CN114689388A - 拜耳法生产过程中氧化不凝性气体成分检测装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种拜耳法生产过程中氧化不凝性气体成分检测装置，包括引出管，所述引出管的一端位于铝土矿的高压釜中，所述引出管的另一端通过管道依次连接有闸阀、第一降压阀、第一安全阀、冷却器、疏水阀、第二降压阀、第二安全阀以及不凝性气体分析仪；所述引出管与所述不凝性气体分析仪之间的管道上还设置有流量调节机构以及气泵。本发明实施例提供的拜耳法生产过程中氧化不凝性气体成分检测装置，形成可供不凝性气体分析仪进行持续的检测的常温常压气体流，从而实现对氧化不凝性气体成分的实时检测，为相应的实时控制提供依据。如调整氧气等氧化剂的添加量以及生产检修、操作的安全措施等。

Description

拜耳法生产过程中氧化不凝性气体成分检测装置
技术领域
本发明涉及电解铝技术，具体涉及一种拜耳法生产过程中氧化不凝性气体成分检测装置。
背景技术
公知的，电解铝工业中，氧化铝依靠铝土矿在高温高压溶出机组中溶解予以制备，这其中，铝土矿中的杂质在高温高压溶出条件下，以及为消除有机物、硫等杂质添加氧气等氧化剂情况下，会产生大量不凝性气体，这些气体在溶出机组中属于易燃易爆气体，需要进行检测提供控制依据。
如授权公告号为CN105197973B，授权公告日2017年03月22日，名称为《一种利用低品铝土矿制取氧化铝的方法》的发明专利，其包括以下步骤：
化学浮选除硅：.....
碱溶反应溶铝：在245～260℃采用氢氧化钠溶液溶解所述高品铝土矿1～3h，过滤，得到溶铝滤液和赤泥。具体地，碾磨所述高品铝土矿，得到高品铝土矿颗粒；将所述高品铝土矿颗粒置于高压釜中，并向所述高压釜中加入氢氧化钠溶液，其中，所述氢氧化钠溶液的浓度为310～390g/L；然后将所述高压釜加热至245～260℃，使所述高品铝土矿颗粒与所述氢氧化钠溶液反应1～3h溶解所述高品铝土矿颗粒中的铝化合物，形成碱溶混合物；过滤所述碱溶混合物得到所述溶铝滤液和赤泥。
如上述专利所公开的，铝土矿的碱溶反应就是高温高压的过程，该过程需要基于高压釜内不凝性气体的情况对反应参数进行调节，但是高压釜内不凝性气体分析仪无法布置和工作，现有技术只能依靠间歇性的取样进行检测，显然的，这无法实现对反应过程的实时控制。
发明内容
本发明的目的是提供一种拜耳法生产过程中氧化不凝性气体成分检测装置，以解决现有技术中的上述不足之处。
为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种拜耳法生产过程中氧化不凝性气体成分检测装置，包括引出管，所述引出管的一端位于铝土矿溶解的高压釜中，所述引出管的另一端通过管道依次连接有闸阀、第一降压阀、第一安全阀、冷却器、疏水阀、第二降压阀、第二安全阀以及不凝性气体分析仪；
所述引出管与所述不凝性气体分析仪之间的管道上还设置有流量调节机构以及气泵。
上述的拜耳法生产过程中氧化不凝性气体成分检测装置，所述闸阀有两个。
上述的拜耳法生产过程中氧化不凝性气体成分检测装置，所述闸阀和第一降压阀之间的管道上还设置有气体过滤器。
上述的拜耳法生产过程中氧化不凝性气体成分检测装置，所述第一安全阀有两个。
上述的拜耳法生产过程中氧化不凝性气体成分检测装置，所述第一降压阀以及所述第二降压阀进口处的管道上均设置有压力检测机构。
上述的拜耳法生产过程中氧化不凝性气体成分检测装置，所述第二降压阀出口处的管道上也设置有压力检测机构。
上述的拜耳法生产过程中氧化不凝性气体成分检测装置，所述第二安全阀有两个。
上述的拜耳法生产过程中氧化不凝性气体成分检测装置，所述第二安全阀以及不凝性气体分析仪之间的管道上海设置有气体冷干机。
上述的拜耳法生产过程中氧化不凝性气体成分检测装置，所述流量调节机构还包括设置于所述闸阀和第一降压阀之间的针型调节阀。
上述的拜耳法生产过程中氧化不凝性气体成分检测装置，所述冷却器与疏水阀之间的管道上设置有取样机构。
