電加熱蒸汽發生器水泵頻繁啟停的改進措施

侯冉，化銀鋒

機械工業第六設計研究院有限公司 （河南鄭州 450007）

蒸汽發生器被廣泛用于醫療、制藥、生物、化工、熱能專用配套設備等行業，尤其適用于恒溫蒸發場合，如醫院消毒、裝配式構件養護、蒸煮電纜、反應釜配套等，是取代傳統鍋爐的新型設備，具有自動、高效、節能、環保的優點。蒸汽發生器的加熱方式包括燃氣加熱、燃油加熱和電加熱，其中電加熱蒸汽發生器具有現場實施方便、熱效率高、尺寸小等優勢。

本研究針對江蘇鑫達能熱能環保科技有限公司生產的型號為DN-9KW 的電加熱發生器在使用過程中出現的因沸水液位波動而導致的上水水泵頻繁啟停的缺點進行改造，最終通過在電氣控制回路中增加延時繼電器的方式解決了該問題。

1 電加熱蒸汽發生器的內部結構

電加熱蒸汽發生器[1]的內部結構見圖1。其進水口連接外部的進水管道及閥門，確保一定壓力的自來水進入水箱，水箱內部裝有不銹鋼浮球閥控制液位，外部裝有排水口。水泵通過金屬波紋管分別連接水箱和內膽，完成從水箱抽水和給內膽上水的功能。內膽連接排污口，可定期手動開啟排污口排出內膽中殘留的鐵銹、污垢；內膽接有銅管連接至壓力開關，可實現電氣聯鎖保護；內膽裝有彈簧式安全閥、玻璃管液位計和指針壓力表，可實現液位測量、壓力測量和安全保護；內膽固定有法蘭式電加熱管對內膽中的自來水進行加熱直至沸騰狀態從而產生水蒸汽；此外，內膽依靠插入深度不同的高、中、低3個水位電極進行液位檢測，并配有2個JYB714型號的液位繼電器[2]實現加熱電氣聯鎖和自動上水功能。

圖1 電加熱蒸汽發生器的內部結構

內膽中負責液位檢測的3個電極見圖2。當液位低于FH1電極的檢測點位（圖2中的L）時，控制系統通過電氣聯鎖禁止電加熱管上電加熱；當液位高于FH1電極的檢測點位時，控制系統允許加熱；當液位低于FM2電極的檢測點位（圖2中的M）時，水泵啟動，開始上水；當液位超過FH2電極的檢測點位（圖2中的H）時，水泵停止上水。

圖2 內膽中負責液位檢測的3個電極

2 電加熱蒸汽發生器的電氣原理

電加熱及水泵工作的電氣主回路原理見圖3。三相電經空氣斷路器QF1再經過交流接觸器KM1的主觸點連接電加熱管，電加熱管呈三角形連接。相線L1和中性線N 經2P 的交流接觸器KM2連接水泵電機。

圖3 電加熱和水泵電氣主回路原理

加熱啟停按鈕的控制回路接線及與加熱控制相關的1#液位繼電器的接線見圖4～6。1#液位繼電器的1、8端子接AC 220 V 電源，5端子接FH1電極接線柱，7端子接等地電位（可接至內膽容器壁或其他鈑金裸露金屬部位），3和4端子之間為1對常閉觸點（當液位高于FH1電極的檢測點位時，3、4之間觸點不動作；當液位低于FH1電極的檢測點時，常閉觸點動作，斷開加熱回路）。加熱控制回路的線號210和線號P1之間的常閉觸點為壓力開關保護觸點。

圖4 加熱啟停按鈕的控制回路

圖5 1#液位繼電器接線圖

圖6 加熱控制回路

控制水泵自動上水的2#液位繼電器接線及其控制回路見圖7～8。2#液位繼電器的1、8端子接AC 220 V 電源，5端子接FH2電極接線柱6端子接FM2電極接線柱，7端子接等地電位，2、3端子之間為一對常開觸點（當內膽液位低于FM2電極的檢測點時，該對常開觸點閉合，接觸器KM2吸合，水泵啟動；當內膽液位高于FH2電極的檢測點時，則該對觸點釋放，接觸器KM2線圈失電，水泵停轉）。

