解決真空回潮機蒸汽管道中水錘現象

向勇剛

(重慶煙草工業有限責任公司重慶分廠，重慶 400061)

一、存在的問題

真空回潮機是卷煙制絲工藝過程中主機設備之一，其工藝任務是增加煙葉的含水率，提高煙葉溫度，使煙葉變得松散、柔軟，增強韌性，減少后工序的破碎、損耗。經蒸汽處理可以殺蟲滅菌，除去煙葉青雜氣和其他不良氣味，改善煙葉色澤。我廠采用的WZ191A—CQ真空回潮機在每班剛開始生產運行或中途停機間隔時間較長重新開機運行四級噴射蒸汽閥門開啟的瞬間，蒸汽管道會發生瞬間劇烈震動并伴隨巨大的噪音，管路中各種閥件經常被震壞，尤其是連接在四級噴射管路與2#冷凝器之間的單向閥、連接法蘭的密封墊被震裂損壞，焊接點被震裂泄漏(見圖1)，導致生產中途頻繁停機，嚴重影響工序加工質量。

圖1 改造前真空回潮機蒸汽管路及蒸汽介質流向示意圖

二、設備組成及原理

WZ191A—CQ真空回潮機由進出料裝置、回潮筒、抽真空系統、加濕系統、冷卻循環系統、控制管路及電控系統組成。抽真空系統是真空回潮機關鍵系統，由蒸汽噴射器、冷凝器組成。蒸汽噴射器通過單向閥與冷凝器相連。其工作過程分為三階段:絕熱膨脹、混合階段、壓縮階段。工作時，抽真空系統與回潮筒、蒸汽管路會形成密閉的容積空間。真空回潮時，將煙包或煙桶裝在小車上，送入回潮筒內，緊閉兩端筒門，啟動抽空系統，利用高壓、高速的蒸汽射流把回潮筒內空氣抽走，當抽空達到預定的真空度后，停止抽空，開啟加汽加水系統，將飽和蒸汽和水噴入筒內，當真空度回升到設定值時，停止加汽加水，完成一個回潮周期。根據工藝要求可進行一周期、兩周期甚至三周期回潮，然后開啟破空閥，打開筒門放出煙包(桶)。

三、原因分析

根據真空回潮機是利用高壓、高速的蒸汽引射對回潮筒的空氣迅速進行抽空的工作原理，結合流體力學及熱力學相關知識，可知蒸汽在管道里穩定流動是不會發生劇烈震動的。蒸汽管道之所以發生瞬間劇烈震動并伴隨巨大的噪音，要么是蒸汽壓力瞬間波動厲害，要么是外界原因，導致蒸汽流速突然變化，簡單地說蒸汽管路中的“水錘現象”是導致管道瞬間劇烈震動和巨大噪音的元兇。水錘又稱水擊:即在壓力管路中，由于其他因素導致流體流速突然發生變化而產生的壓力波沿管系迅速傳播、交替升降的現象，從而引起管道內壁壓強急劇升高或降低的交替變化現象。蒸汽管道中導致蒸汽流速突然變化的可能原因:一是蒸汽壓力瞬間波動厲害;二是蒸汽管道中含水;三是蒸汽管道中管道結構突然變化。針對現象分析，全廠使用的蒸汽是壓力穩定的飽和蒸汽，不存在壓力瞬間波動厲害和蒸汽大量含水的現象，并且在發生水錘現象的蒸汽管道中管道結構也不存在變化。因此真空回潮機四級蒸汽噴射管道中發生的水錘現象是因為蒸汽管路中含水(見圖1)，水的產生是由于四級和三級蒸汽噴射在引射2#冷凝器中空氣后形成混合氣體直接與屋頂冷卻塔相連接，引射完畢后四級噴射管連接至冷卻塔的蒸汽管道中含有大量蒸汽，經過一定時間冷卻形成冷凝水，根據液態流體流動原理，它會淤積在四級噴射蝶閥出口上方，每當該蝶閥開啟瞬間，蒸汽受冷凝水的冷凝和阻滯，蒸汽流速變化，且冷凝水在高速蒸汽的帶動下猛烈撞擊管壁，尤其是管道中彎頭和閥門法蘭接口。

四、改進措施

由上述原因分析得知，四級噴射蒸汽管道中的水錘現象是產生設備故障頻繁停機的根本原因，而產生水錘的直接原因是四級噴射蝶閥出口上方蒸汽管道中含冷凝水，因此解決問題的關鍵環節在于快速、及時地排走管道中的冷凝水。真空回潮機在一個正常工作周期結束后，連結至屋頂冷卻塔的四級噴射抽空蒸汽管道內仍有大量蒸汽，若與下一個工作周期之間的間隔較長，蒸汽便會冷卻形成冷凝水，二級、一級由于管道較短，且形成的冷凝水大部分會分別流入2#、1#冷凝器，四級、三級與連接至冷卻塔的管道長，尤其是三四級匯集后連接至冷卻塔的管道很長，內部殘留大量的蒸汽會形成大量的冷凝水，根據液體流動原理，會匯集到四級噴射蝶閥出口上方。據此分析，設備的結構和工作原理決定了冷凝水的產生是必然現象，因此解決問題的根本在于采取何種技術改造措施快速、及時地排走冷凝水。為此，結合設備蒸汽管路實際結構:該四級噴射管道與大氣相通，是開敞式管道，蒸汽冷凝后不會形成真空狀態，水只要有低位排泄口即可排走，于是采取在四級噴射蝶閥出口上方，即蝶閥上方連接法蘭的底部加低位水平排水管道(見圖2)，在排水管的出口處安裝常開的電磁閥，閥在設備電源關閉時處于開啟狀態，保證管道中的冷凝水在設備長時間不運行時自動處于排水狀態;設備工作時，電磁閥關閉，確保四級噴射正常抽空狀態。并在排水管下方加裝手動排水截止閥，可以在設備運行中途間隔期隨時排放冷凝水。

圖2 改造后真空回潮機蒸汽管路及冷凝水介質流向示意圖

五、改進效果

在對真空回潮機蒸汽管路采取針對性改造措施后，對操作工及時進行了規范化操作培訓，確保了在設備運行過程中或設備運行停止后可及時排走蒸汽管路中形成的冷凝水，徹底解決了蒸汽管路在每班剛開始生產運行，或中途停機間隔時間較長重新開機運行時產生的水錘現象。改造后兩年多來，從未發生過蒸汽管路水錘現象導致的閥件損壞、法蘭密封墊和管路被震裂泄露等造成的故障停機，保證了工序加工工藝質量，避免了因水錘現象導致的設備故障停機和備件損耗，降低了設備維護保養的勞動強度(見表1)。

表1 真空回潮機蒸汽管路改造后數據對照統計表

［1］國家煙草專賣局.卷煙工藝規范［M］.北京:中央文獻出版社，2003.

［2］趙亂成.管道中氣 －水錘探討［J］.給水排水，1997(3).