧光示踪剂的情况下,选择它们必须使荧光聚合物可检测的荧光信号区别于惰性荧光示踪剂可检测的荧光信号。荧光测定领域的普通技术人员知道如何使用荧光计来检测材料的荧光信号,他们可以进行必要的试验来确定哪个惰性荧光示踪剂应当与哪个荧光聚合物结合。
这是本发明的“单转鼓”方法。在单转鼓方法中,将荧光聚合物和惰性荧光示踪剂一起混合在水处理产品中,该水处理产品可包含其他的水处理化学品如缓蚀剂或微生物杀虫剂。
此方法的下一步骤是将包括荧光聚合物和惰性荧光示踪剂和任选其它水处理化学品的水处理产品加入至冷却水系统的水中。这可以使用本领域普通技术人员已知的设备和技术进行。
基于加入冷却水系统的“活性聚合物”,荧光聚合物的量是约0.1ppm-约1000ppm,优选约0.1ppm-约100ppm和最优选约0.1ppm-约20ppm。
加入冷却水系统的水中的惰性荧光示踪剂的量为约0.01ppm-约1000ppm,优选约0.03ppm-约10ppm和最优选约0.05ppm-约1.0ppm。
加入的水处理产品总量是基于该产品在冷却水系统的水中的“要求”。冷却水领域的普通技术人员知道如何确定用于冷却水系统的水中水处理产品的要求。
方法的下一步骤是提供一个或多个荧光计。用于检测荧光聚合物的荧光信号的合适荧光计是市售的,并选自如下文献中描述和要求的荧光计:美国专利第6,369,894号,题目为“检测一种或多种荧光团的模块荧光计及其使用方法”,2002年4月9日公布,该文献在此全文引入作为参考。此模块荧光计购自Nalco。
适用于本发明的方法的其它荧光计是改进的TRASAR 8000荧光计(“手持式”);TRASAR 700荧光计(“台式”);改进的TRASAR 3000;TRASAR Xe-2控制器;它们都购自Nalco;和在线荧光计探针,已知为Cyclops 7荧光计(需要选择滤光器以匹配使用的示踪剂),购自Turner Designs,845 Maude Ave.,Sunnyvale,CA 94085((408)749-0994)。优选的荧光计是模块荧光计。为使用这些荧光计,需要选择激发和发射滤光片以与荧光聚合物的荧光信号性能相匹配。
用于检测惰性荧光示踪剂的合适荧光计是市售的和选自如下文献中描述和要求的荧光计:美国专利第6,369,894号,题目为“检测一种或多种荧光团的模块荧光计及其使用方法”,2002年4月9日公布,该文献在此全文引入作为参考。此模块荧光计购自Nalco。
在本发明的方法中用于检测惰性荧光示踪剂的其它荧光计是TRASAR 8000荧光计(“手持式”);TRASAR 700荧光计(“台式”);TRASAR 3000(用于芘四磺酸);改进的TRASAR 3000(用于蒽二磺酸二钠盐示踪剂);TRASAR Xe-2控制器;和可更换尖端-开放样品池的荧光计(在美国专利申请第10/769,631号中描述和并要求保护,该文献2004年1月30日存档,在此全文引入作为参考)。所有这些荧光计购自Nalco。其他的荧光计包括在线荧光计探针,已知为Cyclops 7荧光计(需要选择滤光器以匹配使用的示踪剂),购自Turner Designs,845Maude Ave.,Sunnyvale,CA 94085((408)749-0994)。优选的荧光计是模块荧光计。
为使用这些荧光计,荧光测定术领域的普通技术人员已知需要选择激发和发射滤光片以与惰性荧光示踪剂和荧光聚合物的荧光信号性能相匹配。
TrasarXe-控制器,Trasar 3000和模块荧光计都含有允许对液体在线连续监测的流动样品池。其它荧光计是不允许连续在线监测,“获取样品”的荧光计。在进行本发明的方法中,优选使用允许荧光信号在线,连续监测的荧光计。
