异常槽处理及槽控机控制程序教材课件.ppt
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1、异常槽处理及槽控机控制,第一章 引言第二章 常见异常槽及处理第三章 槽控机控制,第一章 引言,电解生产的稳定运行是实现优质、高效的前提,也是电解生产管理人员所追求的目标。但由于生产过程控制中出现这样那样的问题,导致双平衡遭到破坏,继而引发病槽。病槽如果处理不及时会引起更大的问题,甚至停槽。因此,一旦我们发现病槽时,一定要及时查明原因,及早处理,以使电解槽尽快转入正常生产。另外,350KA系列电解槽老龄槽较多,破损槽也多,为了延长槽寿命,降低生产成本,减少异常槽的出现,确保电解槽的平稳运行就显得非常重要。 自从计算机控制引入到电解生产中来,铝电解生产经济技术指标有了大幅提高,这得益于计算机控制的
2、准确和精细。今天我们就共同学习异常槽的处理和槽控机控制的一些原理和应用。,第二章 常见异常槽及处理,第一节 异常槽的定义 当铝电解槽工艺技术条件中的某个或某些偏离了正常范围时,均可以视为槽况异常。当某个或某些重要工艺技术条件显著偏离正常范围,特别是电解槽赖以正常运行的两大条件热平衡和物料平衡遭到严重破坏,因而电解槽技术经济指标严重恶化时,便视为病槽。在人们心目中,病槽意味着较严重的异常槽况(但病槽与异常槽况两个术语并没有严格的定义区别,因此下面的讨论中不做严格区分)。在现代铝电解生产中,病槽被作为生产事故来对待。按技术条件是否异常来归类,异常槽况可分为:槽电压(槽电阻)异常、氧化铝浓度异常、槽
3、温异常、分子比异常、电解质高度异常、铝液高度异常、效应参数异常等等。,但此种分类方法不易表达病槽的主特征,因此生产中常按病槽的主特征进行分类,例如槽电压异常(包括槽稳定性异常)、热平衡异常(热槽与冷槽)、物料平衡异常(下料异常)、阳极故障(阳极工作异常)、槽膛异常、槽底异常(槽底沉淀等)、其他事故型病槽(如难熄效应、电解质含碳或碳化铝、滚铝等)。其中一些病槽的主特征是“重叠”的,例如槽膛异常、槽底异常、阳极故障、滚铝等均会表现为槽电压异常(槽稳定性异常)今天将重点讨论几个最常见的异常槽况(病槽)及其防治。 管理者不能单纯依据病槽的“主特征”来制定处理方案,一方面是因为具有同一种“主特征”的病槽
4、往往产生的根源是完全不同的,例如热槽可以由能量输入过大引起,也可能由冷槽转化而来,也可能由物料平衡遭破坏而引起,也可能由阳极质量问题而引起,因此要根治热槽就必须找出并消除病槽的成因;另一方面,电解槽出现异常槽况(病槽)时,常常呈现出多种特征的病态共存,并互为因果,形成恶性循环,并出现病槽“主特征”不断转化的情形,因此如果单纯针对病槽在某一阶段的“主特征”制定处理方案,容易犯“头痛医头,脚痛医脚”的错误,正确的处理原则是,从各项工艺技术条件之间的相互关系出发,制定使各项工艺技术条件逐步恢复正常的综合治理方案。病槽处理技术的好坏成为衡量操作与管理者能力的重要标准。,现代设计优良的电解槽具有较强的自
5、平衡能力,配备有先进的计算机控制系统,只要能推行先进的管理思想与方法,牢固树立 “预防为主,治理为辅”的管理思想,并严格执行标准化作业与管理,就能(也要求)将异常槽况消除在萌芽状态,并杜绝严重病槽的发生。随着铝电解生产设备、工艺及管理的不断进步,病槽及事故防止与管理的重点发生了重大变化。过去生产系列中那种“随机”出现的病槽已愈来愈少见,对生产全局的影响也愈来愈小,因而也不再成为管理者关注的重要问题。倒是一些可引起全系列槽况波动或出现异常的全局性重大问题需要铝电解管理者给予重点关注,例如:1)原材料供给的重大波动可能引起系列槽况波动甚至异常。例如,阳极质量的波动可能引起全系列槽稳定性变差,阳极故
