具体实施方式

为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请具体实施例及相应的附图对本申请技术方案进行清楚、完整的描述。显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

应当理解，术语“包括/包含”、“由……组成”或者任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的产品、设备、过程或方法不仅包括那些要素，而且需要时还可以包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种产品、设备、过程或方法所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括/包含……”、“由……组成”限定的要素，并不排除在包括所述要素的产品、设备、过程或方法中还存在另外的相同要素。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

以下结合附图，详细说明本申请各实施例提供的技术方案。

实施例1

参见图1所示的一种工业循环冷却水的预测方法，该预测方法包括如下的步骤：

步骤S1，从工业循环冷却水的参数中筛选并确定若干个能够表征工业循环冷却水水质的核心参数。

循环水处理监测参数分为几类：1）与结垢趋势相关的，如含盐量、碱度、钙离子浓度、总硬度、浓缩倍率、pH和可溶性二氧化硅等；2）与腐蚀性阴离子浓度及其腐蚀趋势相关的，如电导率、氯离子、铁离子、硫酸根离子、pH、浓缩倍率等；3）与微生物存活发展和微生物腐蚀影响相关的，如 COD、余氯、硫化物、氨氮、细菌总数、悬浮物、浊度；4）水处理药剂相关的，如水稳剂相关的有机磷、与缓蚀剂相关的唑类含量、与含氯氧化剂相关的余氯等。通过大量试验，重点确定了循环水处理检测及控制的核心参数，对循环水核心控制参数定义如下：最直接、最简洁、实质性与循环水三大控制任务相关的参数。按照上述定义，极限碳酸盐硬度、含盐量、浓缩倍率、细菌总数的数量级是循环冷却水处理的核心控制参数。

步骤S2，建立以所述核心参数为自变量的水质变化预判模型和/或水质预警模型。

在步骤S2中，为了更为准确的反应并预测循环冷却水的水质情况，特设置了能够对水质变化进行预测的预测模型，以及能够对水质是否合格进行预警的预警模型，从而实现对循环冷却水处理的自动化以及智能化，提高处理的智能性、前瞻性以及可预测性。

步骤S3，利用在线仪表实时监测并获取工业循环冷却水的核心参数数据表；和/或，通过实验室化验水质获取工业循环冷却水的核心参数数据表。

需要说明的是，上述数据表可以认为是以核心参数为著录项目的多数据表，根据预测需要，还可以设置表征上述核心参数的其他数据表以及相关数据表。

关于在线仪表水质监测，采用在线检测仪表可以减轻化验人员工作量，而且数据传输和保存都更为方便。目前工业循环冷却水系统中常见的在线检测的水质指标主要有：浊度，悬浮物，电导率，总溶固，pH，溶解氧，氧化还原电位等，水处理在线仪器仪表还包含在线油分、COD测定仪，在线磷分析仪，硅分析仪，硬度监测仪，碱度在线分析仪等。

在线仪表水质监测，一方面可以减少工人的工作量，更重要的是可以和循环水阻垢缓蚀剂、杀菌灭藻剂等加药系统的自动控制结合起来。但是在线仪表监测也存在一些问题：一方面，在线仪表需要隔段时间进行仪表校准，以免监测数据误差超出范围；另一方面，在线仪表仅能监测一少部分参数，剩下的水质参数还需进行实验室化验进行监测。

关于实验室化验水质数据监测，传统实验室水质化验和记录都是手工操作，除了国家计量认证的实验室按照相应国家标准进行检验分析的实验室之外，尤其工业企业的大批量现场分析检验中，为了避免误操作或误报，设计了现场化验室的作业流程，通过规范化操作程序及相应数据比对及校验工作，以保障水质分析数据的正确性，减少工作中的错误发生率。

当有水质超标报警或者某项数据变化大预警的时候，即可通过对原因进行筛选，并根据预案采取相应的反馈调节，从而保证了整个循环水系统的正常运行。

需要强调的是，步骤S2和步骤S3的具体顺序可互换，并不做具体限定。

步骤S4，根据所述水质变化预判模型和/或水质预警模型，以及所述核心参数数据表，对所述工业循环冷却水的水质进行预判或预警，从而得出是否合格以及与合格标准的差距等数据，便于后续的处理操作。

