一、全自动加药装置概述
1.1 冷却水系统
在现代工业生产中，为节约用水资源，各类换热器用水尽可能地采用循环的使用方式，可变直流冷却系统为循环冷却水系统。在此系统中，冷却水用过后不是立即排放掉，而是循环再使用。水的再冷却是通过冷却塔来进行的，在循环过程中部分水在通过冷却塔时不断被蒸发掉，因而水中各种矿物质和离子含量也不断被浓缩增加，当这些矿物质浓缩到一定程度以上时，就会大量析出结晶并沉积在冷凝器铜管内形成水垢，严重影响热交换效率，增加电耗，降低设备使用年限。
所以为了维持各种矿物质和离子含量稳定在某一定值上，必须对系统补充一定量的新鲜水，并排出一定量的浓缩水，通称排污水。这种补充水和排污水的控制，靠人工控制是不及时、不连续和不准确的。通常取水样分析测试，发现指标超标，才通知补水及排污。因而造成补水和排污时间滞后，排污量不准确，导致浪费。若能在冷却、冷冻系统安装一套全自动加药和排污的装置，就可以将浓缩倍数和总硬度、药剂浓度控制在一个平稳的范围内，实现先进和科学的水质稳定控制。这样既可控制硬度，又可节约大量水资源。
1.2加药系统设计原则
该加药设备为2罐2泵式，是完整的药液储存、计量和投加系统。成套设备由溶液箱、计量泵、过滤器，安全阀、背压阀、配套的连接管道、阀门、管件，以及电气、仪表设备等组成。
该加药装置能满足各加药点对加药量的要求。
循环冷却水系统首次投加或大修后第一次投加称为基础投加, 按系统每升投加药剂量如图表：
| 系统流量m3/h | 药剂名称 | 单位 | 每升投加药剂量 | 系统一次投加药剂量kg |
| 1200 | 缓蚀阻垢剂投加 | mg/L | 50mg/L | 80 |
| 氧化杀菌剂投加 | mg/L | 40mg/L | 64 |
| 1000 | 缓蚀阻垢剂投加 | mg/L | 50mg/L | 70 |
| 氧化杀菌剂投加 | mg/L | 40mg/L | 54 |
| 300 | 缓蚀阻垢剂投加 | mg/L | 50mg/L | 25 |
| 氧化杀菌剂投加 | mg/L | 40mg/L | 20 |
| 40 | 缓蚀阻垢剂投加 | mg/L | 50mg/L | 4 |
| 氧化杀菌剂投加 | mg/L | 40mg/L | 3 |
系统稳定运行后，根据具体监测结果来投加药剂，估算每隔48小时投加一次：
| 系统流量m3/h | 药剂名称 | 投加间隔时间（小时） | 每月投加药量（kg ） | 一年投加药剂量kg |
| 1200 | 缓蚀阻垢剂投加 | 48 | 1200 | 14400 |
| 氧化杀菌剂投加 | 48 | 960 | 11520 |
| 1000 | 缓蚀阻垢剂投加 | 48 | 1000 | 12000 |
| 氧化杀菌剂投加 | 48 | 760 | 9120 |
| 300 | 缓蚀阻垢剂投加 | 48 | 400 | 4800 |
| 氧化杀菌剂投加 | 48 | 300 | 3600 |
| 40 | 缓蚀阻垢剂投加 | 48 | 60 | 720 |
| 氧化杀菌剂投加 | 48 | 40 | 480 |
1.3 设备选用及制造要求
- 溶液泵、计量泵、容器等所有设备都是在规范书指定的设计工况下达到最佳性能，同时能在一些非标准工况下正常运行。
- 在所有的流量工况下可安全运行，在各种非标准工况下没有过大的振动、噪音（距设备一米距离不得超过85分贝）。
- 设备安装在一个整体框架上。安装在框架上的设备包括溶液箱、计量箱、计量泵、平台扶梯和就地控制设备及所有的管路、管件、电缆管或桥架、电缆、阀门等配件。
- 计量泵的出口装有压力表，压力表的入口有隔离阀及脉冲减振器。压力表的量程最小高于泵的最大出口压力的25%。
- 每台计量泵的出口将提供安全放泄阀及返回到溶液箱的管道。回液管上应装液体流动指示器。每台计量泵入口管道上设有不锈钢管道过滤器。
- 手动调节计量泵的流量调节范围均为0-100%。
二、全自动加药装置基本原理
2.1 循环水的浓缩倍数
循环冷却水的浓缩倍数是指该循环水的含盐量与其补充水含盐量之比。提高浓缩倍数，可以降低补充水的用量，节约用水；还可降低排污量，减少对环境的污染和废水的处理量，降低废水处理成本。但是，浓缩倍数过高，会使循环水的硬度、碱度和浊度升的太高，水的结垢倾向增大；水中腐蚀性离子（CL-和SO42-）腐蚀性物质（H2S、SO2、NH3）的含量增加，水的腐蚀性增强。因此，冷却水的浓缩倍数并不是愈高愈好。当提高到8倍以上时，节水效果就不明显，在使用水处理剂时一般浓缩倍数控制在4~7倍，每小时节水量占循环量的0.40%，要准确控制浓缩倍数，需设置一套全自动装置才能实施。另外，通过控制浓缩倍数，可以阻止Ca2+、Mg2+离子在冷凝器铜管内结成水垢，保持冷凝器的正常冷却效果，达到节电的目的。
循环冷却水浓缩倍数与节水量关系
| 浓缩倍数 N | 蒸发水量m3/h | 风吹损失m3/h | 总排水量m3/h | 排污水量m3/h | 补充水量m3/h |
| 2 | 9.6 | 0.5 | 9.6 | 9.1 | 19.2 |
