離子膜電槽安全監(jiān)控及數(shù)據(jù)處理管理系統(tǒng)運(yùn)行總結(jié)

李德敏，馬立文，蔣巨兵，周生剛（濱化集團(tuán)股份有限公司，山東濱州256600）

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離子膜電槽安全監(jiān)控及數(shù)據(jù)處理管理系統(tǒng)運(yùn)行總結(jié)

李德敏，馬立文，蔣巨兵，周生剛
（濱化集團(tuán)股份有限公司，山東濱州256600）

摘要：通過離子膜電槽安全監(jiān)控及數(shù)據(jù)處理管理系統(tǒng)提升電槽的安全監(jiān)控水平，提供完善的監(jiān)控及運(yùn)行數(shù)據(jù)，為優(yōu)化運(yùn)行創(chuàng)造條件。

關(guān)鍵詞：離子膜電槽；安全監(jiān)控；數(shù)據(jù)處理

離子膜電槽的管理是燒堿裝置穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵，在2007年濱化東瑞公司25萬t/a燒堿裝置設(shè)計(jì)之初，對電槽單元槽的槽電壓就進(jìn)行了采集試用并取得的良好的效果。在此基礎(chǔ)上，又對工藝運(yùn)行數(shù)據(jù)、槽電壓數(shù)據(jù)、化驗(yàn)數(shù)據(jù)等進(jìn)行綜合處理，形成了更加完善的電槽安全監(jiān)控及數(shù)據(jù)處理管理系統(tǒng)（以下簡稱管理系統(tǒng)）。在該系統(tǒng)的管理及應(yīng)用下，電槽運(yùn)行穩(wěn)定可靠，并積累了大量的實(shí)時(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù)。電槽運(yùn)行6年多，未更換離子膜的情況下電流效率仍保持在95.5%以上。

電解槽是離子膜燒堿生產(chǎn)的最關(guān)鍵設(shè)備，電解槽中安裝的電解極板和離子膜是整個(gè)裝置中最昂貴的部件。東瑞電解裝置有12臺電解槽，每臺電槽由136臺單元槽組成（12#槽由144臺單元槽組成）。影響槽電壓的主要因素有氫氧化鈉濃度、陰/陽極液循環(huán)量、操作溫度、鹽水中雜質(zhì)、陽極液pH值、陽極液中氯化鈉濃度等。電解槽電壓正常與否代表著膜性能好壞以及單元槽陽極陰極活性狀態(tài)，為了使離子膜能夠長期穩(wěn)定地保持較高的電流效率和較低的槽電壓，穩(wěn)定直流電耗，延長膜的使用壽命，需要對每個(gè)單元槽電壓及時(shí)監(jiān)測及記錄，以便加強(qiáng)電槽數(shù)據(jù)準(zhǔn)確分析提高生產(chǎn)管理水平，最大限度提高經(jīng)濟(jì)效益。

濱化東瑞公司在安裝電槽電壓在線監(jiān)測系統(tǒng)之前，均是進(jìn)行人工測量，因單元槽數(shù)量較多，每天的監(jiān)測點(diǎn)1 640多個(gè)。1人測量，1人記錄，為便于整理分析，還要再將測量數(shù)據(jù)人工輸入計(jì)算機(jī)，既耗時(shí)又費(fèi)力，以勞動力強(qiáng)度大，環(huán)境惡劣。同時(shí)，在后期數(shù)據(jù)處理時(shí)容易出現(xiàn)輸入錯(cuò)誤，增加人工校正時(shí)間。

電槽電壓在線監(jiān)測系統(tǒng)投用后，一旦DCS上組電壓或電壓偏離信號發(fā)出報(bào)警，通過該電壓監(jiān)測系統(tǒng)可馬上了解到電解槽的故障位置，大大縮短了故障點(diǎn)判定時(shí)間，減少現(xiàn)場人員逐點(diǎn)測量的工作量，能在最短時(shí)間內(nèi)對影響電解槽的問題做出適時(shí)的處理，減少了停車時(shí)間，最大程度地避免損失。

