溶解氧在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

【摘 要】鍋爐供水中的溶解氧是鍋爐給水系統(tǒng)的主要腐蝕性物質(zhì)，給水系統(tǒng)中的溶解氧應(yīng)當(dāng)迅速得到清除，為有效去除鍋爐供水中的溶解氧，除氧器通過(guò)通入過(guò)量飽和蒸汽，使溶解氧有效祛除。本文通過(guò)研究一種溶解氧在線監(jiān)測(cè)裝置，在保證有效祛除溶解氧的同時(shí)，減少蒸汽的使用量，提高除氧蒸汽的有效利用。

【關(guān)鍵字】溶解氧;在線監(jiān)測(cè);降溫;PID控制

中圖分類號(hào)： S951.2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 2095-2457（2019）28-0031-001

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.28.010

鍋爐供水中的溶解氧是鍋爐給水系統(tǒng)的主要腐蝕性物質(zhì)，給水系統(tǒng)中的溶解應(yīng)當(dāng)迅速得到清除，否則會(huì)腐蝕鍋爐的給水系統(tǒng)和部件，腐蝕性物質(zhì)氧化鐵會(huì)進(jìn)入鍋爐內(nèi)，沉積或附著在鍋爐管壁和受熱面上，形成難溶而傳熱不良的鐵垢，腐蝕會(huì)造成管道內(nèi)壁出現(xiàn)點(diǎn)坑，阻力系數(shù)增大。[1]國(guó)家規(guī)定蒸發(fā)量≥2T/h的蒸汽鍋爐和水溫大于等于95℃的熱水鍋爐都必須除氧。[2]車間現(xiàn)設(shè)置有兩臺(tái)熱力除氧器，其工作原理是通過(guò)加入過(guò)熱蒸汽，將除氧出水保持在102℃水溫，溶解氧從水中析出，達(dá)到除氧的目的。由于需要加入過(guò)量蒸汽，造成蒸汽浪費(fèi)，不利于精益生產(chǎn)，因此設(shè)計(jì)一種根據(jù)溶解氧含量動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)蒸汽使用量的除氧模式，提高蒸汽使用效率。

1 溶解氧在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

溶解氧在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)無(wú)法直接安裝于除氧出水管道中，而需要進(jìn)行降溫處理后才能測(cè)量。因此溶解氧檢測(cè)裝置主要考慮降溫裝置和測(cè)量裝置兩個(gè)環(huán)節(jié)。

1.1 降溫裝置

降溫裝置的進(jìn)水溫度取決于鍋爐除氧罐出水的溫度和流經(jīng)降溫裝置的流量決定。為保證計(jì)量的準(zhǔn)確性，溶解氧監(jiān)測(cè)裝置的流量要求500mL/min～600mL/min，鍋爐供水流量在泵的作用下為279.53L/min，為定值。而除氧后鍋爐水溫度為102℃，因此降溫裝置T溫降=T進(jìn)口溫度-T出口溫度=102℃-70℃=32℃。降溫原理進(jìn)行確認(rèn)，鍋爐水進(jìn)入降溫裝置后放出的熱量Q由進(jìn)入裝置的質(zhì)量m，介質(zhì)比熱容c，和溫降△t決定，且有Q=cm△t，因除氧出水的密度與水的密度等同，又有質(zhì)量m，體積v，密度ρ的關(guān)系為m=ρ*v，因此有熱量Q=cρv△t。因單位時(shí)間內(nèi)除氧水的流量取標(biāo)準(zhǔn)上限為600mL/min，溫降△t為32℃，比熱容c為4.2×103J/（kg ℃），密度ρ為1.0×103kg/m3，流量為600mL/min即6×10-4m3/min，因此，每分鐘放熱量為Q目標(biāo)=cm△t=cρv△t=4.2×103J/（kg℃）×（1000kg/m3×6·10-4m3）×32℃=108kJ。S=（2d2+dh）π（2） 設(shè)h/d=k（3）v為常數(shù)。求表面積s極值，即求K為何時(shí)，S有極值。將（3）代入（1）得到：d3=4v/（πk）（4）將（3），（4）代入（2）得到：S=（2d2+dh）π=2（4v/π）2/3k-2/3+（4vπ1/2）2/3k1/3。s對(duì)k求1階導(dǎo)S′，2階導(dǎo)S″：S′=-4/3（4v/π）2/3K-5/3+1/3（4vπ1/2）2/3k-2/3。令S′=0時(shí)，K=4/π，S″=20/9（4v/π）2/3K-8/3-2/9（4vπ1/2）2/3k-5/3。S″=（（256/π）1/3）=0.822>0，則當(dāng)K=4/π時(shí)，S有極小值。因此，只有在K取1.273時(shí)，相同體積的罐材料最省。

