【描述】
下文涉及一種蒸汽含水量檢測(cè)裝置,在煙草烘絲設(shè)備前蒸汽供應(yīng)主管道上安裝溫度傳感器,檢測(cè)和采集蒸汽進(jìn)氣管道蒸汽的實(shí)時(shí)溫度值;安裝壓力傳感器,用于檢測(cè)蒸汽進(jìn)氣管道的蒸汽的實(shí)時(shí)氣壓值;對(duì)使用的飽和蒸汽的溫度和壓力檢測(cè)和數(shù)據(jù)采集,轉(zhuǎn)換計(jì)算,得到在線實(shí)時(shí)蒸汽含水量,固化監(jiān)測(cè)范圍,超出范圍時(shí)在操作界面上出現(xiàn)紅色閃爍報(bào)警,提醒操作人員對(duì)異常信息進(jìn)行確認(rèn),必要時(shí)做出判斷和調(diào)整。用于檢測(cè)煙草滾筒類烘絲設(shè)備能改善蒸汽品質(zhì),并達(dá)到穩(wěn)定的蒸汽供應(yīng),從而穩(wěn)定和提高煙草制品的加工質(zhì)量,為更深入研究煙草設(shè)備實(shí)施增溫增濕工藝或干燥工藝基準(zhǔn)提供基礎(chǔ)信息。
1、前言
蒸汽的品質(zhì)是指蒸汽含雜質(zhì)的多少,也就是指蒸汽的潔凈程度。蒸汽品質(zhì)應(yīng)滿足工藝、設(shè)備的要求。但實(shí)際使用的蒸汽,受到蒸汽制造過(guò)程、蒸汽壓力、輸送距離和環(huán)境氣候變化等因素影響,含有一定的水。煙草制品加工,蒸汽品質(zhì)應(yīng)滿足工藝、設(shè)備的要求,并采取措施降低蒸汽流量和壓力波動(dòng),部分工序需要通過(guò)蒸汽能源轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)增溫增濕或干燥。對(duì)于煙草工業(yè)煙草制品加工干燥設(shè)備來(lái)說(shuō),保持蒸汽品質(zhì)穩(wěn)定非常重要。當(dāng)前烘絲設(shè)備制造廠家沒(méi)有單獨(dú)配置有效的蒸汽品質(zhì)在線自動(dòng)監(jiān)測(cè)設(shè)備,給煙草滾筒類烘絲設(shè)備的穩(wěn)定控制以及煙草加工工藝分析帶來(lái)了極大的困難和挑戰(zhàn)。
滾筒類烘絲設(shè)備在煙草行業(yè)制絲線中大力使用,是煙草制絲線中的關(guān)鍵設(shè)備,其功能是利用蒸汽交換產(chǎn)生熱能,通過(guò)傳導(dǎo)和對(duì)流方式對(duì)膨脹后的葉絲進(jìn)行干燥處理,改善和提高葉絲的感官質(zhì)量,提高葉絲填充能力和耐加工性,以滿足卷煙工藝要求。當(dāng)季節(jié)變化或日溫差較大時(shí),主蒸汽管路的含水量升高,疏水情況會(huì)有很大變化,從而影響烘絲設(shè)備的筒壁溫度和熱風(fēng)溫度的熱能交換,對(duì)物料干燥脫水造成影響,從而影響物料的含水率,以及內(nèi)在品質(zhì)。
滾筒類烘絲設(shè)備筒體加熱器溫度(簡(jiǎn)稱筒壁溫度)或熱風(fēng)溫度兩者之間的穩(wěn)定及配合從而保證烘絲效果和出口含水率的穩(wěn)定。筒壁溫度的高低及穩(wěn)定在烘絲過(guò)程中起主要作用,而蒸汽交換產(chǎn)生的工藝氣體(簡(jiǎn)稱熱風(fēng)溫度)起調(diào)節(jié)作用。滾筒類烘絲機(jī)控制原理,烘絲機(jī)烘干煙絲的熱源主要來(lái)自兩部分,一部分是熱風(fēng)系統(tǒng),在生產(chǎn)過(guò)程中它以設(shè)定的溫度與煙絲接觸;另一部分是筒壁溫度,在生產(chǎn)過(guò)程中它根據(jù)出口水份實(shí)時(shí)調(diào)節(jié),是滾筒類烘絲機(jī)出口水份的主要調(diào)節(jié)量。其工作原理是:煙絲在環(huán)形空間內(nèi)通過(guò)時(shí),與筒體加熱器及順向或逆向流動(dòng)熱風(fēng)充分接觸,從而與煙絲充分接觸,達(dá)到烘絲目的并從出料端排出。烘絲機(jī)的加熱系統(tǒng)組成主要有筒體的蒸汽交換加熱器產(chǎn)生的熱輻射(傳導(dǎo))和熱風(fēng)風(fēng)機(jī)通過(guò)交換器產(chǎn)生熱風(fēng)對(duì)流構(gòu)成干燥的內(nèi)環(huán)境。