6、障及大量碳渣的出现使控制系统无法对物料平衡与热平衡实施有效的控制,可能导致热槽、槽底沉淀等多种异常槽况(病槽)的出现;氧化铝原料质量的波动可能影响整个输料系统的工作,特别是氧化铝溶解性能变差时可能引起控制系统的原有物料平衡控制参数不能适应,导致炉底沉淀的产生、效应系数的提高,继而影响到槽热平衡的稳定。,2)重要生产辅助设备发生故障,破坏了标准化、同步化和均衡化的作业与管理流程,使相关区域甚至全系列电解槽的槽况走向异常。例如,整流供电系统故障导致系列停电会影响系列槽生产稳定,恢复供电后可能出现大面积的异常槽况与病槽;铝电解计算机控制系统的故障(如系列电流采样故障、系统通讯故障等)会严重影响控制系
7、统正常控制功能的发挥,严重时可导致全系列或若干区域电解槽的失控或误控,使失控或误控区电解槽状态走向异常;多功能机组的故障可能使换极与出铝操作无法按作业标准实施,成为电解槽发病的原因。3)面对包括上述情况在内的各类突发性事件,处理措施不当或不及时,可能导致大面积异常槽况与病槽的出现。,第二节 槽电压异常或控制不良的检查与处理,1、槽电压(槽电阻)异常的检查与处理在系列电流正常的情况下,槽电压异常等同于槽电阻异常,因此以下均统称为槽电压异常。槽电压异常是最常见的槽况异常,许多异常槽况均能表现到槽电压的异常上来。槽电压异常主要表现为:(1)槽电压(或槽电阻)越限,即超过了控制系统的控制范围,例如槽电
8、压低于3.8V或高于4.5V。为了安全起见,槽电压越限时不允许控制系统进行调节。(2)槽电压(或槽电阻)强烈波动,或称电压针摆,这是电解槽稳定性异常的表现。先进的控制系统目前将电压的强烈波动分为两种基本的类型进行解析与报警:电压摆动(即强烈的低频波动,或称低频噪声)、电压针振(即强烈的高频波动,或称高频噪声)。当不严格区分时,两者便统称为电压针摆。控制系统在检出电压摆动的强度或针振的强度分别超过相应的设定值后,判断为电解槽处于“电压针振”或“电压摆动”状态。,作业人员一定要事先明确电压异常的判定标准。对于大多数控制系统,电压越限与电压针摆的判定标准是可以在计算机站的参数设定菜单中修改的。因此,
9、同样的控制系统在不同企业应用时会有不同的设定值。例如,有的铝厂以追求电压针摆尽可能小为目标,将电压针振与摆动的判断标准分别设定得很低(例如,分别设定为80mV 与30mV),超过这样的限度便会报警,并自动提升阳极(提高电压)来消除或减弱针摆;而有的铝厂以追求最小的平均槽电压为目标,不愿意控制系统频繁地判断出电压针摆而自动提升阳极,故将电压针振与摆动的判断标准设定得很高(例如,分别设定为200mV 和80mV)。,控制系统发现槽电压异常后,会启动自动语音报警,并且槽控机上的相应指示灯会点亮。因此作业人员能根据控制系统的声光报警来获得信息。作业人员也可以通过巡视作业发现电压异常。在得知电压异常后,
10、要及时巡视和采取处理措施:(1)观察槽况,并检查槽控机上的两路独立的电压显示是否一致,确认是槽控机的采样故障还是电解槽本身的问题。(2)若发现是槽控机采样故障,与计算机室联络获得更详细的关于异常情况的信息,并切断槽控机的电压自控功能,进行手动调整;若非槽控机采样故障,继续进行下列各项。(3)如果电压严重异常,查看电解槽是否有明显的事故,如漏槽、槽壳发红、阳极脱落、阳极下滑、阳极开裂、阳极发红等。若有,则立即按相应的事故处理程序进行处理。没有发现明显的事故,则继续下面的有关检测与处理内容。(4)通过槽控机查看当前的槽工作电压、针振与摆动强度、出现异常的持续时间(或异常的起始时间),以及近期是否有
