探討鍋爐蒸汽干度計(jì)算系統(tǒng)研究與應(yīng)用

陳波

摘要：現(xiàn)階段鍋爐蒸汽的干度計(jì)算系統(tǒng)成為保證生產(chǎn)順利進(jìn)行的關(guān)鍵，在本次研究中，本文通過(guò)分析鍋爐蒸汽干度實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的必要性后，對(duì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的研發(fā)要點(diǎn)展開(kāi)分析，并提出了數(shù)據(jù)處理的要點(diǎn);最后結(jié)合案例，對(duì)該系統(tǒng)的應(yīng)用方法進(jìn)行分析，希望為進(jìn)一步強(qiáng)化鍋爐蒸汽干度監(jiān)測(cè)水平奠定基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng);蒸汽干度;高效汽液分離裝置

前言：在當(dāng)前煙草行業(yè)生產(chǎn)中，蒸汽具有廣泛的應(yīng)用前景，但是蒸汽帶水現(xiàn)象的出現(xiàn)會(huì)對(duì)正常的生產(chǎn)過(guò)程產(chǎn)生不良影響，例如會(huì)造成系統(tǒng)水錘的安全問(wèn)題，也會(huì)降低設(shè)備換熱工藝的穩(wěn)定性。所以為了能夠更好的適應(yīng)未來(lái)生產(chǎn)要求，則需要開(kāi)發(fā)鍋爐蒸汽干度計(jì)算系統(tǒng)，這也是本文研究的主要目的。

1.鍋爐蒸汽干度實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的必要性

在生產(chǎn)過(guò)程中，維持蒸汽干度穩(wěn)定早已經(jīng)成為保證順利生產(chǎn)的關(guān)鍵，但是在實(shí)際上，因?yàn)檎羝诠艿乐芯哂辛鲃?dòng)特性，所以其干度水平時(shí)刻處于變化過(guò)程中，即使一個(gè)點(diǎn)所持續(xù)記錄蒸汽干度變化中也可以發(fā)現(xiàn)變化。這是因?yàn)檎羝诠艿懒鲃?dòng)過(guò)程中，直管段的蒸汽會(huì)以類似旋風(fēng)的形狀前進(jìn)，受離心力的影響在管道壁表面形成水膜，此時(shí)在遇到彎頭、閥門時(shí)產(chǎn)生撞擊效果，液滴再次形成液膜。同時(shí)因?yàn)檩斔凸艿赖恼羝啥忍幱跁r(shí)刻變化過(guò)程中，液滴粉碎成長(zhǎng)的隨機(jī)性也會(huì)導(dǎo)致干度時(shí)刻變化[1]。針對(duì)這種情況，為了能夠?qū)崿F(xiàn)安全、高質(zhì)量生產(chǎn)，則必須要通過(guò)一定的技術(shù)手段來(lái)獲得穩(wěn)定干度的蒸汽，并配合干度在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)來(lái)識(shí)別不同時(shí)間段的干度變化。

2.鍋爐蒸汽干度的自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

2.1在線自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

考慮到鍋爐蒸汽的干度處于變化狀態(tài)下，所以為了讓能夠時(shí)刻了解蒸汽的干度水平并完成生產(chǎn)工藝的調(diào)整，則需要通過(guò)對(duì)在線自動(dòng)監(jiān)測(cè)的方法來(lái)提取樣本信息，與傳統(tǒng)的手動(dòng)測(cè)量技術(shù)相比，本文所介紹的在線自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)具有顯著優(yōu)勢(shì)，兩者之間的差別與表1所示。

2.2技術(shù)方案研究

在本次研究中，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況確定了鍋爐蒸汽干度計(jì)算系統(tǒng)的技術(shù)方案，主要內(nèi)容包括：（1）在烘絲機(jī)與HT和烘絲機(jī)旁各設(shè)置高效汽液分離系統(tǒng);（2）在高效汽液分離系統(tǒng)在出口位置設(shè)置蒸汽干度在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。

