DE3124108C2 - Überwachungs- und Steuerungseinrichtung für Elektrolysezellen mit Quecksilberkathoden - Google Patents
Überwachungs- und Steuerungseinrichtung für Elektrolysezellen mit QuecksilberkathodenInfo
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Abstract
Überwachungs- und Steuerungseinrichtung für Elektrolysezellen zum Schutz vor Überstrom mit Quecksilberkathode, insbesondere mit dimensionsstabilen Anoden vertikal verstellbar gegenüber dem fließenden Quecksilber einer Chloralkali elektrolysezelle.
Description
Allgemeiner Aufbau
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Die Erfindung betrifft eine Überwachungs- und Steuerungseinrichtung für Elektrolysezellen, insbesondere
Chloralkalielektrolysezellen, mit Metallanoden und Quecksilberkathoden zum Schutz gegen Stromüberlastung,
mit einer Messung der Spannung in der elektrischen Zuleitung zu den Elektroden einer Zelle,
deren Spannungsabgriffe mit einer Erfassungseinrichtung elektrisch leitend verbunden sind.
Der Betrieb von Chloralkalielektrolysezellen nach dem Amalgamverfahren wird durch Lohnkosten- und
Energiepreissteigerungen und nicht zuletzt durch hohe Anfofderungen des Umweltschutzes stark belastet und
sollte deshalb weiter optimiert werden.
Es ist schon heute absehbar, daß die Amalgamzellentechnologie langfristig durch neue Verfahren wie z. B.
die Membranzellentechnologie abgelöst wird, so daß der Investitionsaufwand für die Optimierung bestehender
Anlagen möglichst gering gehalten werden muß.
Die Verwendung von dimensionstabilen Anoden in Verbindung mit der nachfolgend beschriebenen Über-Die
Überwachungs- und Steuerungseinrichtung wird in einem Isolierstoffgehäuse untergebracht und dient
zur Überwachung und Steuerung einer einzelnen Elektrolysezelle. Im oberen Teil des Gehäuses ist die Elektronik
untergebracht
Darunter befinden sich die beiden digitalen Meßanzeigen für die Zellen-Gesamtspannung und die einzelnen
Ströme in den Zuleitungsschienen. Im unteren Teil des Gehäuses sind die Ausgangsschütze für die Steiimotore
zusammengefaßt
Zusätzlich besteht Platz für die Verbindungsleitungen
vom Meßteil zum Steuerungsteil und den äußeren Einbausteckverbindern. Das Gehäuse ist durch einen Klarsichtdeckel
verschlossen.
Sämtliche Anschlüsse werden über Mehrfach-Steckverbinder vorgenommen, so daß eine leichte Austauschbarkeit
von Eir.zelbauteilen oder des Gesamtgerätes gewährleistet ist. Im unteren Teil des Deckels sind die
Signal- und Bedienungselemente untergebracht.
Wegen der möglichen agressiven Atmosphäre werden metallische Teile an der Oberfläche des Gehäuses
bzw. der Stecker weitgehend vermieden.
Elektronische Baugruppen Eingangsschaltung
Auf den Steckkartenplätzen werden je nach Anzahl der Zuleitungsischienen Eingangssteckkarten unterge-
bracht Jede Steckkarte bietet Platz für zwei Eingangskanäle, die potentialmäßig sowohl vom Netz als auch
von den Ausgängen getrennt sind. Ein hochzuverlässiger Eingangsverstärker mit niedrigen Driftwerten verstärkt
das von den Zuleitungsschienen herrührende Eingangssignal in der Größenordnung 5—6 mV auf den
tausendfachen Wert Diese Spannung wird über eine Analog-Digitalumsetzung in eine proportionale Frequenz
umgesetzt, die über einen Optokoppler einem Digital-Analogwandler zugeführt wird. Die Gesamtübersetzung
ist 1 :1. Durch diese Maßnahme ist die notwendige Potentialtrennung zwischen den Eingangskreisen
und dem Verarbeitungskreis gewährleistet. Jede Eingangssteckkarte hat zwei Stromversorgungen, so
daß jeder Eingangskanal unabhängig und elektrisch getrennt vom anderen versorgt wird. Dies ist als reine
Vorsichtsmaßnahme zu verstehen, weil alle Meßpunkte innerhalb einer Zelle nicht mehr als 4—5 V Spannungsunterschied haben können.
