一种蒸汽含水量检测系统、方法及装置

技术领域

本发明涉及烟草技术领域，具体是一种蒸汽含水量检测系统、方法及装置。

背景技术

蒸汽的品质是指蒸汽含杂质的，也就是指蒸汽的洁净程度。蒸汽品质应满足工艺、设备的要求，但实际使用的蒸汽，受到蒸汽制造过程、蒸汽压力、输送距离和环境气候变化等因素影响，含有一定的水。烟草制品加工，蒸汽品质应满足工艺、设备的要求，并采取措施降低蒸汽流量和压力波动，部分工序需要通过蒸汽能源转换实现增温增湿或干燥。对于烟草工业烟草制品加工干燥设备来说，保持蒸汽品质稳定非常重要。当前烘丝设备制造厂家没有单独配置有效的蒸汽品质在线自动监测设备，给烟草滚筒类烘丝设备的稳定控制以及烟草加工工艺分析带来了极大的困难和挑战。

滚筒类烘丝设备在烟草行业制丝线中大力使用，是烟草制丝线中的关键设备，其功能是利用蒸汽交换产生热能，通过传导和对流方式对膨胀后的叶丝进行干燥处理，改善和提高叶丝的感官质量，提高叶丝填充能力和耐加工性，以满足卷烟工艺要求。当季节变化或日温差较大时，主蒸汽管路的含水量升高，疏水情况会有很大变化，从而影响烘丝设备的筒壁温度和热风温度的热能交换，对物料干燥脱水造成影响，从而影响物料的含水率，以及内在品质。

滚筒类烘丝设备筒体加热器温度(简称筒壁温度)或热风温度两者之间的稳定及配合从而保证烘丝效果和出口含水率的稳定。筒壁温度的高低及稳定在烘丝过程中起主要作用，而蒸汽交换产生的工艺气体(简称热风温度)起调节作用。滚筒类烘丝机控制原理，烘丝机烘干烟丝的热源主要来自两部分，一部分是热风系统，在生产过程中它以设定的温度与烟丝接触；另一部分是筒壁温度，在生产过程中它根据出口水份实时调节，是滚筒类烘丝机出口水份的主要调节量。其工作原理是：烟丝在环形空间内通过时，与筒体加热器及顺向或逆向流动热风充分接触，从而与烟丝充分接触，达到烘丝目的并从出料端排出。烘丝机的加热系统组成主要有筒体的蒸汽交换加热器产生的热辐射(传导)和热风风机通过交换器产生热风对流构成干燥的内环境。

筒体加热器温度(简称筒壁温度)的高低及稳定在烘丝过程中起主要作用，而蒸汽交换产生的工艺气体(简称热风温度)起调节作用。故而烘丝机需的热能由饱和蒸汽交换而来，蒸汽质量(含水量的)对热能产生较大的影响。

因此，如何实现对蒸汽含水量的实时控制和监控，便于使用者观察，以便及时对蒸汽含水量进行调整，达到稳定的蒸汽供应，从而达到稳定和提高烟草制品的加工质量，是可以通过技术解决的，为此，我们提出一种蒸汽含水量检测系统、方法及装置。

发明内容

本发明的目的在于提供一种蒸汽含水量检测系统、方法及装置，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种蒸汽含水量检测装置，包括包括烘丝滚筒、通信模块、控制器、显示模块和报警模块，所述烘丝滚筒内设置有放置腔室和隔层腔室，所述烘丝滚筒的一端固定连接有排潮管和排水管，所述排潮管的底端与放置腔室内部连通，所述排水管的顶端与隔层腔室内部连通，所述烘丝滚筒的外侧固定安装有筒壁加热器，所述筒壁加热器的一端连通有第二进汽管道，所述筒壁加热器的另一端与与隔层腔室内部连通，所述第二进汽管道上设置有第一气动薄膜阀，所述第二进汽管道上固定安装有第一温度传感器、第一压力传感器和第一蒸汽流量计，所述烘丝滚筒的外侧固定连接有第一进汽管道，所述第一进汽管道的一端与放置腔室内部连通，所述放置腔室上设置有第二气动薄膜阀，所述第一进汽管道上设置有第二蒸汽流量计、第二温度传感器和第二压力传感器。

作为本发明进一步的方案：所述第一温度传感器用于监测第二进汽管道内的实时气压值，所述第二温度传感器用于监测第一进汽管道内的实时气压值，所述第一压力传感器用于监测第二进汽管道内的气压值，所述第二压力传感器用于监测第一进汽管道内的气压值。

