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涡街流量计在隧道式回潮机施加蒸汽控制改造

时间:2018/04/19来源:未知

分析隧道式回潮机蒸汽控制系统存在的问题, 对原有蒸汽控制方式和回潮管路进行改造。合理的布置涡街式流量计和滑窗式控制调节阀, 提高隧道式回潮机出口物料温度稳定性和物料含水率增量的稳定性, 保证烟丝加工的一致性。

关键词:
 

一、引言

隧道式回潮机 (简称HT) 作为武汉卷烟厂制丝线的一个重要的工艺加工设备, 通过蒸汽对烟丝进行增温增湿处理, 提高物料的含水率和温度, 同时提高物料的耐加工性, 以满足后续工艺的要求。与烘丝机配套使用, 可对烟丝进行膨化处理, 增加填充值, 减少卷烟的单箱耗量。当物料进入隧道式槽体后, 在机械振动和蒸汽喷射作用下, 物料在隧道内翻转与蒸汽充分接触, 大量吸取蒸汽热能, 水分渗透到物料内部, 使烟丝木质纤维膨胀。再经过烘丝机对物料进行干燥定形, 使叶丝松散效果提高, 同时具有较好的弹性, 提高烟丝的填充力。工艺指标为隧道式回潮机出口物料温度及达到出口温度过程中, 烟丝含水率增加稳定。

随着中式卷烟工艺规范的变化以及特色工艺、精细化加工的需求, 对烘丝机的出口水分标偏要求日益提升, 隧道式回潮机是烘丝机的上道工序, 要求隧道式回潮机除了满足现有的出口温度指标外, 含水率的增加也要稳定。隧道式回潮机结构见图1。

二、问题及分析

原隧道式回潮机所采用的工作方式为通过检测物料出口温度, 人为控制阀门开度来调节隧道式回潮机蒸汽压力以满足出口温度。在实际工作中, 制丝车间蒸汽供应管路超过100 m, 因其他设备的启停, 供汽压力容易产生波动, 同时受到环境影响, 测量的出口温度数值也不准确。在这种工作模式下, 需要频繁调整阀门开度, 以保证出口温度达标。由于人为调节的及时与准确性达不到要求, 造成出口温度合格率不高。因此, 在原系统上增加自动PID控制, 以解决人为调节不及时的问题。但供汽压力不稳定, 常导致蒸汽气动调节阀频繁动作。根据现场蒸汽管道上安装的压力传感器检测的数据, 工作蒸汽的压力波动范围在0.3~0.7 MPa。压力波动说明进入槽体的蒸汽量不稳, 必然引起出口温度波动。这就造成隧道式回潮机出口温度的合格率虽有所提升, CP能达到1, 但仍不能达到过程工艺所需要的CP值1.33。

图1 隧道式回潮机机械结构

图1 隧道式回潮机机械结构   下载原图

 

虽然引入出口温度的反馈控制, 但供汽压力波动仍会导致自动调节频繁动作, 造成进入槽体的蒸汽量变化, 产生温度的波动。隧道式回潮机经长时间生产后, 槽体容易产生烟泥积垢, 形成结块堵塞底板的工艺蒸汽喷孔, 使进入槽体的蒸汽量变化、温度产生波动。

从以上分析可以看出, 解决隧道式回潮机出口温度稳定问题的关键有两个方面。一是减少温度检测受环境因素干扰的影响;二是确保进入槽体的蒸汽量稳定。

三、方案设计及实施

1. 方案设计

(1) 由于红外测温传感器一般安装在蒸汽量较大的地方, 内部容易产生冷凝水影响器件性能;红外测温传感器的检测镜片, 容易受检测物料高温加热后产生的污垢遮挡, 造成温度检测值不准确;固定支架由于安装在振槽边, 极易受到人为因素影响, 而使测试点的位置产生偏移, 造成检测的数据不真实;外溢雾状蒸汽影响红外光通过, 也影响测量准确性。借鉴行业内其他类似工况的测量方法, 选用底板直测型热电阻传感器, 来解决红外测温传感器易受环境干扰的问题。

(2) 由于供汽线路较长, 实际到达设备的蒸汽压力总有波动。为了降低因蒸汽压力波动造成的影响, 引入过程施加蒸汽量检测。通过控制稳定施加蒸汽量, 避免因进蒸汽压力波动和槽体喷孔堵塞而造成的蒸汽流量波动, 产生出口温度波动的现象。施加蒸汽量的检测, 则需在原蒸汽DN25的管路上加装蒸汽计量检测器件。

2. 方案实施

(1) 在距离隧道式回潮机出口40 cm处底板安装E+H热电阻传感器测温探头, 以减少环境因素的干扰。

(2) 蒸汽计量检测设备选型。目前制丝车间对蒸汽计量采用测量仪器有孔板流量计和涡街流量计两种。孔板流量计又称为差压式流量计, 其特点是结构牢固, 性能稳定可靠, 使用寿命长;但现场安装条件要求高, 测量精度偏低, 压损大。一般孔板式蒸汽流量计安装尺寸为DN50及以上, 如果要安装到DN25的管道, 则相应的孔板上检测件数量会下降到1个。这样就会降低仪器的测量精度, 所测量出来的蒸汽流量波动较大。

涡街流量计的特点是压力损失小、量程范围大、精度高, 在测量工况体积流量时几乎不受流体密度、压力、温度、黏度等参数的影响。无可动机械零件, 因此可靠性高、维护量小且仪表参数能长期稳定。但是涡街流量在安装上有直管段的要求, 目的是减少流体的紊流, 提高测量精度。