2.2.1高效汽液分離裝置

在本次設(shè)計(jì)中選擇在蒸汽輸送管道上設(shè)置高效汽液分離裝置，這樣管道上的蒸汽可先進(jìn)入高效汽液分離器，在分離之后可以獲得穩(wěn)定的干度蒸汽，之后蒸汽可進(jìn)入到后端的用氣設(shè)備中，其中烘絲機(jī)與HT的運(yùn)行工況資料如表2所示。

高效汽液分離裝置可分為前腔室與后腔室，設(shè)置疏水閥組，并增設(shè)浮球疏水閥，確保分離的冷凝水可順利排出。在設(shè)計(jì)期間通過(guò)分別在前后腔室設(shè)置浮球疏水閥組集水槽處各并聯(lián)熱靜力自動(dòng)排水閥，可以排出冷凝水，且此階段因?yàn)橄到y(tǒng)的壓力較低，所以熱靜力自動(dòng)排水閥的出口無(wú)法連接到冷凝水回水系統(tǒng)中可以直接排出。

2.2.2冷凝水溫度檢測(cè)以及關(guān)斷閥

高效汽液分離裝置的出口位置管道上增設(shè)啟動(dòng)開(kāi)關(guān)閥，前腔室輸水管道上設(shè)置溫度傳感器。本次設(shè)計(jì)中，溫度傳感器可以用于檢測(cè)冷凝水的溫度情況，當(dāng)系統(tǒng)檢測(cè)到冷凝水的溫度較低，則系統(tǒng)會(huì)產(chǎn)生警報(bào)信號(hào)，用戶可選擇手動(dòng)打開(kāi)氣動(dòng)閥，避免設(shè)備在啟動(dòng)后因?yàn)榇罅坷淠M(jìn)入設(shè)備而出現(xiàn)故障。

2.2.3在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

通過(guò)在高效汽液分離裝置的進(jìn)出口位置增設(shè)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠隨時(shí)顯示蒸汽的干度值;在干度在線監(jiān)測(cè)中選擇移動(dòng)式裝置，大屏幕中顯示工作站信息，能夠?qū)崿F(xiàn)以下功能：（1）獲取鍋爐蒸汽干度的實(shí)時(shí)資料;（2）分析干度變化的歷史數(shù)據(jù)軌跡;（3）當(dāng)檢測(cè)蒸汽干度超過(guò)設(shè)定值后會(huì)發(fā)出報(bào)警。

在本次設(shè)計(jì)中，采用成套機(jī)組設(shè)計(jì)的方法，通過(guò)在現(xiàn)場(chǎng)連接管道其詳細(xì)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

2.3蒸汽干度計(jì)算系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理

在在線監(jiān)測(cè)中，通過(guò)明確蒸汽干度計(jì)算系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理標(biāo)準(zhǔn)可以進(jìn)一步增強(qiáng)數(shù)據(jù)處理效果，其中的數(shù)據(jù)處理方法包括以下幾點(diǎn)。

2.3.1流量相等法

為更好的計(jì)算鍋爐蒸汽干度情況，通過(guò)高效汽液分離裝置來(lái)識(shí)別鍋爐出口以及入口的給水流量變化，其中的數(shù)學(xué)模型如公式（1）所示。

在公式（1）中， 代表給水質(zhì)量流量，單位為“t/h”; 為給水節(jié)流元件的孔徑，其單位為“mm”; 為裝置的流量系數(shù); 為給水密度，單位為“kg/m3”; 裝置兩端的壓力差值，單位為“千帕”。

