40 萬 t/a 離子膜燒堿（二期）項(xiàng)目整流機(jī)組技術(shù)方案

姜 錦，辛 丹，沙 劍，何春文，劉 陳（金川集團(tuán)有限公司化工廠， 甘肅 金昌 737100）

40 萬 t/a 離子膜燒堿（二期）項(xiàng)目整流機(jī)組技術(shù)方案

姜 錦，辛 丹，沙 劍，何春文，劉 陳
（金川集團(tuán)有限公司化工廠， 甘肅 金昌 737100）

介紹了 40 萬t/a離子膜燒堿系統(tǒng)（二期）項(xiàng)目整流機(jī)組的技術(shù)方案及整流元件的選取計(jì)算要求。

整流；整流機(jī)組；控制系統(tǒng)

電解槽是離子膜燒堿系統(tǒng)的核心設(shè)備，而整流機(jī)組的作用就是將交流轉(zhuǎn)化成直流，為電解槽提供電源。 金川集團(tuán)股份有限公司 40 萬t/a 離子膜燒堿系統(tǒng)（二期）項(xiàng)目采用 8 臺(tái)藍(lán)星（北京）化工機(jī)械有限公司 NBZ-2.7 復(fù)極式膜極距電解槽，電解槽設(shè)計(jì)電流 16.5 kA，電 壓 540 V。

1 整流機(jī)組的組成

整流機(jī)組主要包括整流器、整流控制柜、極化整流柜、后臺(tái)監(jiān)控系統(tǒng)及冷卻系統(tǒng)。

2 整流器的選擇

2.1 整流器與整流變壓器及電解槽的配置方式

40 萬t/a 離子膜燒堿系統(tǒng)（二期）項(xiàng)目共設(shè)置 8 臺(tái)電解槽，采取變壓器“一拖二”，整流器“一拖一”的配置方式，即 1 臺(tái)變壓器帶 2 臺(tái)整流器，每臺(tái)整流器各帶 1臺(tái)電解槽，這種方式減少了變壓器的配置臺(tái)數(shù)，大大降低設(shè)備的投資及日后變壓器運(yùn)行的容量費(fèi)用， 整流器為 1 拖 1 方式，2 臺(tái)電解槽相互獨(dú)立，互不影響，調(diào)節(jié)獨(dú)立。

2.2 整流器的參數(shù)選擇

整流器的參數(shù)主要根據(jù)電解槽的參數(shù)來選擇。

（1）額定 電壓 Udn=540 V

額定電流 Idn=16.5 kA

（2）整流電路采用三相全控橋式，非同相逆并聯(lián)，8 組整流器等效為 48 脈波整流電路， 可以起到降低諧波，減少電網(wǎng)污染的目的。

（3）整流元件的選擇

整流元件選 用 5 英 寸 （KP7200 A）大 功 率整流元件，每個(gè)橋壁安裝數(shù)量 np，由以下計(jì)算公式計(jì)算得出：

式中：KAI：電流設(shè)計(jì)安全欲度；

Kg：過載系數(shù)；

KI：均流系數(shù)；

KQ：環(huán)境溫度系數(shù)；

KVKh：介質(zhì)流速系數(shù)及海拔系數(shù)。

根據(jù)離子膜電解槽的特性，整流器無備用，所以應(yīng)考慮充足的余度，并兼顧 N－1 運(yùn)行，即每臂損壞1只元件時(shí)確保設(shè)備正常運(yùn)行，則取 np=3（只）。

每只元件上配置1個(gè)快速熔斷器，快熔的額定電壓 UR應(yīng)盡可能地與使用電壓（即變壓器的閥側(cè)電壓 440 V）Uvo 接近，并兼顧電網(wǎng)諧波電壓的影響，取快熔的額定電壓 UR=600 V。 元件實(shí)際流過快熔的方均根電流 Ir為：

按快熔 的 電流選擇原 則 ：1.57IT（AV）≥IRN≥KiKaKR

考慮 半 導(dǎo)體的 溫 度 系數(shù) ：5 645 A/0.8=7 056 A ，因此，快熔選 擇 600 V/7 200 A，

元件電流儲(chǔ)備系數(shù)：KR=3×7 200/5 500/0.95=3.73

元 件 電 壓 儲(chǔ)備 系 數(shù) ：KAV=URRM/UVO=2 400/622= 3.85（以變壓器 1.414UVO=1.414×440=622 為基準(zhǔn)）

（4）整流柜二次保護(hù)設(shè)有主回路操作過電壓、可控硅元件換相過電壓、過電流保護(hù)及過載保護(hù)、橋臂過熱、冷卻水壓低、冷卻水溫度、斷流、反饋掉線、母線絕緣等保護(hù)功能。

3 整流控制柜

整流控制柜由機(jī)組穩(wěn)流控制系統(tǒng)、機(jī)組 PLC 監(jiān)控系統(tǒng)2部分組成。

3.1 機(jī)組穩(wěn)流控制系統(tǒng)

機(jī)組穩(wěn)流控制系統(tǒng)采用 STM6 智能數(shù)字控制器。 將電源、同步、數(shù)字 PID、數(shù)字觸發(fā)、脈沖變壓器、現(xiàn)場(chǎng)工業(yè)總線通信模塊集裝成一體。產(chǎn)生晶閘管整流裝置所需的觸發(fā)脈沖，每一回路的調(diào)節(jié)觸發(fā)單元分別由雙套數(shù)字調(diào)節(jié)觸發(fā)板，按熱備用方式進(jìn)行配置，在 PLC 監(jiān)控下，實(shí)現(xiàn)故障狀態(tài)下無擾動(dòng)自動(dòng)切換，產(chǎn)生高精度和高對(duì)稱度的觸發(fā)脈沖。整流控制柜及遠(yuǎn)控微機(jī)均能調(diào)節(jié)電流，整流器電流反饋信號(hào)取自直流互感器及交流 CT，兩者互為熱備用。 PLC 同時(shí)為 DCS提供報(bào)警信號(hào)。