已知儀表所需流量為600mL/min，換算冷源為3000mL/min，為保證冷卻效果，確定冷卻罐體為0.03m3，因此，為方便應(yīng)用，導(dǎo)入公式進(jìn)行自動(dòng)計(jì)算。最佳參數(shù)選擇如下表所示：

則確定圓柱型筒體體積為R=18cm，H=40cm。

1.2 測(cè)量裝置

因儀表檢測(cè)介質(zhì)應(yīng)與鍋爐給水流速相同。則鍋爐供水流速為：V=Q/S。V為鍋爐供水管道流速;Q為鍋爐供水管道流量;S為鍋爐供水管道截面積;又有S=πD2/4。即V=4Q/πD2=8.91m/s。因儀表檢測(cè)所需流量一定，為600mL/min，則有Q1=V1*S1。Q1為儀表監(jiān)測(cè)所需流量;V1為鍋爐供水流速;S1為監(jiān)測(cè)罐體進(jìn)口管道截面積;又有S1=πd12/4。帶入公式則d1=11.2mm，根據(jù)通用管徑表，故選用DN15管徑。

2 罐體形狀參數(shù)選擇

已知，儀表的流量定量為600mL/min，即，溶解氧儀表檢測(cè)探頭處的探測(cè)介質(zhì)浸入流量為600mL/min即可。儀表探頭長(zhǎng)度為20mm，因此，小組將進(jìn)入定量罐體的液位每分鐘需流經(jīng)探頭高度。探頭（下轉(zhuǎn)第11頁(yè)）（上接第31頁(yè)）處的高度為d=20mm，即每分鐘管內(nèi)至少需要增加液位20mm。又因體積流量Q恒定在每分鐘600mL。因此，罐體截面積S=Q/V=6×10-4m3/min÷2×10-2m/min=0.03m2。S=πd2/4。因此，得出d=19.5cm。在儀表資料調(diào)查中，發(fā)現(xiàn)因廠商不同，儀表長(zhǎng)度也不同，為保證不限定儀表品牌保證儀表順利安裝，確定罐體高度盡可能大。因此，確定罐體高度與冷卻罐體高度相同，H為40cm。

1.冷源進(jìn)水口 2.冷卻盤管 3.冷區(qū)罐體 4.冷卻罐罐體蓋 5.除氧水進(jìn)水口 6.冷源出水口 7.測(cè)量進(jìn)水口 8.監(jiān)測(cè)儀表 9.監(jiān)測(cè)后除氧出水口 10.儀表安裝口

3 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

加入溶解氧檢測(cè)探頭后由除氧罐溫度過(guò)度補(bǔ)償調(diào)整為按需供應(yīng)。溶解氧探測(cè)器對(duì)除氧罐出水獲取溶解氧數(shù)據(jù)，首先對(duì)溶解氧數(shù)據(jù)進(jìn)行異常判斷，如果數(shù)據(jù)大于一個(gè)異常數(shù)據(jù)值時(shí)，需要對(duì)溶解氧探測(cè)器進(jìn)行故障確認(rèn)與維護(hù)，當(dāng)數(shù)據(jù)正常時(shí)，根據(jù)出水溶解氧容量通過(guò)PID來(lái)動(dòng)態(tài)調(diào)整除氧罐蒸汽閥門開(kāi)度，當(dāng)溶解氧濃度下降至零后閥門關(guān)閉。[3]

4 結(jié)語(yǔ)

本文提供了一中用于鍋爐供水中的溶解氧檢測(cè)裝置，該裝置將原有除氧罐過(guò)度補(bǔ)償保證鍋爐供水中溶解氧為零的方式，優(yōu)化為根據(jù)供水水質(zhì)動(dòng)態(tài)調(diào)整除氧閥門控制。實(shí)現(xiàn)了蒸汽的高效、節(jié)能利用。

【參考文獻(xiàn)】

[1]楊曉飛，潘仲達(dá)，郝晉堂.給水系統(tǒng)腐蝕沉積原因分析及控制建議[J].山西電力，2011（06）.

[2]孫亞勤，丁聰.淺談水處理對(duì)工業(yè)鍋爐節(jié)能的影響和相關(guān)措施[J].化學(xué)工程與裝備，2017（11）.

[3]楊川.濟(jì)南卷煙廠能耗數(shù)據(jù)管理與可視分析軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D].山東大學(xué)，2014.