筒體加熱器溫度(簡(jiǎn)稱筒壁溫度)的高低及穩(wěn)定在烘絲過(guò)程中起主要作用,而蒸汽交換產(chǎn)生的工藝氣體(簡(jiǎn)稱熱風(fēng)溫度)起調(diào)節(jié)作用。故而烘絲機(jī)所需的熱能由飽和蒸汽交換而來(lái),蒸汽質(zhì)量(含水量的多少)對(duì)熱能產(chǎn)生較大的影響。
因此,如何實(shí)現(xiàn)對(duì)蒸汽含水量的實(shí)時(shí)自動(dòng)程序控制檢測(cè)和監(jiān)控,便于使用者觀察,以便及時(shí)對(duì)蒸汽含水量進(jìn)行調(diào)整,達(dá)到穩(wěn)定的蒸汽供應(yīng),從而達(dá)到穩(wěn)定和提高煙草制品的加工質(zhì)量,是可以通過(guò)技術(shù)解決的。
2 蒸汽檢測(cè)裝置的設(shè)計(jì)
通過(guò)對(duì)煙草設(shè)備所使用的飽和蒸汽的溫度和壓力檢測(cè)和數(shù)據(jù)采集,轉(zhuǎn)換計(jì)算,得到在線實(shí)時(shí)蒸汽含水率,改善蒸汽品質(zhì),達(dá)到穩(wěn)定的蒸汽供應(yīng),從而達(dá)到穩(wěn)定和提高煙草制品的加工質(zhì)量。蒸汽檢測(cè)裝置實(shí)現(xiàn)在線簡(jiǎn)易安裝和數(shù)據(jù)采集編程轉(zhuǎn)換;自動(dòng)程序控制檢測(cè)代替?zhèn)鹘y(tǒng)煙草設(shè)備加熱所用的蒸汽手動(dòng)檢測(cè);測(cè)量精確度高;實(shí)現(xiàn)所用蒸汽含水量的實(shí)時(shí)檢測(cè)和監(jiān)控;實(shí)現(xiàn)批量數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)和分析,可以更好地檢測(cè)蒸汽含水量,對(duì)改善蒸汽品質(zhì),以及為更深入研究煙草設(shè)備實(shí)施增溫增濕工藝或干燥工藝基準(zhǔn)提供基礎(chǔ)信息。
2.1 蒸汽檢測(cè)裝置的安裝設(shè)計(jì)
在煙草烘絲設(shè)備前蒸汽供應(yīng)主管道上安裝溫度傳感器,檢測(cè)和采集蒸汽進(jìn)氣管道蒸汽的實(shí)時(shí)溫度值;安裝壓力傳感器,用于檢測(cè)蒸汽進(jìn)氣管道的蒸汽的實(shí)時(shí)氣壓值,如圖1所示。檢測(cè)系統(tǒng)控制器連接的溫度檢測(cè)模塊、壓力檢測(cè)模塊、顯示模塊;溫度檢測(cè)模塊,設(shè)置于煙草烘絲機(jī)的蒸汽進(jìn)氣管道,用于檢測(cè)所述蒸汽進(jìn)氣管道的實(shí)時(shí)溫度值;壓力檢測(cè)模塊,設(shè)置于所述煙草烘絲機(jī)的蒸汽進(jìn)氣管道,用于檢測(cè)所述蒸汽進(jìn)氣管道的實(shí)時(shí)氣壓值;顯示模塊,用于顯示接收溫度檢測(cè)模所檢測(cè)蒸汽的實(shí)時(shí)溫度值、接收壓力檢測(cè)模所檢測(cè)蒸汽的實(shí)時(shí)壓力值,以及通過(guò)公式換算的實(shí)時(shí)蒸汽含水量值,見(jiàn)圖2所示。使用的蒸汽進(jìn)氣管路上增加了溫度傳感器和壓力傳感器,組成檢測(cè)系統(tǒng),通過(guò)圖2用于煙草滾筒類烘絲設(shè)備的蒸汽含水量檢測(cè)裝置的拓展組成結(jié)構(gòu)示意圖,實(shí)現(xiàn)對(duì)所需要的主蒸汽管路蒸汽質(zhì)量的實(shí)時(shí)檢測(cè)、監(jiān)控和警示。
2.2 蒸汽檢測(cè)裝置與中控服務(wù)器通訊連接煙草制絲加工管控系統(tǒng)架構(gòu)為L(zhǎng)AN/FIELDBUSXF結(jié)構(gòu),分為最高層的數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)、中間層的監(jiān)控軟件和最低層的電控系統(tǒng)(PLC控制程序),完成控制系統(tǒng)的人機(jī)交互接口,實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、運(yùn)算、分析、顯示、運(yùn)行、控制和操作等功能。本檢測(cè)控制連接的通信模塊,用于將蒸汽檢測(cè)實(shí)時(shí)溫度值、氣壓值和實(shí)時(shí)含水量向外界發(fā)送。