Sistema de control para un sistema hidráulico industrial.

Un sistema de control (200) para la monitorización y control de la salubridad de una superficie de transferencia de calor en un sistema hidráulico industrial,

que comprende:

un intercambiador de calor que comprende una superficie de prueba; y

un controlador (240); caracterizado porque:

el sistema de control (200) está configurado para medir una temperatura (230) de la superficie más caliente en el sistema hidráulico y determinar un margen de seguridad ΔT respecto a un límite de formación de costras/incrustaciones,

siendo el margen de seguridad ΔT la diferencia entre una temperatura de la superficie de prueba más allá de la cual se produce la formación de costras/incrustaciones y la temperatura (230) de la superficie más caliente en el sistema hidráulico, y en el que el controlador (240) está configurado para comparar la temperatura (230) de la superficie más caliente en el sistema hidráulico y una temperatura de punto de ajuste para la superficie de prueba, y para controlar al menos una variable manipulada (250) para suprimir la formación de costras/incrustaciones en respuesta a la comparación entre la temperatura (230) de la superficie más caliente en el sistema hidráulico y la temperatura del punto de ajuste para la superficie de prueba.

Sistema de control para un sistema hidráulico industrial Campo de la invención

El campo de la invención se refiere a la recopilación y análisis de datos en tiempo real, y la maximización para inhibir la corrosión/formación de costras/incrustaciones y el comportamiento de dispersancia de partículas al tiempo que se minimiza el coste del agua y los compuestos químicos de tratamiento, para así producir un sistema hidráulico industrial más eficaz y eficiente. En particular, se refiere a controles en tiempo real para sistemas hidráulicos industriales, tales como pero no limitados a, sistemas hidráulicos de refrigeración, sistemas de caldera, sistemas de recuperación de agua y sistemas de purificación de agua.

Antecedentes de la invención

El suministro abundante de agua dulce es esencial para el desarrollo de la industria. Son necesarias enormes cantidades para la refrigeración de productos y equipos, para requisitos de procesamiento, para la alimentación de calderas, y para el suministro de agua potable y sanitaria. Cada vez es más evidente que el agua dulce es una fuente valiosa que se debe proteger mediante una gestión, conservación, y uso adecuados. Con el fin de garantizar un suministro adecuado de agua de alta calidad para uso industrial, se deben implementar las siguientes prácticas: (1) purificación y acondicionamiento previos al uso por el consumidor (potable) o uso industrial; (2) conservación (y reutilización cuando sea posible); (3) tratamiento de aguas residuales.

El poder disolvente del agua puede plantear un riesgo importante para los equipos industriales. Las reacciones de corrosión provocan la disolución lenta de metales por el agua y, eventualmente, el fallo estructural del equipo de procesos. Las reacciones de deposición, que producen costras en las superficies de transferencia de calor y provocan la pérdida de producción, representan un cambio en el poder disolvente del agua a medida que se modifica su temperatura. El control de la corrosión y de la formación de costras es un aspecto importante de la tecnología del tratamiento del agua.

Los sistemas hidráulicos industriales típicos están sometidos a variaciones considerables. Las características de la composición del agua pueden cambiar con el tiempo. La brusquedad y el grado de cambio dependen de la fuente de agua. Las pérdidas de agua en un sistema de recirculación, las variaciones en las velocidades de producción, y los caudales de la alimentación química introducen variaciones en el sistema y, por tanto, influyen en la capacidad para mantener el control adecuado del sistema.

Normalmente, dado un contenido de iones calcio particular en el agua, se usa un tratamiento que consiste en un ortofosfato inorgánico, junto con un polímero soluble en agua, para formar una película protectora sobre las superficies metálicas en contacto con los sistemas acuosos, en particular los sistemas de refrigeración con agua, para así protegerlos de la corrosión. El polímero soluble en agua es crítico para controlar la cristalización del fosfato de calcio, de forma que se puedan mantener niveles de ortofosfato relativamente elevados en el sistema para conseguir la protección deseada sin que se produzcan incrustaciones o se impidan las funciones de transferencia de calor, que normalmente se producirían con la deposición de fosfato de calcio. Los polímeros solubles en agua también se usan para controlar la formación de sulfato de calcio y carbonato de calcio y además para dispensar particulados para proteger la eficiencia global de los sistemas hidráulicos.

