40 萬 t/a 離子膜燒堿（二期）項目整流機組技術方案

姜 錦，辛 丹，沙 劍，何春文，劉 陳（金川集團有限公司化工廠， 甘肅 金昌 737100）

40 萬 t/a 離子膜燒堿（二期）項目整流機組技術方案

姜 錦，辛 丹，沙 劍，何春文，劉 陳
（金川集團有限公司化工廠， 甘肅 金昌 737100）

介紹了 40 萬t/a離子膜燒堿系統（二期）項目整流機組的技術方案及整流元件的選取計算要求。

整流；整流機組；控制系統

電解槽是離子膜燒堿系統的核心設備，而整流機組的作用就是將交流轉化成直流，為電解槽提供電源。 金川集團股份有限公司 40 萬t/a 離子膜燒堿系統（二期）項目采用 8 臺藍星（北京）化工機械有限公司 NBZ-2.7 復極式膜極距電解槽，電解槽設計電流 16.5 kA，電 壓 540 V。

1 整流機組的組成

整流機組主要包括整流器、整流控制柜、極化整流柜、后臺監控系統及冷卻系統。

2 整流器的選擇

2.1 整流器與整流變壓器及電解槽的配置方式

40 萬t/a 離子膜燒堿系統（二期）項目共設置 8 臺電解槽，采取變壓器“一拖二”，整流器“一拖一”的配置方式，即 1 臺變壓器帶 2 臺整流器，每臺整流器各帶 1臺電解槽，這種方式減少了變壓器的配置臺數，大大降低設備的投資及日后變壓器運行的容量費用， 整流器為 1 拖 1 方式，2 臺電解槽相互獨立，互不影響，調節獨立。

2.2 整流器的參數選擇

整流器的參數主要根據電解槽的參數來選擇。

（1）額定 電壓 Udn=540 V

額定電流 Idn=16.5 kA

（2）整流電路采用三相全控橋式，非同相逆并聯，8 組整流器等效為 48 脈波整流電路， 可以起到降低諧波，減少電網污染的目的。

（3）整流元件的選擇

整流元件選 用 5 英 寸 （KP7200 A）大 功 率整流元件，每個橋壁安裝數量 np，由以下計算公式計算得出：

式中：KAI：電流設計安全欲度；

Kg：過載系數；

KI：均流系數；

KQ：環境溫度系數；

KVKh：介質流速系數及海拔系數。

根據離子膜電解槽的特性，整流器無備用，所以應考慮充足的余度，并兼顧 N－1 運行，即每臂損壞1只元件時確保設備正常運行，則取 np=3（只）。

每只元件上配置1個快速熔斷器，快熔的額定電壓 UR應盡可能地與使用電壓（即變壓器的閥側電壓 440 V）Uvo 接近，并兼顧電網諧波電壓的影響，取快熔的額定電壓 UR=600 V。 元件實際流過快熔的方均根電流 Ir為：

按快熔 的 電流選擇原 則 ：1.57IT（AV）≥IRN≥KiKaKR

考慮 半 導體的 溫 度 系數 ：5 645 A/0.8=7 056 A ，因此，快熔選 擇 600 V/7 200 A，

元件電流儲備系數：KR=3×7 200/5 500/0.95=3.73

元 件 電 壓 儲備 系 數 ：KAV=URRM/UVO=2 400/622= 3.85（以變壓器 1.414UVO=1.414×440=622 為基準）

（4）整流柜二次保護設有主回路操作過電壓、可控硅元件換相過電壓、過電流保護及過載保護、橋臂過熱、冷卻水壓低、冷卻水溫度、斷流、反饋掉線、母線絕緣等保護功能。

3 整流控制柜

整流控制柜由機組穩流控制系統、機組 PLC 監控系統2部分組成。

3.1 機組穩流控制系統

機組穩流控制系統采用 STM6 智能數字控制器。 將電源、同步、數字 PID、數字觸發、脈沖變壓器、現場工業總線通信模塊集裝成一體。產生晶閘管整流裝置所需的觸發脈沖，每一回路的調節觸發單元分別由雙套數字調節觸發板，按熱備用方式進行配置，在 PLC 監控下，實現故障狀態下無擾動自動切換，產生高精度和高對稱度的觸發脈沖。整流控制柜及遠控微機均能調節電流，整流器電流反饋信號取自直流互感器及交流 CT，兩者互為熱備用。 PLC 同時為 DCS提供報警信號。

