電解槽零點(diǎn)電位差短路自切斷裝置的設(shè)想及安全改造思路

董志威

(唐山三友氯堿有限責(zé)任公司,河北 唐山 063305)

近年來，電解槽零點(diǎn)電位差檢測裝置逐步向著檢測數(shù)據(jù)更精確、運(yùn)行數(shù)據(jù)分析更全面的方向發(fā)展，但對于此套電壓檢測系統(tǒng)本身安全性能提升方面的內(nèi)容卻鮮有提及。那么電解槽的零點(diǎn)電位差檢測系統(tǒng)是否存在著安全隱患呢？又能否在提升裝置本質(zhì)安全性能方面做出改善呢？下面以唐山三友氯堿有限責(zé)任公司(以下簡稱“唐山三友氯堿”)3R-230H為例，對現(xiàn)有零點(diǎn)電位差檢測裝置的基本架構(gòu)及存在隱患進(jìn)行分析，并提出改進(jìn)思路。

1 電解槽零點(diǎn)電位差檢測系統(tǒng)概述

唐山三友氯堿應(yīng)用的電解槽為日本旭化成設(shè)計,此套電解槽零點(diǎn)電位差檢測裝置核心設(shè)計思想是為了實(shí)時監(jiān)控電解槽正負(fù)兩側(cè)對中點(diǎn)的電壓差，從而判斷電解槽內(nèi)正負(fù)兩半段電位分布是否平衡，當(dāng)出現(xiàn)可能導(dǎo)致電解槽電位分布不均的因素(如破膜、斷流、泄漏等)時能夠及時切斷電解槽電流，避免危險情況的持續(xù)，確保設(shè)備安全運(yùn)行。其具體計算方法如下：

正端對中電壓-負(fù)端對中電壓=槽零點(diǎn)電位差。

由于其原始信號為直流電壓差，如果想實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控,并降低信號傳輸安全隱患，原本設(shè)計思路是：通過對施加在電解槽上的直流電壓進(jìn)行傳輸、整定、變送等方式，將其轉(zhuǎn)換為4～20 mA直流信號，顯示于就地報警盤IP501內(nèi)的就地直流電流表中，同時將電流信號輸送至DCS接線端子，實(shí)現(xiàn)各槽零點(diǎn)電位差的DCS實(shí)時監(jiān)控及趨勢記錄功能。

2 零點(diǎn)電位差檢測裝置的基本配置

零點(diǎn)電位差檢測裝置控制回路如圖1所示，自電解槽頭、中、尾三點(diǎn)引出獨(dú)芯電纜，引入就地接線箱3JB-8中，通過端子排轉(zhuǎn)接引出1根3×6獨(dú)芯電纜，將信號傳送至IP501，正、負(fù)兩極通過盤柜接線端子處各加裝1個3 A熔斷保險，然后接入可調(diào)電阻，通過3EDT-230H將電壓信號轉(zhuǎn)換為4～20 mA直流信號，分兩路串聯(lián)將此信號傳送給現(xiàn)場操作人員實(shí)時監(jiān)控。一路傳送至就地電流指示儀3EDI-230H，配合現(xiàn)場可調(diào)電阻進(jìn)行微調(diào)，在負(fù)荷穩(wěn)定時調(diào)整電阻阻值，以達(dá)到平衡槽內(nèi)前后半段電壓差的目的；另一路傳送至DCS四線制接線端子，用于DCS實(shí)時監(jiān)控、報警、聯(lián)鎖及趨勢記錄，當(dāng)發(fā)生壓差超過±0.5 V的波動時進(jìn)行報警，超過±1 V時執(zhí)行單槽聯(lián)鎖的斷電停槽。另外，因?yàn)殡娊獠墼陔娏魃颠^程中，因負(fù)荷并不穩(wěn)定，會造成電解槽電壓差呈現(xiàn)無規(guī)律波動，為避免停槽誤動作，還為DCS聯(lián)鎖程序設(shè)置聯(lián)鎖投入/切除硬開關(guān)IS8(3EDZA-230H)，用于負(fù)荷調(diào)整過程中聯(lián)鎖的適時切換。

圖1 電解槽零點(diǎn)電位差檢查裝置控制回路

當(dāng)IS8處于切除狀態(tài)的時候正是此篇論文需要探討的重點(diǎn)。

3 零點(diǎn)電位差系統(tǒng)存在的隱患

從此回路中不難看出，對于IP501就地報警盤及DCS接線端子之后的部分，是此系統(tǒng)的關(guān)鍵所在，集中了變送器、指示儀、就地指示儀等一系列精密儀表，特別是對于電解槽升降負(fù)荷過程中可能出現(xiàn)的過電流情況，通過正負(fù)兩極的熔斷器、可調(diào)電阻很好地得到保護(hù)，使其下游的精密儀表處于一個非常安全的環(huán)境之下,如圖2所示。

