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浮球磁翻板液位計在水箱液位測量造成的問題分析與改進方案
摘要：為解決ＷＱ３９回潮筒熱水裝置在生產過程中故障率高、加熱元件工作時現場震動及噪聲大、水罐內部維修保養不便以及水溫波動大等問題，對其進行設計改進：設計水箱代替水罐；將環形加熱管改成蒸汽噴射器；將浮球磁翻板液位計改成浮球液位計；將氣動角閥改成帶定位器的氣動控制閥。熱水裝置改進完成后，熱水裝置的故障發生率降為０，現場震動及噪聲*大地減小，水溫波動由平均４．２℃降低到１．２℃。
在煙葉制絲過程中，葉絲超級回潮工序主要用于提高葉絲含水率和溫度，同時改善和提高葉絲的感官質量。江蘇常州智思公司生產的ＷＱ３９型葉絲超級回潮筒在國內煙草企業中應用廣泛，具有良好的回潮效果，但普遍存在生產過程中加水系統的熱水裝置故障率高、水溫加熱時水罐震動及噪聲大、水罐內部不便于維修保養以及水溫波動大等問題。近年來，隨著煙草加工工藝向精細化方向發展，設備對工藝指標保障能力的要求不斷提高。為此，對熱水裝置進行設計改進，以期解決其存在的問題，確保葉絲超級回潮筒加水系統的穩定性。
１存在的問題
ＷＱ３９型葉絲超級回潮筒的熱水裝置于２００４年４月投入生產使用，主要由水源、蒸汽源、角閥、手動截止閥、環形加熱管、溫度傳感器和浮球磁翻板液位計等組成。改進前熱水裝置管路示意圖如圖１所示。
其工作過程為：
（１）當生產系統啟動后，水罐進水角閥２開啟，當達到水罐設定液位８時，關閉角閥２停止水罐補水；
（２）同時開啟蒸汽角閥４給水加熱，當溫度５達到設定值時，關閉蒸汽角閥；
（３）生產過程中，當水位低于設定液位持續２０ｓ后，水罐補水重新開始；
（４）水位到達后，如果水溫未達到設定值，開啟蒸汽閥門給水加熱。
通過多年的使用，總結出熱水裝置在生產使用過程中存在以下問題。
１．１熱水裝置的故障頻次高
經過對設備故障記錄的查詢，統計出上一年度因熱水罐裝置造成的設備故障情況如表１所示。
１．２加熱元件工作時，震動和噪聲大
熱水裝置的加熱元件工作時，熱水罐的震動很大；同時，蒸汽與水混合時發出的噪聲很大。
１．３水罐內水溫波動大
根據生產標準設定水溫為８５℃，進行了１０次測試，平均水溫為８９．２℃（見表２），超出了設定溫度４．２℃。
２造成問題的原因
２．１水罐設計不合理
水罐的開口為２００ｍｍ，造成了罐體內部元件維修及水垢清理的不便。
２．２加熱元件選用不當
熱水裝置的加熱元件為環形加熱管，該元件將蒸汽直接注入水中給水加熱，屬于簡易的加熱方式。工作時，注入的蒸汽造成罐體的震動以及對水罐內壁的沖刷，造成水罐的安裝接口處經常出現破損泄漏；蒸汽與水混合時發出*大的噪聲；直接給水加熱造成水溫分層。
２．３浮球磁翻板液位計選用不當
熱水停留在水罐中容易產生水垢，而浮球磁翻板液位計的磁性浮子位于與水罐連通管道內，當水垢產生后清理不及時，容易造成浮子卡死。這樣液位檢測失效，造成水罐持續補水。
２．４水溫控制簡單
熱水裝置水溫控制為簡單的開關量控制，未充分考慮溫度控制的滯后性，造成水溫控制實際值超過設定值，水溫波動大。
３硬件改進方案
針對造成熱水裝置問題的原因，提出了以下改進原則：為了改進后水罐便于維修和保養，確定把水罐改成水箱；為解決水溫分層以及設備震動，確定把環形加熱管更換為蒸汽噴射器；為解決液位檢測失效，確定把浮球磁翻板液位計更換為浮球液位計；為解決水溫控制波動大，把蒸汽進汽角閥改為帶定位器的氣動控制閥，以便調節蒸汽進汽量。