電槽管理系統(tǒng)運(yùn)行后，日常運(yùn)行中可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)電槽運(yùn)行中存在的問題。電槽數(shù)據(jù)形成日報(bào)、周報(bào)、月報(bào)等報(bào)表。每天可以及時(shí)了解電槽的校正電壓，及時(shí)發(fā)現(xiàn)每一個(gè)單元槽電壓的變化趨勢。及時(shí)獲知整個(gè)電槽中不同電壓數(shù)據(jù)的電壓分布情況，便于分析電槽的使用壽命。開停車過程中，電槽投入極化，及時(shí)分析每1臺單元槽的電壓變化情況，查找存在針孔或其他異常情況的單元槽。在這幾年的開車過程中發(fā)現(xiàn)了3臺存在問題的單元槽，并及時(shí)進(jìn)行了更換，杜絕了因時(shí)間延誤而造成事故的可能性。

1　系統(tǒng)組成

1.1需采集的數(shù)據(jù)

1.1.1工藝數(shù)據(jù)

（1）堿流量、堿密度；

（2）氯氣產(chǎn)量，PO、TCE、鹽酸的耗氯量；

（3）運(yùn)行電流、槽電壓、電槽溫度；

（4）進(jìn)出電槽鹽水的pH值。

1.1.2單元槽數(shù)據(jù)采集部分

（1）采集單元槽電壓數(shù)據(jù)（12×144）；

（2）采集單槽進(jìn)出料管的對地電壓（12×5）；

（3）采集電槽漏電電流（12×1）。

1.1.3化驗(yàn)數(shù)據(jù)錄入

（1）堿濃度（包括單槽及A、B 2套）；

（2）氯氣、氫氣純度；

（3）鹽水濃度，Ga2+、Mg2+含量，pH值；

（4）淡鹽水游離氯，pH值；

（5）純水的相關(guān)數(shù)據(jù)等。

1.2形成的報(bào)表

報(bào)表采用日報(bào)、周報(bào)、月報(bào)形式，分別選取不同的報(bào)表格式每天早8：00形成日報(bào)，周六早8：00形成周報(bào)，月底最后一天的0：00形成月報(bào)。報(bào)表同時(shí)匯總異常數(shù)據(jù)，并對異常數(shù)據(jù)進(jìn)行分類。

1.2.1電槽電壓變化分析表

形成每天的最高電壓、最低電壓、平均電壓。考慮槽溫及堿濃度的校正槽電壓，該槽電壓的變化趨勢。

1.2.2電槽運(yùn)行效率分析表

該效率應(yīng)根據(jù)化驗(yàn)分析數(shù)據(jù)，化驗(yàn)檢測的單槽堿濃度，總堿液濃度或DCS密度計(jì)檢測的數(shù)據(jù)，進(jìn)行校準(zhǔn)后計(jì)算。

1.2.3電槽性能綜合分析表

根據(jù)槽電壓、氯氣純度、進(jìn)槽鹽水pH值、出槽鹽水pH值、出槽淡鹽水的游離氯含量、出槽堿液溫度對電槽性能進(jìn)行分析

1.2.4異常情況匯總?cè)請?bào)

對日常運(yùn)行中出現(xiàn)的偏離數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總，或?qū)υ摂?shù)據(jù)進(jìn)行校正

1.3化驗(yàn)數(shù)據(jù)的上傳

化驗(yàn)數(shù)據(jù)每天中班錄入，數(shù)據(jù)明確錄入時(shí)間，取樣地點(diǎn)等標(biāo)識，便于與其他數(shù)據(jù)建立關(guān)聯(lián)。對錄入的數(shù)據(jù)進(jìn)行正確性識別，防止出現(xiàn)對其他數(shù)據(jù)的計(jì)算干擾。

1.4網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成（見圖1）

圖1　網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成圖

1.5數(shù)據(jù)中心建立

目前，濱化公司已建立生產(chǎn)運(yùn)行數(shù)據(jù)中心，各種運(yùn)行數(shù)據(jù)可以長期保存。針對離子膜電槽的運(yùn)行特點(diǎn)，膜的使用壽命一般在4年以上，單元槽涂層的壽命一般在8年以上。長期大量數(shù)據(jù)的積累為電槽的維修，離子膜的選用等提供了可靠的數(shù)據(jù)保證。

