40萬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）

40萬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）

介紹了40萬t/a離子膜法燒堿整流裝置的配置及運(yùn)行情況，總結(jié)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，分析典型故障發(fā)生的原因，并提出故障的排除方法，最終實(shí)現(xiàn)了整流裝置的穩(wěn)定運(yùn)行，達(dá)到了節(jié)能降耗的目的。

整流變壓器；整流控制柜；極化柜；純水冷卻裝置；運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)

德州實(shí)華化工有限公司國(guó)產(chǎn)2.5萬t/a離子膜燒堿生產(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)零極距電解槽，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。結(jié)合距離電力公司變電站較近，以及本公司具有約10萬千瓦的發(fā)電負(fù)荷，40萬t/a離子膜整流裝置的進(jìn)線電壓選擇35 kV，在整流站設(shè)置35 kV開關(guān)站，便于整流變壓器停送電操作。整流變壓器采用“一拖二”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)零極距電解槽供電的規(guī)模化生產(chǎn)模式。

由于國(guó)產(chǎn)2.5萬t/a離子膜對(duì)整流電壓的要求較高，為直流530 V，因此，電連接方式采用三相全控橋式同相逆并聯(lián)整流結(jié)構(gòu)。因2套20萬t離子膜法燒堿裝置分期建設(shè)，故按照單套20萬t離子膜燒堿整流系統(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

整流變壓器共8臺(tái)，整流變壓器型號(hào)為ZHSFPT－21600/35，額定輸出為4×8 100 A；540 V、雙側(cè)中下部出線，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70%～105%，有載開關(guān)選用21級(jí)等差調(diào)壓，通過整流裝置控制系統(tǒng)可自動(dòng)升降整流變壓器擋位，將控制角控制在5～15°，配合晶閘管的細(xì)調(diào)，可有效的提高整流變壓器的負(fù)載能力，降低整流變壓器型式容量，提高整流裝置功率因數(shù)。整流變壓器網(wǎng)側(cè)電纜進(jìn)線，閥側(cè)變壓器側(cè)銅排出線，采用半鐘罩式免吊芯結(jié)構(gòu)，需每年更換1次有載開關(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)壓開關(guān)抽芯檢查。

2 整流柜

整流柜共有16臺(tái)，輸出電壓為540 V，電流為16 200 A，冷卻方式采用純水冷卻，連接方式為交流后下進(jìn)線、直流側(cè)上出線。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0～150°，觸發(fā)脈沖輸出為雙窄脈沖。 同步信號(hào)取自整流變壓器閥側(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工作正常，如果工作通道發(fā)生故障，自動(dòng)將備用通道切換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)橋臂過熱，純水冷卻裝置冷卻水管路超溫及滲漏水等故障。

2.1 整流柜橋臂過熱報(bào)警

整流柜橋臂過熱檢測(cè)溫度為65℃，運(yùn)行中出現(xiàn)臂過熱報(bào)警情況要針對(duì)實(shí)際情況處理。

（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內(nèi)進(jìn)入管路，空氣會(huì)造成水流不暢。當(dāng)橋臂溫度超過65℃時(shí)，會(huì)出現(xiàn)臂過熱報(bào)警。

處理辦法：適當(dāng)開大整流柜的進(jìn)水閥門，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，正常后把該整流柜的開度還原。

（2）長(zhǎng)期運(yùn)行中的整流柜出現(xiàn)臂過熱報(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測(cè)溫儀確定堵塞部位后，停運(yùn)整流設(shè)備，并進(jìn)行疏通。

（3）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)，如果冷卻水溫度低于結(jié)露溫度，水蒸氣將水套表面凝成水珠，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：當(dāng)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，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)整合適溫度。

2.2 整流柜冷卻水回水溫度過高

整流柜回水溫度超過45℃報(bào)警 （回水溫度冬季一般控制在 20～25℃，夏季控制在38℃左右）。在巡檢時(shí)，一旦發(fā)現(xiàn)冷卻水回水溫度超過38℃，須立即調(diào)整純水冷卻裝置的循環(huán)水控制閥門，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；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)，引起水質(zhì)下降。

2.3 整流柜冷卻水壓力要求

整流柜冷卻水水壓低于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溫?fù)p壞。 冷卻水壓力應(yīng)控制在0.15 MPa左右。 在巡檢過程中，一旦發(fā)現(xiàn)壓力有波動(dòng)，需及時(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。

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：懸浮物質(zhì)量濃度不超過30 mg/L，酸度（pH值）為6～9，硬度（以氧化鈣濃度計(jì)）不超過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。 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2個(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

