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)

【供电与整流】

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)

整流变压器；整流柜；极化柜；运行经验；配置分析；优化运行

介绍了德州实华化工有限公司40万t/a离子膜法烧碱整流装置的配置及运行情况，总结了运行经验，分析了典型故障发生的原因，并提出了故障的排除方法，最终实现了整流装置的稳定运行，并达到了节能降耗的目的。

整流系统在整个离子膜法烧碱生产中具有非常重要的作用。整流系统能否安全稳定运行，直接影响到离子膜法烧碱电解生产的运行和产品质量，所以，分析研究离子膜法烧碱整流装置的配置并优化其运行， 可以使其更好地服务于离子膜法烧碱生产，并达到节能降耗的目的。德州实华化工有限公司(以下简称“德州实华”)拥有两套20万t/a(共40万t/a)离子膜法烧碱装置，分别于 2011 年11月和2016 年 8 月建成投产。单台2.5万t/a离子膜法烧碱生产装置采用蓝星(北京)化工机械有限公司NBZ—2.7自然循环膜极距电解槽，共有150个单元槽，设计电流14.85 kA，运行电流13.8 kA。鉴于整流站距离电力公司变电站较近，以及自有的约10万kW的发电负荷，40万t/a离子膜整流装置选择35 kV的进线电压，并在整流站设置35 kV开关站，便于整流变压器停送电操作。整流变压器采用“1拖2”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台膜极距电解槽供电的规模化生产模式。由于国产2.5万t/a离子膜法烧碱装置对整流电压的要求较高，为直流530 V，因此采用三相全控桥式同相逆并联整流电连接结构。因2套20万t/a离子膜法烧碱装置分期建设，故按照单套20万t/a离子膜法烧碱整流系统设计，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

8台整流变压器(以下简称“整流变”)型号为 ZHSFPT -21600 /35，额定输出为4×8100 A、530 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。调压范围为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挡位，将控制角控制在5～15 ℃；配合晶闸管的细调，可有效地提高整流变的负载能力，降低整流变容量，提高整流装置功率因数。整流变网侧电缆进线、阀侧铜排出线，采用半钟罩式免吊芯结构。每年须更换 1 次整流变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[1]。

2 整流柜

16 台整流柜输出电压为530 V、电流为16 200 A，采用纯水冷却方式，交流后下进线、 直流侧上出线连接方式。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。移相范围为0～150°，触发脉冲输出为双窄脉冲。 同步信号取自整流变阀侧。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正常工作。如果工作通道发生故障，自动切换备用通道为工作通道，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 ℃。如果运行中出现臂过热报警，须针对实际情况进行如下处理。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的进入管内(这些滞留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；正常运行后，还原该整流柜的开度。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，并疏通。③在夏季，当整流柜运行环境的气温较高且湿度较大时，一旦冷却水温度低于结露温度，水蒸气将在水套表面凝成水珠，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：在整流柜桥臂、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至该湿度下的无露运行合适温度。

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35 ℃左右)。在巡检时，一旦发现冷却水回水温度超过35 ℃ ， 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；并要注意循环水的压力不要太大，以免循环水渗漏到主水内，引起副水压力大于主水压力，水质下降。

2.3 整流柜冷却水压力要求

整流柜冷却水压力低于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，须及时查找原因，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：悬浮物的质量浓度不超过 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。在运行期间，如果水质不合格， 须对整流柜的纯水冷却水进行置换(平均每两个月置换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

8台整流控制柜采用双通道计算机控制 PLC 监视柜， 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在正常运行过程中，A、B 通道不能切换，停车时须及时检修，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给定电流不能升降时，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。如果一台工作中的水泵发生故障，另一水泵就会自动启动工作，泵切换时间不大于0.5 s。换向阀自动换向同时发出信号，可不停机检修故障泵。

4 直流大电流测量仪

直流大电流传感器采用16台DC-CT霍尔直测式直流大电流测量仪，1台整流单元配1套，最大测量电流为20 kA，输出DC 4～20 mA、0～5 V，现场就地安装方便、无干扰，系统精确度为±0.1%。传感器具有正反测量功能并带有逆电流报警门限，完成电流测量、报警，可输出多种信号，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会造成整流柜输出直流电流波动， 从而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使输出的控制信号(0～5 V)比实际值发生漂移、降低或升高。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：安装备用的大电流测量仪，将拆下来部分送回厂维修校验。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。在运行过程中，如发现不明原因的直流电流升高或降低时，须重点检查直流大电流测量仪。

5 极化柜

在电解槽正常开车时，当直流电流达到3.0 kA就会自动切出极化柜；当停车和紧急停车时，直流电流降2.7 kA就须立刻投入极化柜。为了保证在供电中断时，极化柜备用电源可立即投入，利用公司另一路10 kV保安供电电源形成了可靠的双电源线路，以保证供电不间断。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组成。开机可手动控制，也可自动控制。额定输出直流电压为500 V、电流为120 A。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。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端子为外部封锁脉冲及软启动控制端，当RUN端子悬空时，触发脉冲被封锁，直流输出降到零，RUN与GND短路封锁脉冲控制线经中间继电器 KA1 常开点控制。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，没再出现类似故障。③输出电压调不到额定值：检查电源电压是否正常；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而没有脉冲输出；检查可控硅的导通性能，导通不好则须更换。

6 电解槽接地及保护

电解槽在运行过程中会因某种原因造成意外接地故障，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。 两个MPV-11型接地继电器，一个负责电解槽的正半区保护，另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1个接地端子箱，内装供接地连接的铜母排。

7 整流系统的优化运行

整流系统运行时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挡位运行。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。 所以，德州实华调整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，基本达到了98.5%以上。

8 结语

在生产中要确保整流设备的安全运行，积累操作运行经验 ,严格控制工艺指标,保证巡回检查质量，提前做好事故防范工作；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。

[1] 闫利利等 20万t/a离子膜法烧碱整流装置的优化运行[J]氯碱工业，2015，51(3)：1-3.

[编辑：费红丽]

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.

耿庆鲁(1967—)，男，高级电气工程师，1992年毕业于成都科技大学电力工程系电力系统及自动化专业，现于德州实华化工有限公司从事氯碱生产的发电、输电、配电及整流装置的设计、安装和改造工作。

2016-12-20

TM46

B

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