11、不断反复出现的异常等,以便对电压异常的严重程度做到心中有数。此外,根据电压异常的类型确定检查槽况的侧重点,例如电压超越上限则重点检查是否漏槽、效应来临等;电压跌破下限则重点检查是否压槽、滑极(阳极下滑)等;电压针振则侧重检查与阳极工作状态及极距状态相关的因素;电压摆动则侧重检查与槽膛内形和槽底状态相关的因素。,(5)电压针摆严重时,测定并检查阳极电流分布,如果分布不均匀,检查是否有阳极故障(如阳极长包、阳极开裂等),若有则确定是否需要更换有故障的阳极;若无,则继续确定是否需要进行调极处理(即根据电流分布的测定结果,将通过电流过大的阳极的安装位置升高,但较少采用将通过电流过小的阳极的安装位置降低
12、的处理措)。(6)如果阳极无明显故障,而电压针摆严重,则检查是否有碳渣聚集,如果是,则打捞碳渣。(7)如果阳极无明显故障,也无碳渣聚集,但电压针摆严重且针摆发生的时间不长(如1数小时),则分析是否有效应来临的趋势(效应来临前有可能因极距压低或阳极底掌下形成导致电压不稳定的气膜层)。由于效应来临导致的针摆一般在效应发生后自动消除,或者因控制系统自动提升了阳极并加大了下料量(例如进行了效应预报后的大下料)而自动消除。若发现控制系统的确采取了这些处理,则作业人员应先观察控制系统处理后所产生的效果。若有效果,则避免重复处理,否则再决定是否需要人工干预(如人工抬阳极或大下料)。,( 8)当槽电压严重异常
13、时,在进行上述检查的同时检查是否存在电解槽破损(槽底或边部破损)、或槽底严重沉淀或结壳、或槽膛严重不规整。如果确认槽底破损,则按照破损槽修补的有关作业规程确定是否需要修补,或在确定需要修补时进行修补,并确定相应的技术条件调整方案。若不属于槽底破损,只属于槽底沉淀或结壳或槽膛严重不规整,则继续下列各项检查内容,找出导致这些问题的根本原因,并针对性进行处理。(9)如果电压异常但未发现上述问题(或未找出导致问题的根本原因),查看该槽最近的人工作业记录(包括控制系统中关于人工作业的记录),看是否因为人工作业质量问题引起了电压异常,包括检查人工作业是否正确地通报到控制系统中(只有熄灭效应不用通报),因为
14、若没有正确通报,则槽控机有可能对人工作业引起的槽况变化进行了错误的处理,例如将抬母线、拨出残极或出铝引起的电压上升作为效应预报,导致错误的大下料而引起沉淀,从而引起电压异常变化。(10)如果电压异常但未发现上述问题(或未找出导致问题的根本原因),检查是否因下料异常而引起,因为下料异常会导致氧化铝浓度异常变化,包括可能引起上述的效应来临的情况,或者引起大量沉淀的产生而致使电流分布不均或槽底压降升高。如果确认下料异常是导致电压异常的重要原因,则转入下面将要叙述的“氧化铝下料异常的处理”。,(11)如果电压异常但未发现上述问题(或未找出导致问题的根本原因),检查是否因控制系统的控制参数设定不当,控制
15、效果变差而逐步引起电压异常,这尤其容易引起槽电压的稳定性逐步变差,而槽稳定性变差后反过来又引起控制效果进一步变差,这种“恶性循环”最终使电解槽进入电压针摆状态。这种情况引起的电压异常往往有一个逐步积累的过程,因此通过与计算站联系调阅该槽的有关控制参数和历史曲线,可以分析导致控制效果变差的最初和最主要原因,或者分析是否存在不正确的参数设置,或现行参数设置是否不适应变化了的槽况。,(12)无论上述何种原因引起的电压越限,都需要作业人员将电压调节到可控范围(即不越限的范围),才能使控制系统恢复对电压的自动控制。对于电压针摆,则不同的控制系统(或同一控制系统中的不同控制参数设置)所允许的针摆后电压自动