3.2 PLC 監控系統

PLC 監控系統采用西門子 S7－300 系列，主要完成功能包括：運行操作、故障檢測、報警和保護、數據采集及信號聯鎖。

PLC 控制裝置與其后臺監控操作系統采用以太網進行通訊，整機網絡系統圖見圖 1。 工藝 DCS 系統可以通過 Profibus－ DP 通訊方式得到整流相關數據，并能夠對直流電流進行設定和修改，同時也能夠通過硬 接 線方式（4－20 mADC 標準信號）對直 流電流進行調節，整機網絡系統圖見圖 1。

圖1 整機網絡系統圖

4 后臺監控操作系統

遠程操作室應設置整流后天監控操作系統，監控操作系統設置 2 臺操作站，互為備用，可實現整流系統相關數據顯示及升降電流的操作，主要包括以下功能。

（1）實現直流電流的調節和調節地點的選擇，可以選擇本機/就地控制柜/DCS 系統， 或者由就地控制柜中 PLC 完成此功能；

（2）每臺整流器的直流電流、直流電壓、直流功率、直流電度、及電流小時及 2 臺整流器上述各電量總的顯示；

（3）有載調壓開關位置顯示，有載調壓開關檔位調節采用“鍵盤按鈕”方式，軟件上采取防止有載調壓開關檔位出現連續動作并失控的情況；

（4）有載調壓開關升降檔提示及 α 角顯示；

（5）監控功能：整流所直流系統內的各種故障報警和狀態顯示。

5 極化電源裝置

極化整流器的主要作用是為了防止由于電解槽停止時產生的逆電流造成陰極涂層溶解。極化整流器裝置負載為離子膜電解槽。當電解槽充液溢流時，要立即投入計劃電源，當電流升至 300 A 時，極化整流器自動切除，當電流降至 300 A 以下時，極化整流器要自動投入。

輸入交流 電壓： 3 相，380 V，50 Hz；輸出電流 ： DC 120 A；

輸出電壓： DC 385 V。 正常工作直流電流可任意選擇恒流操作或直流電壓恒壓操作，恒流、恒壓操作能夠無擾動切換。 控制系統采用西門子 S7-200 系列 PLC 實現。

極化整流器電源要配置備用電源，一般采用EPS 應急電源作為備用電源。

6 冷卻裝置

采用去離子高純水冷卻方式，元件冷卻水路總匯流管設在整流柜底部，采用并聯冷卻方式。 每臺整流柜配置 1臺冷卻裝置，保證單臺設備開停的靈活性。

機組發熱和冷卻的計算如下。

單臺整流器的放熱量Q的計算：

帶走 Q 所需要的水冷卻介質流量 V（忽略空氣帶走的熱量）

式中：P1至 P5分別為元件正向損耗、元件反向損耗、快熔損耗、母線損耗及過壓損耗；

△t—冷卻介質進出口溫差，取△t=3.5 ℃

冷卻裕量為 K 取 2.2（倍），因此，每臺整流器柜配 1 臺 純 水 流 量 為 26 m3/h 的 LSS-150B 純 水 冷 卻裝置，冷卻器熱交換器和水泵均有 100%備用量。

Technical scheme of 400 kt/a ionic membrane caustic soda project（phaseⅡ）rectifier unit

JIANG Jin，XIN Dan，SHA Jian，HE Chun-wen，LIU Chen
（Jinchuan Group Co.,Ltd.,Jinchang 737100,China）

This article mainly introduced the 400 kt/a of ionic membrane caustic soda system rectifier unit（phaseⅡ）project technical scheme，illustrates the selection of rectifier element computing requirements.

rectification；rectifier unit；control system

TM461

：B

：1009－1785(2017)02-0009-02

2016-05-24