40萬(wàn)t/a離子膜法燒堿整流裝置的配置分析與優(yōu)化運(yùn)行

耿慶魯

(德州實(shí)華化工有限公司，山東 德州 253007)

【供電與整流】

40萬(wàn)t/a離子膜法燒堿整流裝置的配置分析與優(yōu)化運(yùn)行

耿慶魯

(德州實(shí)華化工有限公司，山東 德州 253007)

整流變壓器；整流柜；極化柜；運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)；配置分析；優(yōu)化運(yùn)行

介紹了德州實(shí)華化工有限公司40萬(wàn)t/a離子膜法燒堿整流裝置的配置及運(yùn)行情況，總結(jié)了運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，分析了典型故障發(fā)生的原因，并提出了故障的排除方法，最終實(shí)現(xiàn)了整流裝置的穩(wěn)定運(yùn)行，并達(dá)到了節(jié)能降耗的目的。

整流系統(tǒng)在整個(gè)離子膜法燒堿生產(chǎn)中具有非常重要的作用。整流系統(tǒng)能否安全穩(wěn)定運(yùn)行，直接影響到離子膜法燒堿電解生產(chǎn)的運(yùn)行和產(chǎn)品質(zhì)量，所以，分析研究離子膜法燒堿整流裝置的配置并優(yōu)化其運(yùn)行， 可以使其更好地服務(wù)于離子膜法燒堿生產(chǎn)，并達(dá)到節(jié)能降耗的目的。德州實(shí)華化工有限公司(以下簡(jiǎn)稱(chēng)“德州實(shí)華”)擁有兩套20萬(wàn)t/a(共40萬(wàn)t/a)離子膜法燒堿裝置，分別于 2011 年11月和2016 年 8 月建成投產(chǎn)。單臺(tái)2.5萬(wàn)t/a離子膜法燒堿生產(chǎn)裝置采用藍(lán)星(北京)化工機(jī)械有限公司NBZ—2.7自然循環(huán)膜極距電解槽，共有150個(gè)單元槽，設(shè)計(jì)電流14.85 kA，運(yùn)行電流13.8 kA。鑒于整流站距離電力公司變電站較近，以及自有的約10萬(wàn)kW的發(fā)電負(fù)荷，40萬(wàn)t/a離子膜整流裝置選擇35 kV的進(jìn)線(xiàn)電壓，并在整流站設(shè)置35 kV開(kāi)關(guān)站，便于整流變壓器停送電操作。整流變壓器采用“1拖2”的運(yùn)行方式，由1臺(tái)整流變壓器帶2臺(tái)整流柜及2臺(tái)離子膜電解槽組成。這樣形成8臺(tái)整流變壓器帶16臺(tái)整流柜給16臺(tái)膜極距電解槽供電的規(guī)?；a(chǎn)模式。由于國(guó)產(chǎn)2.5萬(wàn)t/a離子膜法燒堿裝置對(duì)整流電壓的要求較高，為直流530 V，因此采用三相全控橋式同相逆并聯(lián)整流電連接結(jié)構(gòu)。因2套20萬(wàn)t/a離子膜法燒堿裝置分期建設(shè)，故按照單套20萬(wàn)t/a離子膜法燒堿整流系統(tǒng)設(shè)計(jì)，需4套整流機(jī)組，每套整流機(jī)組按照單機(jī)組12脈波，4套整流機(jī)組構(gòu)成等效48脈波整流系統(tǒng)。4臺(tái)整流變壓器的接線(xiàn)方式均為網(wǎng)側(cè)延邊三角形移相，閥側(cè)△/▽同相逆并聯(lián)，網(wǎng)側(cè)移相角為±3.75°、±26.25° 和±18.75°、 ±11.25°，滿(mǎn)足直流電流14.85 kA，直流電壓530 V的額定輸出。

