大型節(jié)能鋁電解槽控機(jī)安全性能分析

段 練

（中國(guó)鋁業(yè)連城分公司，甘肅 蘭州 730555）

鋁電解槽控機(jī)主要是一種鋁電智能控制系統(tǒng)，其設(shè)備是鋁電解槽自動(dòng)控制結(jié)構(gòu)中的主要部分，將控制系統(tǒng)按其方式來(lái)分類，解槽控機(jī)可分為集中控機(jī)和分布控機(jī)。傳統(tǒng)的鋁電解槽控機(jī)系統(tǒng)主要是集中控機(jī)系統(tǒng)，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)一部分采用Z80的單板機(jī)控制或者編程控制器PC，另一部分采用小型機(jī)，連續(xù)電流、槽電低壓等手段完成鋁電解槽的上位機(jī)采樣，控制算法以及控制流程等。

這種分布式控機(jī)系統(tǒng)采取“集中操作，分散控制”模式，此模式在發(fā)生安全故障時(shí)能夠在短時(shí)間內(nèi)將經(jīng)濟(jì)損失降到最小。通過(guò)以上的分析就不難知道，鋁電解槽控機(jī)安全性能對(duì)經(jīng)濟(jì)工業(yè)所起的作用是十分關(guān)鍵的，本文也正是在這樣一種背景之下對(duì)其安全性能進(jìn)行說(shuō)明和分析，希望能夠?qū)?shí)際工程當(dāng)中的安全問(wèn)題起到控制作用。

1 鋁電解槽控機(jī)安全系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1.1 鋁電解原理引入

大型節(jié)能鋁電解槽控機(jī)是目前為止規(guī)模最大及電能消耗最多的電解工業(yè)設(shè)備。它所耗費(fèi)的電能一部分用于分解氧化鋁，一部分用于讓電解保持一定的溫度，前者是進(jìn)行鋁電工業(yè)必須要消耗的能源，后者是將前者消耗的電氣能源轉(zhuǎn)化為熱量揮發(fā)出去，將一部分熱量轉(zhuǎn)化為動(dòng)氣，從而達(dá)到節(jié)能的目的[2]。鋁電解原理圖如圖1所示。

由圖1可以看出鋁電解槽控機(jī)的化學(xué)反應(yīng)過(guò)程，其中A代表鋁；B代表點(diǎn)解；i和m只是A、B的質(zhì)量；S代表鋁第二次發(fā)生電解反應(yīng)。通過(guò)電解反應(yīng)原理我們可以知道鋁在第二次發(fā)生電力溶解過(guò)程時(shí)容易產(chǎn)生電熱失衡的現(xiàn)象，導(dǎo)致電解槽的平均電壓與電流效率成反比，這種反應(yīng)容易造成大范圍的用電安全事故，并且會(huì)增加直流消耗，導(dǎo)致電力資源的浪費(fèi)。

圖1 鋁電解原理圖

1.2 檢測(cè)控機(jī)安全數(shù)據(jù)

由于大型節(jié)能鋁電解槽控機(jī)設(shè)備主要分為兩大系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，即集中控機(jī)和分布控機(jī)。所以我們的數(shù)據(jù)分析檢測(cè)要從這兩方面進(jìn)行研究和分析。

集中控機(jī)是對(duì)鋁電解控機(jī)設(shè)備進(jìn)行核心設(shè)備的控制，而核心設(shè)備中的電解流程主要是通過(guò)垂直磁場(chǎng)電流產(chǎn)生的電磁力。分布控機(jī)是對(duì)鋁電解控機(jī)設(shè)備中各個(gè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行結(jié)構(gòu)控制，它主要是通過(guò)水平擾動(dòng)電流來(lái)產(chǎn)生電磁力。各自的電解流程公式為：

在電解流程公式中，電磁力促使鋁液作上下波動(dòng)，是鋁液溶解過(guò)程中的總電流，①是垂直磁場(chǎng)電流公式，②是水平擾動(dòng)電流公式。其中F是磁力系數(shù)，是電熱系數(shù)，是鋁液第一次溶解系數(shù)，O是鋁液第二次溶解系數(shù)。

通過(guò)（1）（2）的公式我們可以分別求得集中控機(jī)電磁力系數(shù)F1和分布控機(jī)電磁力系數(shù)F2，若0

2 實(shí)驗(yàn)論證分析

為保證本文提出的大型節(jié)能鋁電解槽控機(jī)安全性能方法的有效性，現(xiàn)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)論證，實(shí)驗(yàn)論證采用相同地區(qū)的，具有相同鋁電解槽控機(jī)安全設(shè)備進(jìn)行鋁電解分解反應(yīng)論證實(shí)驗(yàn)。為保證實(shí)驗(yàn)的嚴(yán)謹(jǐn)性，采用傳統(tǒng)鋁電解產(chǎn)生的電磁力系數(shù)與節(jié)能后的鋁電解產(chǎn)生的電磁力系數(shù)，作為實(shí)驗(yàn)論證對(duì)比，對(duì)集中控機(jī)和分布控機(jī)所產(chǎn)生的電磁力系數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。其實(shí)驗(yàn)論證結(jié)果如圖2所示。

圖2 實(shí)驗(yàn)論證結(jié)果圖

圖2反應(yīng)了兩種方法的電磁力浮動(dòng)范圍圖，其中A圖代表在集中控機(jī)安全方面，本文提出的方法和傳統(tǒng)進(jìn)行對(duì)比論證，可以看出本文中電磁力幅動(dòng)范圍在0到1之間，也就是01。

通過(guò)在上文的電磁力數(shù)據(jù)分析中我們可以知道，本文提出的大型節(jié)能鋁電解槽集中控機(jī)的電磁力系數(shù)更穩(wěn)定，安全性能更高，則和傳統(tǒng)的節(jié)能鋁電解槽控機(jī)相比更有優(yōu)勢(shì)。

B圖代表在分布控機(jī)安全方面，本文提出的方法和傳統(tǒng)進(jìn)行對(duì)比論證，可以看出來(lái)本文中電磁力幅動(dòng)范圍在0到1之間，即0

3 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，本文對(duì)大型節(jié)能鋁電解槽控機(jī)的安全性能進(jìn)行深入分析，通過(guò)鋁電解槽控機(jī)工作原理的引入和工作系統(tǒng)的設(shè)計(jì)來(lái)了解其內(nèi)部結(jié)構(gòu)，并且對(duì)其安全性能進(jìn)行了充分的實(shí)驗(yàn)論證，希望該理論驗(yàn)證能夠?yàn)橐院罂貦C(jī)安全技術(shù)提供理論支持。這對(duì)加快工業(yè)進(jìn)程和提高經(jīng)濟(jì)效益具有重大作用。

[1]李積海,劉偉,王富強(qiáng)．新式陰極鋼棒節(jié)能鋁電解槽電熱平衡測(cè)試與模擬分析[J]．輕金屬,2017，34,(11)：22-24．

[2]李沁,陳曉春,馬季,等．雙冷源溫濕度獨(dú)立控制空調(diào)系統(tǒng)中排風(fēng)熱回收的節(jié)能性分析[J]．暖通空調(diào),2017,47(33)：68-72．