CN106400056B - 一种电解槽生产运行参数实时检测系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种电解槽生产运行参数实时检测系统，其特征在于，包括工控机(7)，与工控机(7)相连接的多路信号采集器(6)，均与多路信号采集器(6)相连接的阴极电流分布和阴极钢棒温度检测装置(1)、槽壳温度检测装置(2)、阳极电流分布检测装置(3)、压力变送器(4)以及第一热电偶(5)。本发明可以检测电解槽生产运行时的各项参数，并通过多路信号采集器实时的传送给工控机，由工控机对检测参数进行分析；相比传统的人工检测方式，本发明的检测结果不存在时间差，能够真实的反映电解槽运行时的各项参数，并且使工作人员能够第一时间得知电解槽的运行状况。
Description
技术领域
本发明涉及一种检测系统，具体是指一种电解槽生产运行参数实时检测系统。
背景技术
目前，国内预焙电解槽生产过程中，槽壳温度、阳极导杆电流分布、阴极电流分布、阴极钢棒温度的测量是最常进行的测量项目，其中阳极电流分布测量采用的是离线等距电压降的人工测量方法，槽壳温度分布和阴极钢棒温度分布则是采用手持式红外温度测量仪进行测量。采用人工测量存在很大的缺陷，即测量时每次只能测量一个点，操作完后再进行下一个测点的测量，测量程序繁复，工作量大，检测时间长，并且测量结果存在时间差，不能真实反映电解槽阳极和阴极电流的分布情况；同时，测量结果不能实时送入计算机控制系统，而是需要把测定结果提交相关人员，并按规程输入到计算机系统，这给测量工作带来极大的不便。另一方面，随着电解生产过程的进行，阳极高度也需要实时调整；又由于随着电解生产过程的进行，阳极也在不断的消耗，这样也需要调整阳极导杆和母线的相对位置，采用传统的测量方法就需要操作人员随工艺操作需要而不断的拆装测量架，在这过程中极易损坏测量装置，使维护成本上升，维护工作量加大，给测量工作带来极大的不便。
发明内容
本发明的目的在于克服目前采用人工检测电解槽生产运行参数时，测量程序繁复、工作量大、检测时间长、检测结果存在偏差的缺陷，提供一种电解槽生产运行参数实时检测系统。
本发明的目的通过下述技术方案实现：一种电解槽生产运行参数实时检测系统，包括工控机，与工控机相连接的多路信号采集器，均与多路信号采集器相连接的阴极电流分布和阴极钢棒温度检测装置、槽壳温度检测装置、阳极电流分布检测装置、压力变送器以及第一热电偶。
所述阴极电流分布和阴极钢棒温度检测装置包括钢棒夹具，第二电压采集钢柱，均设置在钢棒夹具上的第一感温块和第一电压采集钢柱，以及设置在第一感温块上的第二热电偶；所述第二热电偶、第一电压采集钢柱以及第二电压采集钢柱分别与多路信号采集器电连接。
所述钢棒夹具包括第一夹板，第二夹板，设置在第一夹板与第二夹板之间用于连接第一夹板和第二夹板的连接板，设置在第一夹板上且与第一感温块相连接的感温块紧固螺钉，设置在感温块紧固螺钉上且位于第一夹板与第一感温块之间的感温块压紧弹簧，以及设置在第二夹板上的钢棒紧固螺钉；所述第一电压采集钢柱设置在第二夹板上。
所述槽壳温度检测装置包括固定架，设置在固定架上的可伸缩支撑杆，设置在可伸缩支撑杆顶端的支撑板，以及设置在支撑板上并能上下移动的第二感温块；所述第二感温块上设置有第三热电偶；所述第三热电偶与多路信号采集器电连接。
所述固定架包括卡架，设置在卡架上并能沿卡架左右移动的卡夹，以及设置在卡架上的紧固螺栓；所述可伸缩支撑杆则设置在卡架上。
所述可伸缩支撑杆包括设置在卡架上的外套管，设置在外套管上并能沿外套管上下移动的内套管，以及设置在外套管上用于锁紧内套管的锁紧器；所述支撑板则设置在内套管的顶端。