| 3 | 9.6 | 0.5 | 4.8 | 4.3 | 14.4 |
| 4 | 9.6 | 0.5 | 3.2 | 2.7 | 12.8 |
| 5 | 9.6 | 0.5 | 2.4 | 1.9 | 12.0 |
结论：水的浓缩倍数越高，节水量越大。对于循环量为1000 m3/h的冷却水系统，冷却水节省量可达0.88吨/时，随着水费和排污费的不断上涨，经济效益非常可观。
2.2循环水加药系统的控制
通过实时监测循环水和补充水中的电导率，并换算成浓缩倍数，此后根据浓缩倍数的控制范围实时开启和关闭排污阀门水泵，凉水塔冷却水池安装有液位计，PLC系统根据液位计的数据，自动打开或关闭补水电动阀；于此同时，控制系统自动监测循环水系统中的补充水的水量，PLC根据设定的程序，结合循环水系统实际的运行情况和泵、药剂特性来指导加药泵加药，完成整个控制过程。
用于控制循环水系统余氯，进而控制系统的微生物繁殖。该值以ppm或mV表示，对应于一定的余氯量。本方案采用ORP监测探头将信号传送到PLC控制器，PLC将实时监测系统的ORP值和根据要求控制的ORP值设定值进行比较，决定氧化性杀菌剂泵的开启或关闭停止。
通过在线PH监测探头，将信号传送到PLC总控制柜的控制器，PLC将实时监测到系统的PH值和根据要求控制的设定值进行比较，决定加酸泵的开启和关闭停止，以此达到所控制系统PH和碱度的目的。
控制系统采用PLC控制
- 循环水加药系统控制系统包括以下控制内容
（1）根据循环水与补充水的电导率，自动控制排污阀水泵开启与关闭停止；
（2）根据液位监测控制补充水阀门的开启与关闭。
（3）根据补充水量自控投加缓蚀阻垢剂；
（4）根据ORP值自控投加氧化性杀菌剂；
（5）根据pH值自控投加硫酸；
（6）根据酸计量箱液位自动控制补充酸液。
- 循环水加药系统控制系统能够显示以下系统参数
（1）在线循环水电导率；
（2）在线补充水电导率；
（3）在线浓缩倍数；
（4）在线补充水流量；
（5）在线冷却塔水池液位显示；
（6）在线ORP值。
（7）在线PH值。
（8）在线阻垢缓蚀剂、氧化性杀菌剂和浓硫酸药箱液位。
- 循环水加药系统安全报警
（1）加药箱低液位报警；
（2）冷却塔水池高低液位报警；
（3）计量泵运行异常报警。
- 循环水加药系统控制系统应具备特点
（1）操作方便、显示清晰。
根据设定的加药量，计量泵精确投加药剂，当加药箱缺药剂时，系统灯光报警，同时停止加药。计量泵状态均能在就地电控箱显示，计量泵还具有手动、自动、停机选择开关，方便系统调试。
（2）安全、规范
所有仪表和控制设备均满足‘三防要求’（防尘、防潮、防腐）
2.3 电导率在线控制
全自动加药装置利用冷却循环水的浓缩倍数（相对应硬度）与循环水的电导率值相对应的关系，由电导率测定仪测得循环水电导率的变化值的信号控制计量泵工作，从而使浓缩倍数（硬度）自动控制在规定值范围内。当超过电导率设定值就会自动排污，避免了手动排水的时间浪费和水资源浪费。该装置的另一个主要功能就是实现对加缓蚀剂投加的自动控制，低过电导率设定值就会有效均匀地控制计量泵的加药量，使循环水中的水处理药剂浓度稳定控制在一定范围内，以保证水处理的良好效果，从而减缓设备、管道的锈蚀，达到延长主机使用寿命的目的。
2.4 PH在线控制/ ORP在线控制
该装置是根据指示电极与参比电极在溶液中测得的电位差再通过电位计转换成PH或MV单位数值来进行控制，使循环水中的溶液稳定控制在一定的范围内，并以数字的方式显示。
2.5 PLC全自动控制
全自动加药装置是根据PH值表检测被测循环水的PH值，一方面以数字的方式显示，另一方面将其转换为标准信号输出至PLC可编程序控制器。 PLC可编程序控制器将输入信号与给定值比较，根据比较结果按一定的算法进行逻辑运算，并输出相对应的电流控制变频器改变加药泵电机的转速，加药泵电机的转速改变达到控制加药量的要求，从而使被控制对象的参数运行在最佳状态。
该系统设有保护功能：当药箱液位为低液位时，有低液位接点信号送至PLC，PLC将不启动加药泵。当加药管道的压力高时，有压力高信号接点送至PLC，PLC将不启动加药泵。
该软件主要由监控软件、编程软件组成,它们能够实现循环水车间工艺的监控、PLC逻辑控制功能以及系统内部、外部的数据接口。
2.6循环水处理系统的控制及仪表要求
循环水车间控制室设置一套PLC，将循环水加药系统、的操作、显示、报警联锁在PLC上 完成。
- 循环水泵房的控制回路点数循环水泵房现场I/0信号数量一览表：
| AI(4～20mA) | 34 |
| TC | 0 |
| RTD | 0 |
| DI | 113 |
| PI | 0 |
| AO(4～20mA) | 15 |
| DO | 42 |
| TOTAL | 204 |
| AI(4～20mA) | |
| DI | 108 |
| RTD | 8 |
| DO | 64 |
| TOTAL | 180 |
2.7循环水控制系统的控制要求
- 采用带LCD显示的上位机（PC）+可编程控制器（PLC）构成的控制系统来对整个工艺系统进行自动控制。