Zusätzlich wird durch die Wahl eines Optokopplers ais Übertragungsglied die magnetische Beeinflußbarkeit
durch Fremdfelder, wie sie bei Elektrolyscanlagen auftreten, vermieden. Durch die WechselspaEnungskopplung
ergibt sich der Vorteil, daß der Optokoppler einfach überwacht werden kann. Selbst für den Fall, daß
der Optokoppler dauernd durchschaltet oder unterbricht, wird durch eine Nullspannungsüberwachung dieser
Fehler sofort auf der Steckkarte angezeigt.
Jede Eingangssteckkarte hat für jeden Kanal eine Defektanzeige.
Mittelwertbildung, Auswerteschaltung,
Verzögerungsschaltung
Verzögerungsschaltung
Alle Ausgänge werden in einer weiteren Steckkarte addiert und so gcrnittelt, daß das Ausgangssignai dem
arithmetischen Mittelwert der Eingangssignale entspricht. Durch einen Umschalter auf der Steckkarte
kann dieser Mittelwertverstärker auf die Anzahl der Ausgänge eingestellt werden. In einem anderen Teil der
Karte werden entsprechend der Anzahl der Gruppenverstelleinheiten über der Elektrolysezelle die zugehörigen
Eingangssignale von den Zuleitungsschienen mit dem Mittelwert verglichen und das Ergebnis einer Auswerteschaltung
zugeführt. Die Auswerteschaltung vergleicht den Einzelwert mit dem Mittelwert. Bei Überschreitung
einer einstellbaren prozentualen Toleranzgrenze über dem Mittelwert steuert das Gerät die Motoren
der jeweiligen Gruppenverstelleinheit an. Die Motoren heben die Anodenverstelleinrichtung um eine
einstellbare Strecke. Dieser Vorgang wiederholt sich automatisch rür den Fall, daß der Überstrom noch nicht
beseitigt ist nach einer einstellbaren Pausenzeit bis die Stromaufnahme der Zuleitungsschiene innerhalb der tolerierten
Größe liegt.
Dieser Vorgang löst zusätzlich ein optisches und akustisches Alarmsignal aus. Die Reaktion der Überwachungsschaltung
wird bis zur manuellen Löschung des optischen Signals gespeichert.
Spannungserfassung und Schützsteuerung
Ein geeigneter Anschluß an der Kathode der Zelle wird gleichfalls über einen Trennverstärker geführt und
auf einem digitalen instrument angezeigt. Dadurch ist jederzeit die Betriebsspannung der Zelle am Gerät ablesbar.
Die Spannungsversorgung für die Schützsteuerung, die durch spezielle Verriegelungsschaltungen mit
den Bedienungslasten auch bei Ausfall von elektronischen Schaltgliedern wie Transistoren o. ä. gesichert isr
ist mit dem Trennverstärker der Zelienbetriebsspannung auf einer gemeinsamen Steckkarte zusammengefaßt.
Um den Einfluß von statischen Magnetfeldern abzuschirmen, sind die Schütze in Stahlblechgehäusen gekapselt.
Betriebsweise der Zelle mit der Überwachungsund Steuerungseinrichtung
Nach der Inbetriebnahme der Zelle nach dem Anlagenüblichen Verfahren kann am Gerät sofort die ZeI-lenspannung
und die mittlere Soll-Stromaufnahme der einzelnen Zuleitungsschienen auf den Digitalanzeigen
abgelesen werden.
Bevor die Zelle auf die gewünschte Betriebsspannung gebracht wird, kann jetzt am Gerät die tatsächliche
Stromaufnahme der einzelnen Zulei-.;,;igsschienen abgefragt
werden. Bei Abweichungen über e;r.\ bestimmtes Maß hinaus kann jetzt am Hand-Betrieb durch Ansteuerung
der Stellmotoren an den Anodenhalterahmen die Neigung der Rahmen verändert werden, so daß die
Stromverteilung über die Länge des Rahmens korrigiert
wird. Reicht diese Maßnahme nicht aus, müssen die Stromaufnahmen der Einzelstromzuführungen mittels
Strommeßzange überprüft und individuell nachgestellt werden.
