磁翻板液位計在WQ39回潮筒熱水裝置的改進
日期:2020-03-10 來源: 作者:
摘 要 為解決WQ39回潮筒熱水裝置在生產過程中故障率高、加熱元件工作時現場震動及噪聲大、水罐內部維修保養不便以及水溫波動大等問題,對其進行設計改進:設計水箱代替水罐;將環形加熱管改成蒸汽噴射器;將磁翻板液位計改成浮球液位計;將氣動角閥改成帶定位器的氣動控制閥。熱水裝置改進完成后,熱水裝置的故障發生率降為0,現場震動及噪聲極大地減小,水溫波動由平均4.2℃降低到1.2℃。
引言
在煙葉制絲過程中,葉絲超級回潮工序主要用于提高葉絲含水率和溫度,同時改善和提高葉絲的感官質量。江蘇常州智思公司生產的WQ39型葉絲超級回潮筒在國內煙草企業中應用廣泛,具有良好的回潮效果,但普遍存在生產過程中加水系統的熱水裝置故障率高、水溫加熱時水罐震動及噪聲大、水罐內部不便于維修保養以及水溫波動大等問題。近年來,隨著煙草加工工藝向精細化方向發展,設備對工藝指標保障能力的要求不斷提高。為此,對熱水裝置進行設計改進,以期解決其存在的問題,確保葉絲超級回潮筒加水系統的穩定性。
1存在的問題
WQ39型葉絲超級回潮筒的熱水裝置于2004年4月投入生產使用,主要由水源、蒸汽源、角閥、手動截止閥、環形加熱管、溫度傳感器和磁翻板液位計等組成。改進前熱水裝置管路示意圖如圖1所示。

其工作過程為:
(1)當生產系統啟動后,水罐進水角閥2開啟,當達到水罐設定液位8時,關閉角閥2停止水罐補水;
(2)同時開啟蒸汽角閥4給水加熱,當溫度5達到設定值時,關閉蒸汽角閥;
(3)生產過程中,當水位低于設定液位持續20s后,水罐補水重新開始;
(4)水位到達后,如果水溫未達到設定值,開啟蒸汽閥門給水加熱。
通過多年的使用,總結出熱水裝置在生產使用過程中存在以下問題。
1.1熱水裝置的故障頻次高
經過對設備故障記錄的查詢,統計出上一年度因熱水罐裝置造成的設備故障情況如表1所示。

1.2加熱元件工作時,震動和噪聲大
熱水裝置的加熱元件工作時,熱水罐的震動很大;同時,蒸汽與水混合時發出的噪聲很大。
1.3水罐內水溫波動大
根據生產標準設定水溫為85℃,進行了10次測試,平均水溫為89.2℃(見表2),超出了設定溫度4.2℃。

2造成問題的原因
2.1水罐設計不合理
水罐的開口為200mm,造成了罐體內部元件維修及水垢清理的不便。
2.2加熱元件選用不當
熱水裝置的加熱元件為環形加熱管,該元件將蒸汽直接注入水中給水加熱,屬于簡易的加熱方式。工作時,注入的蒸汽造成罐體的震動以及對水罐內壁的沖刷,造成水罐的安裝接口處經常出現破損泄漏;蒸汽與水混合時發出極大的噪聲;直接給水加熱造成水溫分層。
2.3磁翻板液位計選用不當
熱水停留在水罐中容易產生水垢,而磁翻板液位計的磁性浮子位于與水罐連通管道內,當水垢產生后清理不及時,容易造成浮子卡死。這樣液位檢測失效,造成水罐持續補水。
2.4水溫控制簡單
熱水裝置水溫控制為簡單的開關量控制,未充分考慮溫度控制的滯后性,造成水溫控制實際值超過設定值,水溫波動大。
3硬件改進方案
針對造成熱水裝置問題的原因,提出了以下改進原則:為了改進后水罐便于維修和保養,確定把水罐改成水箱;為解決水溫分層以及設備震動,確定把環形加熱管更換為蒸汽噴射器;為解決液位檢測失效,確定把磁翻板液位計更換為浮球液位計;為解決水溫控制波動大,把蒸汽進汽角閥改為帶定位器的氣動控制閥,以便調節蒸汽進汽量。
結合硬件改進原則,設計出熱水裝置的管路圖,其管路示意圖如圖2所示。