圖2 電路中精密儀器的保護(hù)方案示意圖

但是，對于這一路信號來說，從電解槽頭3JB-8箱內(nèi)傳輸出來的電纜部分卻恰恰成為了整條回路中的安全短板，存在著容易被忽略的安全隱患。

當(dāng)引自電解槽正、中、負(fù)3點(diǎn)的電壓信號被接至3JB-8中后，僅通過端子排轉(zhuǎn)接，就將高達(dá)kVA級別的電壓信號通過電纜傳送至百米以外的控制室，對于此條電纜來說，如果發(fā)生電纜絕緣層老化、破皮等硬件故障，其短路產(chǎn)生的強(qiáng)電流會因?yàn)殡娮柙蛟诒Ｗo(hù)電阻上游發(fā)生強(qiáng)大的短路電流，而且無法通過控制室端熔斷電阻的熔斷進(jìn)行制止，從而引發(fā)一系列的安全事故。雖然針對此類問題可以通過DCS設(shè)置的聯(lián)鎖值、報警值進(jìn)行緊急處理，但是卻有一個無法忽視的特殊時間點(diǎn)——旁路開關(guān)IS8處于切除狀態(tài)時的情況。

如前文所述，電解槽升降負(fù)荷過程中，因負(fù)荷并不穩(wěn)定，會造成電解槽電壓差呈現(xiàn)無規(guī)律波動，為避免停槽誤動作，會將IS8置于切除狀態(tài)，也就是說，如果在此狀態(tài)下發(fā)生電纜短路的情況，設(shè)備將完全處于失控狀態(tài)，無法實(shí)現(xiàn)聯(lián)鎖程序的實(shí)時保護(hù)。

4 改造方案對比分析

針對電解槽負(fù)荷調(diào)整時的聯(lián)鎖真空期，可采取的改造方法的核心仍然可以借鑒其原始設(shè)計中的架構(gòu)。

4.1 方案一(增加熔斷電阻)

針對缺乏保護(hù)的電纜，首先想到的是采取IP501內(nèi)的熔斷電阻。在傳輸電纜進(jìn)入機(jī)柜內(nèi)部后，經(jīng)過接線端子，在正負(fù)兩極各增加一個3 A熔斷電阻，對后續(xù)的變送裝置進(jìn)行保護(hù)，如圖3所示。

圖3 增加熔斷電阻的保護(hù)措施

該方案不僅簡單易行，而且能夠在電纜出現(xiàn)短路、過電流的過程中準(zhǔn)確、迅速地完成電力切斷操作。其弊端是：無法準(zhǔn)確、迅速地通知操作人員回路工作狀態(tài)，須定期對熔斷電阻進(jìn)行檢測，確保其在熔斷后及時發(fā)現(xiàn)并更換；另一方面，雖然熔斷器能夠切斷回路，但無法實(shí)現(xiàn)與DCS端的同步動作，無法實(shí)現(xiàn)電解槽的停槽動作。

4.2 方案二(增加帶節(jié)點(diǎn)輸出的斷路器)

針對方案一的反饋不及時的問題，可以將問題適當(dāng)延伸為如何做到電流過大時回路的自動切斷并迅速通知操作人員。可以選用額定電流為3 A或5 A的附帶干接點(diǎn)輸出功能的三聯(lián)斷路器取代3JB-8內(nèi)的接線端子。當(dāng)斷路器閉合時，通過輔助節(jié)點(diǎn)3IZA-230H輸出數(shù)字信號1至DCS，證明系統(tǒng)回路暢通。如果發(fā)生傳輸線路端短路的情況，斷路器自動斷開，并通過輔助節(jié)點(diǎn)輸出數(shù)字信號0至DCS，證明回路斷開，以達(dá)到隨時監(jiān)控回路運(yùn)行情況的目的。完整回路圖如圖4所示，云線部分為新加保護(hù)斷路器及其配套輸出信號。

圖4 增加帶節(jié)點(diǎn)輸出的斷路器的保護(hù)措施

與方案一相比，方案二增加了斷路器、干節(jié)點(diǎn)信號來作為現(xiàn)場檢測裝置，既做到了保護(hù)，又完成了信息的快速、準(zhǔn)確傳輸，實(shí)現(xiàn)了現(xiàn)場與DCS操作方面的動作統(tǒng)一。

5 結(jié)語

總結(jié)以上內(nèi)容不難發(fā)現(xiàn)，電纜作為日常工作中信號的傳輸者，雖然在系統(tǒng)中扮演著至關(guān)重要的角色，但往往不能引起足夠的重視。在為回路增加保護(hù)裝置的同時，如何提高電纜本身的抗風(fēng)險能力更是需要思考的問題。在最初的設(shè)計中，3JB-8箱內(nèi)至IP501端子間的傳輸電纜采用的是3×6獨(dú)芯電纜，此種電纜雖能滿足使用需求，但如果能夠提高電纜的應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)，改為3根獨(dú)立的1×6獨(dú)芯阻燃電纜分開敷設(shè)，從很大程度上就能再次提高系統(tǒng)的容錯性，提高安全防護(hù)水平，確保系統(tǒng)的長時間穩(wěn)定、高效運(yùn)行。