探讨锅炉蒸汽干度计算系统研究与应用

陈波

摘要：现阶段锅炉蒸汽的干度计算系统成为保证生产顺利进行的关键，在本次研究中，本文通过分析锅炉蒸汽干度实时监测的必要性后，对自动监测系统的研发要点展开分析，并提出了数据处理的要点;最后结合案例，对该系统的应用方法进行分析，希望为进一步强化锅炉蒸汽干度监测水平奠定基础。

关键词：在线监测系统;蒸汽干度;高效汽液分离装置

前言：在当前烟草行业生产中，蒸汽具有广泛的应用前景，但是蒸汽带水现象的出现会对正常的生产过程产生不良影响，例如会造成系统水锤的安全问题，也会降低设备换热工艺的稳定性。所以为了能够更好的适应未来生产要求，则需要开发锅炉蒸汽干度计算系统，这也是本文研究的主要目的。

1.锅炉蒸汽干度实时监测的必要性

在生产过程中，维持蒸汽干度稳定早已经成为保证顺利生产的关键，但是在实际上，因为蒸汽在管道中具有流动特性，所以其干度水平时刻处于变化过程中，即使一个点所持续记录蒸汽干度变化中也可以发现变化。这是因为蒸汽在管道流动过程中，直管段的蒸汽会以类似旋风的形状前进，受离心力的影响在管道壁表面形成水膜，此时在遇到弯头、阀门时产生撞击效果，液滴再次形成液膜。同时因为输送管道的蒸汽干度处于时刻变化过程中，液滴粉碎成长的随机性也会导致干度时刻变化[1]。针对这种情况，为了能够实现安全、高质量生产，则必须要通过一定的技术手段来获得稳定干度的蒸汽，并配合干度在线监测系统来识别不同时间段的干度变化。

2.锅炉蒸汽干度的自动监测系统

2.1在线自动监测系统

考虑到锅炉蒸汽的干度处于变化状态下，所以为了让能够时刻了解蒸汽的干度水平并完成生产工艺的调整，则需要通过对在线自动监测的方法来提取样本信息，与传统的手动测量技术相比，本文所介绍的在线自动检测系统具有显著优势，两者之间的差别与表1所示。

2.2技术方案研究

在本次研究中，结合现场的实际情况确定了锅炉蒸汽干度计算系统的技术方案，主要内容包括：（1）在烘丝机与HT和烘丝机旁各设置高效汽液分离系统;（2）在高效汽液分离系统在出口位置设置蒸汽干度在线监测系统。

2.2.1高效汽液分离装置

在本次设计中选择在蒸汽输送管道上设置高效汽液分离装置，这样管道上的蒸汽可先进入高效汽液分离器，在分离之后可以获得稳定的干度蒸汽，之后蒸汽可进入到后端的用气设备中，其中烘丝机与HT的运行工况资料如表2所示。

高效汽液分离装置可分为前腔室与后腔室，设置疏水阀组，并增设浮球疏水阀，确保分离的冷凝水可顺利排出。在设计期间通过分别在前后腔室设置浮球疏水阀组集水槽处各并联热静力自动排水阀，可以排出冷凝水，且此阶段因为系统的压力较低，所以热静力自动排水阀的出口无法连接到冷凝水回水系统中可以直接排出。

2.2.2冷凝水温度检测以及关断阀

高效汽液分离装置的出口位置管道上增设启动开关阀，前腔室输水管道上设置温度传感器。本次设计中，温度传感器可以用于检测冷凝水的温度情况，当系统检测到冷凝水的温度较低，则系统会产生警报信号，用户可选择手动打开气动阀，避免设备在启动后因为大量冷凝水进入设备而出现故障。

2.2.3在线监测系统

通过在高效汽液分离装置的进出口位置增设在线监测系统，该系统能够随时显示蒸汽的干度值;在干度在线监测中选择移动式装置，大屏幕中显示工作站信息，能够实现以下功能：（1）获取锅炉蒸汽干度的实时资料;（2）分析干度变化的历史数据轨迹;（3）当检测蒸汽干度超过设定值后会发出报警。