2.3 蒸汽檢測(cè)數(shù)學(xué)模型飽和蒸汽含水量與溫度、蒸汽壓力有關(guān),計(jì)算飽和蒸汽含水量可以通過(guò)檢測(cè)蒸汽的溫度和壓力,利用公式,通過(guò)編程,實(shí)現(xiàn)自動(dòng)計(jì)算得到不同條件下單位氣體的含水量。通過(guò)對(duì)煙草設(shè)備所使用的飽和蒸汽的溫度和壓力檢測(cè)和數(shù)據(jù)采集,轉(zhuǎn)換計(jì)算,得到在線實(shí)時(shí)蒸汽含水率。不同溫度下蒸氣飽和時(shí)每 m 3 氣體的含水量(大氣壓=760mmHg)可以按下列公式計(jì)算如下:dv=(Pb/760)*(1000/22.4)*(273+t)*18式中,dv:不同溫度下蒸氣飽和時(shí)每m 3 氣體的含水量(g);Pb:不同溫度下蒸氣的飽和蒸氣壓(mmHg);t:溫度( ℃ )。輸入煙草設(shè)備的一般為飽和蒸汽,而飽和蒸汽的溫度和氣壓值與含水量之間存在著對(duì)應(yīng)關(guān)系,控制器可以根據(jù)輸入的溫度值、氣壓值得到對(duì)應(yīng)的含水量,即單位體積含水量,可以用質(zhì)量表示,具體可以使用g作為單位。2.4 蒸汽含水量檢測(cè)數(shù)據(jù)顯示通過(guò)對(duì)應(yīng)關(guān)系,可以采用即時(shí)計(jì)算的方式,即通過(guò)上述的公式進(jìn)行計(jì)算,也可以采用數(shù)值對(duì)應(yīng)表進(jìn)行檢索的方式,控制器連接著存儲(chǔ)有溫度值、氣壓值對(duì)應(yīng)著含水量的對(duì)應(yīng)表,可以通過(guò)輸入的溫度值和氣壓值進(jìn)行檢索得到含水量,并輸入該含水量到顯示模塊進(jìn)行顯示。需要顯示一段時(shí)間內(nèi)含水量隨時(shí)間的變化曲線,可以選擇采用液晶顯示器進(jìn)行顯示的方式。另外,顯示模塊還用于顯示實(shí)時(shí)溫度值和實(shí)時(shí)氣壓值,也就是說(shuō)可以對(duì)原始數(shù)據(jù)和控制器計(jì)算得到的數(shù)據(jù)同時(shí)進(jìn)行顯示。能夠?qū)崟r(shí)對(duì)檢測(cè)到的含水量進(jìn)行顯示,可以方便使用者觀察和監(jiān)控,以便及時(shí)對(duì)蒸汽品質(zhì)進(jìn)行調(diào)整,保證穩(wěn)定的蒸汽供應(yīng),從而達(dá)到穩(wěn)定和提高煙草制品的加工質(zhì)量。3 應(yīng)用效果分析3.1 安裝方便在煙草烘絲設(shè)備供氣主管道上安裝溫度檢測(cè)和壓力檢測(cè)裝置,不會(huì)對(duì)烘絲設(shè)備造成破壞就可以直接安裝,不需要占地安裝。目前很多烘絲干燥滾筒類設(shè)備制造廠家沒(méi)有配置單獨(dú)的蒸汽干度檢測(cè)設(shè)備。如果單獨(dú)引入安裝蒸汽干度檢測(cè)設(shè)備需要為設(shè)備留有較大位置安裝。3.2 節(jié)約成本,降低能耗蒸汽含水量檢測(cè)系統(tǒng)輸出信號(hào),可以與烘絲設(shè)備控制系統(tǒng)的總線通信,集成在現(xiàn)有總線網(wǎng)絡(luò)上,數(shù)字顯示可以使用在烘絲工序本地操作顯示器,無(wú)需另外配置顯示器。目前烘絲設(shè)備單獨(dú)配置的新型蒸汽干度檢測(cè)器成本高,在主管道上安裝溫度傳感器和壓力傳感器成本低。3.3 預(yù)警功能報(bào)警模塊采用閃爍LED燈和蜂鳴器,蒸汽含水量檢測(cè)裝置控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集和運(yùn)算能夠通過(guò)PLC控制系統(tǒng)與中控控制系統(tǒng)通信,監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)以可視化方式在控制畫(huà)面上顯示,并與運(yùn)行數(shù)據(jù)相比對(duì),固化監(jiān)測(cè)范圍,超出范圍時(shí)在操作界面上出現(xiàn)紅色閃爍報(bào)警,提醒操作人員對(duì)異常信息進(jìn)行確認(rèn),必要時(shí)做出判斷和調(diào)整,保證烘絲質(zhì)量,達(dá)到指導(dǎo)目的。