1 整流變壓器

8臺(tái)整流變壓器(以下簡(jiǎn)稱(chēng)“整流變”)型號(hào)為 ZHSFPT -21600 /35，額定輸出為4×8100 A、530 V，雙側(cè)中下部出線(xiàn)，采用1臺(tái)變壓器拖2臺(tái)整流器，強(qiáng)制油循環(huán)風(fēng)冷結(jié)構(gòu)。調(diào)壓范圍為70%～105%，有載開(kāi)關(guān)選用21級(jí)等差調(diào)壓，通過(guò)整流裝置控制系統(tǒng)可自動(dòng)升降整流變擋位，將控制角控制在5～15 ℃；配合晶閘管的細(xì)調(diào)，可有效地提高整流變的負(fù)載能力，降低整流變?nèi)萘?，提高整流裝置功率因數(shù)。整流變網(wǎng)側(cè)電纜進(jìn)線(xiàn)、閥側(cè)銅排出線(xiàn)，采用半鐘罩式免吊芯結(jié)構(gòu)。每年須更換 1 次整流變有載開(kāi)關(guān)內(nèi)的變壓器油，做 1 次變壓器油色譜分析， 每 3 年進(jìn)行 1 次有載調(diào)壓開(kāi)關(guān)抽芯檢查[1]。

2 整流柜

16 臺(tái)整流柜輸出電壓為530 V、電流為16 200 A，采用純水冷卻方式，交流后下進(jìn)線(xiàn)、 直流側(cè)上出線(xiàn)連接方式。每個(gè)整流柜由2組三相全控橋整流電路構(gòu)成同相逆并聯(lián)連接，單機(jī)組6脈波整流。移相范圍為0～150°，觸發(fā)脈沖輸出為雙窄脈沖。 同步信號(hào)取自整流變閥側(cè)。采用數(shù)字雙通道熱備用控制器，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)工作通道和備用通道是否正常工作。如果工作通道發(fā)生故障，自動(dòng)切換備用通道為工作通道，并指示出故障通道。 整流柜運(yùn)行時(shí)易出現(xiàn)橋臂過(guò)熱、純水冷卻水管路超溫及滲漏水等故障。

2.1 整流柜橋臂過(guò)熱報(bào)警

整流柜橋臂過(guò)熱檢測(cè)溫度為 65 ℃。如果運(yùn)行中出現(xiàn)臂過(guò)熱報(bào)警，須針對(duì)實(shí)際情況進(jìn)行如下處理。①由于多臺(tái)整流柜共用 1 套純水冷卻裝置，柜內(nèi)冷卻支路較多，每次檢修冷卻水路后， 大量空氣滯留在個(gè)別橋臂或水套冷卻支路的進(jìn)入管內(nèi)(這些滯留空氣會(huì)造成水流不暢)。當(dāng)橋臂溫度超過(guò) 65 ℃ 時(shí)，會(huì)出現(xiàn)臂過(guò)熱報(bào)警。 處理辦法：適當(dāng)開(kāi)大整流柜的進(jìn)水閥門(mén)，增加整流柜的水流量及水壓， 迫使堵塞的氣泡循環(huán)至純水冷卻裝置的水氣分離器后排出；正常運(yùn)行后，還原該整流柜的開(kāi)度。②長(zhǎng)期運(yùn)行中的整流柜出現(xiàn)臂過(guò)熱報(bào)警，多為電腐蝕或雜質(zhì)堵塞冷卻水路造成的。處理辦法：根據(jù)報(bào)警指示和采用手持式紅外線(xiàn)測(cè)溫儀確定堵塞部位后，停運(yùn)整流設(shè)備，并疏通。③在夏季，當(dāng)整流柜運(yùn)行環(huán)境的氣溫較高且濕度較大時(shí)，一旦冷卻水溫度低于結(jié)露溫度，水蒸氣將在水套表面凝成水珠，使絕緣體表面的絕緣強(qiáng)度降低，在橋臂上安裝的溫度繼電器誤動(dòng)作而發(fā)出報(bào)警。 處理辦法：在整流柜橋臂、水套凝結(jié)大量水珠造成誤報(bào)警時(shí)，立即關(guān)閉純水冷卻裝置的循環(huán)水控制閥門(mén)，使整流柜冷卻水回水溫度升高至38 ℃ 左右。待凝結(jié)的水珠蒸發(fā)以后，再將整流柜回水溫度調(diào)整至該濕度下的無(wú)露運(yùn)行合適溫度。

