摘　要　为解决ＷＱ３９回潮筒热水装置在生产过程中故障率高、加热元件工作时现场震动及噪声大、水罐内部维修保养不便以及水温波动大等问题，对其进行设计改进：设计水箱代替水罐；将环形加热管改成蒸汽喷射器；将磁翻板液位计改成浮球液位计；将气动角阀改成带定位器的气动控制阀。热水装置改进完成后，热水装置的故障发生率降为０，现场震动及噪声极大地减小，水温波动由平均４．２℃降低到１．２℃。

 

引言

在烟叶制丝过程中，叶丝超级回潮工序主要用于提高叶丝含水率和温度，同时改善和提高叶丝的感官质量。江苏常州智思公司生产的ＷＱ３９型叶丝超级回潮筒在国内烟草企业中应用广泛，具有良好的回潮效果，但普遍存在生产过程中加水系统的热水装置故障率高、水温加热时水罐震动及噪声大、水罐内部不便于维修保养以及水温波动大等问题。近年来，随着烟草加工工艺向精细化方向发展，设备对工艺指标保障能力的要求不断提高。为此，对热水装置进行设计改进，以期解决其存在的问题，确保叶丝超级回潮筒加水系统的稳定性。

 

１存在的问题

ＷＱ３９型叶丝超级回潮筒的热水装置于２００４年４月投入生产使用，主要由水源、蒸汽源、角阀、手动截止阀、环形加热管、温度传感器和磁翻板液位计等组成。改进前热水装置管路示意图如图１所示。

其工作过程为：

（１）当生产系统启动后，水罐进水角阀２开启，当达到水罐设定液位８时，关闭角阀２停止水罐补水；

（２）同时开启蒸汽角阀４给水加热，当温度５达到设定值时，关闭蒸汽角阀；

（３）生产过程中，当水位低于设定液位持续２０ｓ后，水罐补水重新开始；

（４）水位到达后，如果水温未达到设定值，开启蒸汽阀门给水加热。

 

通过多年的使用，总结出热水装置在生产使用过程中存在以下问题。

１．１热水装置的故障频次高

经过对设备故障记录的查询，统计出上一年度因热水罐装置造成的设备故障情况如表１所示。

１．２加热元件工作时，震动和噪声大

热水装置的加热元件工作时，热水罐的震动很大；同时，蒸汽与水混合时发出的噪声很大。

１．３水罐内水温波动大

根据生产标准设定水温为８５℃，进行了１０次测试，平均水温为８９．２℃（见表２），超出了设定温度４．２℃。

２造成问题的原因

２．１水罐设计不合理

水罐的开口为２００ｍｍ，造成了罐体内部元件维修及水垢清理的不便。

 

２．２加热元件选用不当

热水装置的加热元件为环形加热管，该元件将蒸汽直接注入水中给水加热，属于简易的加热方式。工作时，注入的蒸汽造成罐体的震动以及对水罐内壁的冲刷，造成水罐的安装接口处经常出现破损泄漏；蒸汽与水混合时发出极大的噪声；直接给水加热造成水温分层。

 

２．３磁翻板液位计选用不当

热水停留在水罐中容易产生水垢，而磁翻板液位计的磁性浮子位于与水罐连通管道内，当水垢产生后清理不及时，容易造成浮子卡死。这样液位检测失效，造成水罐持续补水。

２．４水温控制简单

热水装置水温控制为简单的开关量控制，未充分考虑温度控制的滞后性，造成水温控制实际值超过设定值，水温波动大。

 

３硬件改进方案

针对造成热水装置问题的原因，提出了以下改进原则：为了改进后水罐便于维修和保养，确定把水罐改成水箱；为解决水温分层以及设备震动，确定把环形加热管更换为蒸汽喷射器；为解决液位检测失效，确定把磁翻板液位计更换为浮球液位计；为解决水温控制波动大，把蒸汽进汽角阀改为带定位器的气动控制阀，以便调节蒸汽进汽量。

 

