摘要：為解決ＷＱ３９回潮筒熱水裝置在生產(chǎn)過程中故障率高、加熱元件工作時(shí)現(xiàn)場(chǎng)震動(dòng)及噪聲大、水罐內(nèi)部維修保養(yǎng)不便以及水溫波動(dòng)大等問題，對(duì)其進(jìn)行設(shè)計(jì)改進(jìn)：設(shè)計(jì)水箱代替水罐；將環(huán)形加熱管改成蒸汽噴射器；將浮球磁翻板液位計(jì)改成浮球液位計(jì)；將氣動(dòng)角閥改成帶定位器的氣動(dòng)控制閥。熱水裝置改進(jìn)完成后，熱水裝置的故障發(fā)生率降為０，現(xiàn)場(chǎng)震動(dòng)及噪聲*大地減小，水溫波動(dòng)由平均４．２℃降低到１．２℃。
在煙葉制絲過程中，葉絲超級(jí)回潮工序主要用于提高葉絲含水率和溫度，同時(shí)改善和提高葉絲的感官質(zhì)量。江蘇常州智思公司生產(chǎn)的ＷＱ３９型葉絲超級(jí)回潮筒在國(guó)內(nèi)煙草企業(yè)中應(yīng)用廣泛，具有良好的回潮效果，但普遍存在生產(chǎn)過程中加水系統(tǒng)的熱水裝置故障率高、水溫加熱時(shí)水罐震動(dòng)及噪聲大、水罐內(nèi)部不便于維修保養(yǎng)以及水溫波動(dòng)大等問題。近年來，隨著煙草加工工藝向精細(xì)化方向發(fā)展，設(shè)備對(duì)工藝指標(biāo)保障能力的要求不斷提高。為此，對(duì)熱水裝置進(jìn)行設(shè)計(jì)改進(jìn)，以期解決其存在的問題，確保葉絲超級(jí)回潮筒加水系統(tǒng)的穩(wěn)定性。
１存在的問題
ＷＱ３９型葉絲超級(jí)回潮筒的熱水裝置于２００４年４月投入生產(chǎn)使用，主要由水源、蒸汽源、角閥、手動(dòng)截止閥、環(huán)形加熱管、溫度傳感器和浮球磁翻板液位計(jì)等組成。改進(jìn)前熱水裝置管路示意圖如圖１所示。

其工作過程為：
（１）當(dāng)生產(chǎn)系統(tǒng)啟動(dòng)后，水罐進(jìn)水角閥２開啟，當(dāng)達(dá)到水罐設(shè)定液位８時(shí)，關(guān)閉角閥２停止水罐補(bǔ)水；
（２）同時(shí)開啟蒸汽角閥４給水加熱，當(dāng)溫度５達(dá)到設(shè)定值時(shí)，關(guān)閉蒸汽角閥；
（３）生產(chǎn)過程中，當(dāng)水位低于設(shè)定液位持續(xù)２０ｓ后，水罐補(bǔ)水重新開始；
（４）水位到達(dá)后，如果水溫未達(dá)到設(shè)定值，開啟蒸汽閥門給水加熱。
通過多年的使用，總結(jié)出熱水裝置在生產(chǎn)使用過程中存在以下問題。
１．１熱水裝置的故障頻次高
經(jīng)過對(duì)設(shè)備故障記錄的查詢，統(tǒng)計(jì)出上一年度因熱水罐裝置造成的設(shè)備故障情況如表１所示。

１．２加熱元件工作時(shí)，震動(dòng)和噪聲大
熱水裝置的加熱元件工作時(shí)，熱水罐的震動(dòng)很大；同時(shí)，蒸汽與水混合時(shí)發(fā)出的噪聲很大。
１．３水罐內(nèi)水溫波動(dòng)大
根據(jù)生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)定水溫為８５℃，進(jìn)行了１０次測(cè)試，平均水溫為８９．２℃（見表２），超出了設(shè)定溫度４．２℃。

２造成問題的原因
２．１水罐設(shè)計(jì)不合理
水罐的開口為２００ｍｍ，造成了罐體內(nèi)部元件維修及水垢清理的不便。
２．２加熱元件選用不當(dāng)
熱水裝置的加熱元件為環(huán)形加熱管，該元件將蒸汽直接注入水中給水加熱，屬于簡(jiǎn)易的加熱方式。工作時(shí)，注入的蒸汽造成罐體的震動(dòng)以及對(duì)水罐內(nèi)壁的沖刷，造成水罐的安裝接口處經(jīng)常出現(xiàn)破損泄漏；蒸汽與水混合時(shí)發(fā)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(jì)選用不當(dāng)
熱水停留在水罐中容易產(chǎn)生水垢，而浮球磁翻板液位計(jì)的磁性浮子位于與水罐連通管道內(nèi)，當(dāng)水垢產(chǎn)生后清理不及時(shí)，容易造成浮子卡死。這樣液位檢測(cè)失效，造成水罐持續(xù)補(bǔ)水。
２．４水溫控制簡(jiǎn)單
熱水裝置水溫控制為簡(jiǎn)單的開關(guān)量控制，未充分考慮溫度控制的滯后性，造成水溫控制實(shí)際值超過設(shè)定值，水溫波動(dòng)大。
３硬件改進(jìn)方案
針對(duì)造成熱水裝置問題的原因，提出了以下改進(jìn)原則：為了改進(jìn)后水罐便于維修和保養(yǎng)，確定把水罐改成水箱；為解決水溫分層以及設(shè)備震動(dòng)，確定把環(huán)形加熱管更換為蒸汽噴射器；為解決液位檢測(cè)失效，確定把浮球磁翻板液位計(jì)更換為浮球液位計(jì)；為解決水溫控制波動(dòng)大，把蒸汽進(jìn)汽角閥改為帶定位器的氣動(dòng)控制閥，以便調(diào)節(jié)蒸汽進(jìn)汽量。
結(jié)合硬件改進(jìn)原則，設(shè)計(jì)出熱水裝置的管路圖，其管路示意圖如圖２所示。