3.2 PLC 監(jiān)控系統(tǒng)

PLC 監(jiān)控系統(tǒng)采用西門子 S7－300 系列，主要完成功能包括：運(yùn)行操作、故障檢測(cè)、報(bào)警和保護(hù)、數(shù)據(jù)采集及信號(hào)聯(lián)鎖。

PLC 控制裝置與其后臺(tái)監(jiān)控操作系統(tǒng)采用以太網(wǎng)進(jìn)行通訊，整機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)圖見圖 1。 工藝 DCS 系統(tǒng)可以通過 Profibus－ DP 通訊方式得到整流相關(guān)數(shù)據(jù)，并能夠?qū)χ绷麟娏鬟M(jìn)行設(shè)定和修改，同時(shí)也能夠通過硬 接 線方式（4－20 mADC 標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)）對(duì)直 流電流進(jìn)行調(diào)節(jié)，整機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)圖見圖 1。

圖1 整機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)圖

4 后臺(tái)監(jiān)控操作系統(tǒng)

遠(yuǎn)程操作室應(yīng)設(shè)置整流后天監(jiān)控操作系統(tǒng)，監(jiān)控操作系統(tǒng)設(shè)置 2 臺(tái)操作站，互為備用，可實(shí)現(xiàn)整流系統(tǒng)相關(guān)數(shù)據(jù)顯示及升降電流的操作，主要包括以下功能。

（1）實(shí)現(xiàn)直流電流的調(diào)節(jié)和調(diào)節(jié)地點(diǎn)的選擇，可以選擇本機(jī)/就地控制柜/DCS 系統(tǒng)， 或者由就地控制柜中 PLC 完成此功能；

（2）每臺(tái)整流器的直流電流、直流電壓、直流功率、直流電度、及電流小時(shí)及 2 臺(tái)整流器上述各電量總的顯示；

（3）有載調(diào)壓開關(guān)位置顯示，有載調(diào)壓開關(guān)檔位調(diào)節(jié)采用“鍵盤按鈕”方式，軟件上采取防止有載調(diào)壓開關(guān)檔位出現(xiàn)連續(xù)動(dòng)作并失控的情況；

（4）有載調(diào)壓開關(guān)升降檔提示及 α 角顯示；

（5）監(jiān)控功能：整流所直流系統(tǒng)內(nèi)的各種故障報(bào)警和狀態(tài)顯示。

5 極化電源裝置

極化整流器的主要作用是為了防止由于電解槽停止時(shí)產(chǎn)生的逆電流造成陰極涂層溶解。極化整流器裝置負(fù)載為離子膜電解槽。當(dāng)電解槽充液溢流時(shí)，要立即投入計(jì)劃電源，當(dāng)電流升至 300 A 時(shí)，極化整流器自動(dòng)切除，當(dāng)電流降至 300 A 以下時(shí)，極化整流器要自動(dòng)投入。

輸入交流 電壓： 3 相，380 V，50 Hz；輸出電流 ： DC 120 A；

輸出電壓： DC 385 V。 正常工作直流電流可任意選擇恒流操作或直流電壓恒壓操作，恒流、恒壓操作能夠無擾動(dòng)切換。 控制系統(tǒng)采用西門子 S7-200 系列 PLC 實(shí)現(xiàn)。

極化整流器電源要配置備用電源，一般采用EPS 應(yīng)急電源作為備用電源。

6 冷卻裝置

采用去離子高純水冷卻方式，元件冷卻水路總匯流管設(shè)在整流柜底部，采用并聯(lián)冷卻方式。 每臺(tái)整流柜配置 1臺(tái)冷卻裝置，保證單臺(tái)設(shè)備開停的靈活性。

機(jī)組發(fā)熱和冷卻的計(jì)算如下。

單臺(tái)整流器的放熱量Q的計(jì)算：

帶走 Q 所需要的水冷卻介質(zhì)流量 V（忽略空氣帶走的熱量）

式中：P1至 P5分別為元件正向損耗、元件反向損耗、快熔損耗、母線損耗及過壓損耗；

△t—冷卻介質(zhì)進(jìn)出口溫差，取△t=3.5 ℃

冷卻裕量為 K 取 2.2（倍），因此，每臺(tái)整流器柜配 1 臺(tái) 純 水 流 量 為 26 m3/h 的 LSS-150B 純 水 冷 卻裝置，冷卻器熱交換器和水泵均有 100%備用量。

Technical scheme of 400 kt/a ionic membrane caustic soda project（phaseⅡ）rectifier unit

JIANG Jin，XIN Dan，SHA Jian，HE Chun-wen，LIU Chen
（Jinchuan Group Co.,Ltd.,Jinchang 737100,China）

This article mainly introduced the 400 kt/a of ionic membrane caustic soda system rectifier unit（phaseⅡ）project technical scheme，illustrates the selection of rectifier element computing requirements.

rectification；rectifier unit；control system

TM461

：B

：1009－1785(2017)02-0009-02

2016-05-24