结合硬件改进原则，设计出热水装置的管路图，其管路示意图如图２所示。

改进后的热水装置主要由水源、蒸汽源、带定位器的气动控制阀、手动截止阀、蒸汽喷射器、温度传感器、浮球液位计、水箱以及溢流管路等组成。其工作过程为：

（１）当生产系统启动后，水箱进水角阀２开启，当达到水箱设定液位８时，关闭角阀２停止给水箱补水。

（２）同时开启水箱水温ＰＩＤ控制。

（３）生产过程中，当水位低于设定液位持续１０ｓ后，水箱补水重新开始；水位到达后，如果水温未达到设定值，开启水箱水温ＰＩＤ控制。

（４）水箱多余的水从溢流管道流出。

 

４改进方案实施

根据改进方案，热水装置进行了以下的方案实施。

４．１水罐改进

为解决原热水罐存在维修和保养不方便的问题，设计一个带检查窗的水箱替换水罐。通过现场测量热水罐的外形尺寸为６００ｍｍ×９００ｍｍ，液位元件的检测高度为７００ｍｍ，计算出热水罐的容积大约为０．２ｍ３。为降低水箱蒸汽进汽阀及冷水进水阀开启的频次，结合安装现场的空间条件，决定把水箱的容积增加到０．４ｍ３，因而水箱的外形尺寸设计为１　０００ｍｍ×６００ｍｍ×８００ｍｍ，液位元件的检测高度为６７０ｍｍ。

 

４．２加热元件改进

环形加热管将蒸汽直接注入水中给水加热，易造成罐体震动，进而损坏罐体连接部位，加热工作时现场噪声大。因而选用斯派莎克蒸汽喷射器代替环形加热管，蒸汽喷射器可以使水与蒸汽在其内部充分混合，确保加热过程安静、高效和经济；同时避免水箱内水温分层。根据水箱容积，以及利用１０ｍｉｎ设备预热时间内把水温２０℃的冷水升到８５℃的生产要求。经计算以及查斯派莎克蒸汽喷射器选型图表可知：在喷射器进口蒸汽压力为５００ｋＰａ情况下，斯派莎克蒸汽喷射器ＩＮ２５Ｍ的饱和蒸汽流量为４１０ｋｇ／ｈ可以满足要求。因而选用此型号蒸汽喷射器。

 

４．３液位检测元件改进

磁翻板液位计的磁性浮子位于连通管道中，而连通管道易结垢，常造成磁性浮子卡死，水位检测不准确。因而将磁翻板液位计更换为浮球液位计，此浮球液位计结构简单，性能稳定，同时便于检查维修。

 

４．４水温控制执行元件改进

原装置中水温控制的蒸汽流量由气动角阀控制，其不能调节蒸汽进汽量的大小，对水温控制精度低；因而将其更换为斯派莎克带定位器的气动控制阀，其可以调节蒸汽进汽量的大小，提高水箱水温控制精度。因斯派莎克蒸汽喷射器ＩＮ２５Ｍ的Ｋｖ值为９．２，所以选择斯派莎克ＥＰ５定位器、ＫＥ７３型控制阀（ＤＮ２５、Ｋｖ值为１０）和ＰＮ５１２３型执行器来满足水温过程控制需要。

 

４．５水温控制程序改进

利用西门子Ｓ７中ＳＦＢ４１这个功能块，实现水温的连续控制，达到降低水温波动的功能。在ＳＦＢ４１这个功能块中，合理地设置ＰＩＤ参数，使其达到良好的控制效果。

 

５应用效果

热水装置改进完成后，极大地降低了由其引发的设备故障，到目前为止未发生一次设备故障；降低了加热元件工作时水箱的震动和噪声；提高了水温的控制精度。在设定水温为８５℃情况下，进行了１０次测试，平均水温为８６．２℃（表３），水温的波动情况由改进前４．２℃降低到１．２℃。

６结论

对于提供蒸汽动力源的生产设备需要使用热水时，都可以选用此水温加热装置。首先根据生产工序的要求和理论计算结果，确定水箱尺寸、蒸汽喷射器型号以及带定位器的气动控制阀的型号；其次，对于系统中存在的计量检测仪表，为保证其计量检测精度，需要严格按照设备安装标准进行安装；再次，根据现场空间情况，选择合理的安装布局；zui后，设计出水温控制的控制程序，优化ＰＩＤ参数，实现水温控制精度。