其后可装配一种或多种合适的荧光计并用于测量来自冷却水系统的水中惰性荧光示踪剂的荧光信号和荧光聚合物的荧光信号。
对本发明的方法的使用性很关键的是使用的测量值仅是在向冷却水系统的水中新加入水处理产品之间的时间间隔期间得到的测量值。因此,在整个本发明方法的第一方面中,假定用于计算的所有测量值是在没有向冷却水系统的水中加入水处理产品的时间间隔期间产生的。同样,这意味着在整个本发明方法的第二方面中,假定用于计算的所有测量值是在冷却水系统的水中没有加入缓蚀剂产品和在冷却水系统的水中没有加入防垢产品的间隔期间进行。
在测量荧光信号之后,测量的荧光信号用于计算所述冷却水系统的水中存在的荧光聚合物量和惰性荧光示踪剂量。
在知道这些量之后,就有可能开始荧光聚合物消耗速率的计算。防垢产品消耗速率的计算在两个不同时间周期期间进行。第一时间周期称为“获取时间周期”,在此时间周期的间隔期间进行的测量值用于计算荧光聚合物的“正常”或“常规”消耗速率。
在如下公式中变量使用″tlf=在获取周期期间的时间间隔结束时的时间”和“tl0=在获取周期期间的时间间隔开始时的时间”。因此,获取时间周期期间本身的间隔是tlf-tl0。时间间隔中时间量是在加入更多水处理化学品之间的时间量,因为为了使此方法可操作,不使用当加入更多水处理化学品时测量得到的测量值。
获取时间周期中时间的总量是基于对冷却水系统的“正常”操作条件的理解。获取时间周期中时间总量有多长和要求在获取时间周期中进行测量的多少间隔是可以由操作冷却水系统领域的普通技术人员可以进行决定的。
本发明方法的下一步骤是通过使用选自Fouling指数方程,Scale指数方程,和Tower Scale指数方程的公式在获取时间周期的间隔期间,如下计算荧光聚合的消耗速率:
(i)FIL=[A/(tlf-tl0)]×[ln{LIT(f)/LIT(0)}-ln{LTP(f)/LTP(0)}];
其中FIL是对获取时间周期期间的时间间隔计算的Fouling指数,
A是常数=1,
tlf=在时间间隔结束时的时间,
tl0=在时间间隔开始时的时间,
LIT(0)=在时间间隔开始时惰性荧光示踪剂的浓度;
LIT(f)=在时间间隔结束时惰性荧光示踪剂的浓度;
LTP(0)=在时间间隔开始时荧光聚合物的浓度;
LTP(f)=在时间间隔结束时荧光聚合物的浓度;
或
(ii)SIL=[{B×LTP(0)}/间隔时间]×[LIT(t)/LIT(0)-LTP(t)/LTP(0)];
其中SIL是对获取时间周期期间的时间间隔计算的Scale指数,
B是常数=1,000,000或100,000;
间隔时间是当进行测量时以分钟为单位的不连续时间间隔的时间,
LTP(0)是在时间间隔开始时的荧光聚合物浓度,
LIT(0)是在时间间隔开始时的惰性荧光示踪剂浓度,
LTP(t)是在时间间隔结束时的荧光聚合物浓度,和
LIT(t)是在时间间隔结束时的惰性荧光示踪剂浓度;
或
(iii)TSIL=-C×SL(t)×60;
其中TSIL对获取时间周期期间的时间间隔计算的Tower Scale指数,
C是常数=1,000,000或100,000,
SL(t)是以(1/秒)为单位的ln[LTP(t)/LIT(t)]对时间曲线的斜率,其中对获取时间周期期间的时间间隔计算斜率;
本发明第一方面的方法中的下一步骤是通过加上前面计算的所有FIL或所有SIL或所有TSIL并除以在整个获取时间周期期间FIL或SIL或TSIL计算的次数,计算获取时间周期期间荧光聚合物的平均消耗速率,其中所述的计算得到了已计算的FILa或已计算的SILa或已计算的TSILa,其中所述的FILa是获取时间周期期间的平均Fouling指数,SILa是获取时间周期期间的平均Scale指数,和TSILa是获取时间周期期间的平均Tower Scale指数;
