CN113881953A - 智能化在线监测单元和智能化控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种电解槽智能化在线监测单元和控制方法。所述智能化在线监测单元包括参数监测模块和智能化控制模块。所述参数监测模块包括设置在所述电解槽的阳极侧电极上的多个热敏电阻，所述多个热敏电阻在所述电解槽的阳极侧电极上并沿所述阳极侧电极的高度方向和长度方向阶梯式布置；所述智能化控制模块和所述参数监测模块通信地连接，所述智能化控制模块被配置为将监测结果处理、计算，并基于计算结果调节对所述电解槽的控制参数。本发明能够实时监测电极表面及离子膜表面的不同区域温度，通过多参数数据融合，实现电解槽生产管理智能化控制，确保电解槽的长周期高效稳定运行。
Description
技术领域
本发明涉及工业自动化控制领域，尤其涉及一种用于工业电解槽的智能化在线监测单元和智能化控制方法。
背景技术
在在氯碱工业对电解能耗的要求越来越高的情况下，电极涂层、电解槽结构的性能升级空间也越来越小。通过对于电解槽的运行状态的监控和数据分析来获得最低能耗、提高离子膜、电解槽的运行寿命是电解槽智能化运行的基础。
传统的数据分析是通过对电解槽的供电参数以及液体入口处等外部参数等进行监控，不能精确地获取和分析得到电解槽内部的运行情况。如果电解槽内部的参数数据发生异常变化，若不能及时地做出对应性调整，那么往往会造成不可逆转的损坏结果。该技术空白对电解槽智能化控制带来了较大的难度。
因而需要提供一种用于工业电解槽的智能化在线监测单元和智能化控制方法，以至少部分地解决上述问题。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种用于工业电解槽的智能化在线监测单元和控制方法。本发明的智能化在线监测单元集成于新型结构电解槽内部，实时监测电极表面及离子膜表面的不同区域温度，通过多参数数据融合，实现电解槽生产管理智能化控制，确保电解槽的长周期高效稳定运行。
例如，本发明能够基于电解槽内部的实时运行状况参数而及时地获知电解槽内的表面超温、表面失活、盐水质量、循环情况、离子膜性能、电极涂层性能变化的方面的异常，本发明还能够读取预存参数和公式并进行计算以智能化地解决这些异常。除此之外，还能够允许多种类监测数据融合，并智能化计算以给出指导电解槽最优运行条件的设定，从而优化电解槽的性能。
根据本发明的一个方面，提供了一种用于电解槽的智能化在线监测单元，所述智能化监测单元集成在电解槽上，其包括：
参数监测模块，所述参数监测模块包括设置在所述电解槽的阳极侧电极上的多个热敏电阻，所述多个热敏电阻在所述电解槽的阳极侧电极上并沿所述阳极侧电极的高度方向和长度方向阶梯式布置；
智能化控制模块，所述智能化控制模块和所述参数监测模块通信地连接，所述智能化控制模块被配置为：
实时地获取来自所述参数监测模块的信号；
基于来自所述参数监测模块中的所述多个热敏电阻的温度参数，构建阳极侧电极表面温度场，并计算获得温度场特征参数；
至少部分地基于所述温度场特定参数获得和所述电解槽的运行状况相关的条件数据组；
将所述条件数据组中的数据代入预存至所述智能化控制模块内的特征公式，计算获得结果数据组；
基于所述结果数据组中的数据调节对所述电解槽的控制参数。
在一种实施方式中，所述参数监测模块还包括液体浓度感测装置、液压感测装置和流速感测装置，以允许所述参数监测模块形成为参数实时在线监测系统，并且所述智能化控制模块被配置为基于监测得到的液体浓度参数、液压参数、流速参数建立所述条件数据组。
在一种实施方式中，所述智能化控制模块被配置为能够基于所述条件数据组分析获知所述电解槽内的盐水质量、循环情况、离子膜性能、电极涂层性能变化的方面的异常，并基于该异常结果调整电流密度、电解液温度、进液流量、盐水浓度和品质。
在一种实施方式中，所述智能化控制模块被配置为基于所述条件数据组分析获知运行过程中所述阳极侧电极的表面超温、表面失活的问题，并基于分析结果做出反馈作业。
在一种实施方式中，所述反馈作业包括：给出指导电解槽最优运行条件的设定。
在一种实施方式中，所述智能化控制模块被配置为：调节所述电解槽的进液温度、进液流速和进液压力使其符合做出的指导电解槽最优运行条件的设定；并且/或者
所述反馈作业包括：将分析获知的问题向操作人员告警。
