一种冷却塔智能自洁防垢控制方法与流程

本发明涉及防垢维护控制，且更为具体地，涉及一种冷却塔智能自洁防垢控制方法。

背景技术：

1、随着工业化的持续推进和热交换技术的广泛应用，冷却塔作为一种常见的工业设备，在电力、化工、冶金、高端制造等行业中得到了广泛的应用。冷却塔通过水的循环流动和蒸发实现从高温系统中移除热量的目的，有效保障了工业设备的正常运行以及作业环境的热平衡。然而，冷却塔长时间运行过程中通常会伴随水质变化、高温蒸发及物质沉积等复杂物理化学过程，从而导致水循环系统内壁、填料等组件上生成不均匀的垢层，从而产生热阻增加、流速下降、能效降低等问题。为了解决冷却塔内结垢问题，当前的研究与实践中提出了多种技术方法。例如，物理方法包括采用高频震荡、超声波振荡装置干扰结垢过程；化学方法则主要利用水质调节剂、阻垢剂等药剂来延缓垢层生成；机械方法是通过周期性的清洗作业直接移除垢层。这些方法在一定程度上提高了冷却塔的运行效率并延缓结垢速率，但其通用适应性、经济性和智能化效果均有待进一步优化。

2、现有冷却塔的防垢与自清洁技术仍存在一系列亟需解决的技术问题。一方面，冷却塔内部结垢分布具有高度时空非均匀性，现有技术未能针对性地评估结垢风险空间分布及时间动态变化，缺乏有效的监测和预警手段。另一方面，常规清洗清洁方式通常采用固定周期、全覆盖清洗作业，对于高垢积区域无法重点关注，导致清洗资源浪费严重且高垢区域清洗效果不佳。同时，部分技术依赖的清洗强度或者阻垢剂投加剂量方案缺乏科学依据，难以有效匹配实际结垢情况而实现精准控制。特别是随着冷却塔规模的不断提升与其运行环境的复杂化，现有技术对区域动态调控和全局自洁优化的技术需求日益凸显。

技术实现思路

1、为了解决上述技术问题，本发明提供了一种冷却塔智能自洁防垢控制方法，可一定程度上解决由于无法准确获知冷却塔内部结垢情况，未能实现不同区域结垢风险动态评估及清洁力度合理分配，导致清洗资源浪费、高垢积区域清洗效果较差，以及清洗控制缺乏精准性的问题。

2、根据本发明的一个方面，提供了一种冷却塔智能自洁防垢控制方法，其包括：

3、获取冷却塔内多个监测点的水温、流速、电导率、ph值时序数据，经空间网格化后进行成垢动力学推理，得到各网格单元包含瞬时风险与累积风险信息的垢层生长特征；

4、对各网格单元的峰值幅度与累积积分量进行综合量级排序，生成垢层生长强度空间分布图，识别高垢积区域并统计其空间连续分布范围与面积占比，得到垢层空间聚集度；

5、将垢层空间聚集度与历史清洗效果记录进行匹配，构建清洗强度与垢层去除率的映射函数，生成对不同垢积等级区域分配不同清洗强度的分区清洗方案；

6、根据分区清洗方案生成各区域的自洁触发时刻与清洗持续时间，优先触发高垢积区域自洁操作，将清洗强度参数转换为控制指令输出至执行机构。

7、进一步地，所述成垢动力学推理基于溶液化学平衡和结晶动力学原理计算成垢离子过饱和度和结晶驱动力；

8、以碳酸钙为例，所述过饱和度计算公式表示为：

9、

10、其中，为时刻位置的碳酸钙过饱和度，为离子活度修正系数，为钙离子浓度，为碳酸根离子浓度，为温度下的溶度积常数，为ph值偏离敏感度参数，为流速对离子活度影响的阻尼参数，为实测ph值与沉淀平衡ph值的差值，为水流速度。

11、进一步地，所述结晶驱动力的计算公式表示为：

12、

13、其中，为基准结晶速率常数，为碳酸钙的摩尔质量，为过饱和度对结晶速率的非线性响应指数，为成核活化能，为通用气体常数，为水温，为临界流速，为离子有效扩散系数，为传质peclet数修正系数，为特征长度。