然后将获取时间周期的此平均消耗速率与“评价”时间周期期间的消耗速率比较。要理解的是用于此步骤计算的测量值是在向所述冷却水系统的水中每次新加入水处理产品之间的时间间隔期间产生的。
在如下公式中使用变量“tef=在评价周期结束时的时间”和“te0=在评价周期开始时的时间”。因此,评价时间周期自身是tef-te0。评价时间周期中的时间量是基于冷却水系统的所需操作条件。操作冷却水系统领域的普通技术人员可以决定选择需要多长评价时间周期以用于他们的冷却水系统。
使用选自评价时间周期的Fouling指数方程,评价时间周期的Scale指数方程,和评价时间周期的Tower Scale指数方程的公式如下计算评价时间周期期间荧光聚合物的消耗速率:
(i)FIE=[A/(tef-te0)]×[ln{EIT(f)IEIT(0)}-ln{ETP(f)/ETP(0)}];
其中FIE表示在评价时间周期期间计算的Fouling指数,
A是常数=1,在获取时间周期和评价时间周期期间的选择是相同的;
tef=在评价周期结束时的时间,
te0=在评价周期开始时的时间,
EIT(0)=在评价周期开始时惰性荧光示踪剂的浓度;
EIT(f)=在评价周期结束时惰性荧光示踪剂的浓度;
ETP(0)=在评价周期开始时荧光聚合物的浓度;
ETP(f)=在评价周期结束时荧光聚合物的浓度;
(ii)SIE=[B×ETP(0)]/评价时间×[EIT(t)/EIT(0)-ETP(t)/ETP(0)];
其中SIE是评价时间周期的Scale指数,
B是常数=1,000,000或100,000,在获取时间周期和评价时间周期期间的选择是相同的;
评价时间是以分钟为单位的评价时间,
ETP(0)是在评价时间开始时的荧光聚合物浓度,
EIT(0)是在评价时间开始时的惰性荧光示踪剂浓度,
ETP(t)是在评价时间结束时的荧光聚合物浓度,和
EIT(t)是在评价时间结束时的惰性荧光示踪剂浓度;
(iii)TSIE=-C×SE(t)×60;
其中TSIE是评价周期的Tower Scale指数,
C=常数=1,000,000或100,000,在获取时间周期和评价时间周期期间的选择是相同的;
SE(t)是以(1/秒)为单位的ln[ETP(t)/EIT(t)]对时间曲线的斜率,其中在整个评价时间周期中计算斜率。
在评价时间周期期间进行计算之后,下一步骤是比较获取时间周期期间荧光聚合物的平均消耗速率与评价时间周期期间荧光聚合物的消耗速率。进行如下比较:
当使用Fouling指数方程时,如果FIE=FILa,则荧光聚合物的消耗速率在评价周期期间与获取周期期间相同;如果FIE>FILa,荧光聚合物的消耗速率在评价周期期间大于获取周期期间;如果FIE<FILa,荧光聚合物的消耗速率在评价周期期间小于获取周期期间;
当使用Scale指数方程时,如果SIE=SILa,则荧光聚合物的消耗速率在评价周期期间与获取周期期间相同;如果SIE>SILa,荧光聚合物的消耗速率在评价周期期间大于获取周期期间;如果SIE<SILa,荧光聚合物的消耗速率在评价周期期间小于获取周期期间;
当使用Scale指数方程时,如果TSIE=TSILa,则荧光聚合物的消耗速率在评价周期期间与获取周期期间相同;如果TSIE>TSILa,荧光聚合物的消耗速率在评价周期期间大于获取周期期间;如果TSIE<TSILa,荧光聚合物的消耗速率在评价周期期间小于获取周期期间;
另一种类型的比较可以通过计算称为NVincent Scale指数或NVincent Tower Scale指数来进行:
NSI=D×[SIE-SIL]/SIL(SD),
NTSI=D×[TSIE-TSIL]/TSIL(SD);