作为本发明再进一步的方案：所述报警模块采用闪烁LED灯和蜂鸣器。

作为本发明再进一步的方案：所述显示模块为液晶显示器。

蒸汽含水量检测系统：系统架构为LAN/FIELDBUSXF结构，分为*层的数据库系统、中间层的监控软件和*低层的电控系统(PLC控制程序)，完成控制系统的人机交互接口，实现数据采集、运算、分析、显示、运行、控制和操作功能。

蒸汽含水量检测方法，其方法步骤如下：

步骤一：通过控制器控制第一温度传感器、第一压力传感器、第一气动薄膜阀、第一蒸汽流量计、筒壁加热器、热风交换器、第二蒸汽流量计、第二气动薄膜阀、第二温度传感器和第二压力传感器，将烟叶放置于放置腔室内，将蒸汽通入第一进汽管道和第二进汽管道内，通过第一进汽管道进入的蒸汽经过热风交换器后进入至放置腔室内，通过第二进汽管道进入的蒸汽进入至隔层腔室内，从而实现对烟叶进行干燥处理，放置腔室内部的潮气经过排潮管排出，隔层腔室内产生的水通过排水管排出；

步骤二：通过第一温度传感器对第二进汽管道内的蒸汽的温度进行监测，通过第一压力传感器对第二进汽管道内的蒸汽的气压进行监测，第一蒸汽流量计对第二进汽管道内的流量进行监测，通过第二蒸汽流量计对进入第一进汽管道内的蒸汽流量进行监测，通过第二温度传感器对第一进汽管道内的蒸汽温度进行监测，通过第二压力传感器对第一进汽管道内的蒸汽气压进行监测，以及通过公式换算的实时蒸汽含水量值；

步骤三：通过第一温度传感器、第一压力传感器、第一蒸汽流量计、第二蒸汽流量计、第二温度传感器和第二压力传感器将监测到的数据信息传输至控制器，经过控制器处理后，监测数据以可视化方式通过显示模块进行显示，并与运行数据相比对，固化监测范围，超出范围时通过报警模块出现闪烁报警。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、通过第一进汽管道和第二进汽管道上安装温度检测和压力检测装置，不会对烘丝设备造成破坏就可以直接安装，不需要占地安装。目前很多烘丝干燥滚筒类设备制造厂家没有配置单独的蒸汽干度检测设备，如果单独引入安装蒸汽干度检测设备需要为设备留有较大位置安装，操作不便。

2、通过在主管道上安装温度传感器和压力传感器相较于传统的检测方式中单独配置的蒸汽干度检测器的方式成本更低。

3、本控制系统数据采集和运算能够通过PLC控制系统与中控控制系统通信，监测数据以可视化方式在显示模块上显示，并与运行数据相比对，固化监测范围，超出范围时在操作界面上时通过报警模块报警，从而提醒操作人员对异常信息进行确认，必要时做出判断和调整，保证烘丝质量，达到指导目的。

附图说明

图1为蒸汽含水量检测系统、方法及装置的结构示意图。

图2为蒸汽含水量检测系统、方法及装置中的局部剖视图。

图3为蒸汽含水量检测系统、方法及装置中的局部连接框图。

图中所示：第一温度传感器1、第一压力传感器2、第一气动薄膜阀3、第一蒸汽流量计4、筒壁加热器5、烘丝滚筒6、排潮管7、排水管8、热风交换器9、第二蒸汽流量计10、第二气动薄膜阀11、第一进汽管道12、第二温度传感器14、第二压力传感器15、第二进汽管道16、放置腔室17、隔层腔室18。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1～3，本发明实施例中，一种蒸汽含水量检测装置，包括烘丝滚筒6、通信模块、控制器、显示模块和报警模块，所述烘丝滚筒6内设置有放置腔室17和隔层腔室18，所述烘丝滚筒6上设置有可以打开和关闭的桶盖，所述烘丝滚筒6的一端固定连接有排潮管7和排水管8，所述排潮管7的底端与放置腔室17内部连通，所述排水管8的顶端与隔层腔室18内部连通，所述烘丝滚筒6的外侧固定安装有筒壁加热器5，所述筒壁加热器5用于加热，所述筒壁加热器5的一端连通有第二进汽管道16，所述筒壁加热器5的另一端与与隔层腔室18内部连通，所述第二进汽管道16上设置有第一气动薄膜阀3，所述第二进汽管道16上固定安装有第一温度传感器1、第一压力传感器2和第一蒸汽流量计4，所述烘丝滚筒6的外侧固定连接有第一进汽管道12，所述第一进汽管道12的一端与放置腔室17内部连通，所述放置腔室17上设置有第二气动薄膜阀11，所述第一进汽管道12上设置有第二蒸汽流量计10、第二温度传感器14和第二压力传感器15。