14、进一步地，所述综合量级排序包括：

15、将各时刻逐点计算的结晶驱动力按时间顺序连接，生成结晶驱动力时序曲线；

16、基于所述结晶驱动力时序曲线提取峰值幅度；对所述结晶驱动力时序曲线进行时间积分得到累积积分量；

17、将所述峰值幅度与所述累积积分量分别归一化后按加权求和计算综合成垢量级评分；所述加权求和的权重通过历史垢层厚度分布数据标定；

18、将不同权重组合的评分结果与实际垢层厚度计算皮尔逊相关系数，选取相关系数最高的权重组合，按综合成垢量级评分从高到低对所有网格单元进行排序。

19、进一步地，所述垢层空间聚集度定义为连续区域数量除以单个连续区域平均包含的网格单元数量；

20、所述连续区域通过空间连通性分析确定，判定准则为相邻网格单元在三个方向坐标差值的绝对值均不超过单个网格单元尺寸的一点五倍。

21、进一步地，所述映射函数的计算公式为：

22、

23、其中，为映射函数预测的垢层去除率，为综合清洗强度参数，为综合清洗强度参数趋近无穷大时垢层去除率的理论上限值；为逻辑函数陡度系数，为逻辑函数中点位置，为对数修正项系数，为对数修正项的饱和抑制系数，为历史数据置信度调节系数，为历史清洗记录中综合清洗强度参数的算术平均值；为历史清洗记录中综合清洗强度参数的标准差。

24、进一步地，所述自洁触发时刻通过实时监测各连续区域的垢层生长速率生成，当垢层生长速率达到对应垢积等级的清洗启动阈值时标记为待清洗状态，若多个区域同时达到阈值则按垢积等级从高到低排序，排序第一位区域立即触发自洁，后续区域的触发时刻依次叠加前一区域的清洗持续时间与设备转场时间。

25、根据本发明的另一方面，提供了一种冷却塔智能自洁防垢控制系统，其包括：

26、数据采集模块，用于获取冷却塔内多个监测点的水温、流速、电导率、ph值时序数据，经空间网格化后进行成垢动力学推理，得到各网格单元包含瞬时风险与累积风险信息的垢层生长特征；

27、成垢推理模块，用于对各网格单元的峰值幅度与累积积分量进行综合量级排序，生成垢层生长强度空间分布图，识别高垢积区域并统计其空间连续分布范围与面积占比，得到垢层空间聚集度；

28、方案生成模块，用于将垢层空间聚集度与历史清洗效果记录进行匹配，构建清洗强度与垢层去除率的映射函数，生成对不同垢积等级区域分配不同清洗强度的分区清洗方案；

29、执行控制模块，用于根据分区清洗方案生成各区域的自洁触发时刻与清洗持续时间，优先触发高垢积区域自洁操作，将清洗强度参数转换为控制指令输出至执行机构。

30、与现有技术相比，本发明通过获取冷却塔内多个监测点的水温、流速、电导率、ph值的时序数据，进行空间网格化分析并推理出各网格单元的垢层生长特征，同时生成高垢积区域的分区清洗方案并结合历史清洗效果记录进行匹配优化。实现了对结垢风险的动态评估和不同区域清洗强度的精准分配，使得清洗资源配置更加合理，提高清洗效率，同时有效减缓垢积对冷却塔性能的影响，延长设备使用寿命。

1.一种冷却塔智能自洁防垢控制方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的冷却塔智能自洁防垢控制方法，其特征在于，所述成垢动力学推理基于溶液化学平衡和结晶动力学原理计算成垢离子过饱和度和结晶驱动力；

3.根据权利要求2所述的冷却塔智能自洁防垢控制方法，其特征在于，所述结晶驱动力的计算公式表示为：

4.根据权利要求3所述的冷却塔智能自洁防垢控制方法，其特征在于，所述综合量级排序包括：

5.根据权利要求4所述的冷却塔智能自洁防垢控制方法，其特征在于，所述垢层空间聚集度定义为连续区域数量除以单个连续区域平均包含的网格单元数量；

6.根据权利要求5所述的冷却塔智能自洁防垢控制方法，其特征在于，所述映射函数的计算公式为：

7.根据权利要求6所述的冷却塔智能自洁防垢控制方法，其特征在于，所述自洁触发时刻通过实时监测各连续区域的垢层生长速率生成，当垢层生长速率达到对应垢积等级的清洗启动阈值时标记为待清洗状态，若多个区域同时达到阈值则按垢积等级从高到低排序，排序第一位区域立即触发自洁，后续区域的触发时刻依次叠加前一区域的清洗持续时间与设备转场时间。

8.一种冷却塔智能自洁防垢控制系统，其特征在于，包括：

9.一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1至7中任一项所述的冷却塔智能自洁防垢控制方法的步骤。

10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1至7中任一项所述的冷却塔智能自洁防垢控制方法的步骤。