Nach diesen Maßnahmen können die Anodenrahmen jeweüs insgesamt mittels Taster am Gerät in einstellbaren
Schritten gesenkt und die Zelle so auf Betriebsspannung gebracht werden. Dabei blockiert das Gerät automatisch
in den eingestellten Pausezeiten und verhindert so ein zu schnelles Absenken der Anoden.
Gleichzeitig überwacht das Gerät die Siromauinahme
der einzelnen Zuleitungsschicnen und blockiert bei Erreichen der eingestellten maximalen prozentualen
Abweichung vom arithmetischen Mittelwert der Gesamtstromaufnahme, so daß die Anoden nicht in Kurzschluiifgefahr
geraten können.
Es ist gewährleistet, daß die Stromaufnahme der Einzel-Zuleitungsschiene
bei einer auf diese Weise auf gewünschte Spannung gebrachten Zelle keine Abweichung
über die eingestellte Toleranz der Stromaufnahme aufweist. Für den Fall, daß sich durch Veränderungen
der Anodenaufhängungen oder der Kathodengeometrie in einer oder mehreren Zuleitungsschienen
Überströme über die eingestellten Toleranzen einstellen, steuert das Gera*, den oder die Stellmiotoren der
gesamten Anodengruppe an und hebt diese schrittweise parallel zur Kathode um ein vorher einstellbares Maß
an. Ist /.arch diese automatisch ablaufende Maßnahme
der Überstrom beseitigt, zeigt das Gerät bis zur manuellen Quittierung, welciie Zuleitungsschiene sich i?n Überstrombereich
befunden hat, so daß das Bedienungspersonal sofort einen Hinweis hat, wo korrigiert werden
muß. Nach Beseitigung der Überstrom verursachenden Störquelle kann die Zelle mittels Taster, wie vor beschrieben,
wieder auf gewünschte Spannung gebracht werden.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung rein schematisch dargestellt.
Die Elektrolysezelle weist einen Zellentrog 6 und ei-
Die Elektrolysezelle weist einen Zellentrog 6 und ei-
6ί· nen Zellendeckel 9 auf. Auf dem Zellendeckel 9 sind
Auflager 14 befestigt, die einen Rahmen 11 tragen, der
der Verstellung der Anoden 8 dient. Mit 7 ist die fließende Quecksilber-Kathode im Zellentrog 6 bezeichnet. Im
übrigen ist der Zellenaufbau an sich bekannt.
Die Überwachungs- und Steuerungseinrichtung 1 ist mit einer Meßteitung 2 mit der Zuleitungsschiene 4 verbunden. Ober einen Nebenschluß-Abgriff bzw. Meßstrecke 2'. Die Zuleitungsschiene oder Sammelschiene 4
ist mit den Einzelanoden 8 durch ein Stromzuführungsband 5 elektrisch leitend, jedoch flexibel verbunden. Die
Anoden 8 haben wie ersichtlich an sich bekannte, z. B. in einer Hülse artgeordnete Stromzuführungsbolzen, die
ihrerseits mit Verstellschrauben 10 zur Einzelverstellung gegenüber dem Rahmen 11 versehen sind. Mit 12
ist ein Hubgetriebe bezeichnet, das von einem elektrischen Getriebemotor 13 angetrieben wird, z. B. über die
dargestellte horizontale Welle, so daß nach Art eines Kegelradantriebes der Tragrahmen 11 für die Anoden 8
insgesamt auf den Säulen 14 auf und ab beweglich ist, wie durch Pfeile angedeutet. Der Getriebemotor 13 erhäit seine Steiisignaie über Leitung 3 von der überwachungs- und Steuerungseinrichtung 1.
Obwohl diese Antriebsart bevorzugt wird, sind auch andere an sich bekannte Stellantriebe anwendbar. Wesentlich ist, daß sozusagen die Grobeinstellung für alle
Anoden gemeinsam erfolgt, während die Feineinstellung einzeln manuell erfolgt.
Mit Vorteil werden die Leitungen und die Befestigungselemente für die Zuleitungen zu den Anoden aus
dem gleichen Material wie die Stromschienen hergestellt Ferner sind Temperaturausgleichselemente vorgesehen um Temperaturdifferenzen in den einzelnen
Zuleitungsschienen auszugleichen.