在上述技术方案中，本发明提供的拜耳法生产过程中氧化不凝性气体成分检测装置，从铝土矿的高压釜直接引出气体成分，经过两次降压双重安全阀保护，还通过冷却器、疏水阀去除液态部分，最后形成可供不凝性气体分析仪进行持续的检测的常温常压气体流，从而实现对氧化不凝性气体成分的实时检测，为相应的实时控制提供依据，如调整氧气等氧化剂的添加量以及生产检修、操作的安全措施等。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的拜耳法生产过程中氧化不凝性气体成分检测装置的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的第一安全阀的结构示意图；
图3为图2中I处的局部放大图。
附图标记说明：
1、高压釜；2、引出管；3、闸阀；4、第一降压阀；5、第一安全阀；6、冷却器；7、疏水阀；8、第二降压阀；9、第二安全阀；10、不凝性气体分析仪；11、流量调节机构；12、气泵；13、气体冷干机；14、取样机构；15、阀体；16、上腔体；17、下腔体；18、进气口；19、排气口；20、阀杆；21、滑块；22、橡胶膜；23、上磁铁；24、驱动杆；25、限位衔铁；26、下磁铁；27、气体过滤器；28、竖直板；29、漂浮件；30、摆杆；31、堵杆；32、封堵块；33、凹槽；34、贯穿孔；35、第二弹簧；36、封闭球；37、支撑块；38、承载槽；39、T形孔；40、传动杆；41、第三弹簧；42、锁定块；43、连通槽。
具体实施方式
为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面将结合附图对本发明作进一步的详细介绍。
如图1-3所示，本发明实施例提供的一种拜耳法生产过程中氧化不凝性气体成分检测装置，包括引出管2，所述引出管2的一端位于铝土矿溶解的高压釜1中，所述引出管2的另一端通过管道依次连接有闸阀3、第一降压阀4、第一安全阀5、冷却器6、疏水阀7、第二降压阀8、第二安全阀9以及不凝性气体分析仪10；所述引出管2与所述不凝性气体分析仪10之间的管道上还设置有流量调节机构11以及气泵12。
具体的，高压釜1为铝土矿的高温高压料浆采用的气液分离高压釜1，引出管2贯穿高压釜1的壳体以将高压釜1内的气体引出，引出后依次经过闸阀3、第一降压阀4、第一安全阀5、冷却器6、疏水阀7、第二降压阀8、第二安全阀9以及不凝性气体分析仪10；其中，优选的，引出管2采用与高压釜1同样压力等级(范围10-15Mpa)要求的加厚不锈钢，内径优选DN15。引出管2以及相关管道在进入冷却器6前采用隔热保温，以避免由于管道上阀门等管件过多，采气量少、流速低造成水阻情况；闸阀3用于断开或开启管道，实际也是开启和关闭整个检测装置，优选的，闸阀3有两个，以防止在单个闸阀3出现故障时另一个仍旧可以继续使用，流量调节机构11用于调节流量，优选的流量调节机构11设置于所述闸阀3和第一降压阀4之间的针型调节阀，更优选的，流量调节机构11还包括设置于第二安全阀9以及不凝性气体分析仪10之间的微量气体计量泵，微量气体计量泵同时具备流量调节和气泵12的功能，可以实现通气量的高精度微量调节；在流量调节机构11前设计有气体过滤器27，如所述闸阀3和第一降压阀4之间的管道上还设置有气体过滤器27，以防止有杂质对针型调节阀的堵塞或调节精度的影响。本实施例中，不凝性气体分析仪10为外购的成熟设备，如激光气体分析仪，各种不同类型的气体分析仪不一一赘述。
本实施例中，管道降温前设计第一降压阀4、降压，将高压降低到0.6Mpa；在管道经冷却器6降温后设计第二降压阀8，将压力降低到不凝性气体分析仪10需要的压力0.1-0.2Mpa。第一降压阀4后设置第一安全阀5，优选的，第一安全阀5的起跳压力0.7Mpa，同时优选的，所述第一安全阀5有两个。
另外，在第二降压阀8后设置第二安全阀9，优选的，第二安全阀9也是两个，第二安全阀9根据不凝性气体分析仪10的压力要求设置起跳压力，如0.2Mpa。第一安全阀5以及第二安全阀9均为两个的目的是确保一道安全阀出现异常情况后还有另外一道起保护作用。