在本次设计中，采用成套机组设计的方法，通过在现场连接管道其详细结构如图1所示。

2.3蒸汽干度计算系统的数据处理

在在线监测中，通过明确蒸汽干度计算系统的数据处理标准可以进一步增强数据处理效果，其中的数据处理方法包括以下几点。

2.3.1流量相等法

为更好的计算锅炉蒸汽干度情况，通过高效汽液分离装置来识别锅炉出口以及入口的给水流量变化，其中的数学模型如公式（1）所示。

在公式（1）中， 代表给水质量流量，单位为“t/h”; 为给水节流元件的孔径，其单位为“mm”; 为装置的流量系数; 为给水密度，单位为“kg/m3”; 装置两端的压力差值，单位为“千帕”。

2.3.2两相流蒸汽干度监测方法

在检测蒸汽干度期间，蒸汽两相流干度检测法更是一种切实可行的检测手段，该方法通过在锅炉输出段增设孔板，在测量锅炉的饱和蒸汽两相流流经孔板时的差压信号，配合蒸汽压力等关键数据来揭示蒸汽干度情况。同时结合前文的研究指出，本文所设计的在线监测系统能满足连续、自动以及实时干度测量的要求，并且相关学者的研究认为，蒸汽干度受到给水流量、出口压力、蒸汽差压等多个因素的影响，其中湿蒸汽通过锅炉出口位置的孔板之后可以在孔板的两侧形成压力差，可以用于检测[2]。

3.应用实例分析

3.1案例背景简介

西昌卷烟厂制丝线，现有一套隧道式加温加湿机和管板烘丝设备、一套隧道式梗丝加温加湿机和流化床烘梗丝设备、一套叶片松散回潮和叶片加料设备，能够满足不同时间段下的生产要求，但是根据烟草生产经验可知，蒸汽的品质问题会导致产品的适度与温度达不到预期标准，生产指标的合格率也无法保证，因此为了能够有效解决这一问题，则需要通过在线干度计算系统完成实时检测。

3.2蒸汽品质的在线监测

案例項目在蒸汽干度提升装置的出口位置增设了在线监测系统，该系统能够实时检测蒸汽的干度以及过热度变化等，通过可移动式设计的方法，在屏幕上能够显示与蒸汽干度有关的资料，并实现以下功能：（1）监测锅炉蒸汽干度的实时品质;（2）绘制蒸汽品质的历史趋势图;（3）在蒸汽的品质超过预期值的情况下产生报警信号。

3.3蒸汽品质在线监测站的设定

案例项目中，锅炉蒸汽干度计算系统的干度精度达到了±1%，干度监测量程为80%-100%，所适用的运行压力范围为0.1-1.3MPa;该系统能够监测锅炉蒸汽的瞬时值以及曲线图等，并通过平均值的数据分析功能来快速监测其中的干度变化。该系统支持远程数据监测的要求，蒸汽样本的取样的速度为2-3g/s;蒸汽和冷凝水接口为国标PN16法兰，冷却水进出口和压缩空气接口均为快插接头。

结束语：锅炉蒸汽干度计算系统的出现可以满足烟草企业的生产要求，本文所介绍的蒸汽干度计算系统具有实时监测系统运行的功能，通过识别蒸汽干度资料能够有效的识别风险，为保证烟草企业正常运行提供了必要支持，是一种科学的干度监测系统，对于提高烟草企业的生产能力具有重要意义，值得推广。

参考文献：

[1]郑国威，晏永飞，吴宁，等.电导率法测量湿饱和蒸汽干度装置及应用[J].山东化工，2021，50（15）：91-93.

[2]刘慧轩，晏永飞，郑国威，等矩阵电导法测量湿饱和蒸汽干度的研究[J].辽宁石油化工大学学报，2021，41（01）：61-67.