本文摘要：摘要：電解液溫度影響槽電壓、電解液導(dǎo)電率、電流效率、陰極銅表面質(zhì)量等，是銅電解工藝控制的關(guān)鍵參數(shù)之一。傳統(tǒng)的水銀溫度計(jì)或接觸式測(cè)溫儀依靠人工檢測(cè)并記錄每個(gè)電解槽電解液溫度，工作量大、效率低，做不到實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)。紫金銅業(yè)有限公司將分布式光纖
摘要：電解液溫度影響槽電壓、電解液導(dǎo)電率、電流效率、陰極銅表面質(zhì)量等，是銅電解工藝控制的關(guān)鍵參數(shù)之一。傳統(tǒng)的水銀溫度計(jì)或接觸式測(cè)溫儀依靠人工檢測(cè)并記錄每個(gè)電解槽電解液溫度，工作量大、效率低，做不到實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)。紫金銅業(yè)有限公司將分布式光纖測(cè)溫技術(shù)首次應(yīng)用于銅電解測(cè)溫，可實(shí)現(xiàn)每個(gè)電解槽溫度的在線監(jiān)測(cè)、預(yù)警、報(bào)表、歷史曲線記錄等功能，并間接反映管道堵塞、槽子漏液、板換故障等問題。
關(guān)鍵詞：分布式光纖;電解液;智能冶金;綠色冶金;電流效率
光纖論文投稿刊物：《光纖與電纜及其應(yīng)用技術(shù)》(雙月刊)創(chuàng)刊于1967年，由中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第二十三研究所主辦。本刊為全國(guó)創(chuàng)辦最早的光纖與電纜專業(yè)期刊之一。在該領(lǐng)域享有很高的聲譽(yù)，主要報(bào)道有關(guān)光纖、光纜、光無(wú)源器件、光通信系統(tǒng)、通信電纜、射頻電纜、特種成纜和微波傳輸成及其連接器等研究和應(yīng)用方面的論文和技術(shù)動(dòng)態(tài)綜述，榮獲信息產(chǎn)業(yè)部電子優(yōu)秀科技期刊、中文核心期刊(1992)。
電解液溫度的變化對(duì)銅電解精煉過程影響較大[1]，導(dǎo)電率隨著電解液溫度的升高快速增大，在50～60℃時(shí)，電解液溫度每升高1℃，電解液電阻約減少0.7%[2]，從而降低槽電壓[3-5]，減少銅電解精煉直流電耗，有利于消除陰極附近銅離子貧化現(xiàn)象，使銅在陰極上能均勻地析出，并防止雜質(zhì)在陰極上放電，提高陰極銅表面質(zhì)量。但過高的電解液溫度會(huì)增加電解液的蒸發(fā)，排放的酸霧對(duì)車間環(huán)境不利，還會(huì)引起電解液酸度和成分的不穩(wěn)定，不利于正常生產(chǎn)[6-7]。因此，在銅電解精煉過程中需動(dòng)態(tài)檢測(cè)并嚴(yán)格控制好電解液溫度。
1紫金銅業(yè)有限公司銅電解工藝簡(jiǎn)介
紫金銅業(yè)有限公司(以下簡(jiǎn)稱紫金銅業(yè))300kt/a陰極銅電解項(xiàng)目采用永久不銹鋼陰極工藝，分東、西2個(gè)系統(tǒng)，每個(gè)系統(tǒng)480個(gè)電解槽，共960個(gè)電解槽。在銅電解過程中，電解液必須不斷地循環(huán)流通，以保持電解槽內(nèi)電解液溫度均勻、成分均勻、濃度均勻[8];紫金銅業(yè)生產(chǎn)工藝要求每槽電解液溫度控制在62.5～64.5℃。按原設(shè)計(jì)，紫金銅業(yè)電解液循環(huán)系統(tǒng)中僅高位槽和板式換熱器出口安裝有溫度計(jì)且能在中控室DCS系統(tǒng)上在線顯示。現(xiàn)采用水銀溫度計(jì)或接觸式測(cè)溫儀每班人工抽檢并記錄電解槽電解液溫度，工作量大、效率低且不利于職業(yè)健康，做不到實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)。
2銅冶煉電解液自動(dòng)測(cè)溫發(fā)展
為提高工作效率，減輕工人勞動(dòng)強(qiáng)度，保護(hù)員工職業(yè)衛(wèi)生健康，實(shí)現(xiàn)各電解槽電解液溫度在線監(jiān)測(cè)，提高自動(dòng)化程度，不斷推動(dòng)智能冶金和綠色冶金，銅冶煉行業(yè)不斷探索并嘗試各種自動(dòng)測(cè)溫方案。
2.1鉑電阻測(cè)溫方案