本实施例中，安全机构如闸阀3、第一安全阀5以及第二安全阀9均设置两个的原因有二，其一不凝性气体分析仪10为贵重设备，需要防止不符合要求的气体如高压气体进入以损坏设备，或者高压气体导致检测结果出现较大误差使得调控出现问题，其二，溶解釜内出来的气体为高温高压高湿且可能含有悬浮物，而安全阀对压力敏感，为精细阀门，这些因素容易导致单一阀门失效，所以需要多重保护。
本实施例中，优选的，高温高压气体经两级冷却，第二安全阀9以及不凝性气体分析仪10之间的管道上设置有气体冷干机13，首先采用冷却器6如蛇形冷却器6进行冷却，二级降温采用气体冷干机13强制降温到2-4℃，冷却水分通过排污管排出。同时，在第一降压阀4进口处以及所述第二降压阀8进口处的管道上均设置有压力检测机构，优选的，压力检测机构与针形调节阀安全连锁调节，当压力超过设定上限时自动关闭针形调节阀。
在溶出机组连续运行中，在高温高压溶出后产生的不凝性气体在高压釜1中进行分离，分离后的高温高压不凝性气体(4.2Mpa,260℃)通过引出管2取出，首先通过第一降压阀4减压到0.6Mpa，然后进入蛇形冷却器6冷却到常温，去除其中含有的大部分水汽，然后通过第二降压阀8减压到不凝性气体分析仪10需要的压力0.1-0.2Mpa，通过气体冷干机13强制降温到2-4℃再深度脱水后，经微量气体计量泵送到不凝性气体检测仪检测气体成分及含量。为保证装置的安全可靠，一是管道采用采用与高压釜1同样压力等级(范围10-15Mpa)要求的加厚不锈钢，内径DN15，管道上相关阀门、仪表、冷却器6按使用压力对应设计规范要求选择压力等级；二是各压力等级段上设计安装了双安全阀，同时在两级降压后分别设计安装有远传压力检测和气体分析仪检测的情况一同输送到生产控制室的PLC监控器中，且压力与针形调节阀安全连锁控制，当压力超过设定上限时自动关闭。
本发明实施例提供的拜耳法生产过程中氧化不凝性气体成分检测装置，从铝土矿的高压釜1直接引出气体成分，经过两次降压双重安全阀保护，还通过冷却器6、疏水阀7去除液态部分，最后形成可供不凝性气体分析仪10进行持续的检测的常温常压气体流，从而实现对氧化不凝性气体成分的实时检测，为相应的实时控制提供依据。如调整氧气等氧化剂的添加量以及生产检修、操作的安全措施等。
本发明提供的另一个实施例中，所述冷却器6与疏水阀7之间的管道上设置有取样机构14，取样机构14用于人工取样后进行实验室检测，以与不凝性气体分析仪10的检测结果相比对。
本发明提供的再一个实施例中，第一安全阀5以及第二安全阀9为自闭阀，也即超过一定压力的条件下自动关闭，优选的如第一安全阀5的自闭压力阈值为0.7Mpa，第二安全阀9的自闭压力阈值为0.25Mpa，如此以保护不凝性气体分析仪10，之所以采取双安全阀的原因之一就是两个安全阀尤其是第一安全阀5处于的环境为高温高压高湿，而安全阀的原理就是压力触发，而本实施例中虽然在冷却器6上的管道上包裹了保温层，但是蒸汽的冷凝是无法完全避免的，尤其是不规则的阀门部位，这就导致了安全阀内会留存冷凝水，过多的冷凝水会导致安全阀内空间变小，从而增加了误触发的概率，基于此，本实施例中，第一安全阀5以及第二安全阀9尤其是第一安全阀5为冷凝水外排阀，冷凝水外排阀包括阀体15，所述阀体15内的阀腔内横贯有一橡胶膜22，橡胶膜22将阀腔分为上腔体16和下腔体17，阀体15的进气口18和排气口19分别连通于下腔体17的两侧，阀杆20活动连接如螺接于一滑块21上，而滑块21滑动连接于阀体15上，阀杆20与滑块21的运动阻力小于滑块21与阀体15的滑动阻力，阀杆20的中下部位于上腔体16中，阀杆20的底部固接于所述橡胶膜22朝向上腔体16的侧面的中部，橡胶膜22朝向下腔体17的侧面的中部固接有上磁铁23，还包括启闭组件，启闭组件包括驱动杆24，驱动杆24竖直往复布置于下腔体17内，驱动杆24与所述阀杆20同轴布置，驱动杆24的顶部设置有限位衔铁25，限位衔铁25上设置有