2.2 整流柜冷卻水回水溫度過(guò)高

整流柜回水溫度超過(guò) 45 ℃ 報(bào)警(回水溫度冬季一般控制在 20～25 ℃，夏季控制在35 ℃左右)。在巡檢時(shí)，一旦發(fā)現(xiàn)冷卻水回水溫度超過(guò)35 ℃ ， 須立即調(diào)整純水冷卻裝置的循環(huán)水控制閥門(mén)，將冷卻水降至合適溫度。調(diào)節(jié)時(shí)不要忽大忽小，要緩慢平穩(wěn)，以免影響冷卻水壓力；并要注意循環(huán)水的壓力不要太大，以免循環(huán)水滲漏到主水內(nèi)，引起副水壓力大于主水壓力，水質(zhì)下降。

2.3 整流柜冷卻水壓力要求

整流柜冷卻水壓力低于0.06 MPa 時(shí)，先發(fā)出報(bào)警信號(hào)。如果在設(shè)定 60 s 內(nèi)沒(méi)能消除故障，則整流裝置雙通道計(jì)算機(jī)控制柜封鎖觸發(fā)脈沖，使整流柜直流輸出降到零，以保證晶閘管元件不至過(guò)溫?fù)p壞。冷卻水壓力應(yīng)控制在 0.15 MPa 左右。在巡檢過(guò)程中，一旦發(fā)現(xiàn)壓力有波動(dòng)，須及時(shí)查找原因，消除故障；管路有滲漏時(shí)須及時(shí)修復(fù)； 有影響冷卻水壓力的作業(yè)活動(dòng)時(shí)，應(yīng)采取適當(dāng)措施，防止壓力降低而引起保護(hù)封鎖觸發(fā)脈沖， 甚至跳閘停車(chē)。

2.4 整流柜冷卻水水質(zhì)要求

由于橋臂母排及水套水閥內(nèi)徑較小，為防止長(zhǎng)期運(yùn)行中產(chǎn)生的電腐蝕堵塞冷卻管路，整流柜冷卻水水質(zhì)要求為：懸浮物的質(zhì)量濃度不超過(guò) 30 mg/L，酸度(pH 值)為 6～9，硬度( 以氧化鈣濃度計(jì))不超過(guò) 4.28 mmol/L，進(jìn)口壓力不低于0.15 MPa，進(jìn)水溫度為 5～30 ℃，電阻率為1 MΩ·cm。在運(yùn)行期間，如果水質(zhì)不合格， 須對(duì)整流柜的純水冷卻水進(jìn)行置換(平均每?jī)蓚€(gè)月置換1次)。 每次在設(shè)備停運(yùn)檢修時(shí)， 須徹底排空冷卻管路內(nèi)的純水后，再注入合格的純水，以確保冷卻水水質(zhì)合格。

3 整流控制柜

8臺(tái)整流控制柜采用雙通道計(jì)算機(jī)控制 PLC 監(jiān)視柜， 由雙通道全數(shù)字調(diào)節(jié)觸發(fā)控制系統(tǒng)、觸摸屏及計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通信接口組成。①出現(xiàn)報(bào)警信號(hào)的處理方法。當(dāng)出現(xiàn)報(bào)警信號(hào)時(shí)，要立即解除報(bào)警音響，并根據(jù)報(bào)警故障指示，迅速查找原因；消除故障后，再按“故障復(fù)位”按鈕。②在正常運(yùn)行過(guò)程中，A、B 通道不能切換，停車(chē)時(shí)須及時(shí)檢修，確保互為備用。③“電源缺相” 故障處理。同步電源取至整流變閥側(cè)母排，經(jīng)同步變壓器變壓后送至觸發(fā)控制板。出現(xiàn)“電源缺相 ”報(bào)警時(shí)，要檢查整流變投運(yùn)情況，同步變壓器二次側(cè)AT、BT、 CT 相電壓12 V運(yùn)行情況；如不正常，要更換同步變壓器。④給定電流不能升降時(shí)，可能是操作器與控制器通信故障，或是雙通道熱備用控制器故障。⑤冷卻水泵采用雙泵組合設(shè)計(jì)， 兩泵互為工作或備用，可根據(jù)水壓自動(dòng)切換電路。如果一臺(tái)工作中的水泵發(fā)生故障，另一水泵就會(huì)自動(dòng)啟動(dòng)工作，泵切換時(shí)間不大于0.5 s。換向閥自動(dòng)換向同時(shí)發(fā)出信號(hào)，可不停機(jī)檢修故障泵。