该实施例中，通过上述方法步骤，通过构建上述循环水监控方法以及相应体系，从而实现钢铁企业循环水自动监测及控制，实现了对其水质的自动控制及反馈调节，从而提高了循环冷却水的处理效率，保证了水质的稳定性，避免了水资源的浪费。

在一个具体实施方式中，所述步骤2还包括：选择水质判断指数作为水质变化预判模型，其中所述水质判断指数包括如下的任一种：基于碳酸钙溶解平衡的水质判断指数或基于多参数分析的水质判断指数；选择二次指数平均法或二次指数平滑法进行水质预警。

具体的，上述水质判断指数具体包括：

（1）基于碳酸钙溶解平衡的水质判断指数

我国的天然水以重碳酸盐型为主，在循环冷却水系统中的结垢问题也以碳酸为主。以Langelier为代表的大量学者基于碳酸钙的溶解平衡提出了水质稳定性的判断指数，为水质特性的定量化研究奠定了基础。现以目前主要的基于碳酸钙溶解平衡的水质判断指数有Langelier指数 L.S.I.、Ryznar指数R.S.I.、Puckorius指数P.S.I.。

① Langelier指数 L.S.I.

L.S.I. 亦称饱和指数，是1936年Langelier 根据碳酸钙溶解度平衡式提出来的。它指的是水的实际pH与该水在碳酸钙饱和时的pH之差，它反映碳酸钙是否会结晶析出，从而以此来判断水的结垢或腐蚀趋势。

② Ryznar指数R.S.I.

R.S.I. 亦称稳定指数是1944年Ryznar 针对Langelier指数的弊端，在大量实验的基础上提出的半经验性指数。

③ Puckorius指数P.S.I.

P.S.I.亦称结垢指数，是1979年Puckorius提出的用平衡pH代替实际pH以修正Ryznar指数。

表1 水质稳定判断计算公式

表2 L.S.I.,R.S.I.,P.S.I.判断表

（2）基于多参数分析的水质判断指数

随着人们对水质特性的研究，发现实际循环冷却水的水质较为复杂。国内外学者通过大量的研究提出了基于多参数分析的水质判断指数。其中我国学者根据实际的水质情况提出了更符合实际需求的水质判断指数，其考虑的因素更加全面具有重要的实际价值和理论价值。上述的水质判断指数参数具体包括：

①拉森腐蚀指数LR

LR是Larson和Skold在分析大量水对碳钢腐蚀时总结出来的，认为水的腐蚀性与Cl-、SO₄ ^2-和HCO₃ ^-密切相关，随后给出了它的经验公式，其定义如式：

LR=[Cl-] + [SO₄ ^2-]/ CM

式中[Cl^-]水中 Cl^-的浓度，mol/L；[SO₄ ^2-]水中SO₄ ^2-的浓度，mol/L；CM—水中的碱度，mg/L。

水质判断结论如下：LR为1~5时，为一般腐蚀；LR为15~20时，为较严重腐蚀；LR 为30~40时，为严重腐蚀。LR 主要用于对碳钢的腐蚀判断。

②污垢热阻rF

污垢传热系数的倒数称为污垢热阻rF，该值可通过计算得出，也可通过测量得出。目前要求设备传热面水侧污垢热阻值应小于3.44×10-4m2·K/W；污垢热阻可以衡量不同水质产生的污垢程度。

③腐蚀因子F和结垢因子J

腐蚀因子F是指某种水质对碳钢在循环水运行条件下的腐蚀强弱程度，主要与水中的硬度、碱度、氯离子浓度和总溶解盐浓度有关。结垢因子J是指某种水质在特定温度下钙硬和碱度的离子积与该温度下达到平衡时的溶度积的比值，它主要与水中的硬度和碱度有关。