其中NSI是NVincent Scale指数和NTSI是NVincent Tower Scale指数,
其中D是常数=10;
TSIE和SIE和TSIL和SIL如先前所定义,和
TSIL(SD)和SIL(SD)分别是在获取时间周期期间计算的TSIL和SIL数值的标准差;
其中如果NSI或NTSI=0,则荧光聚合物的消耗速率在评价周期期间与获取周期期间相同;如果NSI或NTSI>0,荧光聚合物的消耗速率在评价周期期间大于获取周期期间;如果NSI或NTSI<0,荧光聚合物的消耗速率在评价周期期间小于获取周期期间。
如果荧光聚合物的消耗速率在评价时间周期高于或低于获取时间周期期间,则本发明的方法中任选的步骤是冷却水系统的操作者可调整冷却水系统的操作将荧光聚合物的消耗速率调节至获取周期期间的数值。
本发明的第二方面是控制冷却水系统的双转鼓方法,其中提供了缓蚀剂产品和在缓蚀剂产品加入到冷却水系统的水中之前,将惰性荧光示踪剂与缓蚀剂产品以已知比例混合。在本发明的“双转鼓”方法中,将荧光聚合物与惰性荧光示踪剂分开加入冷却水系统的水中,惰性荧光示踪剂与缓蚀剂产品同时加入,因此用“双转鼓”的名称来说明此技术。
缓蚀剂产品是选自已知缓蚀剂化学品的一种或多种化合物。适用于本发明的缓蚀剂产品包括下列正磷酸盐、多磷酸盐、焦磷酸盐、锌、缩写为“PSO”的膦基琥珀酯低聚物、钼酸盐、铬酸盐、、购自Biolab WaterAdditives,P.O.Box 30002,Lawrenceville,GA 30049,(678)502-4699的Belcor 575,和购自Rhodia,259 Prospect Plains Rd CN 7500,Cranbury,NJ 08512(609)860-3926的Bricorr 288。优选的缓蚀剂产品是购自Nalco的PSO。
在配制用于本发明第二个方面的缓蚀剂产品中,要理解的是杀虫剂不存在于水处理产品中。如果要在冷却水中加入杀虫剂,它们单独加入。
这些缓蚀剂产品购自Nalco或能由有机化学领域普通技术人员合成。
防垢产品包括先前定义的荧光聚合物和任选的防垢化学品。在配制用于本发明第二个方面的防垢产品中,要理解的是杀虫剂不存在于水处理产品中。如果要在冷却水中加入杀虫剂,它们单独加入。
将防垢产品和缓蚀剂产品加入所述冷却水系统的水中。加入的防垢产品量和缓蚀剂产品量是基于这两种产品在冷却水系统的水中的“要求”,冷却水领域的普通技术人员知道如何确定冷却水系统的水中缓蚀剂产品和防垢产品的要求。
在加入两种产品之后,该方法如先前在本发明第一方面中所述进行。
使用测定消耗速率的方法是控制冷却水系统的有价值方法,因为它不依赖于任一荧光物质的初始浓度,当惰性荧光示踪剂和荧光聚合物在单独的产品中时它可以使用“2-转鼓”方法,背景荧光信号的影响被降低至最小。
Claims (2)
1.控制冷却水系统的单转鼓方法,其包括如下步骤:
(1)测定冷却水系统的水中荧光聚合物的消耗速率,其中使用Fouling指数方程,或Scale指数方程或Tower Scale指数方程在获取时间周期期间以不连续间隔计算消耗速率,其包括如下步骤:
a)提供冷却水系统;
b)提供水处理产品,
(i)其中所述的水处理产品包括至少一种荧光聚合物,至少一种惰性荧光示踪剂和任选地其它水处理化学品,
(ii)其中在所述的水处理产品中所述的荧光聚合物与水处理产品中所有其它成分的比例是已知的,
(iii)其中在所述的水处理产品中所述的惰性荧光示踪剂对水处理产品中所有其它成分的比例是已知的,
(iv)其中所述的荧光聚合物和所述的惰性荧光示踪剂两者都具有可检测的荧光信号,所述的荧光聚合物可检测的荧光信号与所述的惰性荧光示踪剂可检测的荧光信号相比不同,使得惰性荧光示踪剂和荧光聚合物两者的荧光信号都可以在相同冷却水系统的水中被检测到;
