[发明专利]使用压电微量天平传感器的装置和方法

说明书

领域

本公开内容涉及含水工业工艺的处理以及含水工业工艺中结垢或诱导的结垢的测量。

背景

含水冷却系统在其操作期间经受压力。许多含水冷却系统采用允许热量经由蒸发从冷却水消散的冷却塔。含水冷却系统的典型的压力包括冷却塔中的矿物结垢累积，从而降低冷却塔和含水冷却系统的效率。特定地，随着含水冷却系统中的热量经由蒸发消散，在剩余水中的矿物结垢的组分变得更浓，这引起矿物结垢在冷却塔的内部上沉淀并且从而产生操作问题和/或降低的效率。典型地影响结垢的已知参数包括结垢物质的浓度、pH、温度、流速、以及在冷却水中存在的阻垢的化学品的浓度。与大部分溶解的物质不同，冷却水中发现的结垢物质的溶解度典型地与温度成反比(即较高的冷却水的温度导致更多结垢)。离子例如Ca⁺⁺和Mg⁺⁺的浓度在含水冷却系统增加循环时提高。为战胜此压力，含水冷却系统典型地被卸料并且补充水被添加到系统中，从而将冷却水的一部分交换成更纯的补充水。

多种类型的监测系统已经被用于含水冷却系统，包括利用电导计的系统，以及并入处理化学品的荧光监测和控制的系统。压电微量天平传感器已经在若干应用中被利用。Kouznetsov等人的美国专利第6,250,140号，其内容通过引用以其整体被并入本文，描述了石英晶体微量天平装置。Nguyen等人的美国专利第6,143,800号；Shevchenko等人的美国专利第6,375,829号；Shevchenko等人的美国专利第6,942,782号；Shevchenko等人的美国专利第7,842,165号；Kraus等人的美国专利第5,734,098号；Duggirala等人的美国专利申请公布第2006/0281191号以及Duggirala等人的美国专利申请公布第2012/0073775号描述了石英晶体微量天平装置和应用。

概述

在第一示例性实施方案中，本公开内容涉及监测含水冷却系统的工艺出错(upset)和恢复的自动化方法。在第二示例性实施方案中，本公开内容涉及用于监测含水冷却系统的剂量和工艺响应的自动化方法。在第三示例性实施方案中，本公开内容涉及用于诊断对使用荧光计地监测的且处理的含水冷却系统中的供水化学的变化的工艺响应的自动化方法。

对于第一、第二、和第三示例性实施方案中的每个，自动化方法包括提供包括冷却水的含水冷却系统；荧光计；能够自清洁的压电微量天平传感器；以及中央控制系统。荧光计和压电微量天平传感器被可操作地连接至含水冷却系统和中央控制系统。至少一种水溶性、阻垢的化学品以一定剂量速率被给料到冷却水中，从而导致冷却水中一定浓度的所述至少一种水溶性、阻垢的化学品。所述至少一种水溶性、阻垢的化学品选自由以下组成的组：天然发荧光的处理化学品、荧光标记的处理化学品、已经被荧光示踪的处理化学品、及其组合。冷却水中所述至少一种水溶性、阻垢的化学品中的至少一种的浓度用荧光计使用荧光计地测量。利用压电微量天平传感器测量含水冷却系统中冷却水的结垢率。响应于荧光测量和测量的结垢率中的至少一种来调整含水冷却系统的至少一个工艺变量。所述至少一个工艺变量选自由以下组成的组：所述至少一种水溶性、阻垢的化学品的剂量速率；冷却水循环速率；阀门开度；流速；体积；液位；冷却水的pH；卸料循环频率；警报的引发；警告的引发；以及其组合。

本公开内容可以涉及包括压电材料、加热器、对电极、以及压力补偿间隔器的压电微量天平传感器的第四示例性实施方案。压电材料具有适于接触液体流的工艺端(processside)和非工艺端。工艺端的至少一部分接合工艺端电极。非工艺端的至少一部分接合非工艺端电极。加热器能够从非工艺端加热压电材料，从而能够实现压电材料的温度控制。对电极具有适于接触液体流且面向压电材料的工艺端的第一表面，以及第二相对表面。对电极位于压电微量天平传感器中以便允许液体流的至少一部分在压电材料的工艺端和对电极的第一表面之间的流动。对电极由导电的耐腐蚀材料构建。压力补偿间隔器可操作地接触对电极的第二相对表面。压力补偿间隔器能够响应于例如将由穿过压电微量天平传感器的液体流产生的压力的变化而压缩和膨胀。