Способ контроля технологического состояния алюминиевого электролизера

 

Изобретение относится к области автоматизации электролиза алюминия и предназначено для контроля состояния электролизера. Результат, достигаемый при использовании изобретения - повышение оперативности контроля и сокращение потерь энергии и сырья. В режиме автоматического управления электролизером посредством АСУ ТП задают интервал времени, например, 0-40 ч, на котором фиксируют число "N" изменений знака перемешения анода и наличие на этом интервале анодных эффектов с напряжением (U_аэ) более 14В; при превышении числа"N" заданной величины и при U_аз>14В фиксируют загрязнение МПР. 1 табл.

Изобретение относится к металлургии алюминия и может быть использовано при автоматизированном управлении алюминиевыми электролизерами.

Технико-экономические показатели производства алюминия в значительной степени зависят от технологического состояния электролизеров. В промышленных условиях под воздействием различных неконтролируемых возмущений часто нарушается технологическое состояние электролизера (совокупность значений параметров, определенных технологическим регламентом ведения процесса электролиза). Эти нарушения приводят к избыточным затратам электроэнергии, снижению производительности, увеличению интенсивности выделения экологически вредных выбросов, к повышенным затратам ручного труда. Одним из наиболее распространенных нарушений технологического состояния является загрязнение межполюсного пространства электролизера, иначе межполюсного расстояния МПР. Это нарушение наиболее характерно для электролизеров с самообжигающимися анодами.

Как было отмечено в работе [1] из-за низкого качества анода в электролите образуется высокоуглеродистая взвесь, приводящая к загрязнению межполюсного расстояния (МПР) и, как следствие, и уменьшению электроводности, что в свою очередь, приводит к нарушению теплового состояния и технико-экономических показателей процесса.

Регламентом обслуживания электролизеров предусмотрена операция по снятию пены, однако, если своевременно меры не приняты, то загрязнение МПР приводит к тяжелым нарушениям, ликвидация которых связана с существенными трудозатратами.

Поэтому оперативное обнаружение загрязнения МПР на ранней стадии развития нарушения явится важнейшей задачей обслуживания электролизера.

Известны способы контроля технологического состояния электролизеров, основанные на измерении амплитуды низкочастотных колебаний напряжения электролизера [2, 3] Недостатками этих способов являются низкая достоверность результатов контроля, а также то, что они позволяют обнаружить только некоторые виды нарушений (в основном образование конусов на подошве анода) и не обеспечивают контроля.

Известен также способ контроля электросопротивления электролизера при перемещении анода путем суммирования приращений сопротивления на заданном интервале регулирования [4] Интегральное значение (сумма приращений) сопротивления за выбранный интервал времени является мерой оценки интенсивности перемещения анода и используется для коррекции заданного значения сопротивления, поддерживаемого АСУ ТП электролиза алюминия. Очевидным недостатком данного способа является то, что при знакопеременных перемещениях анода, характерных для многих технологических нарушений, сумма приращений сопротивления близка к нулю и не может служить представительным параметром для оценки технологического состояния электролизера и коррекции задания.

Кроме того, зависимость между технологическим состоянием электролизера и приращением сопротивления недостаточно изучена и не может быть положена в основу эффективного контроля таких нарушений технологического состояния, как загрязнение МПР.

Наиболее близким к изобретению является способ контроля технологического состояния электролизеров, основанный на оценке интенсивности включения привода анода [5] Способ предусматривает вычисление двух параметров: частоты регулирования (включения привода анода) и частоты малых перемещений анода. В зависимости от сочетания численных значений этих параметров формируют оценку технологического состояния электролизера и обнаруживают технологические нарушения. Способ имеет следующие недостатки: 1) численные значения вычисленных параметров, при которых фиксируется наличие технологических нарушений, необходимо определять экспериментально, что требует больших затрат времени и труда; 2) за время кампании электролизера (между капитальными ремонтами) значения вычисленных параметров, соответствующие наличию технологических нарушений, постепенно изменяются, что существенно снижает достоверность результатов контроля по данному способу; 3) рассматриваемый способ не предусматривает выявления конкретного вида технологического нарушения, а лишь фиксацию нарушения регламентного режима; идентификацию выявленного нарушения должны осуществлять технологический персонал, что обуславливает повышенную трудоемкость ликвидации нарушения и увеличивает длительность работы электролизера в невыгодном режиме и соответствующие потери.

Сущность изобретения заключается в контроле направления автоматических перемещений анода и фиксации загрязнения МПР в случаях, когда число последовательных изменений этого направления (реверсов привода анода) превышает наперед заданную величину.