c)将所述的水处理产品加入所述的冷却水系统的水中,
(i)其中所述的水处理产品以不连续的方式加入至水中,和
(ii)其中在加入每个数量的水处理产品之间经过不连续的时间间隔;
d)提供一个或多个荧光计;
e)使用所述的一个或多个荧光计测量来自冷却水系统的水中所述惰性荧光示踪剂的荧光信号和所述荧光聚合物的荧光信号,其中步骤g)的计算中所用的测量在每次向所述的冷却水系统的水中新加入水处理产品之间的时间间隔期间进行;
f)使用由步骤e)测得的荧光信号确定所述冷却水的水中存在的荧光聚合物的浓度和惰性荧光示踪剂的浓度,
g)以不连续的间隔重复步骤e)和f),以便通过使用选自Fouling指数方程,Scale指数方程,和Tower Scale指数方程的公式计算在获取时间周期的间隔期荧光聚合物的消耗速率,其计算如下:
(i)FIL=[A/(tlf-tl0)]×[ln{LIT(f)/LIT(0)}-ln{LTP(f)/LTP(0)}];
其中FIL是获取时间周期期间的时间间隔内计算的Fouling指数,
A是常数=1,
tlf=间隔结束时的时间,
tl0=间隔开始时的时间,
LIT(0)=间隔开始时惰性荧光示踪剂的浓度;
LIT(f)=间隔结束时惰性荧光示踪剂的浓度;
LTP(0)=间隔开始时荧光聚合物的浓度;
LTP(f)=间隔结束时荧光聚合物的浓度;
或
(ii)SIL=[{B×LTP(0)}/间隔时间]×[LIT(t)/LIT(0)-LTP(t)/LTP(0)];
其中SIL是获取时间周期期间的时间间隔内计算的Scale指数,
B是常数=1,000,000或100,000;
间隔时间是当进行测量时以分钟为单位的不连续时间间隔的时间,
LTP(0)是在间隔开始时的荧光聚合物浓度,
LIT(0)是在间隔开始时的惰性荧光示踪剂浓度,
LTP(t)是在间隔结束时的荧光聚合物浓度,和
LIT(t)是在间隔结束时的惰性荧光示踪剂浓度;
或
(iii)TSIL=-C×SL(t)×60;
其中TSIL是获取时间周期期间的时间间隔计算的Tower Scale指数,
C是常数=1,000,000或100,000,
SL(t)是以(1/秒)为单位的ln[LTP(t)/LIT(t)]对时间曲线的斜率,其中在获取时间周期期间的时间间隔内计算斜率;
(2)通过将在步骤1中计算的所有FIL或所有SIL或所有TSIL加和并除以整个获取时间周期期间FIL或SIL或TSIL的计算次数,计算获取时间周期期间荧光聚合物的平均消耗速率,其中所述的计算得到了计算的FILa或计算的SILa或计算的TSILa,其中所述的FILa是获取时间周期期间的平均Fouling指数,SILa是获取时间周期期间的平均Scale指数,TSILa是获取时间周期期间的平均Tower Scale指数;
(3)计算评价时间周期的荧光聚合物消耗速率,其中所述用于计算的测量在每次向所述的冷却水系统的水中新加入水处理产品之间的时间间隔期间进行,其中所述的计算是使用选自评价时间周期的Fouling指数方程,评价时间周期的Scale指数方程,和评价时间周期的TowerScale指数方程的公式完成的,其计算如下:
(i)FIE=[A/(tef-te0)]×[ln{EIT(f)/EIT(0)}-ln{ETP(f)/ETP(0)}];
其中FIE表示在评价时间周期期间计算的Fouling指数,
A是常数=1,
tef=在评价周期结束时的时间,
te0=在评价周期开始时的时间,
EIT(0)=在评价周期开始时惰性荧光示踪剂的浓度;
EIT(f)=在评价周期结束时惰性荧光示踪剂的浓度;
ETP(0)=在评价周期开始时荧光聚合物的浓度;