综合以上情况, 考虑现场安装条件的限制以及稳定控制蒸汽流量, 达到加工一致性的要求。选择孔板流量计显然不能较好满足需求, 因此在蒸汽流量计的选型上以涡街流量计作为测量元器件。

(3) 管路改造。由于现隧道式回潮机蒸汽管道的直管段长度只有0.8 m, 基于涡街流量计对蒸汽管路的安装要求。在不改变蒸汽管路的情况下, 就必须降低蒸汽通过流量计时的紊流, 以提高计量的准确性。这就要求涡街蒸汽流量计前端的调节阀具备一定的调节紊流的功能, 而目前隧道式回潮机蒸汽管路上使用的开度式气动调节阀不能满足要求 (图2) 。因蒸汽管路紊流造成的流量波动如图3所示。

图2 普通阀后的蒸汽

图2 普通阀后的蒸汽   下载原图

 

图3 气动调节阀控制蒸汽流量图

图3 气动调节阀控制蒸汽流量图   下载原图

 

根据实际需求和调节阀的特性要求, 通过调研和产品比选, 管路改造选用滑窗式调节阀。滑窗式调节阀的特点是结构轻巧, 夹持式无法兰安装, 阀体自重轻;尺寸大小都比相同流量的调节阀要求低, 节省安装空间;驱动行程短, 实行机构小且低能耗, 响应速度快, 不受闪蒸、气蚀影响。同时密封性能好, 采用的是顺流控制, 无湍流、无水锤现象, 可极大程度地减少流体对阀门的侵蚀。可对阀后流体进行自整流, 使阀后流体稳定性能相对于传统使用的球心阀提高3倍以上。便于流量计的准确计量, 从而提高整个系统的稳定性。

改造后的蒸汽管路如图4所示, 将改造前的气动调节阀去掉 (图中虚线框部分) , 改为滑窗式调节阀和涡街流量计。

图4 改造后蒸汽控制管路图

图4 改造后蒸汽控制管路图   下载原图

 

(3) 控制方式设计。原控制模式是根据出口温度的反馈值, 跟踪调节阀门以调节蒸汽压力。经过管路改造后的控制模式是, 以物料出口温度为控制对象, 蒸汽流量为控制变量, 同时将原来温度控制PID改造成二级蒸汽流量PID控制, 稳定蒸汽流量。整个控制过程为当物料进入隧道式回潮机槽体后, 蒸汽流量按照初始设定流量35 m/h控制。这个35m/h的蒸汽流量, 是通过在生产中取样检测, 在当前蒸汽流量下, 隧道式回潮机的出口温度和物料含水率最佳。如果物料出口温度在工艺指标范围内波动, 则蒸汽目标设定值始终为35 m/h。当蒸汽温度偏离工艺范围75±3℃, 则相应的将蒸汽目标设定值在每2 min内调整一次, 每次调整蒸汽流量±2 m/h。使用蒸汽流量控制流程图如图5所示。

图5 蒸汽流量控制模式流程图

图5 蒸汽流量控制模式流程图   下载原图

 

以蒸汽流量为控制对象, 设计二级PID控制, PLC控制器 (Logix5000) 经过PID控制器运算后, 得到滑窗式调节阀的一个阀门开度值, 该开度值再由模拟量输出模块发送一个4~20 m A模拟信号到滑窗式调节阀, 对应其0~100%开度来调节蒸汽流量 (图6) 。

图6 PID控制原理图

图6 PID控制原理图   下载原图

 

同时在程序编写中, 还增加了一项利用蒸汽流量监测隧道式回潮机蒸汽管路及槽体工况的功能。其工作原理为, 当PLC控制器输出阀门开度增加信号时, 而流量计测量出的蒸汽流量未能相应上升, 达不到设定的蒸汽流量, 经过两个时间循环周期检测后, 系统判断隧道式回潮机蒸汽管路存在异常或槽体内蒸汽喷孔有堵塞。系统发出提示报警, 操作人员联系相关维修人员到现场检查蒸汽管路工况及喷孔堵塞情况。

四、效果验证

实施改造后, 隧道式回潮机实现了对蒸汽流量的监控和控制, 能够确保物料在较稳定的蒸汽流量下进行加工。从图7可以看出, 在蒸汽流量设定值35 m/h下, 通过滑窗式调节阀控制, 蒸汽流量的波动范围在34~36 m/h, 蒸汽压力波动范围在0.45±0.02 MPa。

图7 改造后由滑窗式调节阀控制蒸汽流量图

图7 改造后由滑窗式调节阀控制蒸汽流量图   下载原图

 

随机抽取10个生产批次的隧道式回潮机前后烟丝水分和出口温度, 通过检测得到表1数据, 可见增温增湿效果。

表1 增温增湿数据    下载原表

表1 增温增湿数据

经分析, 在该蒸汽流量下, 隧道式回潮机增湿能力为2.7%~2.9%。改造后的隧道式回潮机各项工艺指标的稳定性均有所上升, 出口温度CP达到1.33。工艺人员通过对生产出的产品进行检测, 得出的结论是:改造后的隧道式回潮机提供的物料出口温度和物料含水率稳定, 对后续工序烘丝机的产品质量提升效果明显, 烟丝出口含水率的标准偏差较改造前有所上升, 偏差水平能控制在0.12以内;烟丝香气更柔和, 填充值和感官品质有所上升。改造后的隧道式回潮机, 生产运行效果良好。


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