4 直流大電流測(cè)量?jī)x

直流大電流傳感器采用16臺(tái)DC-CT霍爾直測(cè)式直流大電流測(cè)量?jī)x，1臺(tái)整流單元配1套，最大測(cè)量電流為20 kA，輸出DC 4～20 mA、0～5 V，現(xiàn)場(chǎng)就地安裝方便、無(wú)干擾，系統(tǒng)精確度為±0.1%。傳感器具有正反測(cè)量功能并帶有逆電流報(bào)警門(mén)限，完成電流測(cè)量、報(bào)警，可輸出多種信號(hào)，提供RS-485 總線(xiàn)接口，方便連接計(jì)算機(jī)。直流大電流測(cè)量?jī)x故障會(huì)造成整流柜輸出直流電流波動(dòng)， 從而導(dǎo)致整流柜實(shí)際輸出電流升高或降低而電流儀表顯示正常。原因分析:由于大電流直流測(cè)量?jī)x電路板上精密電位器使輸出的控制信號(hào)(0～5 V)比實(shí)際值發(fā)生漂移、降低或升高。為使電流反饋信號(hào)( 假信號(hào) )達(dá)到給定值，觸發(fā)控制器 CPU 調(diào)節(jié)運(yùn)算， 對(duì)換相角α進(jìn)行調(diào)節(jié)。處理方法：安裝備用的大電流測(cè)量?jī)x，將拆下來(lái)部分送回廠維修校驗(yàn)。對(duì)直流大電流測(cè)量?jī)x附件箱作密封處理，防止受到環(huán)境腐蝕而損壞。在運(yùn)行過(guò)程中，如發(fā)現(xiàn)不明原因的直流電流升高或降低時(shí)，須重點(diǎn)檢查直流大電流測(cè)量?jī)x。

5 極化柜

在電解槽正常開(kāi)車(chē)時(shí)，當(dāng)直流電流達(dá)到3.0 kA就會(huì)自動(dòng)切出極化柜；當(dāng)停車(chē)和緊急停車(chē)時(shí)，直流電流降2.7 kA就須立刻投入極化柜。為了保證在供電中斷時(shí)，極化柜備用電源可立即投入，利用公司另一路10 kV保安供電電源形成了可靠的雙電源線(xiàn)路，以保證供電不間斷。16臺(tái)極化柜由整流主回路、控制穩(wěn)流電路、繼電保護(hù)電路、電流檢測(cè)及操作界面顯示，也可以采用 PLC 和DCS組成。開(kāi)機(jī)可手動(dòng)控制，也可自動(dòng)控制。額定輸出直流電壓為500 V、電流為120 A。①極化電源報(bào)過(guò)流、缺相故障。如果是極化給定電流超過(guò)整定值，復(fù)位即可；如果是晶閘管觸發(fā)控制板故障，一般多為電源變壓器燒壞。②極化電源無(wú)輸出或電流不穩(wěn)。由于極化電源觸發(fā)控制板RUN端子為外部封鎖脈沖及軟啟動(dòng)控制端，當(dāng)RUN端子懸空時(shí)，觸發(fā)脈沖被封鎖，直流輸出降到零，RUN與GND短路封鎖脈沖控制線(xiàn)經(jīng)中間繼電器 KA1 常開(kāi)點(diǎn)控制。由于該控制信號(hào)為弱電信號(hào)，繼電器 KA1 為普通式繼電器，一旦觸點(diǎn)接觸不良，就會(huì)造成 RUN 與 GND 信號(hào)時(shí)有時(shí)無(wú)，引起觸發(fā)信號(hào)不正常，造成極化電源無(wú)輸出或電流不穩(wěn)。將繼電器 KA1 改為封閉式小型繼電器，沒(méi)再出現(xiàn)類(lèi)似故障。③輸出電壓調(diào)不到額定值：檢查電源電壓是否正常；檢查輸出脈沖電壓發(fā)光二極管 VL3～VL8指示，如有不亮，則可能是控制板到可控硅的脈沖線(xiàn)開(kāi)路或脈沖輸出回路故障而沒(méi)有脈沖輸出；檢查可控硅的導(dǎo)通性能，導(dǎo)通不好則須更換。