Der Meßteil kann auch als Einzelgerät ausgeführt werden, so daß eine Zelle, die über keine motorische
Verstellung verfügt, manuell nachjustiert werden kann.
45
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Claims (4)
1. Oberwachungs- und Steuerungseinrichtung für Elektrolysezellen, insbesondere Chloralkalielektrolysezellen,
mit Metallanoden und Quecksilberkathoden zum Schutz gegen Stromüberlastung, mit einer
Messung der Spannung in der elektrischen Zuleitung zu Elektroden einer Zelle deren Spannungsabgriffe
mit einer Erfassungseinrichtung elektrisch leitend verbunden sind, dadurch gekennzeichnet,
daß an den Enden einer Meßstrecke auf der elektrischen Zuleitung zu jeder Elektrodengruppe
einer Zelle im Nebenschluß gemessene Spannungsabfall als Signa! verstärkt einem Meßgerät zugeführt
wird, der Gesamtstrom einer Zelle durch Summierung gemessen wird und durch die Anzahl der Abgriffe
dividiert einen Sollwert bildet, für eine Steuereinrichtung,
iiie nach Vergleich mit den an den einzelnen
Zuleitungen gemessenen Istwerten, ein Signal
zur Ansteuerung der Stellmotoren je einer Gruppe von Elektroden bei Erreichen eines vorgegebenen
Oberstroms abgibt, um diese Gruppe um ein einstellbares Maß schrittweise anzuheben, solange
bis beim Vergleich kein Überstrom gemessen und nach Erreichen dieses Zustandes angezeigt wird,
welche Zuleitung überlastet war.
2. Oberwachungs- und Steuerungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die
Stellmotore für jeweils eine Gruppe von Elektroden jeweils schrittweise nach Vergleich mit dem Mittelwert
angesteuert werdeii und s« viele Schritte ausführen,
bis kein Oberstrom mehr gemessen wird.
3. Überwachungs- und Steuerungseinrichtung
nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet daß Soll- und Istwert digital angezeigt werden.
4. Oberwachungs- und Steuerungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß sie eine Anzeige der Zuleitung aufweist, die sich im Überstrombereich befunden
hat und daß nach Beseitigung der Überstromursache eine Drucktaste betätigt werden muß,
um die Zelle wieder auf die gewünschte Spannung zu bringen.
wachungs- und Steuerungseinrichtung kann als ideale Kombination angesehen werden.
Aus der DE-OS 27 29 732 ist eine Vorrichtung zum Betrieb von Chloralkalielektro'yseanlagen nach dem
Amalgamverfahren bekannt, bei der Meßwerte der einzelnen Elektrolysezellen in dezentralen Einheiten verarbeitet
und einer zentralen Erfassungs- und Verarbeitungseinrichtung zur Bedienung und Informationsdarstellung
zugeführt werden. Somit können bei Ausfall einer dezentralen Einheit die übrigen ungestört weiterarbeiten,
während umgekehrt bei Ausfall der zentralen Einheit die primären Aufgaben der Zellenregelung,
-optimierung und -überwachung ohne Unterbrechung fortgeführt werden können. Die für die Zellenüberwachung
und -regelung abgegriffenen Strom- und Spannungswerte werden in digitale Signale umgewandelt
und mit Hilfe eines Mikrorechners zu Steuersignalen für die motorische Verstellung der Anoden weiterverarbeitet.
Ein solches Asitcmatisierungssystem mit einem ständigen
Informationsaustausch zwischen dezentralen Einheiten und einer zentralen Bedienungs- und Informationseinheit
erweist sich als verhältnismäßig aufwendig und erfordert daher hohe Investitionskosten.
Aufgabe der Erfindung ist es, mit geringem Investitionsaufwand
ein Übsrwachungs- und Steuerungssystem zu schaffen, bei dem Elektrolysezellen mit möglichst
geringer Zellenspannung bei hoher Stromausbeute sowie geringer Schadensrate an den Anoden zu betreiben
sind. Weiterhin soll der Investitionsaufwand für die Optimierung bereits bestehender Anlagen möglichst
gering gehalten werden.
Die Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst Weitere
Ausgestaltungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
Priority Applications (7)
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