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浮球磁翻板液位計(jì)在水箱液位測(cè)量造成的問(wèn)題分析與改進(jìn)方案

發(fā)布時(shí)間:2020-12-30 12:51:49??點(diǎn)擊次數(shù):2167次

摘要:為解決WQ39回潮筒熱水裝置在生產(chǎn)過(guò)程中故障率高、加熱元件工作時(shí)現(xiàn)場(chǎng)震動(dòng)及噪聲大、水罐內(nèi)部維修保養(yǎng)不便以及水溫波動(dòng)大等問(wèn)題,對(duì)其進(jìn)行設(shè)計(jì)改進(jìn):設(shè)計(jì)水箱代替水罐;將環(huán)形加熱管改成蒸汽噴射器;將浮球磁翻板液位計(jì)改成浮球液位計(jì);將氣動(dòng)角閥改成帶定位器的氣動(dòng)控制閥。熱水裝置改進(jìn)完成后,熱水裝置的故障發(fā)生率降為0,現(xiàn)場(chǎng)震動(dòng)及噪聲*大地減小,水溫波動(dòng)由平均4.2℃降低到1.2℃。
在煙葉制絲過(guò)程中,葉絲超級(jí)回潮工序主要用于提高葉絲含水率和溫度,同時(shí)改善和提高葉絲的感官質(zhì)量。江蘇常州智思公司生產(chǎn)的WQ39型葉絲超級(jí)回潮筒在國(guó)內(nèi)煙草企業(yè)中應(yīng)用廣泛,具有良好的回潮效果,但普遍存在生產(chǎn)過(guò)程中加水系統(tǒng)的熱水裝置故障率高、水溫加熱時(shí)水罐震動(dòng)及噪聲大、水罐內(nèi)部不便于維修保養(yǎng)以及水溫波動(dòng)大等問(wèn)題。近年來(lái),隨著煙草加工工藝向精細(xì)化方向發(fā)展,設(shè)備對(duì)工藝指標(biāo)保障能力的要求不斷提高。為此,對(duì)熱水裝置進(jìn)行設(shè)計(jì)改進(jìn),以期解決其存在的問(wèn)題,確保葉絲超級(jí)回潮筒加水系統(tǒng)的穩(wěn)定性。
1存在的問(wèn)題
WQ39型葉絲超級(jí)回潮筒的熱水裝置于2004年4月投入生產(chǎn)使用,主要由水源、蒸汽源、角閥、手動(dòng)截止閥、環(huán)形加熱管、溫度傳感器和浮球磁翻板液位計(jì)等組成。改進(jìn)前熱水裝置管路示意圖如圖1所示。

其工作過(guò)程為:
(1)當(dāng)生產(chǎn)系統(tǒng)啟動(dòng)后,水罐進(jìn)水角閥2開(kāi)啟,當(dāng)達(dá)到水罐設(shè)定液位8時(shí),關(guān)閉角閥2停止水罐補(bǔ)水;
(2)同時(shí)開(kāi)啟蒸汽角閥4給水加熱,當(dāng)溫度5達(dá)到設(shè)定值時(shí),關(guān)閉蒸汽角閥;
(3)生產(chǎn)過(guò)程中,當(dāng)水位低于設(shè)定液位持續(xù)20s后,水罐補(bǔ)水重新開(kāi)始;
(4)水位到達(dá)后,如果水溫未達(dá)到設(shè)定值,開(kāi)啟蒸汽閥門(mén)給水加熱。
通過(guò)多年的使用,總結(jié)出熱水裝置在生產(chǎn)使用過(guò)程中存在以下問(wèn)題。
1.1熱水裝置的故障頻次高
經(jīng)過(guò)對(duì)設(shè)備故障記錄的查詢(xún),統(tǒng)計(jì)出上一年度因熱水罐裝置造成的設(shè)備故障情況如表1所示。