在一种实施方式中，所述多个热敏电阻焊接固定在所述阳极侧电极上，并且，每一个热敏电阻的包括由钛钯合金毛细管构成的电阻套管，所述电阻套管通过特征引出结构被引出所述电解槽外部，所述特征引出结构的径向内侧填充有密封材料。
在一种实施方式中，所述多个热敏电阻在所述阳极侧电极上的位置分布被进一步配置为：至少一个热敏电阻靠近电解液出口、至少一个热敏电阻靠近所述电解槽的中心位置、至少一个热敏电阻靠近电解液入口。
在一种实施方式中，所述智能化控制单元被配置为用于包括多个电解槽的电解槽总成，并且，所述智能化控制单元为多个，以用于分别监测所述电解槽总成的不同位置处的电解槽的参数，多个所述智能化控制单元通信地连接至同一中控平台。
根据本发明的另一方面，提供了一种由上述任意一项方案所述的智能化控制单元实现的用于电解槽的智能化控制方法，包括：
感测和所述电解槽内的电解液相关的参数，其包括：
由设置在所述电解槽的阳极侧电极上的多个热敏电阻获得温度感测参数，所述多个热敏电阻在所述阳极侧电极上沿所述阳极侧电极的高度方向和长度方向阶梯式布置；
至少部分地基于来自所有所述热敏电阻的温度参数，构建阳极侧电极表面温度场，并计算获得温度场特征参数；
至少部分地基于所述温度场特定参数获得和所述电解槽的运行状况相关的条件数据组；
将所述实时条件数据组中的数据代入预存至所述智能化控制模块内的特征公式，计算获得结果数据组；
基于所述结果数据组中的数据调节对所述电解槽的控制参数。
附图说明
为了更好地理解本发明的上述及其他目的、特征、优点和功能，可以参考附图中所示的优选实施方式。附图中相同的附图标记指代相同的部件。本领域技术人员应该理解，附图旨在示意性地阐明本发明的优选实施方式，对本发明的范围没有任何限制作用，图中各个部件并非按比例绘制。
图1为根据本发明的一个优选实施方式的智能化在线监测单元集成在电解槽时的部分结构示意图；
图2为图1中的I部分的剖面视角的局部放大图；
图3为根据本发明的智能化在线监测单元的内部模块的通信关系示意图；
图4为根据本发明的基于智能化在线监测单元实现的控制方法的流程示意图。
具体实施方式
现在参考附图，详细描述本发明的具体实施方式。这里所描述的仅仅是根据本发明的优选实施方式，本领域技术人员可以在所述优选实施方式的基础上想到能够实现本发明的其他方式，所述其他方式同样落入本发明的范围。
本发明提供了一种用于工业电解槽的智能化在线监测单元和控制方法，以用于实时监测电极表面及离子膜表面的不同区域温度，通过多参数数据融合，实现电解槽生产管理智能化控制，确保电解槽的长周期高效稳定运行。下面将结合图1-图4，以本发明的优选实施方式为例对本发明进行描述。
本发明的所述智能化监测单元集成在电解槽上，其包括参数监测模块和智能化控制模块。电解槽包括了阴极侧电极、阳极侧电极和位于阴极侧电极、阳极侧电极之间的离子膜，图1示出了电解槽的示例性部分结构，其主要示出了阳极侧电极100。
本实施方式的所述参数监测模块配置为监测和所述电解槽的阴极室和阳极室内的液体相关的参数，其中所述参数监测模块包括设置在所述电解槽的阳极侧电极100上的多个热敏电阻。在本实施方式中，热敏电阻的数量为七个，并在图1中依次标记为①—⑦，在其他实施方式中，热敏电阻的数量可以变化，优选地为三至九个。继续参考图1，所述多个热敏电阻在所述阳极侧电极100上沿所述阳极侧的高度方向D2和长度方向D1阶梯式布置。阳极侧电极100的高度方向为在阳极侧电极100的顶部100a和底部100b之间延伸的方向。优选地，所述多个热敏电阻在所述阳极侧电极上的位置分布被进一步配置为：至少一个热敏电阻靠近电解液出口、至少一个热敏电阻靠近所述电解槽的中心位置、至少一个热敏电阻靠近电解液入口。
所述多个热敏电阻焊接固定在所述阳极侧电极上，每一个热敏电阻的包括由直径为1.2-3mm的钛钯合金毛细管构成的电阻套管，所述电阻套管通过特征引出结构被引出所述电解槽外部。特征引出结构在图2中详细示出，特征引出结构300为一个大致管状结构，其径向内侧填充有密封材料400。优选地，如图所示，特征引出结构300固定在和阳极侧电极相接的壁200上，特征引出结构300的内壁设置有沿其轴向方向凹入的多个凹槽，密封材料400填充在每一个凹槽内，以提升特征引出结构300的密封效果。
本实施方式的智能化控制模块和所述参数监测模块通信地连接，所述智能化控制模块被配置为：实时地获取来自所述参数监测模块的信号；基于来自所有所述热敏电阻的温度参数，构建阳极侧电极表面温度场，并计算获得温度场特征参数；至少部分地基于所述温度场特定参数获得和所述电解槽的运行状况相关的条件数据组；将所述实时条件数据组中的数据代入预存至所述智能化控制模块内的特征公式，计算获得结果数据组；基于所述结果数据组中的数据调节对所述电解槽的控制参数。