結合硬件改進原則，設計出熱水裝置的管路圖，其管路示意圖如圖２所示。
改進后的熱水裝置主要由水源、蒸汽源、帶定位器的氣動控制閥、手動截止閥、蒸汽噴射器、溫度傳感器、浮球液位計、水箱以及溢流管路等組成。其工作過程為：
（１）當生產系統啟動后，水箱進水角閥２開啟，當達到水箱設定液位８時，關閉角閥２停止給水箱補水。
（２）同時開啟水箱水溫ＰＩＤ控制。
（３）生產過程中，當水位低于設定液位持續１０ｓ后，水箱補水重新開始；水位到達后，如果水溫未達到設定值，開啟水箱水溫ＰＩＤ控制。
（４）水箱多余的水從溢流管道流出。
４改進方案實施
根據改進方案，熱水裝置進行了以下的方案實施。
４．１水罐改進
為解決原熱水罐存在維修和保養不方便的問題，設計一個帶檢查窗的水箱替換水罐。通過現場測量熱水罐的外形尺寸為６００ｍｍ×９００ｍｍ，液位元件的檢測高度為７００ｍｍ，計算出熱水罐的容積大約為０．２ｍ３。為降低水箱蒸汽進汽閥及冷水進水閥開啟的頻次，結合安裝現場的空間條件，決定把水箱的容積增加到０．４ｍ３，因而水箱的外形尺寸設計為１ ０００ｍｍ×６００ｍｍ×８００ｍｍ，液位元件的檢測高度為６７０ｍｍ。
４．２加熱元件改進
環形加熱管將蒸汽直接注入水中給水加熱，易造成罐體震動，進而損壞罐體連接部位，加熱工作時現場噪聲大。因而選用斯派莎克蒸汽噴射器代替環形加熱管，蒸汽噴射器可以使水與蒸汽在其內部充分混合，確保加熱過程安靜、高效和經濟；同時避免水箱內水溫分層。根據水箱容積，以及利用１０ｍｉｎ設備預熱時間內把水溫２０℃的冷水升到８５℃的生產要求。經計算以及查斯派莎克蒸汽噴射器選型圖表可知：在噴射器進口蒸汽壓力為５００ｋＰａ情況下，斯派莎克蒸汽噴射器ＩＮ２５Ｍ的飽和蒸汽流量為４１０ｋｇ／ｈ可以滿足要求。因而選用此型號蒸汽噴射器。
４．３液位檢測元件改進
浮球磁翻板液位計的磁性浮子位于連通管道中，而連通管道易結垢，常造成磁性浮子卡死，水位檢測不準確。因而將浮球磁翻板液位計更換為浮球液位計，此浮球液位計結構簡單，性能穩定，同時便于檢查維修。
４．４水溫控制執行元件改進
原裝置中水溫控制的蒸汽流量由氣動角閥控制，其不能調節蒸汽進汽量的大小，對水溫控制精度低；因而將其更換為斯派莎克帶定位器的氣動控制閥，其可以調節蒸汽進汽量的大小，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型執行器來滿足水溫過程控制需要。
４．５水溫控制程序改進
利用西門子Ｓ７中ＳＦＢ４１這個功能塊，實現水溫的連續控制，達到降低水溫波動的功能。在ＳＦＢ４１這個功能塊中，合理地設置ＰＩＤ參數，使其達到良好的控制效果。
５應用效果
熱水裝置改進完成后，*大地降低了由其引發的設備故障，到目前為止未發生一次設備故障；降低了加熱元件工作時水箱的震動和噪聲；提高了水溫的控制精度。在設定水溫為８５℃情況下，進行了１０次測試，平均水溫為８６．２℃（表３），水溫的波動情況由改進前４．２℃降低到１．２℃。
６結論
對于提供蒸汽動力源的生產設備需要使用熱水時，都可以選用此水溫加熱裝置。*先根據生產工序的要求和理論計算結果，確定水箱尺寸、蒸汽噴射器型號以及帶定位器的氣動控制閥的型號；其次，對于系統中存在的計量檢測儀表，為保證其計量檢測精度，需要嚴格按照設備安裝標準進行安裝；再次，根據現場空間情況，選擇合理的安裝布局；*后，設計出水溫控制的控制程序，優化ＰＩＤ參數，實現水溫控制精度。
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