1.2加熱元件工作時(shí),震動(dòng)和噪聲大
熱水裝置的加熱元件工作時(shí),熱水罐的震動(dòng)很大;同時(shí),蒸汽與水混合時(shí)發(fā)出的噪聲很大。
1.3水罐內(nèi)水溫波動(dòng)大
根據(jù)生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)定水溫為85℃,進(jìn)行了10次測(cè)試,平均水溫為89.2℃(見(jiàn)表2),超出了設(shè)定溫度4.2℃。

2造成問(wèn)題的原因
2.1水罐設(shè)計(jì)不合理
水罐的開(kāi)口為200mm,造成了罐體內(nèi)部元件維修及水垢清理的不便。
2.2加熱元件選用不當(dāng)
熱水裝置的加熱元件為環(huán)形加熱管,該元件將蒸汽直接注入水中給水加熱,屬于簡(jiǎn)易的加熱方式。工作時(shí),注入的蒸汽造成罐體的震動(dòng)以及對(duì)水罐內(nèi)壁的沖刷,造成水罐的安裝接口處經(jīng)常出現(xiàn)破損泄漏;蒸汽與水混合時(shí)發(fā)出*大的噪聲;直接給水加熱造成水溫分層。
2.3浮球磁翻板液位計(jì)選用不當(dāng)
熱水停留在水罐中容易產(chǎn)生水垢,而浮球磁翻板液位計(jì)的磁性浮子位于與水罐連通管道內(nèi),當(dāng)水垢產(chǎn)生后清理不及時(shí),容易造成浮子卡死。這樣液位檢測(cè)失效,造成水罐持續(xù)補(bǔ)水。
2.4水溫控制簡(jiǎn)單
熱水裝置水溫控制為簡(jiǎn)單的開(kāi)關(guān)量控制,未充分考慮溫度控制的滯后性,造成水溫控制實(shí)際值超過(guò)設(shè)定值,水溫波動(dòng)大。
3硬件改進(jìn)方案
針對(duì)造成熱水裝置問(wèn)題的原因,提出了以下改進(jìn)原則:為了改進(jìn)后水罐便于維修和保養(yǎng),確定把水罐改成水箱;為解決水溫分層以及設(shè)備震動(dòng),確定把環(huán)形加熱管更換為蒸汽噴射器;為解決液位檢測(cè)失效,確定把浮球磁翻板液位計(jì)更換為浮球液位計(jì);為解決水溫控制波動(dòng)大,把蒸汽進(jìn)汽角閥改為帶定位器的氣動(dòng)控制閥,以便調(diào)節(jié)蒸汽進(jìn)汽量。
結(jié)合硬件改進(jìn)原則,設(shè)計(jì)出熱水裝置的管路圖,其管路示意圖如圖2所示。