参考图3，优选地，在作为温度感测装置的热敏电阻之外，所述参数监测模块还包括液体浓度感测装置、液压感测装置和流速感测装置，以允许所述参数监测模块形成为参数实时在线监测系统，并且所述智能化控制模块被配置为基于监测得到的液体浓度参数、液压参数、流速参数建立所述条件数据组。另一方面，所述智能化控制模块还被配置为能够构建电解槽预定温度梯度、预定浓度梯度、预定液体压力、预定入液流速、预定出液流速。图3中的参数监测模块和智能化控制模块之间的通信连接关系以双箭头示出，这表示着一方面参数监测模块能够向智能化控制模块发送监测信号以供智能化控制模块分析处理以获知电解槽的实时运行状况；另一方面智能化控制模块又能够向参数监测模块发送控制信号，以根据实际状况调节参数监测模块内的各个感测装置的运行参数，以使各个感测装置能够更精准地对电解槽进行监测。
优选地，所述智能化控制模块被配置为基于所述条件数据组分析获知所述电解槽内的盐水质量、循环情况、离子膜性能、电极涂层性能变化的方面的异常，并基于该异常结果调整电流密度、电解液温度、进液流量、盐水浓度和品质。
上述设计来自于实验人员的反复实验所得的发现。经实验人员的反复实验验证，电解槽内部的状态与电解槽内部的温度呈直接关联状态，精确的分析电解槽内部的各区域温度变化趋势，结合其他监测或预定设置的数据，能准确分析出诸如：盐水质量、循环情况、离子膜性能、电极涂层性能变化的异常情况。通过数据反馈分析调整电流密度、电解液温度、进液流量、控制盐水质量，使电解槽运行达到最优状态，使离子膜、电极发挥全部性能。
另一方面，所述智能化控制模块被配置为基于所述条件数据组分析获知运行过程中阳极侧电极表面超温、表面失活的问题，并基于分析结果做出反馈作业。进一步地，所述反馈作业包括：给出指导电解槽最优运行条件的设定。所述反馈作业例如还可以包括：将分析获知的问题向操作人员告警。
智能化控制模块不仅能够获知运行异常，还能够在没有异常发生时进一步优化电解槽的性能。例如，所述智能化控制模块被配置为：调节所述电解槽的进液温度、进液流速和进液压力使其符合做出的指导电解槽最优运行条件的设定。
优选地，所述智能化控制单元被配置为用于包括多个电解槽的电解槽总成，并且，所述智能化控制单元为多个，以用于分别监测所述电解槽总成的不同位置处的电解槽的参数，多个所述智能化控制单元通信地连接至同一中控平台。
本发明还提供一种智能化控制方法，智能化控制方法可以是根据DCS数据分析实现的。该智能化控制方法的大致步骤在图4中示出。参考图4，本发明的智能化控制方法包括：实时地获取来自所述参数监测模块的信号；基于来自所有所述热敏电阻的温度参数，构建阳极侧电极表面温度场，并计算获得温度场特征参数；至少部分地基于所述温度场特定参数获得和所述电解槽的运行状况相关的条件数据组；将所述实时条件数据组中的数据代入预存至所述智能化控制模块内的特征公式，计算获得结果数据组；基于所述结果数据组中的数据调节对所述电解槽的控制参数。
结合图4可知，上述方法能够继续对电解槽运行的状态进行实时监控，通过对电解槽运行反馈的数据进行实时分析，及时发现电解槽运行过程中的问题，并提出指导方案调整电解槽运行参数，使电解槽离子膜、电极涂层处于最佳运行状态，获得最低能耗、提高离子膜、电解槽的运行寿命是电解槽智能化运行的基础。进一步地，结合图1和图4，本发明能够通过分区域多点温度在线监测单元，建立了新型结构电解槽温度梯度、浓度梯度、压力等参数实时在线监测系统，确保了电解槽在最优条件下的长周期安全稳定运行。
本发明的智能化在线监测单元能够实时监测电极表面及离子膜表面的不同区域温度，通过多参数数据融合，实现电解槽生产管理智能化控制，确保电解槽的长周期高效稳定运行。
本发明能够基于电解槽内部的实时运行状况参数而及时地获知电解槽内的表面超温、表面失活、盐水质量、循环情况、离子膜性能、电极涂层性能变化的方面的异常，本发明还能够读取预存参数和公式并进行计算以智能化地解决这些异常。除此之外，还能够允许多种类监测数据融合，并智能化计算以给出指导电解槽最优运行条件的设定，从而优化电解槽的性能。
