一、研究背景與意義

工業(yè)循環(huán)冷卻水系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于電力、化工、冶金、石化等行業(yè)，用于帶走設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中產(chǎn)生的余熱。在系統(tǒng)運(yùn)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(shè)備結(jié)垢。為了有效抑制微生物滋生，通常在循環(huán)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(guò)低會(huì)導(dǎo)致消毒不完備，增加生物粘泥風(fēng)險(xiǎn)；投加量過(guò)高則可能引發(fā)金屬腐蝕、增加運(yùn)行成本，并對(duì)排放水環(huán)境造成不良影響。因此，實(shí)時(shí)準(zhǔn)確檢測(cè)并合理管理循環(huán)冷卻水中的氯濃度，對(duì)于保障系統(tǒng)安全、延長(zhǎng)設(shè)備壽命、降低運(yùn)行成本和減少環(huán)境污染具有重要意義。

二、氯濃度檢測(cè)原理

目前循環(huán)冷卻水中氯濃度的檢測(cè)主要分為兩類：

1. 化學(xué)試劑比色法（DPD法）

• 原理：利用N,N-二乙基對(duì)苯二胺（DPD）與水中游離氯反應(yīng)生成粉紅色化合物，通過(guò)光學(xué)傳感器測(cè)量顏色深淺與氯濃度的關(guān)系。

• 優(yōu)點(diǎn)：精度高、成本低、操作簡(jiǎn)便。

• 缺點(diǎn)：需要定期補(bǔ)充試劑，人工參與較多。

2. 電化學(xué)傳感法（安培法）

• 原理：水中的氯在傳感器電極表面發(fā)生氧化還原反應(yīng)，產(chǎn)生與濃度成正比的電流信號(hào)，通過(guò)控制與測(cè)量實(shí)現(xiàn)在線檢測(cè)。

• 優(yōu)點(diǎn)：可實(shí)現(xiàn)連續(xù)、實(shí)時(shí)、自動(dòng)化監(jiān)測(cè)。

• 缺點(diǎn)：對(duì)水質(zhì)條件（pH、溫度）敏感，需要定期校準(zhǔn)。

在工業(yè)場(chǎng)景中，通常會(huì)將氯水質(zhì)測(cè)試器與自動(dòng)投氯裝置聯(lián)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)“檢測(cè)—控制—調(diào)整"的閉環(huán)管理。

三、實(shí)時(shí)檢測(cè)與管理方案設(shè)計(jì)

1. 系統(tǒng)組成

• 檢測(cè)單元：采用在線氯水質(zhì)測(cè)試器（電化學(xué)安培法為主，輔以DPD法驗(yàn)證）

• 控制單元：PLC 或 DCS 控制系統(tǒng)

• 執(zhí)行單元：自動(dòng)加藥泵（次氯酸鈉、二氧化氯等）

• 數(shù)據(jù)管理單元：工業(yè)監(jiān)控軟件（SCADA系統(tǒng)），支持?jǐn)?shù)據(jù)存儲(chǔ)、趨勢(shì)分析與報(bào)警

2. 實(shí)施步驟

1. 前期調(diào)研與參數(shù)設(shè)定

• 分析系統(tǒng)循環(huán)水水質(zhì)特點(diǎn)（pH、溫度、濁度、有機(jī)物含量）

• 根據(jù)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)確定目標(biāo)氯濃度范圍（如0.2–0.5 mg/L）

2. 設(shè)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(yīng)循環(huán)冷卻水的化學(xué)環(huán)境

• 在循環(huán)水回水管線上安裝旁路檢測(cè)裝置，保證水流穩(wěn)定性

3. 聯(lián)動(dòng)控制

• 當(dāng)檢測(cè)到氯濃度低于設(shè)定下限，自動(dòng)開(kāi)啟加藥泵補(bǔ)充消毒劑

• 當(dāng)濃度高于上限，停止投加并啟動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)

4. 數(shù)據(jù)記錄與分析

• 系統(tǒng)自動(dòng)記錄氯濃度、投藥量、溫度等數(shù)據(jù)

• 通過(guò)趨勢(shì)分析優(yōu)化投藥策略，減少藥劑浪費(fèi)

四、管理措施與維護(hù)建議

1. 日常維護(hù)

• 每周對(duì)傳感器進(jìn)行校準(zhǔn)，清除電極表面附著物

• 檢查加藥泵的運(yùn)行狀態(tài)與藥劑存儲(chǔ)量

2. 應(yīng)急處理

• 濃度異常時(shí)，人工復(fù)測(cè)并檢查加藥系統(tǒng)及傳感器是否故障

• 對(duì)出現(xiàn)大幅波動(dòng)的系統(tǒng)進(jìn)行水質(zhì)綜合檢測(cè)（含pH、電導(dǎo)率、細(xì)菌總數(shù)）

3. 節(jié)能與環(huán)保

• 通過(guò)精準(zhǔn)控制，減少消毒劑過(guò)量投加，降低排放水氯殘留

• 優(yōu)化加藥時(shí)機(jī)，如在用水高峰期前預(yù)投加，平穩(wěn)濃度變化

五、參考標(biāo)準(zhǔn)

• GB/T 5750.11-2023 《生活飲用水標(biāo)準(zhǔn)檢驗(yàn)方法 消毒劑指標(biāo)》

• GB/T 50050-2017 《工業(yè)循環(huán)冷卻水處理設(shè)計(jì)規(guī)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(jié)論

工業(yè)循環(huán)冷卻水中氯濃度的實(shí)時(shí)檢測(cè)與管理，不僅有助于保障系統(tǒng)的消毒效果，還能延長(zhǎng)設(shè)備壽命、降低運(yùn)行成本和減少環(huán)境污染。通過(guò)引入自動(dòng)化氯水質(zhì)測(cè)試器與聯(lián)動(dòng)控制系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)精確、連續(xù)、低人力依賴的氯濃度管理方案，為工業(yè)企業(yè)提供高效、安全、可持續(xù)的水處理保障。