Известно, что подъем и опускание анода вызывают усиленное перемешивание электролита в ванне электролизера. При этом загрязняющие электролит высокоуглеродистые взвеси (пена, мелкодисперсные частицы осыпи анода) вытесняются из подошвы анода на периферию при опускании анода и возвращаются в межполюсное пространство (под подошву анода) при его подъеме.

Вследствие этого опускание анода электролизера с загрязненным МПР приводит к резкому уменьшению приведенного напряжения электролизера U_пр не столько за счет уменьшения МПР, сколько за счет его очищения от загрязнений. При подъеме анода наблюдается обратная картина: приведенное напряжение электролизера резко увеличивается в основном за счет насыщения МПР загрязняющей взвесью. В результате, если АСУ ТП фиксирует, что фактическое значение U_пр выше заданного U_зд и опускает анод на величину, соответствующую ошибке регулирования U = U_зд-U_пр (1) то на электролизере с загрязненным МПР это приводит к тому, что U_пр становится значительно меньше U_зд и АСУ ТП поднимает анод, значение U_пр резко возрастает и АСУ ТП опускает анод; далее действия, регулирующие воздействия АСУ ТП, и реакция на них U_пр повторяются.

Таким образом, если направление регулирующих воздействий АСУ ТП на привод анода какого-либо электролизера несколько раз подряд меняет знак на обратный в течение наперед заданного интервала времени, это свидетельствует о загрязнении МПР этого электролизера.

Достоверность оценки может быть повышена, если учесть дополнительные условия контроля, а именно, если на электролизере напряжения анодного эффекта ниже 14В, то данный электролизер из анализа исключается, так как на загрязненных ваннах появление тусклых анодных эффектов (меньше 14В) - маловероятно.

Способ реализуется следующим образом: фиксируют направление каждого перемещения анода вверх и вниз, подсчитывают число "N" изменений направлений перемещения при последовательных управляющих воздействиях, проверяют на заданном интервале времени наличие анодного эффекта с напряжением меньше 14В, сравнивают вычисленное значение изменений направлений перемещения "N" с заранее заданной величиной, например, N_н>10, при достижении значений N>N_н и при U_аэ>14В принимают решение, что технологические нарушения имеют место в виде загрязнения МПР и выдают оперативное сообщение обслуживающему персоналу для принятия мер по их устранению.

Положительный эффект от использования изобретения иллюстрирует следующий пример.

На электролизере средней мощности (номинальный ток I_н=130кА ) поддерживается заданное значение приведенного напряжения U_зд=4400 мВ.

Характер процесса регулирования U_пр показан в таблице.

Наперед заданное пороговое значение числа выбрано равным 11, поэтому в 6 ч 35 мин зафиксировано загрязнение МПР и выдано оперативное сообщение. Технологический персонал проверил это сообщение, подтвердил повышенную запененность МПР и провел необходимые операции по ликвидации технологического нарушения, после чего характер регулирования нормализовался и частых изменений направления перемещения анода не наблюдали. Без использования предлагаемого изобретения загрязнение МПР было бы обнаружено намного позже (как показывает практика ведения процесса электролиза не ранее, чем через 2-3 сут после анализа АСУ ТП), и потери, обусловленные нарушением, были бы много больше.

Источники информации 1. Володченко В.О. и др. Контроль технологического состояния алюминиевых электролизеров по электропроводности электролита. Бюл. ЦМ, М. 1977, N 23.

2. Авторское свидетельство СССР N 891808, кл. C 25 C 3/2 0, 1981.

3. Авторское свидетельство СССР N 899725, кл. C 25 C 3/20, 1982.

4. Заявка Японии N 52-44286, кл. C 25 C 3/20, 1977.

5. Авторское свидетельство СССР N 617491, кл. C 25 C 3/20, 1978.

Формула изобретения

Способ контроля технологического состояния алюминиевого электролизера, включающий определение количества перемещений анода в режиме автоматического регулирования, реализуемого с помощью АСУ ТП, отличающийся тем, что определяют наличие анодного эффекта на электролизере по напряжению U_а.э на нем, определяют направление каждого перемещения анода вверх и вниз и число N изменений направления перемещений при последовательных управляющих воздействиях на интервале времени не более 40 ч, сравнивают N с заранее заданной величиной N_H, определяют технологическое нарушение в виде загрязнения межполюсного расстояния при выполнении математического выражения N>N_H и U_а.э 14b.

РИСУНКИ

Рисунок 1