一种蒸汽含水量检测装置，所述第一温度传感器1用于监测第二进汽管道16内的实时气压值，所述第二温度传感器14用于监测第一进汽管道12内的实时气压值，所述第一压力传感器2用于监测第二进汽管道16内的气压值，所述第二压力传感器15用于监测第一进汽管道12内的气压值。

所述报警模块采用闪烁LED灯和蜂鸣器。

所述显示模块为液晶显示器。

所述第一温度传感器1、第一压力传感器2、第一气动薄膜阀3、第一蒸汽流量计4、筒壁加热器5、热风交换器9、第二蒸汽流量计10、第二气动薄膜阀11、第二温度传感器14、第二压力传感器15、通信模块、控制器、显示模块和报警模块均通过导线与控制器电性连接，所述控制器通过导线与外接电源电性连接。

一种蒸汽含水量检测系统，系统架构为LAN/FIELDBUSXF结构，分为*层的数据库系统、中间层的监控软件和*低层的电控系统(PLC控制程序)，完成控制系统的人机交互接口，实现数据采集、运算、分析、显示、运行、控制和操作功能。

一种蒸汽含水量检测方法，其方法步骤如下：

步骤一：通过控制器控制第一温度传感器1、第一压力传感器2、第一气动薄膜阀3、第一蒸汽流量计4、筒壁加热器5、热风交换器9、第二蒸汽流量计10、第二气动薄膜阀11、第二温度传感器14和第二压力传感器15，将烟叶放置于放置腔室17内，将蒸汽通入第一进汽管道12和第二进汽管道16内，通过第一进汽管道12进入的蒸汽经过热风交换器9后进入至放置腔室17内，通过第二进汽管道16进入的蒸汽进入至隔层腔室18内，从而实现对烟叶进行干燥处理，放置腔室17内部的潮气经过排潮管7排出，隔层腔室18内产生的水通过排水管8排出；

步骤二：通过第一温度传感器1对第二进汽管道16内的蒸汽的温度进行监测，通过第一压力传感器2对第二进汽管道16内的蒸汽的气压进行监测，第一蒸汽流量计4对第二进汽管道16内的流量进行监测，通过第二蒸汽流量计10对进入第一进汽管道12内的蒸汽流量进行监测，通过第二温度传感器14对第一进汽管道12内的蒸汽温度进行监测，通过第二压力传感器15对第一进汽管道12内的蒸汽气压进行监测，以及通过公式换算的实时蒸汽含水量值；

步骤三：通过第一温度传感器1、第一压力传感器2、第一蒸汽流量计4、第二蒸汽流量计10、第二温度传感器14和第二压力传感器15将监测到的数据信息传输至控制器，经过控制器处理后，监测数据以可视化方式通过显示模块进行显示，并与运行数据相比对，固化监测范围，超出范围时通过报警模块出现闪烁报警。

饱和蒸汽含水量与温度、蒸汽压力有关，计算饱和蒸汽含水量通过检测蒸汽的温度和压力，利用公式，通过编程，实现自动计算得到不同条件下单位气体的含水量。通过对烟草设备使用的饱和蒸汽的温度和压力检测和数据采集，转换计算，得到在线实时蒸汽含水率。不同温度下蒸汽饱和时每m 3气体的含水量(大气压＝760mmHg)可以按下列公式计算如下：

dv＝(Pb/760)*(1000/22.4)*(273+t)*18

式中，dv：不同温度下蒸汽饱和时每m 3气体的含水量(g)；Pb：不同温度下蒸汽的饱和蒸汽压(mmHg)；t：温度(℃)，输入烟草设备的一般为饱和蒸汽，而饱和蒸汽的温度和气压值与含水量之间存在着对应关系，控制器可以根据输入的温度值、气压值得到对应的含水量，即单位体积含水量，可以用质量表示，具体可以使用g作为单位。通过对应关系，可以采用即时计算的方式，即通过上述的公式进行计算，也可以采用数值对应表进行检索的方式，控制器连接着存储有温度值、气压值对应着含水量的对应表，可以通过输入的温度值和气压值进行检索得到含水量，并输入该含水量到显示模块进行显示，需要显示一段时间内含水量随时间的变化曲线，通过显示模块进行显示，显示模块还用于显示实时温度值和实时气压值，即可以对原始数据和控制器计算得到的数据同时进行显示，能够实时对检测到的含水量进行显示，可以方便使用者观察和监控，以便及时对蒸汽品质进行调整，保证稳定的蒸汽供应，从而达到稳定和提高烟草制品的加工质量。

尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。