2　系統(tǒng)在生產(chǎn)運(yùn)行方面的作用

（1）在開車過程中能及時(shí)發(fā)現(xiàn)異常。a.投入極化電流后，通過比較極化電壓，可以快速判斷離子膜是否發(fā)生針孔或泄漏（出現(xiàn)針孔者極化電壓偏低）；b.在電槽電流提至2.7 kA進(jìn)行低負(fù)荷測試時(shí)，可以快速判斷離子膜是否發(fā)生針孔或撕裂；在離子膜開車的過程中必須要做的工作，一般需要幾個(gè)人使用萬用表進(jìn)行多次測量，每測一遍需要三十多分鐘。采用管理系統(tǒng)后，可以實(shí)時(shí)觀察每個(gè)單元槽的變化趨勢，通過設(shè)定不同的閥值利用顏色變化發(fā)現(xiàn)問題更加直觀。發(fā)現(xiàn)問題更加及時(shí)，為處理有問題的電槽預(yù)防事故發(fā)生提供可靠保證。

（2）電槽運(yùn)行過程中能及時(shí)發(fā)現(xiàn)異常。一旦某一單元槽發(fā)生斷流或進(jìn)料管發(fā)生堵塞均能在電槽電壓監(jiān)測系統(tǒng)上立即表現(xiàn)出來（堵塞或斷流者電壓急劇升高），能在最短時(shí)間內(nèi)作出適時(shí)處理，避免電槽聯(lián)鎖停車。一般的DCS系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集8個(gè)電槽為1組，電槽電壓偏離更是幾十個(gè)單元槽為1組，即使出現(xiàn)報(bào)警也必須到現(xiàn)場測量后才能確認(rèn)是哪個(gè)單元槽出現(xiàn)了問題。通過電槽管理系統(tǒng)可以瞬時(shí)準(zhǔn)確地確定故障單元槽，快速采取處理措施。由于發(fā)現(xiàn)及時(shí)，已經(jīng)避免了多次單元槽的跳停。

（3）對電槽電壓數(shù)據(jù)測量快捷準(zhǔn)確，能長期記錄并自動保存，通過對電壓數(shù)據(jù)分析，能夠更準(zhǔn)確的掌握離子膜的性能，便于不同型號離子膜的比較。同時(shí)為電槽換膜及維修提供依據(jù)。由于數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的客觀性，杜絕了人工測量、手工記錄、手工錄入等環(huán)節(jié)出現(xiàn)錯(cuò)誤的可能性。

（4）電槽管理系統(tǒng)生成的報(bào)表可以采用EXCEL 或PDF文件格式自動生成。日報(bào)、周報(bào)、月報(bào)等多種形式來體現(xiàn)電槽的運(yùn)行狀態(tài)，可以為各級管理人員提供每天需要的數(shù)據(jù)。由于計(jì)算機(jī)及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，大量數(shù)據(jù)的快速處理為電槽運(yùn)行分析更加及時(shí)準(zhǔn)確提供保障。同時(shí)，網(wǎng)絡(luò)傳輸功能的實(shí)現(xiàn)使電槽運(yùn)行狀態(tài)的遠(yuǎn)程診斷成為可能，企業(yè)之間的實(shí)時(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù)交流成為可能。

（5）電槽關(guān)鍵運(yùn)行指標(biāo)的及時(shí)控制。電槽的槽電壓、運(yùn)行電流密度、運(yùn)行電流效率直接影響電耗。沒有電槽管理系統(tǒng)之前，槽電壓的獲取、數(shù)據(jù)錄入往往需要幾天的時(shí)間才能完成，對生產(chǎn)變化可能幾天后才能發(fā)現(xiàn)，然后返回頭來找原因。采用電槽管理系統(tǒng)后，可以及時(shí)獲取電槽運(yùn)行狀況的變化，同時(shí)多種數(shù)據(jù)的變化也同步呈現(xiàn)。管理規(guī)范化后及時(shí)發(fā)現(xiàn)了鹽水質(zhì)量變化對槽電壓的影響，通過調(diào)整原鹽使電槽的運(yùn)行狀態(tài)得到修正。通過多種數(shù)據(jù)的運(yùn)行曲線分析可以及時(shí)查找影響電流效率的因素。