④浓缩倍数差值

浓缩倍数差值法是一种经验方法，以氯离子浓缩倍数和总碱度浓缩倍数差值举例来判断。当差值越大，水质越不稳定，结垢程度越严重。

综上，循环水水质预判模型的设定主要通过历史处理经验及动态模拟实验得到。在水质稳定指标之间的关系变化时，可以直接判断出循环水系统中发生的水质问题，成为技术人员观察循环水系统运行状态的眼睛，帮助现场人员进行运营方案的调整。

另外，水质预警数学模型可从如下两个进行选择：

（1）二次指数平均法

二次指数平均法，是对一次移动平均数再进行第二次移动平均，再以一次移动平均值和二次移动平均值为基础建立的预测模型，计算预测值的方法。如上所述，运用一次移动平均法求得的移动平均值，存在滞后偏差。特别是在时间序列数据呈现线性趋势时，移动平均值总是落后于观察值数据的变化。二次移动平均法，正是要纠正这一滞后偏差，建立预测目标的线性时间关系数学模型，求得预测值。二次移动平均预测法解决了预测值滞后于实际观察值的矛盾，适用于有明显趋势变动的市场现象时间序列的预测，同时它还保留了一次移动平均法的优点。二次移动平均法适用于时间序列，呈现线性趋势变化的预测。

（2）二次指数平滑法

二次指数平滑法是在指数平滑法基础上计算两次平滑值，并在此基础上建立预测模型，对未来数值进行预测的方法。

通过选用某钢铁企业循环水总硬浓度实际值和两种模型预测数值进行一个比较，分别得到预测值和实际值的对比图。

通过对比图可以知道，二次指数平滑法预测精度更高，预测的也更为准确。因此，可优选二次指数平滑法作为预警功能实现的数学模型。

具体的，所述步骤3还包括：对获取的核心参数数据表进行水质参数校验，通过对PH值的校验、硬度的校验或成垢离子的校验，判断水质监测数据是否正确。具体校验公式包括：

（1）PH值的校验

在循环水中，pH和水中的HCO₃ ^-和CO²的浓度的校验关系为：pH=6.35+lg[HCO₃ ^-/61.02]-lg[CO₂/44]。其中，pH的范围为0~14。

（2）硬度的校验

①总硬度≥钙硬度；

② [Ca₂ ⁺/20.04 + Mg₂ ⁺/12.15]*100.09≤总硬度

（3）硬度和成垢离子的校验

[HCO₃ ^-/61.02]<[Ca₂ ⁺/20.04+Mg₂ ⁺/12.15]<[HCO₃ ^-/61.02+SO₄ ^2-/48.03]。

在一个具体的实施方式中，所述预测方法在所述步骤4之后还包括：

步骤5，根据水质预判或预警的情况，对所述工业循环冷却水进行补水或排水处理；和/或，加入如下的至少一种药剂：缓蚀剂、分散剂或杀菌剂。

可选的，所述步骤5中加入药剂的方式包括如下的任一种：根据仪表检测结果自动加药、根据补水量或排污量按比例投加、按照预设时间表投加、根据计算确定的指标投加或手动投加。

具体的有：①根据药剂现场检测仪表反馈检测数据自动加药；②根据循环或直排式冷却塔的补水量按比例投加；③根据补水量或排污量按比例投加；④按时间表投加杀菌剂 ( 每天，每月)；⑤根据电导率或循环倍数控制排污；⑥冷却循环水系统的pH控制；⑦冷却循环水系统的氧化还原电位控制。循环水自动加药控制也可以切换为手动投加，手动启动计量泵后，计量泵一直运行直到手动停止。

循环水自动投加药剂可以通过计算机实时显示投加量，还可以对数据进行自动采集和保存，并生成报表。

在一个具体实施方式，所述步骤5具体包括：

在具体执行处理时，还可以根据不同的控制参数实现对投加量以及投加浓度的控制，具体的：

可以根据水质的总磷、ORP和电导率参数，分别调节缓蚀剂和杀菌剂的投加浓度，通过电导率计算的浓缩倍数反馈调节补水量和排水量；

还根据直接反映腐蚀和结垢倾向的水质稳定参数，调节缓蚀剂和分散剂的药量；

比如，在实际操作中，可综合水质稳定参数如Ryznar稳定指数（R.S.I）等参数，直接反映循环冷却水的腐蚀结垢倾向，根据腐蚀或结垢性的强弱调节加药配方里的阻垢剂和缓蚀剂的药量。

