Способ прогнозирования и ранней подготовки алюминиевого электролизера к отключению

Изобретение относится к способу прогнозирования своевременной подготовки алюминиевого электролизера к отключению для капитального ремонта. Способ включает ежесуточные измерения технологических параметров, в качестве которых измеряют среднесуточную величину напряжения анодного эффекта U_АЭ, температуру перегрева электролита Т_эл-П и криолитовое отношение электролита, полученные значения которых обрабатывают методом корреляции со сроком службы электролизера, а полученные коэффициенты корреляции усредняют методом текущего среднего, причем устанавливают диапазон допустимых значений коэффициента для Т_эл-П от -0,4 до 0,4, а для U_АЭ - не менее 0,3 в периоде 100 суток или не менее 0,6 в периоде 30 суток, сравнивают полученные коэффициенты с соответствующим интервалом их допустимых значений и по результатам сравнения определяют необходимость перевода электролизера на режим подготовки к отключению, который проводят путем корректировки криолитового отношения изменением количества добавляемого трифторида алюминия АlF₃ и температуры электролита, изменением величины межполюсного расстояния или планомерного перевода электролизера на металл с высоким содержанием железа. Обеспечивается своевременная подготовка электролизера к капитальному ремонту и увеличение срока его службы, а также предупреждение аварийных ситуаций. 1 ил.

 

Изобретение относится к электролитическому получению алюминия и может быть использовано совместно с технологическими системами автоматизированного управления процессом.

Аналог изобретения - «Способ автоматического выявления технологических расстройств и оценки способности выполнения функций алюминиевого электролизера», RU 2245400 С1, 27.01.2005. Способ аналога, также как и представленный, обрабатывает измеренные технологические параметры. В предлагаемом способе используются среднесуточная величина напряжения анодного эффекта и температура перегрева электролита. Способ обработки данных предлагаемого изобретения отличается от аналога используемым математическим методом и алгоритмом вычислений. По результатам дается оценка текущего технологического режима на данном электролизере, который влияет на состояние катода. В случае необходимости осуществляется перевод технологии электролизера на щадящий (предремонтный) режим работы для продления срока службы или подготовки к отключению для капитального ремонта.

Техническим результатом является своевременная подготовка алюминиевого электролизера к капитальному ремонту и продлению, в случае принятия соответствующих мер, срока службы, а также предупреждение возможных аварийных ситуаций, связанных с состоянием катода электролизера.

Для осуществления технического результата изобретения ежесуточно измеряют следующие технологические параметры:

- среднесуточную величину напряжения анодного эффекта электролизера (U_АЭ) (постоянное измерение межполюсого напряжения между катодом и анодом электролизера цифровым вольтметром);

- температуру перегрева электролита (Т_эл-П): разницу между фактической температурой и температурой ликвидус для данного криолитового отношения (фактическая температура электролита определяется с помощью термопары, криолитовое отношение определяется молярным соотношением основных компонентов криолита NaF/AlF₃, путем химического анализа проб электролита, температура ликвидус для полученного криолитового отношения определяется по диаграмме состояния системы NaF-AlF₃).

Затем, методом корреляции этих технологических параметров с текущим сроком эксплуатации электролизера получают коэффициенты для дальнейшей обработки.

Корреляция выбранных технологических параметров (Т_эл-П, U_АЭ) со сроком службы электролизера (Бронштейн И.Н., Семяндяев К.А. Справочник по математике для инженеров и учащихся ВТУЗов. М., 1980 г., с.795):

где Y_n - значения выбранного технологического параметра (U_АЭ, Т_эл-П);

Y_k - срок службы электролизера с момента пуска;

cov(Y_n, Y_k) - ковариация величин Y_n и Y_k;

DY_n и DY_k - дисперсия соответственно величин Y_n и Y_k.

Усреднение данных корреляции методом текущего среднего.

М - число усредняемых данных (для (Т_эл-П, U_АЭ).

Коэффициент корреляции температуры перегрева электролита и срока службы электролизера, в периоде 100 суток до текущего момента, принимает значение менее -0,4 или более 0,4 в процессе периода эксплуатации электролизера (пусковой и послепусковой трехмесячный период в расчет не принимается). Этот момент определяют как прогноз возможного нарушения целостности катода. Значения коэффициента корреляции от -0,4 до 0,4 считаются рабочими, не влияющими на целостность катода. Чем больше превышение рабочего значения коэффициента корреляции, тем вероятность прогноза выше.