改進(jìn)后的熱水裝置主要由水源、蒸汽源、帶定位器的氣動(dòng)控制閥、手動(dòng)截止閥、蒸汽噴射器、溫度傳感器、浮球液位計(jì)、水箱以及溢流管路等組成。其工作過程為：
（１）當(dāng)生產(chǎn)系統(tǒng)啟動(dòng)后，水箱進(jìn)水角閥２開啟，當(dāng)達(dá)到水箱設(shè)定液位８時(shí)，關(guān)閉角閥２停止給水箱補(bǔ)水。
（２）同時(shí)開啟水箱水溫ＰＩＤ控制。
（３）生產(chǎn)過程中，當(dāng)水位低于設(shè)定液位持續(xù)１０ｓ后，水箱補(bǔ)水重新開始；水位到達(dá)后，如果水溫未達(dá)到設(shè)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(jìn)方案實(shí)施
根據(jù)改進(jìn)方案，熱水裝置進(jìn)行了以下的方案實(shí)施。
４．１水罐改進(jìn)
為解決原熱水罐存在維修和保養(yǎng)不方便的問題，設(shè)計(jì)一個(gè)帶檢查窗的水箱替換水罐。通過現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量熱水罐的外形尺寸為６００ｍｍ×９００ｍｍ，液位元件的檢測(cè)高度為７００ｍｍ，計(jì)算出熱水罐的容積大約為０．２ｍ３。為降低水箱蒸汽進(jìn)汽閥及冷水進(jìn)水閥開啟的頻次，結(jié)合安裝現(xiàn)場(chǎng)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(shè)計(jì)為１　０００ｍｍ×６００ｍｍ×８００ｍｍ，液位元件的檢測(cè)高度為６７０ｍｍ。
４．２加熱元件改進(jìn)
環(huán)形加熱管將蒸汽直接注入水中給水加熱，易造成罐體震動(dòng)，進(jìn)而損壞罐體連接部位，加熱工作時(shí)現(xiàn)場(chǎng)噪聲大。因而選用斯派莎克蒸汽噴射器代替環(huán)形加熱管，蒸汽噴射器可以使水與蒸汽在其內(nèi)部充分混合，確保加熱過程安靜、高效和經(jīng)濟(jì)；同時(shí)避免水箱內(nèi)水溫分層。根據(jù)水箱容積，以及利用１０ｍｉｎ設(shè)備預(yù)熱時(shí)間內(nèi)把水溫２０℃的冷水升到８５℃的生產(chǎn)要求。經(jīng)計(jì)算以及查斯派莎克蒸汽噴射器選型圖表可知：在噴射器進(jìn)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(hào)蒸汽噴射器。
４．３液位檢測(cè)元件改進(jìn)
浮球磁翻板液位計(jì)的磁性浮子位于連通管道中，而連通管道易結(jié)垢，常造成磁性浮子卡死，水位檢測(cè)不準(zhǔn)確。因而將浮球磁翻板液位計(jì)更換為浮球液位計(jì)，此浮球液位計(jì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，性能穩(wěn)定，同時(shí)便于檢查維修。
４．４水溫控制執(zhí)行元件改進(jìn)
原裝置中水溫控制的蒸汽流量由氣動(dòng)角閥控制，其不能調(diào)節(jié)蒸汽進(jìn)汽量的大小，對(duì)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(dòng)控制閥，其可以調(diào)節(jié)蒸汽進(jìn)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(zhí)行器來滿足水溫過程控制需要。
４．５水溫控制程序改進(jìn)
利用西門子Ｓ７中ＳＦＢ４１這個(gè)功能塊，實(shí)現(xiàn)水溫的連續(xù)控制，達(dá)到降低水溫波動(dòng)的功能。在ＳＦＢ４１這個(gè)功能塊中，合理地設(shè)置ＰＩＤ參數(shù)，使其達(dá)到良好的控制效果。
５應(yīng)用效果
熱水裝置改進(jìn)完成后，*大地降低了由其引發(fā)的設(shè)備故障，到目前為止未發(fā)生一次設(shè)備故障；降低了加熱元件工作時(shí)水箱的震動(dòng)和噪聲；提高了水溫的控制精度。在設(shè)定水溫為８５℃情況下，進(jìn)行了１０次測(cè)試，平均水溫為８６．２℃（表３），水溫的波動(dòng)情況由改進(jìn)前４．２℃降低到１．２℃。

６結(jié)論
對(duì)于提供蒸汽動(dòng)力源的生產(chǎn)設(shè)備需要使用熱水時(shí)，都可以選用此水溫加熱裝置。*先根據(jù)生產(chǎn)工序的要求和理論計(jì)算結(jié)果，確定水箱尺寸、蒸汽噴射器型號(hào)以及帶定位器的氣動(dòng)控制閥的型號(hào)；其次，對(duì)于系統(tǒng)中存在的計(jì)量檢測(cè)儀表，為保證其計(jì)量檢測(cè)精度，需要嚴(yán)格按照設(shè)備安裝標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行安裝；再次，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)空間情況，選擇合理的安裝布局；*后，設(shè)計(jì)出水溫控制的控制程序，優(yōu)化ＰＩＤ參數(shù)，實(shí)現(xiàn)水溫控制精度。