16、调节范围与调节程度是不同的,因此作业人员应该事先了解控制系统在检出电压针摆后的附加电压大小、有效的电压调节范围和为了消除电压针摆而提升阳极的次数与程度,以便判断是否需要进行人工干预(人工调节电压)。为了尽快消除针摆,可以手动调整电压,但不主张频繁调整电压。(13)除了可以立即解决或消除的突发性事故与事件(如滑极、阳极脱落、效应来临等)引起的电压针摆外,大多数情况下电压针摆的消除需要一个过程。因此,计算机控制系统中一般都为电压针摆消除后设立了一个恢复期(如2 小时),在恢复期中,电压的实际保持值高于正常的电压设定值(例如高50100mV)。在一些电解系列能观察到这样一种现象,即恢复期过后控制系统
17、将电压调整到正常设定值附近,电压又出现针摆;控制系统确认针摆后提升阳极,针摆又逐渐消失;经历恢复期后控制系统再将电压调整到正常设定值附近,电压针摆又重现。这种情况说明极距在一种“临界”状态,可能需要调整设定电压,或调整其他技术条件(而不是单靠降低极距)来降低槽电阻,保持正常极距。,(14)对于电解槽破损这种难以有效修复的因素引起的电压针摆,必须按照针对破损槽所制定的技术条件来保持槽电压和其他相关控制参数,以便消除或减弱电压针摆,甚至可能提高针摆的判别标准以容许电压较大范围的波动。对于可以有效修复的因素引起的电压针摆,应尽可能通过调整工艺技术条件(尤其是通过恢复到正常技术条件)来使电解槽逐步回归
18、正常状态。除非进入十分严重的状态或不可自控的状态,否则应尽量避免“外科手术”式的处理方式,例如扎边部一般只在炉帮发红时采用;扒沉淀的做法几乎被禁止。即使采用了这样的极端措施,也仍然需要着眼于正常技术条件的恢复,否则只能治标,不能治本。(15)对于不能通过简单处理而消除的异常电压,作业人员应该按照企业的有关规程向相关人员报告,由相关技术人员与管理人员制定科学的处理方案。,2、槽电压(槽电阻)控制不良的检查与处理,槽电压(或槽电阻)控制不良的情况包括:槽电压调节过于频繁(班报或日报上的累计阳移次数太多)、槽电压波动范围大(从槽控机或历史曲线可发现工作电压经常显著高于或低于设定电压)、工作电压与设定
19、电压的偏差大(班报或日报上的平均工作电压与设定电压偏差大)、阳极下降量过大或过小(班报与日报上的累计阳极下降量过大或过小)等。作业人员应在巡视电解槽时注意槽电压的控制情况,并及时分析计算机班报和日报,发现问题时进行检查与处理:(1)手动操作阳极上升、下降,看阳极提升机动作(包括制动)是否正常,有故障则及时联络相关人员处理。(2)无上述问题时,检查是否有阳极下滑,有则及时处理。(3)若无上述问题,检查是否存在阳极问题(如阳极长包等),或各阳极下的极距差异过大,或存在碳渣聚集,或存在尚未熔化的金属异物等;同时检查槽电压的稳定性,因为这些问题的存在一般会并发电压针摆(或经常性反复的电压异常)。存在上
20、述问题时,容易出现局部压槽或短路,因此易出现控制系统提升阳极时,槽电压便超出设定上限,而下降阳极时,又出现电压跌出下限并同时并发电压针摆,如此反复,导致电压调整效果不理想或调节过频。作业人员应针对具体问题进行处理,例如更换问题十分严重的阳极,测量阳极电压分布并调极,打捞碳渣,清除异物等。,(4)若无上述问题,则问题可能来自电解质熔体、炉膛及相关技术条件的异常变化。例如,近24 小时阳极下降总量过大(与前一天相比),则可能漏铝或炉帮化空,故要检查炉底及炉帮;近期热平衡或物料平衡控制不稳定,则电解质电阻率波动大(在控制系统中,电解质电阻率用阳极下降或上升单位mm,槽电压或槽电阻的变化量来表示,并分