所述阳极电流分布检测装置包括母线夹具，设置在母线夹具上的固定部件，对称设置在固定部件上的探针，以及设置在母线夹具上的电子温度计；所述探针和电子温度计分别与多路信号采集器电连接。
所述母线夹具包括对称设置的第三夹板和第四夹板，设置在第三夹板和第四夹板之间用于连接第三夹板和第四夹板的螺杆，以及设置在螺杆的两端用于调节第三夹板和第四夹板之间的间距的调节螺母；所述固定部件和电子温度计则分别设置在第三夹板上。
所述固定部件包括通过螺钉连接在第三夹板上的支架，设置在螺钉上且位于支架上方的紧固螺母，以及设置在螺钉上且位于紧固螺母与支架之间的探针压紧弹簧；所述探针对称设置在支架的两端。
本发明较现有技术相比，具有以下优点及有益效果：
(1)本发明可以同时采用阴极电流分布和阴极钢棒温度检测装置、槽壳温度检测装置、阳极电流分布检测装置、压力变送器以及第一热电偶来检测电解槽生产运行时的各项参数，并通过多路信号采集器实时的传送给工控机，由工控机对检测参数进行分析；相比传统的人工检测方式，本发明的检测结果不存在时间差，能够真实的反映电解槽运行时的各项参数，并且使工作人员能够第一时间得知电解槽的运行状况。
(2)本发明的阳极电流分布检测装置通过将阳极母线安装在母线夹具内，阳极电流分布检测装置可在阳极母线升降的同时与阳极母线一同移动，使得在抬升阳极母线、调整极距和更换阳极的工艺操作时，无需对阳极电流分布检测装置做拆卸或移动的维护工作。
(3)本发明的槽壳温度检测装置采用了一种全新的可伸缩结构和安装方式，其将感温块通过固定架安装在电解槽槽壳上，并通过可伸缩支撑杆将感温块与电解槽槽壳可靠接触，如此则在生产过程中，无需对槽壳温度检测装置做拆卸或移动，极大的减轻了维护工作量。
附图说明
图1为本发明的整体结构示意图。
图2为本发明的阴极电流分布和阴极钢棒温度检测装置的整体结构图。
图3为本发明的槽壳温度检测装置的使用状态结构图。
图4为本发明的卡夹的侧视图。
图5为本发明的阳极电流分布检测装置的主视图。
图6为本发明的固定部件的剖视图。
图7为本发明的阳极电流分布检测装置的使用状态图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施方式并不限于此。
实施例
如图1所示，本发明的电解槽生产运行参数实时检测系统，包括工控机7，通过MODBUS总线与工控机7相连接的多路信号采集器6，均与多路信号采集器6电连接的阴极电流分布和阴极钢棒温度检测装置1、槽壳温度检测装置2、阳极电流分布检测装置3、压力变送器4以及第一热电偶5。该多路信号采集器6已是成熟的技术，其具有多个信号输入接口，该阴极电流分布和阴极钢棒温度检测装置1、槽壳温度检测装置2、阳极电流分布检测装置3、压力变送器4以及第一热电偶5则分别与多路信号采集器6的不同信号输入接口相连接。
其中，该工控机7为电脑系统，其用于对检测参数进行分析。该多路信号采集器6通过螺钉安装在电解槽槽底的桥架内。该压力变送器4和第一热电偶5通过法兰安装在电解槽排烟管道上，用于检测电解槽排烟管道内的烟气温度和烟气负压。该压力变送器4和第一热电偶5可以设置为多个，也可以通过法兰安装在电解槽密封罩上，用于检测电解槽密封罩内的烟气温度和烟气负压。压力变送器4和第一热电偶5检测的信号传输到多路信号采集器6，再从多路信号采集器6传输到工控机7。检测排烟管道和密封罩内的烟气负压可以反映电解槽密封罩的密封状况，以便更好的分析铝电解槽体系散热损失和变化趋势。检测排烟管道和密封罩内的烟气温度可以更好地解析铝电解槽体系散热损失和热平衡状态，了解电解槽的保温质量。该第一热电偶5为装配式热电偶。
