40万t/a离子膜法烧碱整流装置的配置分析与优化运行

耿庆鲁

（德州实华化工有限公司，山东 德州 253007）

40万t/a离子膜法烧碱整流装置的配置分析与优化运行

耿庆鲁

（德州实华化工有限公司，山东 德州 253007）

介绍了40万t/a离子膜法烧碱整流装置的配置及运行情况，总结运行经验，分析典型故障发生的原因，并提出故障的排除方法，最终实现了整流装置的稳定运行，达到了节能降耗的目的。

整流变压器；整流控制柜；极化柜；纯水冷却装置；运行经验

德州实华化工有限公司国产2.5万t/a离子膜烧碱生产装置采用蓝星 （北京）化工机械有限公司NBZ—2.7自然循环零极距电解槽，共有150个单元槽，设计电流14.85 kA，运行电流13.8 kA。结合距离电力公司变电站较近，以及本公司具有约10万千瓦的发电负荷，40万t/a离子膜整流装置的进线电压选择35 kV，在整流站设置35 kV开关站，便于整流变压器停送电操作。整流变压器采用“一拖二”的运行方式，由1台整流变压器带2台整流柜及2台离子膜电解槽组成，这样形成8台整流变压器带16台整流柜给16台零极距电解槽供电的规模化生产模式。

由于国产2.5万t/a离子膜对整流电压的要求较高，为直流530 V，因此，电连接方式采用三相全控桥式同相逆并联整流结构。因2套20万t离子膜法烧碱装置分期建设，故按照单套20万t离子膜烧碱整流系统设计，需4套整流机组，每套整流机组按照单机组12脉波，4套整流机组构成等效48脉波整流系统。4台整流变压器的接线方式均为网侧延边三角形移相，阀侧△/▽同相逆并联，网侧移相角为±3.75°、±26.25°和±18.75°、±11.25°，满足直流电流14.85 kA，直流电压530 V的额定输出。

1 整流变压器

整流变压器共8台，整流变压器型号为ZHSFPT－21600/35，额定输出为4×8 100 A；540 V、双侧中下部出线，采用1台变压器拖2台整流器，强制油循环风冷结构。调压范围70%～105%，有载开关选用21级等差调压，通过整流装置控制系统可自动升降整流变压器挡位，将控制角控制在5～15°，配合晶闸管的细调，可有效的提高整流变压器的负载能力，降低整流变压器型式容量，提高整流装置功率因数。整流变压器网侧电缆进线，阀侧变压器侧铜排出线，采用半钟罩式免吊芯结构，需每年更换1次有载开关内的变压器油，做1次变压器油色谱分析，每3年进行1次有载调压开关抽芯检查。

2 整流柜

整流柜共有16台，输出电压为540 V，电流为16 200 A，冷却方式采用纯水冷却，连接方式为交流后下进线、直流侧上出线。每个整流柜由2组三相全控桥整流电路构成同相逆并联连接，单机组6脉波整流。移相范围0～150°，触发脉冲输出为双窄脉冲。 同步信号取自整流变压器阀侧。采用数字双通道热备用控制器实时监测工作通道和备用通道是否工作正常，如果工作通道发生故障，自动将备用通道切换为工作通道并指示出故障通道。整流柜运行时易出现桥臂过热，纯水冷却装置冷却水管路超温及渗漏水等故障。

2.1 整流柜桥臂过热报警

整流柜桥臂过热检测温度为65℃，运行中出现臂过热报警情况要针对实际情况处理。

（1）由于多台整流柜共用1套纯水冷却装置，柜内冷却支路较多，每次检修冷却水路后，大量空气滞留在个别桥臂或水套冷却支路内进入管路，空气会造成水流不畅。当桥臂温度超过65℃时，会出现臂过热报警。

