探討鍋爐蒸汽干度計算系統研究與應用

陳波

摘要：現階段鍋爐蒸汽的干度計算系統成為保證生產順利進行的關鍵，在本次研究中，本文通過分析鍋爐蒸汽干度實時監測的必要性后，對自動監測系統的研發要點展開分析，并提出了數據處理的要點;最后結合案例，對該系統的應用方法進行分析，希望為進一步強化鍋爐蒸汽干度監測水平奠定基礎。

關鍵詞：在線監測系統;蒸汽干度;高效汽液分離裝置

前言：在當前煙草行業生產中，蒸汽具有廣泛的應用前景，但是蒸汽帶水現象的出現會對正常的生產過程產生不良影響，例如會造成系統水錘的安全問題，也會降低設備換熱工藝的穩定性。所以為了能夠更好的適應未來生產要求，則需要開發鍋爐蒸汽干度計算系統，這也是本文研究的主要目的。

1.鍋爐蒸汽干度實時監測的必要性

在生產過程中，維持蒸汽干度穩定早已經成為保證順利生產的關鍵，但是在實際上，因為蒸汽在管道中具有流動特性，所以其干度水平時刻處于變化過程中，即使一個點所持續記錄蒸汽干度變化中也可以發現變化。這是因為蒸汽在管道流動過程中，直管段的蒸汽會以類似旋風的形狀前進，受離心力的影響在管道壁表面形成水膜，此時在遇到彎頭、閥門時產生撞擊效果，液滴再次形成液膜。同時因為輸送管道的蒸汽干度處于時刻變化過程中，液滴粉碎成長的隨機性也會導致干度時刻變化[1]。針對這種情況，為了能夠實現安全、高質量生產，則必須要通過一定的技術手段來獲得穩定干度的蒸汽，并配合干度在線監測系統來識別不同時間段的干度變化。

2.鍋爐蒸汽干度的自動監測系統

2.1在線自動監測系統

考慮到鍋爐蒸汽的干度處于變化狀態下，所以為了讓能夠時刻了解蒸汽的干度水平并完成生產工藝的調整，則需要通過對在線自動監測的方法來提取樣本信息，與傳統的手動測量技術相比，本文所介紹的在線自動檢測系統具有顯著優勢，兩者之間的差別與表1所示。

2.2技術方案研究

在本次研究中，結合現場的實際情況確定了鍋爐蒸汽干度計算系統的技術方案，主要內容包括：（1）在烘絲機與HT和烘絲機旁各設置高效汽液分離系統;（2）在高效汽液分離系統在出口位置設置蒸汽干度在線監測系統。

2.2.1高效汽液分離裝置

在本次設計中選擇在蒸汽輸送管道上設置高效汽液分離裝置，這樣管道上的蒸汽可先進入高效汽液分離器，在分離之后可以獲得穩定的干度蒸汽，之后蒸汽可進入到后端的用氣設備中，其中烘絲機與HT的運行工況資料如表2所示。

高效汽液分離裝置可分為前腔室與后腔室，設置疏水閥組，并增設浮球疏水閥，確保分離的冷凝水可順利排出。在設計期間通過分別在前后腔室設置浮球疏水閥組集水槽處各并聯熱靜力自動排水閥，可以排出冷凝水，且此階段因為系統的壓力較低，所以熱靜力自動排水閥的出口無法連接到冷凝水回水系統中可以直接排出。

2.2.2冷凝水溫度檢測以及關斷閥

高效汽液分離裝置的出口位置管道上增設啟動開關閥，前腔室輸水管道上設置溫度傳感器。本次設計中，溫度傳感器可以用于檢測冷凝水的溫度情況，當系統檢測到冷凝水的溫度較低，則系統會產生警報信號，用戶可選擇手動打開氣動閥，避免設備在啟動后因為大量冷凝水進入設備而出現故障。

2.2.3在線監測系統

通過在高效汽液分離裝置的進出口位置增設在線監測系統，該系統能夠隨時顯示蒸汽的干度值;在干度在線監測中選擇移動式裝置，大屏幕中顯示工作站信息，能夠實現以下功能：（1）獲取鍋爐蒸汽干度的實時資料;（2）分析干度變化的歷史數據軌跡;（3）當檢測蒸汽干度超過設定值后會發出報警。

