40 万 t/a 离子膜烧碱（二期）项目整流机组技术方案

姜 锦，辛 丹，沙 剑，何春文，刘 陈（金川集团有限公司化工厂， 甘肃 金昌 737100）

40 万 t/a 离子膜烧碱（二期）项目整流机组技术方案

姜 锦，辛 丹，沙 剑，何春文，刘 陈
（金川集团有限公司化工厂， 甘肃 金昌 737100）

介绍了 40 万t/a离子膜烧碱系统（二期）项目整流机组的技术方案及整流元件的选取计算要求。

整流；整流机组；控制系统

电解槽是离子膜烧碱系统的核心设备，而整流机组的作用就是将交流转化成直流，为电解槽提供电源。 金川集团股份有限公司 40 万t/a 离子膜烧碱系统（二期）项目采用 8 台蓝星（北京）化工机械有限公司 NBZ-2.7 复极式膜极距电解槽，电解槽设计电流 16.5 kA，电 压 540 V。

1 整流机组的组成

整流机组主要包括整流器、整流控制柜、极化整流柜、后台监控系统及冷却系统。

2 整流器的选择

2.1 整流器与整流变压器及电解槽的配置方式

40 万t/a 离子膜烧碱系统（二期）项目共设置 8 台电解槽，采取变压器“一拖二”，整流器“一拖一”的配置方式，即 1 台变压器带 2 台整流器，每台整流器各带 1台电解槽，这种方式减少了变压器的配置台数，大大降低设备的投资及日后变压器运行的容量费用， 整流器为 1 拖 1 方式，2 台电解槽相互独立，互不影响，调节独立。

2.2 整流器的参数选择

整流器的参数主要根据电解槽的参数来选择。

（1）额定 电压 Udn=540 V

额定电流 Idn=16.5 kA

（2）整流电路采用三相全控桥式，非同相逆并联，8 组整流器等效为 48 脉波整流电路， 可以起到降低谐波，减少电网污染的目的。

（3）整流元件的选择

整流元件选 用 5 英 寸 （KP7200 A）大 功 率整流元件，每个桥壁安装数量 np，由以下计算公式计算得出：

式中：KAI：电流设计安全欲度；

Kg：过载系数；

KI：均流系数；

KQ：环境温度系数；

KVKh：介质流速系数及海拔系数。

根据离子膜电解槽的特性，整流器无备用，所以应考虑充足的余度，并兼顾 N－1 运行，即每臂损坏1只元件时确保设备正常运行，则取 np=3（只）。

每只元件上配置1个快速熔断器，快熔的额定电压 UR应尽可能地与使用电压（即变压器的阀侧电压 440 V）Uvo 接近，并兼顾电网谐波电压的影响，取快熔的额定电压 UR=600 V。 元件实际流过快熔的方均根电流 Ir为：

按快熔 的 电流选择原 则 ：1.57IT（AV）≥IRN≥KiKaKR

考虑 半 导体的 温 度 系数 ：5 645 A/0.8=7 056 A ，因此，快熔选 择 600 V/7 200 A，

元件电流储备系数：KR=3×7 200/5 500/0.95=3.73

元 件 电 压 储备 系 数 ：KAV=URRM/UVO=2 400/622= 3.85（以变压器 1.414UVO=1.414×440=622 为基准）

（4）整流柜二次保护设有主回路操作过电压、可控硅元件换相过电压、过电流保护及过载保护、桥臂过热、冷却水压低、冷却水温度、断流、反馈掉线、母线绝缘等保护功能。

3 整流控制柜

整流控制柜由机组稳流控制系统、机组 PLC 监控系统2部分组成。

3.1 机组稳流控制系统

机组稳流控制系统采用 STM6 智能数字控制器。 将电源、同步、数字 PID、数字触发、脉冲变压器、现场工业总线通信模块集装成一体。产生晶闸管整流装置所需的触发脉冲，每一回路的调节触发单元分别由双套数字调节触发板，按热备用方式进行配置，在 PLC 监控下，实现故障状态下无扰动自动切换，产生高精度和高对称度的触发脉冲。整流控制柜及远控微机均能调节电流，整流器电流反馈信号取自直流互感器及交流 CT，两者互为热备用。 PLC 同时为 DCS提供报警信号。

3.2 PLC 监控系统

PLC 监控系统采用西门子 S7－300 系列，主要完成功能包括：运行操作、故障检测、报警和保护、数据采集及信号联锁。

PLC 控制装置与其后台监控操作系统采用以太网进行通讯，整机网络系统图见图 1。 工艺 DCS 系统可以通过 Profibus－ DP 通讯方式得到整流相关数据，并能够对直流电流进行设定和修改，同时也能够通过硬 接 线方式（4－20 mADC 标准信号）对直 流电流进行调节，整机网络系统图见图 1。

图1 整机网络系统图

4 后台监控操作系统

远程操作室应设置整流后天监控操作系统，监控操作系统设置 2 台操作站，互为备用，可实现整流系统相关数据显示及升降电流的操作，主要包括以下功能。

（1）实现直流电流的调节和调节地点的选择，可以选择本机/就地控制柜/DCS 系统， 或者由就地控制柜中 PLC 完成此功能；

（2）每台整流器的直流电流、直流电压、直流功率、直流电度、及电流小时及 2 台整流器上述各电量总的显示；

（3）有载调压开关位置显示，有载调压开关档位调节采用“键盘按钮”方式，软件上采取防止有载调压开关档位出现连续动作并失控的情况；

（4）有载调压开关升降档提示及 α 角显示；

（5）监控功能：整流所直流系统内的各种故障报警和状态显示。

5 极化电源装置

极化整流器的主要作用是为了防止由于电解槽停止时产生的逆电流造成阴极涂层溶解。极化整流器装置负载为离子膜电解槽。当电解槽充液溢流时，要立即投入计划电源，当电流升至 300 A 时，极化整流器自动切除，当电流降至 300 A 以下时，极化整流器要自动投入。

输入交流 电压： 3 相，380 V，50 Hz；输出电流 ： DC 120 A；

输出电压： DC 385 V。 正常工作直流电流可任意选择恒流操作或直流电压恒压操作，恒流、恒压操作能够无扰动切换。 控制系统采用西门子 S7-200 系列 PLC 实现。

极化整流器电源要配置备用电源，一般采用EPS 应急电源作为备用电源。

6 冷却装置

采用去离子高纯水冷却方式，元件冷却水路总汇流管设在整流柜底部，采用并联冷却方式。 每台整流柜配置 1台冷却装置，保证单台设备开停的灵活性。

机组发热和冷却的计算如下。

单台整流器的放热量Q的计算：

带走 Q 所需要的水冷却介质流量 V（忽略空气带走的热量）

式中：P1至 P5分别为元件正向损耗、元件反向损耗、快熔损耗、母线损耗及过压损耗；

△t—冷却介质进出口温差，取△t=3.5 ℃

冷却裕量为 K 取 2.2（倍），因此，每台整流器柜配 1 台 纯 水 流 量 为 26 m3/h 的 LSS-150B 纯 水 冷 却装置，冷却器热交换器和水泵均有 100%备用量。

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