40萬t/a離子膜法燒堿整流裝置的配置分析與優化運行

耿慶魯

（德州實華化工有限公司，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化運行

耿慶魯

（德州實華化工有限公司，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行情況，總結運行經驗，分析典型故障發生的原因，并提出故障的排除方法，最終實現了整流裝置的穩定運行，達到了節能降耗的目的。

整流變壓器；整流控制柜；極化柜；純水冷卻裝置；運行經驗

德州實華化工有限公司國產2.5萬t/a離子膜燒堿生產裝置采用藍星 （北京）化工機械有限公司NBZ—2.7自然循環零極距電解槽，共有150個單元槽，設計電流14.85 kA，運行電流13.8 kA。結合距離電力公司變電站較近，以及本公司具有約10萬千瓦的發電負荷，40萬t/a離子膜整流裝置的進線電壓選擇35 kV，在整流站設置35 kV開關站，便于整流變壓器停送電操作。整流變壓器采用“一拖二”的運行方式，由1臺整流變壓器帶2臺整流柜及2臺離子膜電解槽組成，這樣形成8臺整流變壓器帶16臺整流柜給16臺零極距電解槽供電的規模化生產模式。

由于國產2.5萬t/a離子膜對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整流結構。因2套20萬t離子膜法燒堿裝置分期建設，故按照單套20萬t離子膜燒堿整流系統設計，需4套整流機組，每套整流機組按照單機組12脈波，4套整流機組構成等效48脈波整流系統。4臺整流變壓器的接線方式均為網側延邊三角形移相，閥側△/▽同相逆并聯，網側移相角為±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，整流變壓器型號為ZHSFPT－21600/35，額定輸出為4×8 100 A；540 V、雙側中下部出線，采用1臺變壓器拖2臺整流器，強制油循環風冷結構。調壓范圍70%～105%，有載開關選用21級等差調壓，通過整流裝置控制系統可自動升降整流變壓器擋位，將控制角控制在5～15°，配合晶閘管的細調，可有效的提高整流變壓器的負載能力，降低整流變壓器型式容量，提高整流裝置功率因數。整流變壓器網側電纜進線，閥側變壓器側銅排出線，采用半鐘罩式免吊芯結構，需每年更換1次有載開關內的變壓器油，做1次變壓器油色譜分析，每3年進行1次有載調壓開關抽芯檢查。

2 整流柜

整流柜共有16臺，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線、直流側上出線。每個整流柜由2組三相全控橋整流電路構成同相逆并聯連接，單機組6脈波整流。移相范圍0～150°，觸發脈沖輸出為雙窄脈沖。 同步信號取自整流變壓器閥側。采用數字雙通道熱備用控制器實時監測工作通道和備用通道是否工作正常，如果工作通道發生故障，自動將備用通道切換為工作通道并指示出故障通道。整流柜運行時易出現橋臂過熱，純水冷卻裝置冷卻水管路超溫及滲漏水等故障。

2.1 整流柜橋臂過熱報警

整流柜橋臂過熱檢測溫度為65℃，運行中出現臂過熱報警情況要針對實際情況處理。

（1）由于多臺整流柜共用1套純水冷卻裝置，柜內冷卻支路較多，每次檢修冷卻水路后，大量空氣滯留在個別橋臂或水套冷卻支路內進入管路，空氣會造成水流不暢。當橋臂溫度超過65℃時，會出現臂過熱報警。

處理辦法：適當開大整流柜的進水閥門，增加整流柜的水流量及水壓，迫使堵塞的氣泡循環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）長期運行中的整流柜出現臂過熱報警，多為電腐蝕或雜質堵塞冷卻水路造成的。

處理辦法：根據報警指示和采用手持式紅外線測溫儀確定堵塞部位后，停運整流設備，并進行疏通。

（3）夏季，當整流柜運行環境的氣溫較高且濕度較大時，如果冷卻水溫度低于結露溫度，水蒸氣將水套表面凝成水珠，使絕緣體表面的絕緣強度降低，在橋臂上安裝的溫度繼電器誤動作而發出報警。

處理辦法：當整流柜橋臂、水套凝結大量水珠造成誤報警時，立即關閉純水冷卻裝置的循環水控制閥門，使整流柜冷卻水回水溫度升高至38℃左右。待凝結的水珠蒸發以后，再將整流柜回水溫度調整合適溫度。

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，一旦發現冷卻水回水溫度超過38℃，須立即調整純水冷卻裝置的循環水控制閥門，將冷卻水降至合適溫度。 調節時不要忽大忽小，要緩慢平穩，以免影響冷卻水壓力；要注意循環水的壓力不要太大，以免循環水滲漏到主水內，引起水質下降。

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，先發出報警信號。如果在設定60 s內沒能消除故障，則整流裝置雙通道計算機控制柜封鎖觸發脈沖，使整流柜直流輸出降到零，以保證晶閘管元件不至過溫損壞。 冷卻水壓力應控制在0.15 MPa左右。 在巡檢過程中，一旦發現壓力有波動，需及時查找原因，消除故障；管路有滲漏時須及時修復；有影響冷卻水壓力的作業活動時，應采取適當措施，防止壓力降低而引起保護封鎖觸發脈沖，甚至跳閘停車。