处理办法：适当开大整流柜的进水阀门，增加整流柜的水流量及水压，迫使堵塞的气泡循环至纯水冷却装置的水气分离器后排出，正常后把该整流柜的开度还原。

（2）长期运行中的整流柜出现臂过热报警，多为电腐蚀或杂质堵塞冷却水路造成的。

处理办法：根据报警指示和采用手持式红外线测温仪确定堵塞部位后，停运整流设备，并进行疏通。

（3）夏季，当整流柜运行环境的气温较高且湿度较大时，如果冷却水温度低于结露温度，水蒸气将水套表面凝成水珠，使绝缘体表面的绝缘强度降低，在桥臂上安装的温度继电器误动作而发出报警。

处理办法：当整流柜桥臂、水套凝结大量水珠造成误报警时，立即关闭纯水冷却装置的循环水控制阀门，使整流柜冷却水回水温度升高至38℃左右。待凝结的水珠蒸发以后，再将整流柜回水温度调整合适温度。

2.2 整流柜冷却水回水温度过高

整流柜回水温度超过45℃报警 （回水温度冬季一般控制在 20～25℃，夏季控制在38℃左右）。在巡检时，一旦发现冷却水回水温度超过38℃，须立即调整纯水冷却装置的循环水控制阀门，将冷却水降至合适温度。 调节时不要忽大忽小，要缓慢平稳，以免影响冷却水压力；要注意循环水的压力不要太大，以免循环水渗漏到主水内，引起水质下降。

2.3 整流柜冷却水压力要求

整流柜冷却水水压低于0.06 MPa时，先发出报警信号。如果在设定60 s内没能消除故障，则整流装置双通道计算机控制柜封锁触发脉冲，使整流柜直流输出降到零，以保证晶闸管元件不至过温损坏。 冷却水压力应控制在0.15 MPa左右。 在巡检过程中，一旦发现压力有波动，需及时查找原因，消除故障；管路有渗漏时须及时修复；有影响冷却水压力的作业活动时，应采取适当措施，防止压力降低而引起保护封锁触发脉冲，甚至跳闸停车。

2.4 整流柜冷却水水质要求

由于桥臂母排及水套水阀内径较小，为防止长期运行中产生的电腐蚀堵塞冷却管路，整流柜冷却水水质要求为：悬浮物质量浓度不超过30 mg/L，酸度（pH值）为6～9，硬度（以氧化钙浓度计）不超过4.28 mmol/L，进口压力不低于0.15 MPa，进水温度为5～30℃，电阻率为1 MΩ·cm。 运行期间如果水质不合格，须对整流柜的纯水冷却水进行置换 （平均2个月置换1次）。 每次在设备停运检修时，须彻底排空冷却管路内的纯水后，再注入合格的纯水以确保冷却水水质合格。

3 整流控制柜

整流控制柜共有8台，采用双通道计算机控制PLC监视系柜，由双通道全数字调节触发控制系统，触摸屏及计算机网络通信接口组成。

（1）出现报警信号的处理方法当出现报警信号时，要立即解除报警音响，并根据报警故障指示，迅速查找原因；消除故障后，再按“故障复位”按钮。

（2）正常运行过程中A、B通道不能切换，有停机时及时检修，确保互为备用。

（3）“电源缺相”故障处理。同步电源取至整流变阀侧母排，经同步变压器变压后送至触发控制板。 出现“电源缺相”报警时，要检查整流变投运情况，同步变压器二次侧AT、BT、CT相电压12 V运行情况；如不正常，要更换同步变压器。

（4）给定电流不能升降的情况。可能是操作器与控制器通信故障，或是双通道热备用控制器故障。

（5）冷却水泵采用双泵组合设计。两泵互为工作或备用，可根据水压自动切换电路。如果1台工作泵发生故障，另一水泵就会自动启动工作，泵切换时间不大于0.5 s。换向阀自动换向并发出信号，可不停机对故障泵进行检修。

4 直流大电流测量仪

直流大电流传感器采用采用16台DC－CT霍尔直测式直流大电流传感器，每台整流单元配1套，最大测量电流20 kA，输出DC 4～20 mA，0～5 V，现场就地安装无干扰，安装方便，系统精确度为±0.1%。传感器具有正反测功能并带有逆电流报警门限，完成电流测量、报警，可以输出多种信号，提供RS－485总线接口，方便连接计算机。

