溶解氧在線監測系統的設計與實現

【摘 要】鍋爐供水中的溶解氧是鍋爐給水系統的主要腐蝕性物質，給水系統中的溶解氧應當迅速得到清除，為有效去除鍋爐供水中的溶解氧，除氧器通過通入過量飽和蒸汽，使溶解氧有效祛除。本文通過研究一種溶解氧在線監測裝置，在保證有效祛除溶解氧的同時，減少蒸汽的使用量，提高除氧蒸汽的有效利用。

【關鍵字】溶解氧;在線監測;降溫;PID控制

中圖分類號： S951.2 文獻標識碼： A 文章編號： 2095-2457（2019）28-0031-001

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.28.010

鍋爐供水中的溶解氧是鍋爐給水系統的主要腐蝕性物質，給水系統中的溶解應當迅速得到清除，否則會腐蝕鍋爐的給水系統和部件，腐蝕性物質氧化鐵會進入鍋爐內，沉積或附著在鍋爐管壁和受熱面上，形成難溶而傳熱不良的鐵垢，腐蝕會造成管道內壁出現點坑，阻力系數增大。[1]國家規定蒸發量≥2T/h的蒸汽鍋爐和水溫大于等于95℃的熱水鍋爐都必須除氧。[2]車間現設置有兩臺熱力除氧器，其工作原理是通過加入過熱蒸汽，將除氧出水保持在102℃水溫，溶解氧從水中析出，達到除氧的目的。由于需要加入過量蒸汽，造成蒸汽浪費，不利于精益生產，因此設計一種根據溶解氧含量動態調節蒸汽使用量的除氧模式，提高蒸汽使用效率。

1 溶解氧在線監測系統的設計

溶解氧在線監測系統無法直接安裝于除氧出水管道中，而需要進行降溫處理后才能測量。因此溶解氧檢測裝置主要考慮降溫裝置和測量裝置兩個環節。

1.1 降溫裝置

降溫裝置的進水溫度取決于鍋爐除氧罐出水的溫度和流經降溫裝置的流量決定。為保證計量的準確性，溶解氧監測裝置的流量要求500mL/min～600mL/min，鍋爐供水流量在泵的作用下為279.53L/min，為定值。而除氧后鍋爐水溫度為102℃，因此降溫裝置T溫降=T進口溫度-T出口溫度=102℃-70℃=32℃。降溫原理進行確認，鍋爐水進入降溫裝置后放出的熱量Q由進入裝置的質量m，介質比熱容c，和溫降△t決定，且有Q=cm△t，因除氧出水的密度與水的密度等同，又有質量m，體積v，密度ρ的關系為m=ρ*v，因此有熱量Q=cρv△t。因單位時間內除氧水的流量取標準上限為600mL/min，溫降△t為32℃，比熱容c為4.2×103J/（kg ℃），密度ρ為1.0×103kg/m3，流量為600mL/min即6×10-4m3/min，因此，每分鐘放熱量為Q目標=cm△t=cρv△t=4.2×103J/（kg℃）×（1000kg/m3×6·10-4m3）×32℃=108kJ。S=（2d2+dh）π（2） 設h/d=k（3）v為常數。求表面積s極值，即求K為何時，S有極值。將（3）代入（1）得到：d3=4v/（πk）（4）將（3），（4）代入（2）得到：S=（2d2+dh）π=2（4v/π）2/3k-2/3+（4vπ1/2）2/3k1/3。s對k求1階導S′，2階導S″：S′=-4/3（4v/π）2/3K-5/3+1/3（4vπ1/2）2/3k-2/3。令S′=0時，K=4/π，S″=20/9（4v/π）2/3K-8/3-2/9（4vπ1/2）2/3k-5/3。S″=（（256/π）1/3）=0.822>0，則當K=4/π時，S有極小值。因此，只有在K取1.273時，相同體積的罐材料最省。

已知儀表所需流量為600mL/min，換算冷源為3000mL/min，為保證冷卻效果，確定冷卻罐體為0.03m3，因此，為方便應用，導入公式進行自動計算。最佳參數選擇如下表所示：

則確定圓柱型筒體體積為R=18cm，H=40cm。

1.2 測量裝置

因儀表檢測介質應與鍋爐給水流速相同。則鍋爐供水流速為：V=Q/S。V為鍋爐供水管道流速;Q為鍋爐供水管道流量;S為鍋爐供水管道截面積;又有S=πD2/4。即V=4Q/πD2=8.91m/s。因儀表檢測所需流量一定，為600mL/min，則有Q1=V1*S1。Q1為儀表監測所需流量;V1為鍋爐供水流速;S1為監測罐體進口管道截面積;又有S1=πd12/4。帶入公式則d1=11.2mm，根據通用管徑表，故選用DN15管徑。

2 罐體形狀參數選擇

已知，儀表的流量定量為600mL/min，即，溶解氧儀表檢測探頭處的探測介質浸入流量為600mL/min即可。儀表探頭長度為20mm，因此，小組將進入定量罐體的液位每分鐘需流經探頭高度。探頭（下轉第11頁）（上接第31頁）處的高度為d=20mm，即每分鐘管內至少需要增加液位20mm。又因體積流量Q恒定在每分鐘600mL。因此，罐體截面積S=Q/V=6×10-4m3/min÷2×10-2m/min=0.03m2。S=πd2/4。因此，得出d=19.5cm。在儀表資料調查中，發現因廠商不同，儀表長度也不同，為保證不限定儀表品牌保證儀表順利安裝，確定罐體高度盡可能大。因此，確定罐體高度與冷卻罐體高度相同，H為40cm。

1.冷源進水口 2.冷卻盤管 3.冷區罐體 4.冷卻罐罐體蓋 5.除氧水進水口 6.冷源出水口 7.測量進水口 8.監測儀表 9.監測后除氧出水口 10.儀表安裝口

3 控制系統設計

加入溶解氧檢測探頭后由除氧罐溫度過度補償調整為按需供應。溶解氧探測器對除氧罐出水獲取溶解氧數據，首先對溶解氧數據進行異常判斷，如果數據大于一個異常數據值時，需要對溶解氧探測器進行故障確認與維護，當數據正常時，根據出水溶解氧容量通過PID來動態調整除氧罐蒸汽閥門開度，當溶解氧濃度下降至零后閥門關閉。[3]

4 結語

本文提供了一中用于鍋爐供水中的溶解氧檢測裝置，該裝置將原有除氧罐過度補償保證鍋爐供水中溶解氧為零的方式，優化為根據供水水質動態調整除氧閥門控制。實現了蒸汽的高效、節能利用。

【參考文獻】

[1]楊曉飛，潘仲達，郝晉堂.給水系統腐蝕沉積原因分析及控制建議[J].山西電力，2011（06）.

[2]孫亞勤，丁聰.淺談水處理對工業鍋爐節能的影響和相關措施[J].化學工程與裝備，2017（11）.

[3]楊川.濟南卷煙廠能耗數據管理與可視分析軟件系統的設計與實現[D].山東大學，2014.