在本次設計中，采用成套機組設計的方法，通過在現場連接管道其詳細結構如圖1所示。

2.3蒸汽干度計算系統的數據處理

在在線監測中，通過明確蒸汽干度計算系統的數據處理標準可以進一步增強數據處理效果，其中的數據處理方法包括以下幾點。

2.3.1流量相等法

為更好的計算鍋爐蒸汽干度情況，通過高效汽液分離裝置來識別鍋爐出口以及入口的給水流量變化，其中的數學模型如公式（1）所示。

在公式（1）中， 代表給水質量流量，單位為“t/h”; 為給水節流元件的孔徑，其單位為“mm”; 為裝置的流量系數; 為給水密度，單位為“kg/m3”; 裝置兩端的壓力差值，單位為“千帕”。

2.3.2兩相流蒸汽干度監測方法

在檢測蒸汽干度期間，蒸汽兩相流干度檢測法更是一種切實可行的檢測手段，該方法通過在鍋爐輸出段增設孔板，在測量鍋爐的飽和蒸汽兩相流流經孔板時的差壓信號，配合蒸汽壓力等關鍵數據來揭示蒸汽干度情況。同時結合前文的研究指出，本文所設計的在線監測系統能滿足連續、自動以及實時干度測量的要求，并且相關學者的研究認為，蒸汽干度受到給水流量、出口壓力、蒸汽差壓等多個因素的影響，其中濕蒸汽通過鍋爐出口位置的孔板之后可以在孔板的兩側形成壓力差，可以用于檢測[2]。

3.應用實例分析

3.1案例背景簡介

西昌卷煙廠制絲線，現有一套隧道式加溫加濕機和管板烘絲設備、一套隧道式梗絲加溫加濕機和流化床烘梗絲設備、一套葉片松散回潮和葉片加料設備，能夠滿足不同時間段下的生產要求，但是根據煙草生產經驗可知，蒸汽的品質問題會導致產品的適度與溫度達不到預期標準，生產指標的合格率也無法保證，因此為了能夠有效解決這一問題，則需要通過在線干度計算系統完成實時檢測。

3.2蒸汽品質的在線監測

案例項目在蒸汽干度提升裝置的出口位置增設了在線監測系統，該系統能夠實時檢測蒸汽的干度以及過熱度變化等，通過可移動式設計的方法，在屏幕上能夠顯示與蒸汽干度有關的資料，并實現以下功能：（1）監測鍋爐蒸汽干度的實時品質;（2）繪制蒸汽品質的歷史趨勢圖;（3）在蒸汽的品質超過預期值的情況下產生報警信號。

3.3蒸汽品質在線監測站的設定

案例項目中，鍋爐蒸汽干度計算系統的干度精度達到了±1%，干度監測量程為80%-100%，所適用的運行壓力范圍為0.1-1.3MPa;該系統能夠監測鍋爐蒸汽的瞬時值以及曲線圖等，并通過平均值的數據分析功能來快速監測其中的干度變化。該系統支持遠程數據監測的要求，蒸汽樣本的取樣的速度為2-3g/s;蒸汽和冷凝水接口為國標PN16法蘭，冷卻水進出口和壓縮空氣接口均為快插接頭。

結束語：鍋爐蒸汽干度計算系統的出現可以滿足煙草企業的生產要求，本文所介紹的蒸汽干度計算系統具有實時監測系統運行的功能，通過識別蒸汽干度資料能夠有效的識別風險，為保證煙草企業正常運行提供了必要支持，是一種科學的干度監測系統，對于提高煙草企業的生產能力具有重要意義，值得推廣。

參考文獻：

[1]鄭國威，晏永飛，吳寧，等.電導率法測量濕飽和蒸汽干度裝置及應用[J].山東化工，2021，50（15）：91-93.

[2]劉慧軒，晏永飛，鄭國威，等矩陣電導法測量濕飽和蒸汽干度的研究[J].遼寧石油化工大學學報，2021，41（01）：61-67.