下磁铁26，如此上磁铁23和下磁铁26相对设置，驱动杆24的底部相对两侧各转动连接有一个摆杆30，摆杆30上背离驱动杆24的一端转动连接有堵杆31，堵杆31水平滑动的布置与下腔体17内，堵杆31上背离摆动杆的一端设置有封堵块32，一个封堵块32布置与进气口18上，另一个封堵块32布置于排气口19上，本实施例中，通过阀杆20的主动控制使得上磁铁23和下磁铁26吸引，如此带动驱动杆24上下运动，驱动杆24上下运动通过摆动杆带动两个堵杆31往复运动，堵杆31往复运动带动封堵块32封闭和开启进气口18与排气口19。同时在进气口18与排气口19打开气流通过时，若压力过大，橡胶膜22收到较大压力驱动阀杆20以及滑块21整体向上移动，而下磁铁26由于驱动杆24到达向上运动行程的顶部(被限位以到达行程顶部，可以是驱动杆24、摆动杆、封堵杆31中任一者被限位，如驱动杆24上设置有凸起部，下腔体17中设置有限位杆，限位杆限位凸起部向上运动的行程以使得驱动杆24此时无法继续向上)而脱离与上磁铁23的吸附，在重力和弹性力(驱动杆24底部通过第一弹簧被限位)的作用下驱动杆24整体下移，带动摆动杆使得堵杆31运动，堵杆31运动使得封堵块32封闭了进气口18与排气口19，此及安全阀的安全工作原理，也即压力过大时自动关闭，从而保护不凝性气体分析仪10，防止高压气体进入。以上为自闭阀的常见结构，本实施例的改进点之一在于冷凝水外排阀内设置有冷凝水强制外排组件，下阀体15的顶部具有一凹槽33，凹槽33用于汇聚冷凝水，凹槽33底部设置有一贯穿孔34，贯穿孔34包括第一段和第二段，第一段径向尺寸小于第二段的径向尺寸，第一段连通凹槽33，第二段连通阀体15外部，冷凝水强制外排组件包括第二弹簧35以及封闭球36，第二段设置有第二弹簧35，第二弹簧35底部抵接于阀体15上，第二弹簧35顶部设置有封闭球36，封闭球36抵接于第一段与第二段的连通处，如此，当压力较小时，封闭球36封闭第一段，阀体15正常使用，但是当阀体15内压力大于第二弹簧35的支撑力时，封闭球36被挤压脱离第一段，冷凝水被外排，如此可以间歇性的外排冷凝水，防止冷凝水集聚于阀体15内从而引起安全阀误触发，本实施例的要点在于，冷凝水外排组件的触发压力小于安全阀关闭触发压力而大于安全阀内的气体设计流通压力，如上述第一安全阀5，气体设计流通压力可以为0.6-0.7Mpa，而安全阀关闭触发压力可能为0.8-0.9Mpa，那么冷凝水外排组件的触发压力可以为0.7-0.8Mpa之间的任意数值，甚至可以位于气体设计流通压力的上限，如0.68-0.7Mpa，如此设计的目的在于，利用气体设计流体压力中偶尔可以达到的上限去外排冷凝水，而又不影响安全阀的自闭功能。
本发明提供的再一个实施例中，进一步的，下腔体17位于凹槽33的位置还设置有支撑块37，支撑块37底部设置有连通通道连通贯穿孔34的第一段，支撑块37顶部设置有承载槽38，驱动杆24的底部滑动连接于承载槽38中，本实施例中，支撑块37内设置有T形孔39，T形孔39的竖直段与贯穿孔34同轴相对布置，T形孔39的水平段的一端位于所述承载槽38的侧壁上，封闭球36上连接有一传动杆40，传动杆40滑动连接于所述T形孔39的竖直段中，一锁定块42滑动连接于T形孔39的水平段中，锁定块42的一端位于承载槽38与水平段的连通处，另一端与水平段底壁之间连接有一第三弹簧41，传动杆40贯穿所述锁定块42且传动杆40的顶部具有与所述锁定块42的顶面楔形配合(传动杆40顶部具有一延伸部，延伸部具有一向下的第一斜面，锁定块42的顶面具有一向上的第二斜面，第一斜面与第二斜面楔形配合)，如此设置的作用在于，封闭球36以及传动杆40具有封闭位置和承载位置，在封闭位置，封闭球36封闭贯穿孔34，锁定块42位于水平段中，当封闭球36收到高压挤压向下移动时，其带动传动杆40向下移动以进入承载位置，此时传动杆40由于下移通过楔形配合挤压锁定块42，使得锁定块42的端部进入到承载槽38中而布置到驱动杆24的底部，此位置对应的也是冷凝水的外排位置，如此设置的作用在于，当冷凝水外排时，阀体15内的气压可能产生波动，为了防止该波动带来安全阀的误触发，此时通过传动杆40将锁定块42挤压到驱动杆24的下方抵接驱动杆24，使得驱动杆24无法运动到自闭位置，进行一个短暂锁定，随后当冷凝水外排，传动杆40复位，在第三弹簧41的作用下，锁定块42也自行复位，回复到封闭位置。