所述阴极电流分布和阴极钢棒温度检测装置1用于检测阴极钢棒的温度和阴极电流分布。如图2所示，该阴极电流分布和阴极钢棒温度检测装置1包括钢棒夹具，第二电压采集钢柱20，均设置在钢棒夹具上的第一感温块14和第一电压采集钢柱19，以及设置在第一感温块14上的第二热电偶15。所述第二热电偶15、第一电压采集钢柱19以及第二电压采集钢柱20分别与多路信号采集器6电连接。该第二热电偶15可通过螺钉安装在第一感温块14上。
该钢棒夹具采用不亲磁的金属材料制成，本实施例中采用304不锈钢制成。该钢棒夹具包括第一夹板11，第二夹板12，连接板13，感温块紧固螺钉16，感温块压紧弹簧17以及钢棒紧固螺钉18。
其中，该连接板13设置在第一夹板11和第二夹板12之间，用于连接第一夹板11和第二夹板12。感温块紧固螺钉16穿过第一夹板11后与第一感温块14相连接；即该第一夹板11上设置有通孔，而第一感温块14上设置有螺纹孔，该感温块紧固螺钉16则穿过第一夹板11上的通孔后拧入第一感温块14的螺纹孔中，从而将感温块紧固螺钉16、第一夹板11以及第一感温块14连为一体。该感温块压紧弹簧17设置在感温块紧固螺钉16上且位于第一夹板11与第一感温块14之间。在具体实施时，该感温块紧固螺钉16可设置为两个。该钢棒紧固螺钉18设置在第二夹板12上；即该第二夹板12上设置有螺纹孔，该钢棒紧固螺钉18则穿过第二夹板12上的螺纹孔，该钢棒紧固螺钉18与第二夹板12为螺纹配合。该第一电压采集钢柱19和第二电压采集钢柱20可采用不锈钢螺钉来实现，所述第一电压采集钢柱19设置在第二夹板12上，且位于钢棒紧固螺钉18旁边，即该第一电压采集钢柱19与第二夹板12通过螺纹连接。该第一感温块14为导热性能良好的铝合金，该第二热电偶15为贴片式热电偶。
使用时通过钢棒夹具将阴极钢棒8夹住，即将阴极钢棒8放置在第一夹板11和第二夹板12之间，调节钢棒紧固螺钉18，使第一感温块14和钢棒紧固螺钉18的端部夹紧阴极钢棒8。由于感温块压紧弹簧17的作用，可以使第一感温块14与阴极钢棒8紧密接触，因感温块压紧弹簧17具有弹性，所以第一感温块14与阴极钢棒8紧密接触时又不会损伤阴极钢棒8。安装好后，阴极钢棒8上的温度传导到第一感温块14上，而第二热电偶15则采集第一感温块14上的温度，并将温度转换成与之对应的电压信号传输给多路信号采集器6，多路信号采集器6再将信号传输给工控机7，从而实现对阴极钢棒8的温度进行检测。
众所周知，阴极钢棒和阴极母线之间是通过阴极软带连接的，而阴极电流分布是通过检测阴极软带上的电流来实现的。由于连接各个阴极钢棒和阴极母线的阴极软带不是等长的，且每条阴极软带的层数也不同，也就是阴极软带的截面积不相同，这是由电解槽设计决定的。因此，首先应根据阴极软带的设计参数通过下式计算出各条阴极软带的电阻R：R＝ρL/S；其中，ρ为阴极软带的电阻率，L为阴极软带的长度，S为阴极软带的截面积。其次，根据通过检测到的阴极软带的电压，由欧姆定律计算得到阴极钢棒的电流，由此得到阴极电流的分布。
在检测阴极软带的电压时，将第二电压采集钢柱20固定于阴极母线上，即该第二电压采集钢柱20固定于阴极母线与阴极软带的连接处，从而形成一个母线端测量点，该第二电压采集钢柱20与阴极母线可通过螺纹连接；第一电压采集钢柱19则形成一个钢棒端测量点。该第一电压采集钢柱19和第二电压采集钢柱20将检测的电压信号传输给多路信号采集器6。两个测量点之间的电压即为阴极软带的电压，通过欧姆定律计算得到阴极软带的电流，由此得到阴极电流的分布。
该槽壳温度检测装置2用于检测电解槽槽壳的温度，如图3所示，其包括固定架，设置在固定架上的可伸缩支撑杆，设置在可伸缩支撑杆顶端的支撑板29，以及安装在支撑板29上并能上下移动的第二感温块27。所述第二感温块27上设置有第三热电偶28；所述第三热电偶28与多路信号采集器6电连接。该第二感温块27为导热性能良好的铝合金，该第三热电偶28为贴片式热电偶。