圖7 2#液位繼電器接線圖

圖8 上水控制回路

3 電加熱蒸汽發生器存在的問題

原控制系統存在如下缺點：當內膽中的水加熱至沸騰時，隨著蒸汽不斷輸出，液位不斷下降，當液位低于FM2電極的檢測點位時，系統本應立即啟動水泵進行上水，但實際情況是，因此時內膽中的水仍處于沸騰狀態，FM2電極檢測點位的檢測信號因沸水液位的波動而出現頻繁跳動，從而導致2#液位繼電器的2、3觸點頻繁動作，繼而導致水泵主回路的KM2接觸器的主觸點頻繁吸合和斷開，水泵電機頻繁起停。以上問題導致水泵不能及時有效上水，且長期運行會縮短KM2接觸器的壽命以及水泵的壽命。因此，需要對電氣控制線路進行改造以避免水泵的頻繁啟停。

4 改進措施

4.1 措施一：增加延時繼電器

該延時繼電器型號為JSZ3A-A[3]，具有通電延時閉合觸點功能，可實現在液位降至足夠低且電極檢測點位的檢測信號以及液位繼電器的觸點動作足夠穩定時，再啟動水泵。其原理如下：如圖9 所示，將延時繼電器KT1 的延時時間設置為5s，當2# 液位繼電器2、3 觸點剛開始有動作且頻繁跳變時，并不能給KT1 線圈穩定上電且保持通電時長超過5s；只有當液位降至足夠低，2#液位繼電器2、3觸點動作穩定時，可致KT1線圈通電時長超過5s，隨即KT1常開觸點閉合，接觸器KM2 吸合，水泵開始上水；當液位達到FH2 電極的檢測水位后，2# 液位繼電器2、3 觸點釋放，隨即KT1 線圈失電，KT1 觸點釋放，接觸器KM2 斷開，水泵停止。

圖9 延時繼電器KT1的控制電路圖

但此改進措施存在如下缺點：每次上水均需等待液位降至足夠低時，才能啟動水泵，且因再次注入的冷水水量較多，使內膽中的水溫大幅降低，需等待較長時間的加熱后方有蒸汽輸出，故會出現蒸汽滯后和間斷輸出的現象，不利于需要持續穩定使用蒸汽的場合。

4.2 措施二：增加多功能延時繼電器模塊

該延時繼電器模塊型號為YYC-9[4]，具有信號觸發輸入端，可接無源觸點信號進行觸發，其輸出端有常開和常閉觸點，可通過設置內部參數，選擇多種延時功能。本研究選擇了該延時繼電器模塊的P-37 功能：即有觸發信號，繼電器吸合As 后自動停止，停止后再計時Bs，在A+Bs 內再有信號觸發無效。將A 和B 時間分別設置為5s 和2s。

如圖10所示，增加1個中間繼電器K2，K2線圈的一端接至2#液位繼電器的2端子上，另一端接中性線。K2的1對常開觸點接至該多功能延時繼電器KT2的輸入觸發端，KT2的1對常開觸點串進交流接觸器KM2線圈控制回路中，當因液位下降導致2#液位繼電器2、3觸點第一次動作時，中間繼電器K2的線圈也隨即上電，K2的常開觸點動作，立即觸發延時繼電器KT2，KT2隨即執行1次P-37功能，即KT2 常開觸點閉合5s 后，再恢復斷開2s，其2、3 觸點相當于水泵啟動并持續工作5s 后停止，延時繼電器KT2 再經過2s（設置2s 的時間是為了等待冷水和沸水充分混合，內膽中的液面趨于穩定，以確保在延時繼電器整個7s 的工作過程中即使有來自中間繼電器K2的觸發信號，也不會影響控制系統。）后結束本輪動作，等待下一輪被觸發。經實際觀察測試，水泵持續工作5s 可完成足夠量的上水量。

圖 10 延時繼電器KT2控制回路

5 小結

改進措施二通過增加中間繼電器和多功能延時繼電器模塊解決問題，中間繼電器的觸點用來觸發多功能延時繼電器模塊，多功能延時繼電器模塊執行相應功能，實現了當內膽中的沸水在沸騰和蒸發以及液位不斷下降的過程中，在液位下降至第一次被液位電極檢測到時，就能啟動并完成1次水泵上水的動作流程。這樣既可避免前述上水水泵頻繁啟停的問題，又可實現蒸汽的持續輸出。

該電加熱蒸汽發生器的電氣控制系統是繼電器接觸器系統，在此基礎上通過增加延時繼電器或延時功能模塊對原廠家的控制系統進行改造，避免了上水水泵頻繁啟停的問題，不失為1種低成本且有效的改造方法。改造后，經實踐檢驗，運行效果良好且穩定可靠。