直流大电流测量仪故障造成整流柜输出直流电流波动，可能会导致整流柜实际输出电流升高或降低而电流仪表显示正常。原因分析：由于大电流直流测量仪电路板上精密电位器阻使输出的控制信号（0～5 V）比实际值发生漂移，降低或升高，常时系统在自动稳流状态工作。为使电流反馈信号（假信号）达到给定值，触发控制器CPU调节运算，对换相角α进行调节。处理方法：安装上备用的大电流测量仪，拆下来的回厂进行维修校验。对直流大电流测量仪附件箱作密封处理，防止受到环境腐蚀而损坏。

5 极化柜

在电解槽正常开车时，当直流电流达到3.0 kA后自动切出极化柜，当停车和紧急停车时直流电流降2.7 kA后，立刻投入极化柜。为了保证在供电中断时，极化柜能立即有备用电源投入，利用了公司另一路的10 kV保安供电电源，形成了可靠的双电源线路以保证不间断供电。

极化柜共有16台，极化柜由整流主回路、控制稳流电路、继电保护电路、电流检测及操作界面显示，也可以采用PLC和DCS器组成。开机可手动控制，自动控制。额定输出电压为500 V、电流120 A。

5.1 极化电源报过流、缺相故障

如果是极化给定电流超过整定值，复位即可；如果是晶闸管触发控制板故障，一般多为电源变压器烧坏。

5.2 极化电源无输出或电流不稳

由于极化电源触发控制板RUN（200）端子为外部封锁脉冲/软启动控制端，当该端子与GND（0 V）端子短接时，解除脉冲封锁，开始正常工作；当该端直流输出降到零。RUN子悬空时触发脉冲被封锁，与GND控制线经中间继电器KA1常开点，由于该控制信号为弱电信号，继电器KA1为普通式继电 器，一旦触点接触不良，就会造成 RUN与GND信号时有时无，引起触发信号不正常，造成极化电源无输出或电流不稳。将继电器KA1改为封闭式小型继电器，没有再出现类似故障。

5.3 输出电压调不到额定值

（1）检查电源电压是否正常；（2）检查输出脉冲电压发光二极管VL3～VL8指示，如有不亮，则可能是控制板到可控硅的脉冲线开路或脉冲输出回路故障没有脉冲输出；（3）检查可控硅的导通性能，不好则更换。

6 电解槽接地及保护

电解槽在运行过程中会因某种原因意外造成接地故障，如槽框漏液、垫片严重泄漏、意外搭铁等。通过接地继电器可以及时发现这些故障。避免事故扩大，对电解槽起到安全保障作用。2个MPV－11型接地继电器，一个负责电解槽的正半区保护，一个负责电解槽的负半区保护。当接地电压达到报警值±10 V时，发出报警信号。当接地电压达到±30 V时，发出整流器脉冲封锁或高压开关柜跳闸信号。为了保证操作人员安全，防止电解槽基座带电和管线产生静电，电解槽基座和阴、阳极液进出口总管必须接地，电解槽的接地装置要单独敷设，接地电阻要求小于4 Ω。每台电解槽设接地端子箱一个，内装铜母排供接地连接。

7 整流系统的优化运行

（1）在整流系统运行过程中，尽量调整整流柜相控角，使共用1台整流变的2台整流柜的相控角尽量一致，这样可使整流变在低一档位运行。

（2）整流柜低相控角运行也可以节电，比较运行数据，微小的变化对于优化运行和节能降耗的影响都是非常可观的。德州实华化工调整1#～16#整流柜的相控角控制范围，由原来的5°～15°调整为3°～9°，变电效率上升了，基本达到了97.5%以上。

8 结语

在生产中要确保整流设备的安全运行，提高操作运行的经验 ，严格控制工艺指标，保证巡回检查的质量，提前做好对事故的防范工作。同时还要做好事故预案，从而防止事故扩大，避免次生事故，保证安全生产，提高经济效益。

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