该固定架是整个槽壳温度检测装置2的安装支架，其包括卡架21，卡夹22以及紧固螺栓23。如图4所示，该卡夹22上设置有通孔，而卡架21则穿过该通孔与卡夹22连为一体，该卡架21和卡夹22之间形成一个夹紧腔，而紧固螺栓23则设置在卡架21上。该卡夹22可以沿卡架21左右滑动，从而调整夹紧腔的大小，因此可以适用于不同的电解槽槽壳。该紧固螺栓23可根据需要设置为1个或者多个。
所述可伸缩支撑杆包括设置在卡架21上的外套管24，设置在外套管24上且能沿外套管24上下移动的内套管26，以及设置在外套管24上用于锁紧内套管26的锁紧器25。该可伸缩支撑杆可以根据需要伸长或缩短，并通过锁紧器25进行锁紧，如此则使本发明能够测量不同的电解槽槽壳的温度，扩大其应用范围。该锁紧器25内含锁紧管箍，使用时操作简单、方便。
所述支撑板29则固定在内套管26的顶端，而第二感温块27可通过螺钉活动安装在支撑板29上；即该支撑板29和第二感温块27上分别设置螺纹孔，采用螺钉穿过支撑板29上的螺纹孔后拧入第二感温块27上的螺纹孔中。使用时通过调节螺钉可以使第二感温块27上下移动，从而紧密地与电解槽槽壳贴在一起，使第二感温块27能够更好的感知电解槽槽壳的温度。该第三热电偶28为活动设置于第二感温块27内，即第二感温块27上设置安装孔，该第三热电偶28则安装在第二感温块27上；如此则便于对第三热电偶28进行更换。
在使用时，先松开锁紧器25，将内套管26缩进外套管24中，将电解槽槽壳9的加强筋板放在卡架21上，将卡夹22向电解槽槽壳9的加强筋板方向移动，使卡夹22紧贴加强筋板，这时旋紧紧固螺栓23，通过紧固螺栓23把加强筋板往上顶，直至加强筋板顶到卡夹22的上部，这样则可以使卡架21和卡夹22牢牢的固定电解槽槽壳9，而卡夹22则不能再移动。这时，抽出内套管26直至支撑板29靠近电解槽槽壳9，并锁紧锁紧器25。将第二感温块27放置在支撑板29上，并通过调节螺钉使第二感温块27紧贴电解槽槽壳9。这时电解槽槽壳9的温度就会传导到第二感温块27，三热电偶28则将电解槽槽壳9该点的温度变化转变为毫伏信号的电量变化，并传输给多路信号采集器6。
该槽壳温度检测装置采用了一种全新的可伸缩结构和安装方式，其将感温块通过固定架安装在电解槽槽壳上，并通过可伸缩支撑杆将感温块与电解槽槽壳可靠接触，如此则在生产过程中，无需对槽壳温度检测装置做拆卸或移动，极大的减轻了维护工作量。
所述阳极电流分布检测装置3用于检测阳极母线的电流分布，其结构如图5所示，包括母线夹具，设置在母线夹具上的固定部件36，对称设置在固定部件36上的探针35，以及设置在母线夹具上的电子温度计37。该探针35的数量为两根，所述探针35和电子温度计37均与多路信号采集器6电连接。
所述母线夹具包括第三夹板32，第四夹板31，螺杆33以及调节螺母34。该第三夹板32和第四夹板31对称设置；该螺杆33设置于第三夹板32和第四夹板31之间，用于连接第三夹板32和第四夹板31；即该第三夹板32和第四夹板31上设置有通孔，该螺杆33的两端则分别穿过第三夹板32和第四夹板31上的通孔，该第三夹板32和第四夹板31可沿螺杆33移动。该调节螺母34设置在螺杆33的两端，调节螺母34与螺杆33为螺纹连接，其可调节第三夹板32和第四夹板31之间的间距；即当旋转调节螺母34时可挤压第三夹板32和第四夹板31，使第三夹板32和第四夹板31相对移动。该螺杆33可设置为多根，本实施例中设置为两根。