改進(jìn)后的熱水裝置主要由水源、蒸汽源、帶定位器的氣動(dòng)控制閥、手動(dòng)截止閥、蒸汽噴射器、溫度傳感器、浮球液位計(jì)、水箱以及溢流管路等組成。其工作過(guò)程為:
(1)當(dāng)生產(chǎn)系統(tǒng)啟動(dòng)后,水箱進(jìn)水角閥2開(kāi)啟,當(dāng)達(dá)到水箱設(shè)定液位8時(shí),關(guān)閉角閥2停止給水箱補(bǔ)水。
(2)同時(shí)開(kāi)啟水箱水溫PID控制。
(3)生產(chǎn)過(guò)程中,當(dāng)水位低于設(shè)定液位持續(xù)10s后,水箱補(bǔ)水重新開(kāi)始;水位到達(dá)后,如果水溫未達(dá)到設(shè)定值,開(kāi)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(jìn)方案實(shí)施
根據(jù)改進(jìn)方案,熱水裝置進(jìn)行了以下的方案實(shí)施。
4.1水罐改進(jìn)
為解決原熱水罐存在維修和保養(yǎng)不方便的問(wèn)題,設(shè)計(jì)一個(gè)帶檢查窗的水箱替換水罐。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量熱水罐的外形尺寸為600mm×900mm,液位元件的檢測(cè)高度為700mm,計(jì)算出熱水罐的容積大約為0.2m3。為降低水箱蒸汽進(jìn)汽閥及冷水進(jìn)水閥開(kāi)啟的頻次,結(jié)合安裝現(xiàn)場(chǎng)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(shè)計(jì)為1 000mm×600mm×800mm,液位元件的檢測(cè)高度為670mm。
4.2加熱元件改進(jìn)
環(huán)形加熱管將蒸汽直接注入水中給水加熱,易造成罐體震動(dòng),進(jìn)而損壞罐體連接部位,加熱工作時(shí)現(xiàn)場(chǎng)噪聲大。因而選用斯派莎克蒸汽噴射器代替環(huán)形加熱管,蒸汽噴射器可以使水與蒸汽在其內(nèi)部充分混合,確保加熱過(guò)程安靜、高效和經(jīng)濟(jì);同時(shí)避免水箱內(nèi)水溫分層。根據(jù)水箱容積,以及利用10min設(shè)備預(yù)熱時(shí)間內(nèi)把水溫20℃的冷水升到85℃的生產(chǎn)要求。經(jīng)計(jì)算以及查斯派莎克蒸汽噴射器選型圖表可知:在噴射器進(jìn)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(mǎn)足要求。因而選用此型號(hào)蒸汽噴射器。
4.3液位檢測(cè)元件改進(jìn)
浮球磁翻板液位計(jì)的磁性浮子位于連通管道中,而連通管道易結(jié)垢,常造成磁性浮子卡死,水位檢測(cè)不準(zhǔn)確。因而將浮球磁翻板液位計(jì)更換為浮球液位計(jì),此浮球液位計(jì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,性能穩(wěn)定,同時(shí)便于檢查維修。
4.4水溫控制執(zhí)行元件改進(jìn)
原裝置中水溫控制的蒸汽流量由氣動(dòng)角閥控制,其不能調(diào)節(jié)蒸汽進(jìn)汽量的大小,對(duì)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(dòng)控制閥,其可以調(diào)節(jié)蒸汽進(jìn)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(zhí)行器來(lái)滿(mǎn)足水溫過(guò)程控制需要。
4.5水溫控制程序改進(jìn)
利用西門(mén)子S7中SFB41這個(gè)功能塊,實(shí)現(xiàn)水溫的連續(xù)控制,達(dá)到降低水溫波動(dòng)的功能。在SFB41這個(gè)功能塊中,合理地設(shè)置PID參數(shù),使其達(dá)到良好的控制效果。
5應(yīng)用效果
熱水裝置改進(jìn)完成后,*大地降低了由其引發(fā)的設(shè)備故障,到目前為止未發(fā)生一次設(shè)備故障;降低了加熱元件工作時(shí)水箱的震動(dòng)和噪聲;提高了水溫的控制精度。在設(shè)定水溫為85℃情況下,進(jìn)行了10次測(cè)試,平均水溫為86.2℃(表3),水溫的波動(dòng)情況由改進(jìn)前4.2℃降低到1.2℃。

6結(jié)論
對(duì)于提供蒸汽動(dòng)力源的生產(chǎn)設(shè)備需要使用熱水時(shí),都可以選用此水溫加熱裝置。*先根據(jù)生產(chǎn)工序的要求和理論計(jì)算結(jié)果,確定水箱尺寸、蒸汽噴射器型號(hào)以及帶定位器的氣動(dòng)控制閥的型號(hào);其次,對(duì)于系統(tǒng)中存在的計(jì)量檢測(cè)儀表,為保證其計(jì)量檢測(cè)精度,需要嚴(yán)格按照設(shè)備安裝標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行安裝;再次,根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)空間情況,選擇合理的安裝布局;*后,設(shè)計(jì)出水溫控制的控制程序,優(yōu)化PID參數(shù),實(shí)現(xiàn)水溫控制精度。

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