La patente de Estados Unidos n2 5.171.45 estableció un reconocimiento simplificado de que el fenómeno de formación de costras o corrosión en torres de refrigeración se puede inhibir mediante la selección de un polímero adecuado, o combinación de polímeros, como agente de tratamiento. Esto se basa en las pérdidas del polímero activo como consecuencia del agotamiento debido a la formación de la película protectora sobre el equipo o a la evitación de depósitos mediante adsorción sobre impurezas sólidas para impedir la aglomeración o al crecimiento de cristales de particulados que se pueden depositar sobre el equipo. En esta patente, el polímero activo se define como el polímero medido por sus etiquetas de fluorescencia, y la pérdida de polímero activo se define mediante el uso de un trazador químico inerte (medido de la concentración total de producto) y restando la concentración de polímero activo como indica el nivel de polímero etiquetado. Así, el control de la corrosión y la formación de costras se consiguen mediante el control del polímero activo a un nivel al cual no son excesivas las pérdidas de componente activo.

En la patente de Estados Unidos n2 6.153.11 se definió la eficiencia de inhibición del polímero, es decir, la relación de nivel de polímero libre a nivel de polímero total. En la definición de los niveles de polímero libre y total, inicialmente se excluyó la pérdida de polímero del sistema no detectada en la toma de muestras en el sistema hidráulicos, y a continuación el polímero libre se definió como polímero sin reaccionar, y el polímero unido se definió como polímero asociado a partículas inhibidas (que funciona como inhibidor de costras) y polímero absorbido sobre costras sin depositar (que funciona como dispersante). El polímero libre y el polímero unido juntos comprenden el polímero total presente en el sistema hidráulico. Se estableció una correlación entre el porcentaje de eficiencia de inhibición del polímero y el porcentaje de inhibición de costras, y entre el porcentaje de eficiencia de inhibición del polímero y el porcentaje de dispersión particulada. Así, se consiguió el control de la formación de costras y de la deposición controlando el nivel de polímero libre a nivel de polímero total a una relación necesaria.

La patente de Estados Unidos n2 5.171.45 y la patente de Estados Unidos n2 6.153.11 adoptaron un punto de vista muy simplificado de los problemas a abordar. En realidad, los factores principales para el control de la formación de costras son el pH, la dureza y la temperatura, mientras que el polímero es el factor secundario. Véase, por ejemplo, la Tabla I dada a continuación, que muestra diferentes concentraciones de polímero activo necesarias a niveles de pH diferentes. Al no controlar el efecto primario del pH sobre la formación de costras, en caso de incrementar el pH, la falta de control da lugar a un consumo de polímero poco rentable.

Tabla I

Además, los presentes inventores se han hecho notar que las variables controladas en la patente de Estados Unidos n2 5.171.45 y la patente de Estados Unidos n2 6.153.11 no tienen relación directa con los parámetros de rendimiento clave específicos de sitio tales como la corrosión y la formación de costras. Cada sistema hidráulico industrial es único. En sistemas en funcionamiento, el tratamiento adecuado con frecuencia requiere el ajuste constante de la química para cumplir los requisitos de unas condiciones del sistema muy cambiantes. Aquello que es un objetivo adecuado de pérdida de polímero o de porcentaje de eficiencia de inhibición del polímero para un sistema en un momento puede no ser adecuado para el mismo sistema en otro momento o para otro sistema. Sin la medición directa del comportamiento, el control de la concentración de polímero no proporciona ninguna garantía del comportamiento específico de sitio.

Una tercera cuestión con los procesos disponibles actualmente es que el control de la concentración de polímero, y de sus derivados tales como la pérdida de polímero y el porcentaje de eficiencia de inhibición del polímero, no pueden detectar la formación localizada de costras en superficies calientes, que únicamente está correlacionada con la cantidad absoluta de pérdida de polímero sobre superficies específicas. Cuanto menor sea la superficie, mayor es el volumen del sistema, y menos probable es que la cantidad absoluta de pérdida de polímero debido a la formación de costras localizada se vea reflejada en cambios en la concentración de polímero. Por ejemplo, en una unidad de ensayo de laboratorio de 3 I, un tubo caliente de ,5 de diámetro y 5 de longitud presenta muchas costras. Aun así, la pérdida absoluta de polímero en la superficie dividida por el volumen del sistema no se ve reflejada en el cambio en la concentración de polímero. Por ejemplo, si se aplica la misma... [Seguir leyendo]

1. Un sistema de control (2) para la monitorización y control de la salubridad de una superficie de transferencia de caloren un sistema hidráulico industrial, que comprende:

un intercambiador de calor que comprende una superficie de prueba; y un controlador (24); caracterizado porque:

el sistema de control (2) está configurado para medir una temperatura (23) de la superficie más caliente en el sistema hidráulico y determinar un margen de seguridad AT respecto a un límite de formación de costras/incrustaciones,

siendo el margen de seguridad AT la diferencia entre una temperatura de la superficie de prueba más allá de la cual se produce la formación de costras/incrustaciones y la temperatura (23) de la superficie más caliente en el sistema hidráulico,

y en el que el controlador (24) está configurado para comparar la temperatura (23) de la superficie más caliente en el sistema hidráulico y una temperatura de punto de ajuste para la superficie de prueba, y para controlar al menos una variable manipulada (25) para suprimir la formación de costras/incrustaciones en respuesta a la comparación entre la temperatura (23) de la superficie más caliente en el sistema hidráulico y la temperatura del punto de ajuste para la superficie de prueba.