如图6所示，该固定部件36包括螺钉362，支架361，紧固螺母363以及探针压紧弹簧364。该支架361上设置有通孔，该螺钉362穿过支架361上的通孔后与第三夹板32相固定；该紧固螺母363设置在螺钉362上且位于支架361的上方，其与螺钉362为螺纹配合。该探针压紧弹簧364设置在螺钉362上，并且位于紧固螺母363和支架361之间。该探针35穿透支架361后对称安装在支架361的两端，即该支架361的两端设置有螺纹孔，所述探针35上设有与该螺纹孔相配合的螺纹，所述两个探针35分别通过其外螺纹与支架361上的螺纹孔配合后连接在支架361的两端。该第三夹板32和支架361上设置有相对应的安装孔，所述电子温度计37则安装在第三夹板32上的安装孔内，为了更好的固定该电子温度计37，可采用硅胶将电子温度计37沾在第三夹板32上的安装孔内。该螺钉362可设置为多根，本实施例中设置为两根。
如图7所示，对阳极电流分布进行检测时，在电解槽的阳极导杆39两侧的阳极母线38上分别安装阳极电流分布检测装置3；即将阳极母线38置于第三夹板32和第四夹板31之间，旋转调节螺母34，使第三夹板32和第四夹板31夹紧阳极母线38，调节紧固螺母363，使两根探针35与阳极母线38接触，而两根探针35与阳极母线38的接触点则成为两个电压检测点。由于探针压紧弹簧364的作用可以使探针35与阳极母线38接触更加紧密，由于探针压紧弹簧364具有弹性，探针35与阳极母线38接触虽然紧密，但不会损伤探针压紧弹簧364和阳极母线。安装好后，探针35则采集阳极母线38上两个电压检测点之间的电压，并将电压信号传输给多路信号采集器6，多路信号采集器6再将电压信号传输给工控机7。
阳极电流分布是通过测量阳极导杆39上的电流来实现，根据节点处电流平衡原理可得知该阳极导杆39的电流计算公式为：I3＝I1+I2，其中，I3为阳极导杆11的电流，I1和I2分别为阳极导杆39两侧的阳极母线38的电流。
众所周知，通过一段导体的电流等于该段导体上的电压除以该段导体的电阻；一段导体的电阻与该段导体的横截面、长度、电阻率有关，由于阳极母线38的截面积和电阻率是已知的，每个阳极电流分布检测装置3上的两根探针35之间的间距也是已知的，通过下式可算出每个阳极电流分布检测装置3上的两根探针35之间的阳极母线的电阻：R＝ρL/S，其中，R为每个阳极电流分布检测装置3上的两根探针35之间的阳极母线的电阻，ρ为铝母线的电阻率，L为每个阳极电流分布检测装置3上的两根探针35之间的阳极母线的长度，S为阳极母线的截面积。
因此，只要测得每个阳极电流分布检测装置3上的两根探针35之间的阳极母线上的电压，根据欧姆定律就可得到每个阳极电流分布检测装置3上的两根探针35之间的阳极母线的电流，计算公式如下：I＝U/R；其中，I为每个阳极电流分布检测装置3上的两根探针35之间的阳极母线的电流；U为每个阳极电流分布检测装置3上的两根探针35之间的阳极母线上的电压，其由两根探针35测得；R为每个阳极电流分布检测装置3上的两根探针35之间的阳极母线的电阻。将阳极导杆39两侧的阳极母线38上的电流值代入公式I3＝I1+I2中即可计算出阳极导杆39的电流，从而得到阳极电流的分布。
阳极电流分布检测装置3通过将母线安装在母线夹具内，使得阳极电流分布检测装置3可在母线升降的同时与母线一同移动，使得在抬升母线、调整极距和更换阳极的工艺操作时，无需对阳极电流分布检测装置3做拆卸或移动的维护工作。
检测到的阳极导杆电流信号、阴极电流信号、电解槽槽壳温度信号、阴极钢棒温度信号以及电解槽排烟管道内的烟气温度信号和烟气负压信号传输给多路信号采集器6，多路信号采集器6则通过MODBUS总线实时将信号传输给工控机7，由工控机7对信号进行分析，如此则使检测结果不存在时间差，能够真实的反映电解槽运行时的各项参数，工作人员能够第一时间得知电解槽的运行状况
如上所述，便可很好的实现本发明。
Claims (8)