Коэффициент корреляции U_АЭ и срока службы электролизера (в периоде 100 суток до текущего момента) при достижении в положительной области максимального значения (не менее 0,3, а для периода 30 значений не менее 0,6) определяет момент прогноза возможного нарушения целостности катода. Значение коэффициента, в этом случае, определяет вероятность прогноза: чем больше максимальное значение коэффициента при большем периоде коррелируемых значений, тем вероятность прогноза выше. При уменьшении периода коррелируемых значений точнее определяется время действия прогноза.

На основе полученных данных выдается рекомендация на подготовку электролизера к отключению в ремонт или изменению в технологических параметрах с целью продления срока эксплуатации при соблюдении следующих мероприятий:

- криолитовое отношение (молярное соотношение NaF/AlF₃) должно поддерживаться на уровне 2,4 путем корректировки объема добавляемого трифторида алюминия. Количество добавляемого для корректировки AlF₃ определяется по формуле Гупало И.П.:

С_фа=2m(К₁-К₂)/с(2+К₁)К₂,

где K₁ и К₂ - криолитовое отношение соответственно до и после корректировки;

m - масса корректируемого электролита, кг;

с - содержание AlF₃ в промышленном трифториде алюминия, доли ед.;

- температура электролита (с учетом добавок фторсолей) должна составлять около 950-955°С, при этом температура перегрева электролита для заданного криолитового отношения не должна быть более 10°С, что регулируется изменением межполюсного расстояния (соответственно и напряжения) между анодом и катодом.

Способ предназначен для раннего обнаружения и прогноза возможных аварийных ситуаций, связанных с нарушением целостности ванны катода электролизера, вызванных нарушениями технологического процесса, а при необходимости и продления срока эксплуатации электролизера при условии выполнения предлагаемых мероприятий и подтверждения соответствующих значений коэффициентов, после эксплуатации с учетом принятых мер.

Осуществление изобретения. Температура электролита измеряется ежесуточно технологическим персоналом с помощью прибора ИТЭЛ-2000 ТО 7772.828.001 или другого подобного прибора, в комплекте с термопарой хромель-алюмелевой типа ХА (К) по ГОСТ 6616-94. Замеренные значения заносятся в электронную базу данных в автоматическом режиме.

Криолитовое отношение определяют в заводской лаборатории с помощью спектрометра.

Напряжение анодного эффекта измеряется цифровым вольтметром, входящим в блок управления АСУТП электролиза (пример АСУТП «Тролль»). Полученные данные обрабатываются и заносятся в базу данных.

Обработка полученных данных осуществляется программой АСУТП.

Технологический персонал на основе полученных данных осуществляет рекомендуемую корректировку технологического режима электролизера или подготовку электролизера к капитальному ремонту.

Способ осуществляется в следующей последовательности (см. чертеж).

1. Измеряют технологические параметры электролизера (температура электролита, криолитовое отношение электролита, среднесуточное напряжение анодного эффекта).

2. Вычисляют коэффициенты корреляции измеряемых значений и срока службы электролизера.

3. Усредняют полученные корреляционные коэффициенты.

4. Определяют интервал значений отклонения, усредненных коэффициентов корреляции, по каждому из измеряемых параметров.

5. Оценивают текущее значение в заданном интервале.

6. Определяют возможность и необходимость продолжения эксплуатации электролизера:

- осуществляют корректировку криолитового отношения, изменяя количество добавляемого AlF₃, и температуры электролита, изменяя величину межполюсного расстояния;

- при необходимости планомерно переводят электролизер на металл с высоким содержанием железа, затем планово отключают в капитальный ремонт.

Способ прогнозирования своевременной подготовки алюминиевого электролизера к отключению для капитального ремонта, включающий контроль технологических параметров работы электролизера путем ежесуточных измерений технологических параметров и обработки полученных значений с выдачей информации о состоянии электролизера и определение дальнейшего режима работы электролизера, отличающийся тем, что в качестве технологических параметров измеряют среднесуточную величину напряжения анодного эффекта U_АЭ, температуру перегрева электролита Т_эл-П и криолитовое отношение электролита, полученные значения которых обрабатывают методом корреляции со сроком службы электролизера, а полученные коэффициенты корреляции усредняют методом текущего среднего, причем устанавливают диапазон допустимых значений коэффициента для Т_эл-П от -0,4 до 0,4, а для U_АЭ - не менее 0,3 в периоде 100 суток или не менее 0,6 в периоде 30 суток, сравнивают полученные коэффициенты с соответствующим интервалом их допустимых значений и по результатам сравнения определяют необходимость перевода электролизера на режим подготовки к отключению, который проводят путем корректировки криолитового отношения изменением количества добавляемого трифторида алюминия АlF₃ и температуры электролита, изменением величины межполюсного расстояния или планомерного перевода электролизера на металл с высоким содержанием железа.