更进一步的，本实施例中，锁定块42朝向承载槽38的端部的顶面包括相连的水平面和第三斜面，同时驱动杆24的底部设置有第四斜面，第三斜面和第四斜面的尺寸均较小以使得：在承载位置，水平面对驱动杆24底部进行支撑，如此设置的作用在于，若锁定块42的复位不到位导致了安全阀的自闭效果失效，此时仅需水平面脱离驱动杆24，若第三斜面仍旧与第四斜面相对布置，依靠驱动杆24对锁定块42的楔形配合可以驱动锁定块42自行复位，如此依靠驱动杆24的自闭行程辅助锁定块42进行复位，在锁定块42没有完全复位的情况下也不影响驱动杆24的自闭行程。
本发明提供的再一个实施例中，进一步的，支撑块37内设置有连通槽43，连通槽43的一端位于连通通道内，另一端位于下阀体15内，一竖直板28竖直的滑动布置于连通槽43内，其底部封闭所述连通通道，竖直板28的底部设置有漂浮件29，漂浮件29位于所述连通通道内，如此设置的作用在于，当偶尔冷凝水频繁外排导致冷凝水排尽时，此时继续作用可能外排导致了气体外泄，通过竖直板28和漂浮件29，若冷凝水排到低于竖直板28的下方，在重力作用下，竖直板28下移封住连通通道，此时连通通道被封闭，即使封闭球36打开也不会气体外排。而当冷凝水重新集聚，到漂浮件29的位置，漂浮件29在浮力作用下上移带动竖直板28上移，连通通道重新打开，重新进入冷凝水外排的状态。
以上只通过说明的方式描述了本发明的某些示范性实施例，毋庸置疑，对于本领域的普通技术人员，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，可以用各种不同的方式对所描述的实施例进行修正。因此，上述附图和描述在本质上是说明性的，不应理解为对本发明权利要求保护范围的限制。

Claims (10)

1.一种拜耳法生产过程中氧化不凝性气体成分检测装置，其特征在于，包括引出管，所述引出管的一端位于铝土矿溶解的高压釜中，所述引出管的另一端通过管道依次连接有闸阀、第一降压阀、第一安全阀、冷却器、疏水阀、第二降压阀、第二安全阀以及不凝性气体分析仪；
所述引出管与所述不凝性气体分析仪之间的管道上还设置有流量调节机构以及气泵。
2.根据权利要求1所述的拜耳法生产过程中氧化不凝性气体成分检测装置，其特征在于，所述闸阀有两个。
3.根据权利要求1所述的拜耳法生产过程中氧化不凝性气体成分检测装置，其特征在于，所述闸阀和第一降压阀之间的管道上还设置有气体过滤器。
4.根据权利要求1所述的拜耳法生产过程中氧化不凝性气体成分检测装置，其特征在于，所述第一安全阀有两个。
5.根据权利要求1所述的拜耳法生产过程中氧化不凝性气体成分检测装置，其特征在于，所述第一降压阀以及所述第二降压阀进口处的管道上均设置有压力检测机构。
6.根据权利要求5所述的拜耳法生产过程中氧化不凝性气体成分检测装置，其特征在于，所述第二降压阀出口处的管道上也设置有压力检测机构。
7.根据权利要求1所述的拜耳法生产过程中氧化不凝性气体成分检测装置，其特征在于，所述第二安全阀有两个。
8.根据权利要求1所述的拜耳法生产过程中氧化不凝性气体成分检测装置，其特征在于，所述第二安全阀以及不凝性气体分析仪之间的管道上海设置有气体冷干机。
9.根据权利要求1所述的拜耳法生产过程中氧化不凝性气体成分检测装置，其特征在于，所述流量调节机构还包括设置于所述闸阀和第一降压阀之间的针型调节阀。
10.根据权利要求9所述的拜耳法生产过程中氧化不凝性气体成分检测装置，其特征在于，所述冷却器与疏水阀之间的管道上设置有取样机构。
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