ETP(f)=在评价周期结束时荧光聚合物的浓度;
(ii)SIE=[B×ETP(0)]/评价时间×[EIT(t)/EIT(0)-ETP(t)/ETP(0)];
其中SIE是评价时间周期的Scale指数,
B是常数=1,000,000或100,000,并被选择成获取时间周期和评价时间周期期间相同;
评价时间是以分钟为单位的评价时间,
ETP(0)是在评价时间开始时的荧光聚合物浓度,
EIT(0)是在评价时间开始时的惰性荧光示踪剂浓度,
ETP(t)是在评价时间结束时的荧光聚合物浓度,和
EIT(t)是在评价时间结束时的惰性荧光示踪剂浓度;
(iii)TSIE=-C×SE(t)×60;
其中TSIE是评价周期的Tower Scale指数,
C=常数=1,000,000或100,000,在获取时间周期和评价时间周期期间选择是相同的;
SE(t)是以(1/秒)为单位的ln[ETP(t)/EIT(t)]对时间曲线的斜率,其中在整个评价时间周期内计算斜率;和
4)对于冷却水系统中的水采用如下方式比较评价时间周期期间荧光聚合物的消耗速率与先前测定的步骤(2)中获取时间周期期间荧光聚合物的平均消耗速率;
(i)其中如果FIE=FILa,则荧光聚合物的消耗速率在评价周期期间与获取周期期间相同;如果FIE>FILa,荧光聚合物的消耗速率在评价周期期间大于获取周期期间;如果FIE<FILa,荧光聚合物的消耗速率在评价周期期间小于获取周期期间;
(ii)其中如果SIE=SILa,则荧光聚合物的消耗速率在评价周期期间与获取周期期间相同;如果SIE>SILa,荧光聚合物的消耗速率在评价周期期间大于获取周期期间;如果SIE<SILa,荧光聚合物的消耗速率在评价周期期间小于获取周期期间;
(iii)其中如果TSIE=TSILa,则荧光聚合物的消耗速率在评价周期期间与获取周期期间相同;如果TSIE>TSILa,荧光聚合物的消耗速率在评价周期期间大于获取周期期间;如果TSIE<TSILa,荧光聚合物的消耗速率在评价周期期间小于获取周期期间;
(iv)计算NVincent Scale指数或NVincent Tower Scale指数如下:
NSI=D×[SIE-SIL]/SIL(SD),
NTSI=D×[TSIE-TSIL]/TSIL(SD);
其中NSI是NVincent Scale指数,NTSI是NVincent Tower Scale指数,
其中D是常数=10;
TSIE和SIE和TSIL和SIL如先前所定义,和
TSIL(SD)和SIL(SD)分别是在获取时间周期期间计算的TSIL和SIL的标准差;
其中如果NSI或NTSI=0,则荧光聚合物的消耗速率在评价周期期间与获取周期期间相同;如果NSI或NTSI>0,荧光聚合物的消耗速率在评价周期期间大于获取周期期间;如果NSI或NTSI<0,荧光聚合物的消耗速率在评价周期期间小于获取周期期间;
和任选地
5)调节所述的冷却水系统的操作参数,以冷却水系统中的水的荧光聚合物的消耗速率保持在所需的荧光聚合物消耗速率。
2.控制冷却水系统的双转鼓方法,其包括如下步骤:
(1)测定冷却水系统的水中荧光聚合物的消耗速率,其中使用Fouling指数方程,或Scale指数方程或Tower Scale指数方程在获取时间周期期间以不连续的间隔计算消耗速率,其包括如下步骤:
a)提供冷却水系统;
b)提供缓蚀剂产品,
(i)其中所述的缓蚀剂产品包括一种或多种选自如下的化合物:已知的缓蚀剂化学品和称为iftcip的惰性荧光示踪剂,
(ii)其中所述的iftcip以已知比例加入至所述的缓蚀剂产品中,
c)提供防垢产品,
(i)其中所述的防垢产品包括至少一种荧光聚合物和任选其它防垢化学品;