2. El sistema de control (2) de acuerdo con la reivindicación 1, en el que la al menos una variable manipulada (25) es un caudal de alimentación de un producto químico en un sistema acuoso en el sistema hidráulico industrial o una concentración química del producto químico en el sistema acuoso.

3. El sistema de control (2) de acuerdo con la reivindicación 2, en el que el producto químico es un polímero antiincrustaciones o anti-costras.

4. El sistema de control (2) de acuerdo con la reivindicación 2, en el que el producto químico modifica el pH del sistema acuoso.

5. El sistema de control (2) de acuerdo con la reivindicación 3, en el que el controlador (24) está configurado para incrementar el caudal de alimentación del polímero cuando la temperatura (23) de la superficie más caliente en el sistema hidráulico es inferior a la temperatura del punto de ajuste de la superficie de prueba y para reducir el caudal de alimentación del polímero cuando la temperatura (23) de la superficie más caliente en el sistema hidráulico es superior a la temperatura del punto de ajuste de la superficie de prueba.

6. El sistema de control (2) de acuerdo con la reivindicación 1, en el que

el controlador (24) está configurado para recopilar los datos relacionados con al menos una alteración medida (21), la al menos una variable manipulada (25) y una diferencia de temperatura entre la temperatura (23) de la superficie más caliente en el sistema hidráulico y la temperatura del punto de ajuste, y para utilizar los datos y correlaciones dinámicas predeterminadas entre la al menos una alteración medida y la diferencia de temperatura y entre la al menos una variable manipulada y la diferencia de temperatura para construir un índice de comportamiento que comprende una suma ponderada asociada a los valores previstos presentes y futuros de la diferencia de temperatura y un índice de costes que comprende una suma ponderada de los costes predichos presentes y futuros asociados a la al menos una variable manipulada (25), y en el que el controlador (24) está configurado para ajustar la al menos una variable manipulada (25) para maximizar simultáneamente el índice de comportamiento y así reducir los valores presentes y futuros de la diferencia de temperaturas, y minimizar el índice de costes y así reducir los costes predichos presentes y futuros.

7. El sistema de control (2) de acuerdo con la reivindicación 6, en el que la maximización del índice de comportamiento y la minimización del índice de costes tiene en cuenta limitaciones de comportamiento para garantizar el comportamiento adecuado del sistema de control.

8. El sistema de control (2) de acuerdo con la reivindicación 6, en el que la al menos una variable manipulada (25) es un caudal de alimentación de un producto químico en un sistema acuoso en el sistema hidráulico industrial o una concentración química del producto químico en el sistema acuoso.

9. El sistema de control (2) de acuerdo con la reivindicación 8, en el que el producto químico es un polímero antiincrustaciones o anti-costras.

1. El sistema de control (2) de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9 en el que el sistema hidráulico industrial es un sistema de recirculación.

11. El sistema de control (2) de la reivindicación 1, en el que el sistema hidráulico industrial es un sistema de una torre de refrigeración o un sistema de caldera.

12. El sistema de control (2) de la reivindicación 6, en el que la al menos una alteración medida (21) comprende al menos una seleccionada del grupo que consiste en: cambios en la composición de la fuente de agua, pérdidas de

agua en el sistema de recirculación, cambios en las velocidades de producción, cambios en el entorno, y cambios en la estructura del sistema.

13. El sistema de control de la reivindicación 1, en el que la al menos una variable manipulada comprende al menos una seleccionada del grupo que consiste en: caudales de alimentación de productos químicos, caudal de flujo de

agua auxiliar, caudal de flujo de agua de purga, y caudal de flujo de agua de recirculación.

14. El sistema de control de la reivindicación 6, en el que una o más funciones de transferencia dinámica correlacionan la al menos una alteración medida y la diferencia de temperatura.

15. El sistema de control de la reivindicación 6, en el que una o más funciones de transferencia dinámica correlacionan la al menos una variable manipulada y la diferencia de temperatura.