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)

【供電與整流】

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)

整流變壓器；整流柜；極化柜；運行經驗；配置分析；優化運行

介紹了德州實華化工有限公司40萬t/a離子膜法燒堿整流裝置的配置及運行情況，總結了運行經驗，分析了典型故障發生的原因，并提出了故障的排除方法，最終實現了整流裝置的穩定運行，并達到了節能降耗的目的。

整流系統在整個離子膜法燒堿生產中具有非常重要的作用。整流系統能否安全穩定運行，直接影響到離子膜法燒堿電解生產的運行和產品質量，所以，分析研究離子膜法燒堿整流裝置的配置并優化其運行， 可以使其更好地服務于離子膜法燒堿生產，并達到節能降耗的目的。德州實華化工有限公司(以下簡稱“德州實華”)擁有兩套20萬t/a(共40萬t/a)離子膜法燒堿裝置，分別于 2011 年11月和2016 年 8 月建成投產。單臺2.5萬t/a離子膜法燒堿生產裝置采用藍星(北京)化工機械有限公司NBZ—2.7自然循環膜極距電解槽，共有150個單元槽，設計電流14.85 kA，運行電流13.8 kA。鑒于整流站距離電力公司變電站較近，以及自有的約10萬kW的發電負荷，40萬t/a離子膜整流裝置選擇35 kV的進線電壓，并在整流站設置35 kV開關站，便于整流變壓器停送電操作。整流變壓器采用“1拖2”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臺膜極距電解槽供電的規模化生產模式。由于國產2.5萬t/a離子膜法燒堿裝置對整流電壓的要求較高，為直流530 V，因此采用三相全控橋式同相逆并聯整流電連接結構。因2套20萬t/a離子膜法燒堿裝置分期建設，故按照單套20萬t/a離子膜法燒堿整流系統設計，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

8臺整流變壓器(以下簡稱“整流變”)型號為 ZHSFPT -21600 /35，額定輸出為4×8100 A、530 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。調壓范圍為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擋位，將控制角控制在5～15 ℃；配合晶閘管的細調，可有效地提高整流變的負載能力，降低整流變容量，提高整流裝置功率因數。整流變網側電纜進線、閥側銅排出線，采用半鐘罩式免吊芯結構。每年須更換 1 次整流變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[1]。

2 整流柜

16 臺整流柜輸出電壓為530 V、電流為16 200 A，采用純水冷卻方式，交流后下進線、 直流側上出線連接方式。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。移相范圍為0～150°，觸發脈沖輸出為雙窄脈沖。 同步信號取自整流變閥側。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正常工作。如果工作通道發生故障，自動切換備用通道為工作通道，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 ℃。如果運行中出現臂過熱報警，須針對實際情況進行如下處理。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的進入管內(這些滯留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；正常運行后，還原該整流柜的開度。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，并疏通。③在夏季，當整流柜運行環境的氣溫較高且濕度較大時，一旦冷卻水溫度低于結露溫度，水蒸氣將在水套表面凝成水珠，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：在整流柜橋臂、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至該濕度下的無露運行合適溫度。

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35 ℃左右)。在巡檢時，一旦發現冷卻水回水溫度超過35 ℃ ， 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；并要注意循環水的壓力不要太大，以免循環水滲漏到主水內，引起副水壓力大于主水壓力，水質下降。

2.3 整流柜冷卻水壓力要求

整流柜冷卻水壓力低于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，須及時查找原因，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：懸浮物的質量濃度不超過 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。在運行期間，如果水質不合格， 須對整流柜的純水冷卻水進行置換(平均每兩個月置換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

8臺整流控制柜采用雙通道計算機控制 PLC 監視柜， 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在正常運行過程中，A、B 通道不能切換，停車時須及時檢修，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給定電流不能升降時，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。如果一臺工作中的水泵發生故障，另一水泵就會自動啟動工作，泵切換時間不大于0.5 s。換向閥自動換向同時發出信號，可不停機檢修故障泵。

4 直流大電流測量儀

直流大電流傳感器采用16臺DC-CT霍爾直測式直流大電流測量儀，1臺整流單元配1套，最大測量電流為20 kA，輸出DC 4～20 mA、0～5 V，現場就地安裝方便、無干擾，系統精確度為±0.1%。傳感器具有正反測量功能并帶有逆電流報警門限，完成電流測量、報警，可輸出多種信號，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會造成整流柜輸出直流電流波動， 從而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使輸出的控制信號(0～5 V)比實際值發生漂移、降低或升高。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：安裝備用的大電流測量儀，將拆下來部分送回廠維修校驗。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。在運行過程中，如發現不明原因的直流電流升高或降低時，須重點檢查直流大電流測量儀。

5 極化柜

在電解槽正常開車時，當直流電流達到3.0 kA就會自動切出極化柜；當停車和緊急停車時，直流電流降2.7 kA就須立刻投入極化柜。為了保證在供電中斷時，極化柜備用電源可立即投入，利用公司另一路10 kV保安供電電源形成了可靠的雙電源線路，以保證供電不間斷。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組成。開機可手動控制，也可自動控制。額定輸出直流電壓為500 V、電流為120 A。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。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端子為外部封鎖脈沖及軟啟動控制端，當RUN端子懸空時，觸發脈沖被封鎖，直流輸出降到零，RUN與GND短路封鎖脈沖控制線經中間繼電器 KA1 常開點控制。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，沒再出現類似故障。③輸出電壓調不到額定值：檢查電源電壓是否正常；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而沒有脈沖輸出；檢查可控硅的導通性能，導通不好則須更換。

6 電解槽接地及保護

電解槽在運行過程中會因某種原因造成意外接地故障，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。 兩個MPV-11型接地繼電器，一個負責電解槽的正半區保護，另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1個接地端子箱，內裝供接地連接的銅母排。

7 整流系統的優化運行

整流系統運行時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擋位運行。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。 所以，德州實華調整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，基本達到了98.5%以上。

8 結語

在生產中要確保整流設備的安全運行，積累操作運行經驗 ,嚴格控制工藝指標,保證巡回檢查質量，提前做好事故防范工作；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。

[1] 閆利利等 20萬t/a離子膜法燒堿整流裝置的優化運行[J]氯堿工業，2015，51(3)：1-3.

[編輯：費紅麗]

Configuration analysis and optimal running of rectifiers for 400-kt/a ion-exchange membrane caustic soda

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

rectifier transformer; rectifier cabinet; polarization cabinet; operating experience; configuration analysis; optimal running

The configuration and running of rectifiers adopted by Dezhou Shihua Chemical Industry Co., Ltd. for 400-kt/a ion-exchange membrane caustic soda was introduced. The experience in running was summarized. The causes of typical faults were analyzed, and troubleshooting methods were proposed. Eventually, the rectifier run stably and the purpose of saving energy and reducing consumption was achieved.

耿慶魯(1967—)，男，高級電氣工程師，1992年畢業于成都科技大學電力工程系電力系統及自動化專業，現于德州實華化工有限公司從事氯堿生產的發電、輸電、配電及整流裝置的設計、安裝和改造工作。

2016-12-20

TM46

B

1008-133X(2017)04-0001-03