(ii)其中在所述的防垢产品中所述的荧光聚合物与防垢产品中所有其它成分的比例是已知的;
(iii)其中所述的荧光聚合物和所述的iftcip两者都具有可检测的荧光信号,所述的荧光聚合物可检测的荧光信号与iftcip可检测的荧光信号相比不同,使得iftcip的荧光信号和荧光聚合物的荧光信号两者都可以在相同冷却水系统的水中被检测到,
d)将所述的防垢产品和所述的缓蚀剂产品加入至所述的冷却水系统的水中;
(v)其中所述的防垢产品以不连续的方式加入至水中,和
(vi)其中所述的缓蚀剂产品以不连续的方式加入至水中,和
(vii)其中在加入每个数量的防垢产品之间经过不连续的时间间隔,和
(viii)其中在加入每个数量的缓蚀剂产品之间经过不连续的间隔时间;
e)提供一个或多个荧光计;
f)使用所述的一个或多个荧光计测量来自冷却水系统的水中所述惰性荧光示踪剂的荧光信号和所述荧光聚合物的荧光信号,其中步骤h)的计算中所用的测量在每次向所述的冷却水系统的水中新加入水处理产品之间的时间间隔期间进行;
g)使用由步骤f)测得的荧光信号确定所述冷却水的水中存在的荧光聚合物的量和iftcip的量;
h)以不连续的间隔重复步骤f)和g),以便通过使用选自Fouling指数方程,Scale指数方程,和Tower Scale指数方程的公式计算在获取时间周期的间隔期荧光聚合物的消耗速率,其计算如下:
(i)FIL=[A/(tlf-tl0)]×[ln{LIT(f)/LIT(0)}-ln{LFP(f)/LTP(0)}];
其中FIL是获取时间周期期间的时间间隔内计算的Fouling指数,
A是常数=1,
tlf=间隔结束时的时间,
tl0=间隔开始时的时间,
LIT(0)=间隔开始时iftcip的浓度;
LIT(f)=间隔结束时iftcip的浓度;
LTP(0)=间隔开始时荧光聚合物的浓度;
LTP(f)=间隔结束时荧光聚合物的浓度;
或
(ii)SIL=[{B×LTP(0)}/间隔时间]×[LIT(t)/LIT(0)-LTP(t)/LTP(0)];
其中SIL是获取时间周期期间的时间间隔内计算的Scale指数,
B是常数=1,000,000或100,000;
间隔时间是当进行测量时以分钟为单位的不连续时间间隔的时间,
LTP(0)是在间隔开始时的荧光聚合物浓度,
LIT(0)是在间隔开始时的iftcip浓度,
LTP(t)是在间隔结束时的荧光聚合物浓度,和
LIT(t)是在间隔结束时的iftcip浓度;
或
(iii)TSIL=-C×SL(t)×60;
其中TSIL是获取时间周期期间的时间间隔内计算的Tower Scale指数,
C是常数=1,000,000或100,000,
SL(t)是以(1/秒)为单位的ln[LTP(t)/LIT(t)]对时间曲线的斜率,其中在整个获取时间周期期间的间隔时间内计算斜率;
(2)通过将在步骤1中计算的所有FIL或所有SIL或所有TSIL加和并除以整个获取时间周期期间FIL或SIL或TSIL的计算次数,计算获取时间周期期间荧光聚合物的平均消耗速率,其中所述的计算得到了计算的FILa或计算的SILa或计算的TSILa,其中所述的FILa是获取时间周期期间的平均Fouling指数,SILa是获取时间周期期间的平均Scale指数,和TSILa是获取时间周期期间的平均Tower Scale指数;
(3)计算评价时间周期的荧光聚合物消耗速率,其中所述用于计算的测量在每次向所述的冷却水系统的水中新加入水处理产品之间的时间间隔期间进行,其中所述的计算是使用选自评价时间周期的Fouling指数方程,评价时间周期的Scale指数方程,或评价时间周期的TowerScale指数方程的公式完成的,其计算如下:
(i)FIE=[A/(tef-te0)]×[ln{EIT(f)/EIT(0)}-ln{ETP(f)/ETP(0)}];
其中FIE是指在评价时间周期期间计算的Fouling指数,
A是常数=1,
tef=在评价周期结束时的时间,
te0=在评价周期开始时的时间,
EIT(0)=在评价周期开始时iftcip的浓度;
EIT(f)=在评价周期结束时iftcip的浓度;
ETP(0)=在评价周期开始时荧光聚合物的浓度;
ETP(f)=在评价周期结束时荧光聚合物的浓度;
(ii)SIE=[B×ETP(0)]/评价时间×[EIT(t)/EIT(0)-ETP(t)/ETP(0)];
其中SIE是评价时间周期的Scale指数,
B是常数=1,000,000或100,000,被选择成获取时间周期和评价时间周期期间相同;
评价时间是以分钟为单位的评价时间,
ETP(0)是在评价时间开始时的荧光聚合物浓度,
EIT(0)是在评价时间开始时的iffcip浓度,
ETP(t)是在评价时间结束时的荧光聚合物浓度,和
EIT(t)是在评价时间结束时的iftcip浓度;
(iii)TSIE=-C×SE(t)×60;
其中TSIE是评价周期内的Tower Scale指数,
C是常数=1,000,000或100,000,被选择成获取时间周期和评价时间周期期间相同;
SE(t)是以(1/秒)为单位的ln[ETP(t)/EIT(t)]对时间曲线的斜率,其中在整个评价时间周期内计算斜率;和
4)对于冷却水系统中的水采用如下方式比较评价时间周期期间荧光聚合物的消耗速率与先前测定的步骤(2)中获取时间周期期间荧光聚合物的平均消耗速率;
(i)其中如果FIE=FILa,则荧光聚合物的消耗速率在评价周期期间与获取周期期间相同;如果FIE>FILa,荧光聚合物的消耗速率在评价周期期间大于获取周期期间;如果FIE<FILa,荧光聚合物的消耗速率在评价周期期间小于获取周期期间;
(ii)其中如果SIE=SILa,则荧光聚合物的消耗速率在评价周期期间与获取周期期间相同;如果SIE>SILa,荧光聚合物的消耗速率在评价周期期间大于获取周期期间;如果SIE<SILa,荧光聚合物的消耗速率在评价周期期间小于获取周期期间;
(iii)其中如果TSIE=TSILa,则荧光聚合物的消耗速率在评价周期期间与获取周期期间相同;如果TSIE>TSILa,荧光聚合物的消耗速率在评价周期期间大于获取周期期间;如果TSIE<TSILa,荧光聚合物的消耗速率在评价周期期间小于获取周期期间;
(iv)计算NVincent Scale指数或NVincent Tower Scale指数如下:
NSI=D×[SIE-SIL]/SIL(SD),
NTSI=D×[TSIE-TSIL]/TSIL(SD);
其中NSI是NVincent Scale指数,和NTSI是NVincent Tower Scale指数,
其中D是常数=10;
TSIE和SIE和TSIL和SIL如先前所定义,和
TSIL(SD)和SIL(SD)分别是获取时间周期期间计算的TSIL和SIL的标准差;
其中如果NSI或NTSI=0,则荧光聚合物的消耗速率在评价周期期间与获取周期期间相同;如果NSI或NTSI>0,荧光聚合物的消耗速率在评价周期期间大于获取周期期间;如果NSI<0,荧光聚合物的消耗速率在评价周期期间小于获取周期期间;
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5)调节所述的冷却水系统的操作参数,以将冷却水系统中的水的荧光聚合物的消耗速率保持在所需的荧光聚合物消耗速率。
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