6 電解槽接地及保護(hù)

電解槽在運(yùn)行過(guò)程中會(huì)因某種原因造成意外接地故障，如槽框漏液、墊片嚴(yán)重泄漏、意外搭鐵等。通過(guò)接地繼電器可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)這些故障，避免事故擴(kuò)大，對(duì)電解槽起到安全保障作用。 兩個(gè)MPV-11型接地繼電器，一個(gè)負(fù)責(zé)電解槽的正半?yún)^(qū)保護(hù)，另一個(gè)負(fù)責(zé)電解槽的負(fù)半?yún)^(qū)保護(hù)。當(dāng)接地電壓達(dá)到報(bào)警值±10 V時(shí)，發(fā)出報(bào)警信號(hào)。當(dāng)接地電壓達(dá)到±30 V時(shí)，發(fā)出整流器脈沖封鎖或高壓開(kāi)關(guān)柜跳閘信號(hào)。為了保證操作人員安全，防止電解槽基座帶電和管線(xiàn)產(chǎn)生靜電。電解槽基座和陰、陽(yáng)極液進(jìn)出口總管必須接地，電解槽的接地裝置要單獨(dú)敷設(shè)，接地電阻要求小于4 Ω。每臺(tái)電解槽設(shè)1個(gè)接地端子箱，內(nèi)裝供接地連接的銅母排。

7 整流系統(tǒng)的優(yōu)化運(yùn)行

整流系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)盡量調(diào)整整流柜相控角，使共用1臺(tái)整流變的2臺(tái)整流柜的相控角盡量一致，這樣可使整流變?cè)诘鸵粨跷贿\(yùn)行。整流柜低相控角運(yùn)行也可以節(jié)電。比較運(yùn)行數(shù)據(jù)，微小的變化對(duì)于優(yōu)化運(yùn)行和節(jié)能降耗的影響都是非?？捎^的。 所以，德州實(shí)華調(diào)整1#～16#整流柜的相控角控制范圍，由原來(lái)的5°～15°調(diào)整為3°～9°，變電效率上升，基本達(dá)到了98.5%以上。

8 結(jié)語(yǔ)

在生產(chǎn)中要確保整流設(shè)備的安全運(yùn)行，積累操作運(yùn)行經(jīng)驗(yàn) ,嚴(yán)格控制工藝指標(biāo),保證巡回檢查質(zhì)量，提前做好事故防范工作；同時(shí)，還要做好事故預(yù)案，從而防止事故擴(kuò)大，避免次生事故，保證安全生產(chǎn)，提高經(jīng)濟(jì)效益。

[1] 閆利利等 20萬(wàn)t/a離子膜法燒堿整流裝置的優(yōu)化運(yùn)行[J]氯堿工業(yè)，2015，51(3)：1-3.

[編輯：費(fèi)紅麗]

Configuration analysis and optimal running of rectifiers for 400-kt/a ion-exchange membrane caustic soda

GENGQinglu
(Dezhou Shihua Chemical Industry Co., Ltd., Dezhou 253007, China)

rectifier transformer; rectifier cabinet; polarization cabinet; operating experience; configuration analysis; optimal running

The configuration and running of rectifiers adopted by Dezhou Shihua Chemical Industry Co., Ltd. for 400-kt/a ion-exchange membrane caustic soda was introduced. The experience in running was summarized. The causes of typical faults were analyzed, and troubleshooting methods were proposed. Eventually, the rectifier run stably and the purpose of saving energy and reducing consumption was achieved.

耿慶魯(1967—)，男，高級(jí)電氣工程師，1992年畢業(yè)于成都科技大學(xué)電力工程系電力系統(tǒng)及自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)，現(xiàn)于德州實(shí)華化工有限公司從事氯堿生產(chǎn)的發(fā)電、輸電、配電及整流裝置的設(shè)計(jì)、安裝和改造工作。

2016-12-20

TM46

B

1008-133X(2017)04-0001-03