2.4 整流柜冷卻水水質要求

由于橋臂母排及水套水閥內徑較小，為防止長期運行中產生的電腐蝕堵塞冷卻管路，整流柜冷卻水水質要求為：懸浮物質量濃度不超過30 mg/L，酸度（pH值）為6～9，硬度（以氧化鈣濃度計）不超過4.28 mmol/L，進口壓力不低于0.15 MPa，進水溫度為5～30℃，電阻率為1 MΩ·cm。 運行期間如果水質不合格，須對整流柜的純水冷卻水進行置換 （平均2個月置換1次）。 每次在設備停運檢修時，須徹底排空冷卻管路內的純水后，再注入合格的純水以確保冷卻水水質合格。

3 整流控制柜

整流控制柜共有8臺，采用雙通道計算機控制PLC監視系柜，由雙通道全數字調節觸發控制系統，觸摸屏及計算機網絡通信接口組成。

（1）出現報警信號的處理方法當出現報警信號時，要立即解除報警音響，并根據報警故障指示，迅速查找原因；消除故障后，再按“故障復位”按鈕。

（2）正常運行過程中A、B通道不能切換，有停機時及時檢修，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母排，經同步變壓器變壓后送至觸發控制板。 出現“電源缺相”報警時，要檢查整流變投運情況，同步變壓器二次側AT、BT、CT相電壓12 V運行情況；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計。兩泵互為工作或備用，可根據水壓自動切換電路。如果1臺工作泵發生故障，另一水泵就會自動啟動工作，泵切換時間不大于0.5 s。換向閥自動換向并發出信號，可不停機對故障泵進行檢修。

4 直流大電流測量儀

直流大電流傳感器采用采用16臺DC－CT霍爾直測式直流大電流傳感器，每臺整流單元配1套，最大測量電流20 kA，輸出DC 4～20 mA，0～5 V，現場就地安裝無干擾，安裝方便，系統精確度為±0.1%。傳感器具有正反測功能并帶有逆電流報警門限，完成電流測量、報警，可以輸出多種信號，提供RS－485總線接口，方便連接計算機。

直流大電流測量儀故障造成整流柜輸出直流電流波動，可能會導致整流柜實際輸出電流升高或降低而電流儀表顯示正常。原因分析：由于大電流直流測量儀電路板上精密電位器阻使輸出的控制信號（0～5 V）比實際值發生漂移，降低或升高，常時系統在自動穩流狀態工作。為使電流反饋信號（假信號）達到給定值，觸發控制器CPU調節運算，對換相角α進行調節。處理方法：安裝上備用的大電流測量儀，拆下來的回廠進行維修校驗。對直流大電流測量儀附件箱作密封處理，防止受到環境腐蝕而損壞。

5 極化柜

在電解槽正常開車時，當直流電流達到3.0 kA后自動切出極化柜，當停車和緊急停車時直流電流降2.7 kA后，立刻投入極化柜。為了保證在供電中斷時，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，極化柜由整流主回路、控制穩流電路、繼電保護電路、電流檢測及操作界面顯示，也可以采用PLC和DCS器組成。開機可手動控制，自動控制。額定輸出電壓為500 V、電流120 A。

5.1 極化電源報過流、缺相故障

如果是極化給定電流超過整定值，復位即可；如果是晶閘管觸發控制板故障，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

由于極化電源觸發控制板RUN（200）端子為外部封鎖脈沖/軟啟動控制端，當該端子與GND（0 V）端子短接時，解除脈沖封鎖，開始正常工作；當該端直流輸出降到零。RUN子懸空時觸發脈沖被封鎖，與GND控制線經中間繼電器KA1常開點，由于該控制信號為弱電信號，繼電器KA1為普通式繼電 器，一旦觸點接觸不良，就會造成 RUN與GND信號時有時無，引起觸發信號不正常，造成極化電源無輸出或電流不穩。將繼電器KA1改為封閉式小型繼電器，沒有再出現類似故障。

5.3 輸出電壓調不到額定值

（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）檢查可控硅的導通性能，不好則更換。

6 電解槽接地及保護

電解槽在運行過程中會因某種原因意外造成接地故障，如槽框漏液、墊片嚴重泄漏、意外搭鐵等。通過接地繼電器可以及時發現這些故障。避免事故擴大，對電解槽起到安全保障作用。2個MPV－11型接地繼電器，一個負責電解槽的正半區保護，一個負責電解槽的負半區保護。當接地電壓達到報警值±10 V時，發出報警信號。當接地電壓達到±30 V時，發出整流器脈沖封鎖或高壓開關柜跳閘信號。為了保證操作人員安全，防止電解槽基座帶電和管線產生靜電，電解槽基座和陰、陽極液進出口總管必須接地，電解槽的接地裝置要單獨敷設，接地電阻要求小于4 Ω。每臺電解槽設接地端子箱一個，內裝銅母排供接地連接。

7 整流系統的優化運行

（1）在整流系統運行過程中，盡量調整整流柜相控角，使共用1臺整流變的2臺整流柜的相控角盡量一致，這樣可使整流變在低一檔位運行。

（2）整流柜低相控角運行也可以節電，比較運行數據，微小的變化對于優化運行和節能降耗的影響都是非常可觀的。德州實華化工調整1#～16#整流柜的相控角控制范圍，由原來的5°～15°調整為3°～9°，變電效率上升了，基本達到了97.5%以上。

8 結語

在生產中要確保整流設備的安全運行，提高操作運行的經驗 ，嚴格控制工藝指標，保證巡回檢查的質量，提前做好對事故的防范工作。同時還要做好事故預案，從而防止事故擴大，避免次生事故，保證安全生產，提高經濟效益。

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