基于bp人工神经网络的循环工业冷却水水质预测分析

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1、第一章绪论1．1课题研究的背景和意义在人类的生存和发展当中，水是人类生存最基本的资源。水的质量和节约用水己成为城市现代化水平的重要标志n3。然而，在改善人们生活质量，提高生产效率的同时，却又造成了水资源的巨大耗费和污染。事实上，自2001年以来，废水排放总量持续上升，因此控制水质污染和对水资源进行管理已经迫在眉睫。作为用水大户的是工业用水，据统计，1980年在工业上的用水为457亿m3，1997年在工业上的用水为1121亿m3，2010年在工业上的用水为1700亿m3，用水量增长速度实属惊人。另外，2011年，通过监测，我国150

2、0多条河流中有将近三分之二的河流水质受到了不同程度的污染。2012年，工信部发布通知，指出要对水资源管理的制度进行深化，主体是企业，核心是提高用水的效率，加快节水型企业的建设工作。在石油，化工，电力，冶金等工业系统中，其冷却水的用水量占到总工业用水的60％～70％以上陵1。预计2020年我国需要的水资源总量将达到6961亿m3，到时我国将有200亿一一1200亿m3的缺水量。而随着我国工业进程不断的深化，工业所需要的水资源也同步增加，预计2020年将达到1974亿m3。到2010年时，石油化工行业的已经需要72．75亿m3的用水量

3、，在这么多的用水量中，石油炼制的用水量占到五分之一，循环用水是工业用水中最有效的办法。工业总用水量中的85％一90％作为为冷却水使用，在工业用水中起着不可替代的作用，是石化企业生产的根本b1。但循环水在循环利用的同时，水质会恶化，进而造成腐蚀、结垢等水质故障，使生产设备不能正常运行。由此带来的水资源消耗、污染以及效益问题势必日益突出，也与我国“建设节约型社会”的战略目标相违背。工业用水需求增长遭遇水资源供需矛盾已是客观事实，建设节水型企业是大势所趋且刻不容缓。因此，在国家强调“节能减排”的总体目标下，减少水耗的关键点之一是提高循环

4、冷却水系统运行的浓缩倍数(适宜值为5)。除此之外，如何有效地降低工业循环冷却水的耗费以及污染，如何在保证工业循环冷却水水质稳定的同时实现水资源的节约，成为工业企业的战略发展方向之一[4l。本课题以此为出发点，深入地分析各种因素对循环冷却水水质的影响，揭示水质特性变化随机性、周期性以及不确定性，在对水质趋势的分析中引入预测控制的思想，构建实时水质预测模型。通过对循环水水质智能决策方法的研究，开发循环水智能辅助分析平台，最大程度上实现节水降污的目标。这会给经济效益带来巨大的提升，具有重要的理论意义和实际价值。第～章绪论1．2国内外研究

5、现状1．2．1冷却水水质稳定性的研究现状人们对水质的特性开展了大量的研究工作。通常水的结垢和腐蚀的发展趋势用雷兹纳(Ryznar)指数以及朗格利尔(Langelier)指数来表示。1936年，朗格利尔根据水中碳酸溶解的平衡理论，提出了表达式(1．1)，它表示碳酸钙固体与含二氧化碳溶液之间的平衡关系。S．，=pH—pHs(1—1)其中，s．I为饱和指数，pH为水样实测的酸碱度值，pHs为水样饱和的酸碱度值。当s．I>0时，水中会析出碳酸钙固体，属于结垢型水；当S．I<0时，水垢层会被溶解掉，使原材料裸露在水中受侵蚀，属于侵蚀型水；当

6、S．I=0时，水处于饱和状态，属于稳定型水酬。1944年，雷兹纳指出，利用饱和指数(S．I)判断水质时，不能准确的判断，所以，他提出用(1．2)来代替饱和指数(S．I)作为判断水质的依据。R．，=2pHs—pH(1—2)根据表达式(1-2)，当RI<3．7时，水质类型为严重结垢：当3．7<11．1<6．0时，水质处于结垢状态；当ILl≈6．0时，水质处于稳定状态；当6．o7．5时，水质类型为严重腐蚀【101。在文献[11】中，用推动力指数(DFI)来表示碳酸钙的溶解性，它是由McCzul

7、ey所提出。基于溶度积的原理，硫酸钙饱和指数、磷酸钙饱和指数和硅酸盐饱和指数也相继被提出。文献【12】提出了暂时过量ME，ME表示超过溶度积Kso所允许的碳酸钙溶解浓度是应从水中沉淀出来的部分。1972年，通过一系列的研究，临界指数Fl被Feitler提出，由于控制水的实际pH在临界点上很难实现，所以引出了应用指数Ⅵ，各种各样的冷却水系统都可以用FI和X来进行评价【13】。1977年．通过对水质的腐蚀与结垢研究，D．T．MeH枷和R．LSanks提出了CCPP，表示CaC03在水中饱和析出的趋势[141。文献[151指出侵蚀指数A

8、I可鉴定水质对石棉水泥管侵蚀的稳定性，它是由美国水处理工作者协会提出的。在文献[16】指出结垢指数(PSI)是纯经验指数，使用该指数时，实际的酸碱度值被平衡的酸碱度值代替，它是Puckorius于1979年提出的。在实际情况下，循环水的水质情况很复