本发明的多种实施方式的以上描述出于描述的目的提供给相关领域的一个普通技术人员。不意图将本发明排他或局限于单个公开的实施方式。如上，以上教导的领域中的普通技术人员将明白本发明的多种替代和变型。因此，虽然具体描述了一些替代实施方式，本领域普通技术人员将明白或相对容易地开发其他实施方式。本发明旨在包括这里描述的本发明的所有替代、改型和变型，以及落入以上描述的本发明的精神和范围内的其他实施方式。
Claims (10)
1.一种用于电解槽的智能化在线监测单元，所述智能化监测单元集成在电解槽上，其特征在于，包括：
参数监测模块，所述参数监测模块包括设置在所述电解槽的阳极侧电极上的多个热敏电阻，所述多个热敏电阻在所述电解槽的阳极侧电极上并沿所述阳极侧电极的高度方向和长度方向阶梯式布置；
智能化控制模块，所述智能化控制模块和所述参数监测模块通信地连接，所述智能化控制模块被配置为：
实时地获取来自所述参数监测模块的信号；
基于来自所述参数监测模块中的所述多个热敏电阻的温度参数，构建阳极侧电极表面温度场，并计算获得温度场特征参数；
至少部分地基于所述温度场特定参数获得和所述电解槽的运行状况相关的条件数据组；
将所述条件数据组中的数据代入预存至所述智能化控制模块内的特征公式，计算获得结果数据组；
基于所述结果数据组中的数据调节对所述电解槽的控制参数。
2.根据权利要求1所述的智能化在线监测单元，其特征在于，所述参数监测模块还包括液体浓度感测装置、液压感测装置和流速感测装置，以允许所述参数监测模块形成为参数实时在线监测系统，并且所述智能化控制模块被配置为基于监测得到的液体浓度参数、液压参数、流速参数建立所述条件数据组。
3.根据权利要求2所述的智能化在线监测单元，其特征在于，所述智能化控制模块被配置为能够基于所述条件数据组分析获知所述电解槽内的盐水质量、循环情况、离子膜性能、电极涂层性能变化的方面的异常，并基于该异常结果调整电流密度、电解液温度、进液流量、盐水浓度和品质。
4.根据权利要求1所述的智能化在线监测单元，其特征在于，所述智能化控制模块被配置为基于所述条件数据组分析获知运行过程中所述阳极侧电极的表面超温、表面失活的问题，并基于分析结果做出反馈作业。
5.根据权利要求4所述的智能化在线监测单元，其特征在于，所述反馈作业包括：给出指导电解槽最优运行条件的设定。
6.根据权利要求5所述的智能化监测单元，其特征在于，所述智能化控制模块被配置为：调节所述电解槽的进液温度、进液流速和进液压力使其符合做出的指导电解槽最优运行条件的设定；并且/或者
所述反馈作业包括：将分析获知的问题向操作人员告警。
7.根据权利要求1所述的智能化监测单元，其特征在于，所述多个热敏电阻焊接固定在所述阳极侧电极上，并且，每一个热敏电阻的包括由钛钯合金毛细管构成的电阻套管，所述电阻套管通过特征引出结构被引出所述电解槽外部，所述特征引出结构的径向内侧填充有密封材料。
8.根据权利要求1所述的智能化监测单元，其特征在于，所述多个热敏电阻在所述阳极侧电极上的位置分布被进一步配置为：至少一个热敏电阻靠近电解液出口、至少一个热敏电阻靠近所述电解槽的中心位置、至少一个热敏电阻靠近电解液入口。
9.根据权利要求1所述的智能化控制单元，其特征在于，所述智能化控制单元被配置为用于包括多个电解槽的电解槽总成，并且，所述智能化控制单元为多个，以用于分别监测所述电解槽总成的不同位置处的电解槽的参数，多个所述智能化控制单元通信地连接至同一中控平台。
10.一种由根据权利要求1至9中任一项所述智能化控制单元实现的用于电解槽的智能化控制方法，包括：
感测和所述电解槽内的电解液相关的参数，其包括：
由设置在所述电解槽的阳极侧电极上的多个热敏电阻获得温度感测参数，所述多个热敏电阻在所述阳极侧电极上沿所述阳极侧电极的高度方向和长度方向阶梯式布置；
至少部分地基于来自所有所述热敏电阻的温度参数，构建阳极侧电极表面温度场，并计算获得温度场特征参数；
至少部分地基于所述温度场特定参数获得和所述电解槽的运行状况相关的条件数据组；
将所述实时条件数据组中的数据代入预存至所述智能化控制模块内的特征公式，计算获得结果数据组；
基于所述结果数据组中的数据调节对所述电解槽的控制参数。
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- 2021-11-09 CN CN202111318352.8A patent/CN113881953A/zh active Pending
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