2.3.2兩相流蒸汽干度監(jiān)測(cè)方法

在檢測(cè)蒸汽干度期間，蒸汽兩相流干度檢測(cè)法更是一種切實(shí)可行的檢測(cè)手段，該方法通過(guò)在鍋爐輸出段增設(shè)孔板，在測(cè)量鍋爐的飽和蒸汽兩相流流經(jīng)孔板時(shí)的差壓信號(hào)，配合蒸汽壓力等關(guān)鍵數(shù)據(jù)來(lái)揭示蒸汽干度情況。同時(shí)結(jié)合前文的研究指出，本文所設(shè)計(jì)的在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)能滿足連續(xù)、自動(dòng)以及實(shí)時(shí)干度測(cè)量的要求，并且相關(guān)學(xué)者的研究認(rèn)為，蒸汽干度受到給水流量、出口壓力、蒸汽差壓等多個(gè)因素的影響，其中濕蒸汽通過(guò)鍋爐出口位置的孔板之后可以在孔板的兩側(cè)形成壓力差，可以用于檢測(cè)[2]。

3.應(yīng)用實(shí)例分析

3.1案例背景簡(jiǎn)介

西昌卷煙廠制絲線，現(xiàn)有一套隧道式加溫加濕機(jī)和管板烘絲設(shè)備、一套隧道式梗絲加溫加濕機(jī)和流化床烘梗絲設(shè)備、一套葉片松散回潮和葉片加料設(shè)備，能夠滿足不同時(shí)間段下的生產(chǎn)要求，但是根據(jù)煙草生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)可知，蒸汽的品質(zhì)問(wèn)題會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)品的適度與溫度達(dá)不到預(yù)期標(biāo)準(zhǔn)，生產(chǎn)指標(biāo)的合格率也無(wú)法保證，因此為了能夠有效解決這一問(wèn)題，則需要通過(guò)在線干度計(jì)算系統(tǒng)完成實(shí)時(shí)檢測(cè)。

3.2蒸汽品質(zhì)的在線監(jiān)測(cè)

案例項(xiàng)目在蒸汽干度提升裝置的出口位置增設(shè)了在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)檢測(cè)蒸汽的干度以及過(guò)熱度變化等，通過(guò)可移動(dòng)式設(shè)計(jì)的方法，在屏幕上能夠顯示與蒸汽干度有關(guān)的資料，并實(shí)現(xiàn)以下功能：（1）監(jiān)測(cè)鍋爐蒸汽干度的實(shí)時(shí)品質(zhì);（2）繪制蒸汽品質(zhì)的歷史趨勢(shì)圖;（3）在蒸汽的品質(zhì)超過(guò)預(yù)期值的情況下產(chǎn)生報(bào)警信號(hào)。

3.3蒸汽品質(zhì)在線監(jiān)測(cè)站的設(shè)定

案例項(xiàng)目中，鍋爐蒸汽干度計(jì)算系統(tǒng)的干度精度達(dá)到了±1%，干度監(jiān)測(cè)量程為80%-100%，所適用的運(yùn)行壓力范圍為0.1-1.3MPa;該系統(tǒng)能夠監(jiān)測(cè)鍋爐蒸汽的瞬時(shí)值以及曲線圖等，并通過(guò)平均值的數(shù)據(jù)分析功能來(lái)快速監(jiān)測(cè)其中的干度變化。該系統(tǒng)支持遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)的要求，蒸汽樣本的取樣的速度為2-3g/s;蒸汽和冷凝水接口為國(guó)標(biāo)PN16法蘭，冷卻水進(jìn)出口和壓縮空氣接口均為快插接頭。

結(jié)束語(yǔ)：鍋爐蒸汽干度計(jì)算系統(tǒng)的出現(xiàn)可以滿足煙草企業(yè)的生產(chǎn)要求，本文所介紹的蒸汽干度計(jì)算系統(tǒng)具有實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)運(yùn)行的功能，通過(guò)識(shí)別蒸汽干度資料能夠有效的識(shí)別風(fēng)險(xiǎn)，為保證煙草企業(yè)正常運(yùn)行提供了必要支持，是一種科學(xué)的干度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，對(duì)于提高煙草企業(yè)的生產(chǎn)能力具有重要意義，值得推廣。

參考文獻(xiàn)：

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