整流控制柜共有8臺(tái)，采用雙通道計(jì)算機(jī)控制PLC監(jiān)視系柜，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）正常運(yùn)行過程中A、B通道不能切換，有停機(jī)時(shí)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）給定電流不能升降的情況。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1臺(tái)工作泵發(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)換向并發(fā)出信號(hào)，可不停機(jī)對(duì)故障泵進(jìn)行檢修。

4 直流大電流測(cè)量?jī)x

直流大電流傳感器采用采用16臺(tái)DC－CT霍爾直測(cè)式直流大電流傳感器，每臺(tái)整流單元配1套，最大測(cè)量電流20 kA，輸出DC 4～20 mA，0～5 V，現(xiàn)場(chǎng)就地安裝無干擾，安裝方便，系統(tǒng)精確度為±0.1%。傳感器具有正反測(cè)功能并帶有逆電流報(bào)警門限，完成電流測(cè)量、報(bào)警，可以輸出多種信號(hào)，提供RS－485總線接口，方便連接計(jì)算機(jī)。

直流大電流測(cè)量?jī)x故障造成整流柜輸出直流電流波動(dòng)，可能會(huì)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阻使輸出的控制信號(hào)（0～5 V）比實(shí)際值發(fā)生漂移，降低或升高，常時(shí)系統(tǒng)在自動(dòng)穩(wěn)流狀態(tài)工作。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：安裝上備用的大電流測(cè)量?jī)x，拆下來的回廠進(jìn)行維修校驗(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。

5 極化柜

在電解槽正常開車時(shí)，當(dāng)直流電流達(dá)到3.0 kA后自動(dòng)切出極化柜，當(dāng)停車和緊急停車時(shí)直流電流降2.7 kA后，立刻投入極化柜。為了保證在供電中斷時(shí)，極化柜能立即有備用電源投入，利用了公司另一路的10 kV保安供電電源，形成了可靠的雙電源線路以保證不間斷供電。

極化柜共有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器組成。開機(jī)可手動(dòng)控制，自動(dòng)控制。額定輸出電壓為500 V、電流120 A。

5.1 極化電源報(bào)過流、缺相故障

如果是極化給定電流超過整定值，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。

5.2 極化電源無輸出或電流不穩(wěn)

由于極化電源觸發(fā)控制板RUN（200）端子為外部封鎖脈沖/軟啟動(dòng)控制端，當(dāng)該端子與GND（0 V）端子短接時(shí)，解除脈沖封鎖，開始正常工作；當(dāng)該端直流輸出降到零。RUN子懸空時(shí)觸發(fā)脈沖被封鎖，與GND控制線經(jīng)中間繼電器KA1常開點(diǎn)，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，引起觸發(fā)信號(hào)不正常，造成極化電源無輸出或電流不穩(wěn)。將繼電器KA1改為封閉式小型繼電器，沒有再出現(xiàn)類似故障。

5.3 輸出電壓調(diào)不到額定值

（1）檢查電源電壓是否正常；（2）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開路或脈沖輸出回路故障沒有脈沖輸出；（3）檢查可控硅的導(dǎo)通性能，不好則更換。

6 電解槽接地及保護(hù)

電解槽在運(yùn)行過程中會(huì)因某種原因意外造成接地故障，如槽框漏液、墊片嚴(yán)重泄漏、意外搭鐵等。通過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。2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)，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產(chǎn)生靜電，電解槽基座和陰、陽極液進(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)接地端子箱一個(gè)，內(nèi)裝銅母排供接地連接。

7 整流系統(tǒng)的優(yōu)化運(yùn)行

（1）在整流系統(tǒng)運(yùn)行過程中，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)诘鸵粰n位運(yùn)行。

（2）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。德州實(shí)華化工調(diào)整1#～16#整流柜的相控角控制范圍，由原來的5°～15°調(diào)整為3°～9°，變電效率上升了，基本達(dá)到了97.5%以上。

8 結(jié)語

在生產(chǎn)中要確保整流設(shè)備的安全運(yùn)行，提高操作運(yùn)行的經(jīng)驗(yàn) ，嚴(yán)格控制工藝指標(biāo)，保證巡回檢查的質(zhì)量，提前做好對(duì)事故的防范工作。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。

Configuration analysis and optimal operation of 400 kt/a ionexchange membrane caustic soda rectifier device

GENG Qing-lu

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

This paper introduces the configuration and operation of Dezhou Shihua Chemical Co.,400 thousand tons of ion-exchange membrane caustic soda rectifying device，summarize the operation experience，analyze the reason of the typical fault，and put forward the method to eliminate the fault，and finally realize the stable operation of the rectifier，and achieve the purpose of energy saving and consumption reduction.

rectifier transformer；rectifier control cabinet；polarization cabinet；pure water cooling device；operating experience

TM461

B

1009－1785(2017)03-0005-03

2016－08－22