21、别简称为阳降电阻率和阳升电阻率,详见本书第四篇),而电解质电阻率波动大时,控制系统难以准确跟踪其变化,导致目标调节量与实际调节量的差异大,例如,假设槽控机期望通过提升阳极1 秒钟提高槽电压30mV(即正常的阳升电阻率为30mV/s),而若事实上提高了槽电压80mV(即实际的阳升电阻率达到了80mV/s),则会出现电压过调,其后槽控机只好再下降阳极,而下降阳极中又可能引起电压向下方向的过调,如此振荡式的反复调节便引起电压调节过频,这对槽况的稳定十分不利。若出现这种情况,临时性的措施是通知计算站调整电压控制的有关参数,限制电压调节的频度与幅度,减小调节振荡,但根本性的措施是尽快使电解槽恢复正常的工
22、艺技术条件。(5)上述的一些处理过程及处置内容应按照企业的有关作业规程与计算机站联络,并将异常发生的内容报告值班长。,第三节物料平衡异常或控制不良的检查与处理,由于现代铝电解工艺多采用低分子比与低温工艺技术条件,氧化铝在电解质中的溶解度与溶解速度均较低,物料平衡的保持难度较大,因此物料平衡遭破坏而引起的病槽成为相对较常见的病槽。电解槽的物料平衡遭破坏有两种形式,一是物料不足,二是物料过剩。但两种情况都产生相同的结果使电解槽发热。当电解槽中氧化铝物料不足时,阳极效应频频发生,产生大量热量使电解质温度升高,熔化边部伸腿,瓦解炉膛,使铝液高度下降,出现热槽。当电解槽中氧化铝物料过剩时,槽底逐渐产生沉
23、淀,饱和了氧化铝的电解质对碳渣分离不好,电解质电阻变大,焦尔发热量增多,使电解质温度升高,槽底沉淀也使槽底电阻增大,产生大量多余热量,使槽底变热,成为热槽。而引起物料平衡遭破坏的原因可以分为两大类,一类是下料故障与事故,另一类是各种因素引起的下料控制异常。,1)下料故障与事故的检查与处理下料故障与事故包括下料器故障、下料孔(即由打壳锤头打开的槽料面下料通道)不通畅、槽料面崩塌、人工作业引起大量额外下料等。下料器故障(包括下料器堵塞、下料量严重偏离定容量)可能在计算机报表上体现出来,例如存在下料器堵塞或下料量显著小于定容量的问题时,24 小时下料次数可能会显著高于正常范围(因为计算机可能使用了较
24、多的过量下料),当越出计算机的可调范围时,可能引起效应系数显著增大。通过现场观察下料器的动作,或称量下料量,可确认下料器故障,应及时通知相关人员修理。在下料器得到修复前,告知相关人员通知计算站临时性地修改基准下料间隔(严重时采用定时下料)。若在效应发生时发现下料器故障,例如打壳锤头没有动作,或下料孔不通畅造成氧化铝不能加入槽内,则用天车上的打击头在大面打开几个洞,并用天车加入氧化铝或用氧化铝耙扒阳极上氧化铝加入槽内后再熄灭效应;若下料口通畅,但没有氧化铝下料时,用氧化铝耙扒阳极上氧化铝入槽内或用天车加入氧化铝入槽内后再熄灭效应,效应熄灭后,阳极上氧化铝被扒开的地方要用天车补充氧化铝,并通知相关
25、人员修理下料器。如出现槽料面崩塌、人工作业引起大量额外下料等情形,根据严重程度,告知相关人员通知计算站临时性地扩大基准下料间隔(严重时停止下料,直至等待效应发生)。如发现下料孔堵塞,先要将上方的堆积料扒开,再利用槽控机上的手动打壳按键,使打壳锤头多次打击壳面,严重时借助其他处理措施,直到打开下料孔为止。更重要的是,平时巡查时及时发现问题并及时处理,这样便很容易打开下料孔。,2)下料控制异常的检查与处理下料控制异常表现为氧化铝浓度控制效果不佳(如氧化铝浓度过低、效应频繁,或者氧化铝浓度过高、槽底沉淀与结壳严重),体现在计算机班报与日报表上的有:累计下料次数异常、效应系数异常;体现在下料控制曲线上
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