在工业循环冷却水系统中，保证循环水系统稳定运行，可设定Ryznar稳定指数（R.S.I）值在5.5~6.5之间运行。

另外，还可以进行多参数数学计算法调控循环水系统管理，通过水质、水量、水稳、浓缩倍数、所加药剂种类与加量等参数，结合数据库大数据趋势计算，实现循环水系统运行的预警、报警功能，结合设置的预案，自动调整对循环水系统的处理方案。

实施例2

参见图2所示的一种工业循环冷却水的处理装置，该处理装置优选采用实施例1公开的所述预测方法进行处理。该处理装置包括用管道串联的监测仪表或仪器、热交换器、冷却水塔和集水池，各循环冷却水用水系统可以连接到所述集水池上，各仪器和系统的连接顺序可不做具体的限制。

并且，所述集水池上设置有补水管和排污管，上述的串联管路上还接入有药剂添加装置，所述药剂添加装置由控制系统进行控制，所述控制系统还与各监测仪表或仪器进行电性连接，用于获取其参数。

根据控制需要可知，所述控制系统中的软件可以执行上述实施例1中的方法，或者所述控制系统在其他信息系统的控制下实现上述方法。

所述控制系统为工控机和PLC控制器组成的两级控制系统，且所述工控机和所述PLC控制器之间通过设置在所述工控机上的MPI通讯卡实现数据通讯。

具体的，循环水自动加药的控制系统采用计算机缓蚀阻垢剂和杀菌灭藻剂加药泵PLC组成上下两级控制系统，通过插参计算机糟中的MPI通讯卡，实现计算机PLC之间的上下级数据通讯。在系统中，上位机主要承担监测和管理任务，操作平台为windows操作系统。下位机用于实时数据采集和控制，两种药剂的投加由两台计量泵完成。系统需要采集的现场实时数据主要有PH值、循环水电导率、补水电导率、氧化还原电位、补水量、排污量、循环水流量、集水池液位、入口温度和出口温度共10点信号。

根据图2可知，所述药剂添加装置包括缓蚀剂添加单元、分散剂添加单元和杀菌剂添加单元。

所述工控机上还设置有看门狗定时器和异常处理模块，以克服由于异常原因使机器死机，从而导致系统处于瘫痪的致命问题，提高了系统的可靠性。

以下以某大型钢铁企业净环系统为例，详细说明上述实施例的操作过程。其中，基础数据见表3，补充水水质和循环水水质分别见表4和表5，循环水系统水质控制要求见表6，日常运行监控指标见表7。

表3 循环冷却水系统基础数据表

表4 循环冷却水系统补充水水质表

表5 循环冷却水系统循环水水质表

表6 循环冷却水系统水质控制要求

表7 日常运行在线监控指标

缓蚀阻垢剂自动投加

缓蚀阻垢剂的自动控制投加是通过控制总磷的浓度来实现的。将化学水处理方案中的循环水总磷控制范围在电脑上进行设置，控制器根据总磷仪测量值控制加药计量泵的启停。

杀菌剂自动投加

氧化杀菌剂的自动投加是通过在线的ORP值来实现的，在电脑上设置ORP上下限，通过测量值自动控制次氯酸钠杀菌剂投加。

浓缩倍数在线监控

循环冷却水水现场选用的是通过在线监测补水电导率和循环水电导率，实时计算循环水浓缩倍率，并通过浓缩倍率进行连续式自动化排污。

此外，循环水系统可以通过采用在线浊度仪、在线PH值等仪表进行相关监测，如果有需要，可以进一步监控旁滤装置的运行，使得循环水长期达标并保持稳定。

以上所述仅为本申请的实施方式，并非用于限定本申请的保护范围。凡在本申请的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进、扩展等，均包含在本申请的保护范围内。