改進后的熱水裝置主要由水源、蒸汽源、帶定位器的氣動控制閥、手動截止閥、蒸汽噴射器、溫度傳感器、浮球液位計、水箱以及溢流管路等組成。其工作過程為:
(1)當生產系統啟動后,水箱進水角閥2開啟,當達到水箱設定液位8時,關閉角閥2停止給水箱補水。
(2)同時開啟水箱水溫PID控制。
(3)生產過程中,當水位低于設定液位持續10s后,水箱補水重新開始;水位到達后,如果水溫未達到設定值,開啟水箱水溫PID控制。
(4)水箱多余的水從溢流管道流出。
4改進方案實施
根據改進方案,熱水裝置進行了以下的方案實施。
4.1水罐改進
為解決原熱水罐存在維修和保養不方便的問題,設計一個帶檢查窗的水箱替換水罐。通過現場測量熱水罐的外形尺寸為600mm×900mm,液位元件的檢測高度為700mm,計算出熱水罐的容積大約為0.2m3。為降低水箱蒸汽進汽閥及冷水進水閥開啟的頻次,結合安裝現場的空間條件,決定把水箱的容積增加到0.4m3,因而水箱的外形尺寸設計為1?。埃埃埃恚?times;600mm×800mm,液位元件的檢測高度為670mm。
4.2加熱元件改進
環形加熱管將蒸汽直接注入水中給水加熱,易造成罐體震動,進而損壞罐體連接部位,加熱工作時現場噪聲大。因而選用斯派莎克蒸汽噴射器代替環形加熱管,蒸汽噴射器可以使水與蒸汽在其內部充分混合,確保加熱過程安靜、高效和經濟;同時避免水箱內水溫分層。根據水箱容積,以及利用10min設備預熱時間內把水溫20℃的冷水升到85℃的生產要求。經計算以及查斯派莎克蒸汽噴射器選型圖表可知:在噴射器進口蒸汽壓力為500kPa情況下,斯派莎克蒸汽噴射器IN25M的飽和蒸汽流量為410kg/h可以滿足要求。因而選用此型號蒸汽噴射器。
4.3液位檢測元件改進
磁翻板液位計的磁性浮子位于連通管道中,而連通管道易結垢,常造成磁性浮子卡死,水位檢測不準確。因而將磁翻板液位計更換為浮球液位計,此浮球液位計結構簡單,性能穩定,同時便于檢查維修。
4.4水溫控制執行元件改進
原裝置中水溫控制的蒸汽流量由氣動角閥控制,其不能調節蒸汽進汽量的大小,對水溫控制精度低;因而將其更換為斯派莎克帶定位器的氣動控制閥,其可以調節蒸汽進汽量的大小,提高水箱水溫控制精度。因斯派莎克蒸汽噴射器IN25M的Kv值為9.2,所以選擇斯派莎克EP5定位器、KE73型控制閥(DN25、Kv值為10)和PN5123型執行器來滿足水溫過程控制需要。
4.5水溫控制程序改進
利用西門子S7中SFB41這個功能塊,實現水溫的連續控制,達到降低水溫波動的功能。在SFB41這個功能塊中,合理地設置PID參數,使其達到良好的控制效果。
5應用效果
熱水裝置改進完成后,極大地降低了由其引發的設備故障,到目前為止未發生一次設備故障;降低了加熱元件工作時水箱的震動和噪聲;提高了水溫的控制精度。在設定水溫為85℃情況下,進行了10次測試,平均水溫為86.2℃(表3),水溫的波動情況由改進前4.2℃降低到1.2℃。

6結論
對于提供蒸汽動力源的生產設備需要使用熱水時,都可以選用此水溫加熱裝置。首先根據生產工序的要求和理論計算結果,確定水箱尺寸、蒸汽噴射器型號以及帶定位器的氣動控制閥的型號;其次,對于系統中存在的計量檢測儀表,為保證其計量檢測精度,需要嚴格按照設備安裝標準進行安裝;再次,根據現場空間情況,選擇合理的安裝布局;zui后,設計出水溫控制的控制程序,優化PID參數,實現水溫控制精度。
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