（6）電槽運(yùn)行狀況的綜合判斷。電槽管理系統(tǒng)通過實(shí)時(shí)電槽運(yùn)行數(shù)據(jù)、化驗(yàn)分析數(shù)據(jù)的分析可以及時(shí)了解電槽的運(yùn)行狀況。通過長期數(shù)據(jù)的跟蹤分析可以對電槽的運(yùn)行壽命作出準(zhǔn)確判斷。不同離子膜的實(shí)時(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù)分析，對不同類型的離子膜的運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行客觀分析成為可能。通過運(yùn)行的電流密度、電流效率的綜合比對，可以對電槽換膜、電極涂層進(jìn)行合理規(guī)劃。延長電槽的運(yùn)行周期，為電槽的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行提供可靠保證。

（7）電槽運(yùn)行故障的預(yù)測。電槽管理系統(tǒng)可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)槽電壓的細(xì)微變化，同時(shí)能夠連續(xù)采集。通過運(yùn)行曲線分析，能夠?qū)﹄姴鄞嬖趩栴}及時(shí)發(fā)現(xiàn)。電槽管理系統(tǒng)運(yùn)行后曾經(jīng)及時(shí)發(fā)現(xiàn)了1臺單元槽電壓的變化，根據(jù)變化趨勢與相鄰單槽的對比發(fā)現(xiàn)了電槽存在的問題。及時(shí)制定了監(jiān)控預(yù)案，利用停車機(jī)會進(jìn)行更換，通過拆解單元槽發(fā)現(xiàn)離子膜存在缺陷，造成電極的局部腐蝕，如果不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)可能會造成更大的事故。

3　功能完善

（1）目前，管理系統(tǒng)的各種數(shù)據(jù)日報(bào)、電槽運(yùn)行效率分析表、電槽性能綜合分析表、電槽電壓變化分析表等運(yùn)行正常。但是利用大數(shù)據(jù)進(jìn)行分析的不同型號離子膜性能，不同電極涂層的長期運(yùn)行分析還需要數(shù)據(jù)的進(jìn)一步積累。

（2）為保證電槽運(yùn)行的可靠性，尤其是在每次裝置大修開停車時(shí)電槽的接地問題就成為重點(diǎn)關(guān)注的對象。電槽接地系統(tǒng)漏電流的監(jiān)控就是下一步要完善的內(nèi)容。漏電會造成電耗的上升，電槽的損害，金屬管線的腐蝕，現(xiàn)場人員的傷害等多方面的影響。

該公司通過電槽管理系統(tǒng)的運(yùn)行使電槽管理提升到一個(gè)新的高度，電槽運(yùn)行過程的監(jiān)控更加簡潔直觀。對問題的判斷更加快速準(zhǔn)確，對電槽后續(xù)的運(yùn)行管理提供了更強(qiáng)有力的數(shù)據(jù)分析保障?，F(xiàn)場操作人員工作量大幅減少，數(shù)據(jù)準(zhǔn)確度獲得了提升。在后續(xù)的運(yùn)行中電槽管理的功能將進(jìn)一步完善，管理從靜態(tài)到動態(tài)，從單個(gè)數(shù)據(jù)到大數(shù)據(jù)分析。從單裝置到多裝置綜合分析將會發(fā)揮更大的作用。

Summary of ion-membrane electrolyzer security monitoring and data processing system operation

LI De-min，MA Li-wen，JIANG Ju-bing，ZHOU Sheng-gang
（Befar Group Co.，Ltd，Binzhou 256600，China）

Abstract：Through the ionic membrane electrolyzer security monitoring system and data processes system to improve the safety monitoring of electrolyzer，provide perfect monitoring and operating data，in order to create conditions for the optimal operation.

Key words：ion-exchange membrane electrolyser，security monitoring and contro，data processing

中圖分類號：TQ114.26

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

文章編號：1009-1785（2016）02-0036-03

收稿日期：2015-05-07