工业循环冷却水中氯浓度的实时检测与管理方案研究

一、研究背景与意义

工业循环冷却水系统广泛应用于电力、化工、冶金、石化等行业，用于带走设备运行过程中产生的余热。在系统运行中，水体易受到微生物、藻类及沉积物污染，造成换热效率降低、管道腐蚀及设备结垢。为了有效抑制微生物滋生，通常在循环冷却水中投加氯系消毒剂（如次氯酸钠、氯气、二氧化氯等）。

然而，氯的投加量过低会导致消毒不完备，增加生物粘泥风险；投加量过高则可能引发金属腐蚀、增加运行成本，并对排放水环境造成不良影响。因此，实时准确检测并合理管理循环冷却水中的氯浓度，对于保障系统安全、延长设备寿命、降低运行成本和减少环境污染具有重要意义。

二、氯浓度检测原理

目前循环冷却水中氯浓度的检测主要分为两类：

1. 化学试剂比色法（DPD法）

• 原理：利用N,N-二乙基对苯二胺（DPD）与水中游离氯反应生成粉红色化合物，通过光学传感器测量颜色深浅与氯浓度的关系。

• 优点：精度高、成本低、操作简便。

• 缺点：需要定期补充试剂，人工参与较多。

2. 电化学传感法（安培法）

• 原理：水中的氯在传感器电极表面发生氧化还原反应，产生与浓度成正比的电流信号，通过控制与测量实现在线检测。

• 优点：可实现连续、实时、自动化监测。

• 缺点：对水质条件（pH、温度）敏感，需要定期校准。

在工业场景中，通常会将氯水质测试器与自动投氯装置联动，实现“检测—控制—调整"的闭环管理。

三、实时检测与管理方案设计

1. 系统组成

• 检测单元：采用在线氯水质测试器（电化学安培法为主，辅以DPD法验证）

• 控制单元：PLC 或 DCS 控制系统

• 执行单元：自动加药泵（次氯酸钠、二氧化氯等）

• 数据管理单元：工业监控软件（SCADA系统），支持数据存储、趋势分析与报警

2. 实施步骤

1. 前期调研与参数设定

• 分析系统循环水水质特点（pH、温度、浊度、有机物含量）

• 根据行业标准确定目标氯浓度范围（如0.2–0.5 mg/L）

2. 设备选型与安装

• 选用耐腐蚀材料（如PVC、钛合金）制造的传感器，适应循环冷却水的化学环境

• 在循环水回水管线上安装旁路检测装置，保证水流稳定性

3. 联动控制

• 当检测到氯浓度低于设定下限，自动开启加药泵补充消毒剂

• 当浓度高于上限，停止投加并启动报警系统

4. 数据记录与分析

• 系统自动记录氯浓度、投药量、温度等数据

• 通过趋势分析优化投药策略，减少药剂浪费

四、管理措施与维护建议

1. 日常维护

• 每周对传感器进行校准，清除电极表面附着物

• 检查加药泵的运行状态与药剂存储量

2. 应急处理

• 浓度异常时，人工复测并检查加药系统及传感器是否故障

• 对出现大幅波动的系统进行水质综合检测（含pH、电导率、细菌总数）

3. 节能与环保

• 通过精准控制，减少消毒剂过量投加，降低排放水氯残留

• 优化加药时机，如在用水高峰期前预投加，平稳浓度变化

五、参考标准

• GB/T 5750.11-2023 《生活饮用水标准检验方法 消毒剂指标》

• GB/T 50050-2017 《工业循环冷却水处理设计规范》

• 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、结论

工业循环冷却水中氯浓度的实时检测与管理，不仅有助于保障系统的消毒效果，还能延长设备寿命、降低运行成本和减少环境污染。通过引入自动化氯水质测试器与联动控制系统，可以实现精确、连续、低人力依赖的氯浓度管理方案，为工业企业提供高效、安全、可持续的水处理保障。