1.一种电解槽生产运行参数实时检测系统，其特征在于，包括工控机(7)，与工控机(7)相连接的多路信号采集器(6)，均与多路信号采集器(6)相连接的阴极电流分布和阴极钢棒温度检测装置(1)、槽壳温度检测装置(2)、阳极电流分布检测装置(3)、压力变送器(4)以及第一热电偶(5)；所述阴极电流分布和阴极钢棒温度检测装置(1)包括钢棒夹具，第二电压采集钢柱(20)，均设置在钢棒夹具上的第一感温块(14)和第一电压采集钢柱(19)，以及设置在第一感温块(14)上的第二热电偶(15)；所述第二热电偶(15)、第一电压采集钢柱(19)以及第二电压采集钢柱(20)分别与多路信号采集器(6)电连接。
2.根据权利要求1所述的一种电解槽生产运行参数实时检测系统，其特征在于，所述钢棒夹具包括第一夹板(11)，第二夹板(12)，设置在第一夹板(11)与第二夹板(12)之间用于连接第一夹板(11)和第二夹板(12)的连接板(13)，设置在第一夹板(11)上且与第一感温块(14)相连接的感温块紧固螺钉(16)，设置在感温块紧固螺钉(16)上且位于第一夹板(11)与第一感温块(14)之间的感温块压紧弹簧(17)，以及设置在第二夹板(12)上的钢棒紧固螺钉(18)；所述第一电压采集钢柱(19)设置在第二夹板(12)上。
3.根据权利要求2所述的一种电解槽生产运行参数实时检测系统，其特征在于，所述槽壳温度检测装置(2)包括固定架，设置在固定架上的可伸缩支撑杆，设置在可伸缩支撑杆顶端的支撑板(29)，以及设置在支撑板(29)上并能上下移动的第二感温块(27)；所述第二感温块(27)上设置有第三热电偶(28)；所述第三热电偶(28)与多路信号采集器(6)电连接。
4.根据权利要求3所述的一种电解槽生产运行参数实时检测系统，其特征在于，所述固定架包括卡架(21)，设置在卡架(21)上并能沿卡架(21)左右移动的卡夹(22)，以及设置在卡架(21)上的紧固螺栓(23)；所述可伸缩支撑杆则设置在卡架(21)上。
5.根据权利要求4所述的一种电解槽生产运行参数实时检测系统，其特征在于，所述可伸缩支撑杆包括设置在卡架(21)上的外套管(24)，设置在外套管(24)上并能沿外套管(24)上下移动的内套管(26)，以及设置在外套管(24)上用于锁紧内套管(26)的锁紧器(25)；所述支撑板(29)则设置在内套管(26)的顶端。
6.根据权利要求5所述的一种电解槽生产运行参数实时检测系统，其特征在于，所述阳极电流分布检测装置(3)包括母线夹具，设置在母线夹具上的固定部件(36)，对称设置在固定部件上的探针(35)，以及设置在母线夹具上的电子温度计(37)；所述探针(35)和电子温度计(37)分别与多路信号采集器(6)电连接。
7.根据权利要求6所述的一种电解槽生产运行参数实时检测系统，其特征在于，所述母线夹具包括对称设置的第三夹板(32)和第四夹板(31)，设置在第三夹板(32)和第四夹板(31)之间用于连接第三夹板(32)和第四夹板(31)的螺杆(33)，以及设置在螺杆(33)的两端用于调节第三夹板(32)和第四夹板(31)之间的间距的调节螺母(34)；所述固定部件(36)和电子温度计(37)则分别设置在第三夹板(32)上。
8.根据权利要求7所述的一种电解槽生产运行参数实时检测系统，其特征在于，所述固定部件(36)包括通过螺钉(362)连接在第三夹板(32)上的支架(361)，设置在螺钉(362)上且位于支架(361)上方的紧固螺母(363)，以及设置在螺钉(362)上且位于紧固螺母(363)与支架(361)之间的探针压紧弹簧(364)；所述探针(35)对称设置在支架(361)的两端。
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