電解液早期傳統(tǒng)測(cè)溫方式采用直接接觸式，即在探頭外包裹一層不銹鋼后將鉑電阻安裝固定在電解槽內(nèi)，直接接觸電解液進(jìn)行測(cè)溫，每槽的每個(gè)鉑電阻的電源或信號(hào)線均需現(xiàn)場(chǎng)布至就近的控制箱，控制箱內(nèi)含供電電源、數(shù)模轉(zhuǎn)換主板、無(wú)線通訊模塊等，熱電阻輸出的4～20mA或0～5V溫度信號(hào)經(jīng)數(shù)模轉(zhuǎn)換主板轉(zhuǎn)換處理后用ZIGBEE等無(wú)線傳輸協(xié)議，將相關(guān)溫度數(shù)據(jù)傳輸至中控室后臺(tái)顯示。一方面由于電解液的強(qiáng)酸性和強(qiáng)腐蝕性，加上槽面沖水噴濺等因素，鉑電阻或電纜線路易腐蝕損壞;另一方面由于直流大電流產(chǎn)生的強(qiáng)磁場(chǎng)干擾鉑電阻內(nèi)部電氣元件或信號(hào)傳輸，導(dǎo)致后臺(tái)顯示的溫度數(shù)據(jù)經(jīng)常突發(fā)異常。因此該方案存在硬件壽命周期短、故障率高、穩(wěn)定性差等缺點(diǎn)。
2.2紅外測(cè)溫方案
隨著紅外成像和圖像識(shí)別處理軟件技術(shù)的日益成熟和進(jìn)步，將紅外攝像儀固定安裝在電解槽邊上廠房立柱上，實(shí)時(shí)拍攝并轉(zhuǎn)換成紅外相片，利用圖像識(shí)別處理軟件生成相對(duì)溫度數(shù)據(jù)及電解槽位置信息，再利用2.4G無(wú)線通訊傳輸，將相關(guān)溫度數(shù)據(jù)和對(duì)應(yīng)的位置信息通過千兆網(wǎng)絡(luò)主機(jī)傳輸至中控室后臺(tái)上位機(jī)顯示。一方面，受紅外攝像儀鏡頭廣角的制約，通常安裝在離電解槽6～10m遠(yuǎn)的位置;另一方面，為了保溫電解槽表面通常蓋有槽蓋布。從銅冶煉行業(yè)實(shí)際應(yīng)用效果來看，國(guó)際知名品牌的紅外攝像機(jī)的測(cè)溫精度也只能達(dá)到±2℃或者±2%，與工藝生產(chǎn)要求相差較大。該方案與鉑電阻測(cè)溫相比雖然穩(wěn)定可靠，但存在投資價(jià)格高、測(cè)溫精度較低等缺點(diǎn)。
3分布式光纖測(cè)溫
紫金銅業(yè)結(jié)合上述兩個(gè)測(cè)溫方案的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)，經(jīng)詳細(xì)調(diào)研光纖在消防、電力、路橋隧道等領(lǐng)域的應(yīng)用案例，將經(jīng)特殊防腐處理后的光纖長(zhǎng)期浸泡在電解液中并做高溫烘箱老化試驗(yàn)，最終決定將分布式光纖測(cè)溫首次應(yīng)用于銅冶煉電解液測(cè)溫。
3.1光纖測(cè)溫原理光纖測(cè)溫的機(jī)理是背向拉曼(Raman)散射效應(yīng)[9]。
3.2現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施方案
紫金銅業(yè)電解液光纖測(cè)溫系統(tǒng)由前端耐腐蝕測(cè)溫光纖、16通道測(cè)溫主機(jī)和監(jiān)測(cè)后臺(tái)三個(gè)主要部分組成。服務(wù)器、顯示屏、測(cè)溫主機(jī)安裝于機(jī)柜中，機(jī)柜放置于電解廠的電解中控室內(nèi)，共16個(gè)回路測(cè)溫光纜，每個(gè)回路連續(xù)監(jiān)測(cè)15個(gè)電解槽的出液口或進(jìn)液口，一個(gè)回路為一條連續(xù)分布的測(cè)溫光纜，每條光纜通過FC/APC接頭直接接入測(cè)溫主機(jī)，測(cè)溫主機(jī)的溫度數(shù)據(jù)通過網(wǎng)線傳輸至服務(wù)器中并在服務(wù)器中的定制化軟件界面上顯示。紫金銅業(yè)選取第5系列8組共120個(gè)電解槽鋪設(shè)光纖，每槽的電解液進(jìn)液口和出液口附近測(cè)溫，共需16組光纖。光纖在每列15個(gè)電解槽內(nèi)串聯(lián)安裝。
光纖從電解槽進(jìn)、出液口附近貼壁安裝，穿入FRPP管后進(jìn)入電解槽1m左右的深度，保證浸泡在電解液中光纖長(zhǎng)度在2～3m。光纖從一個(gè)電解槽出來后，在進(jìn)入另一電解槽之前，需預(yù)留2m左右長(zhǎng)度。Φ20mm的UPVC管組合包含1根直管(0.14m)、1根直管(0.8m)、1根直管(0.22m)、1個(gè)UPVC三通、2個(gè)UPVC彎頭。其中0.8m的直管需要平均鉆孔4個(gè)以上，以確保電解液在UPVC管的內(nèi)外處于流動(dòng)狀態(tài)，以提高光纜對(duì)電解液溫度測(cè)量的準(zhǔn)確性。
3.3主要部件及性能參數(shù)
光纖測(cè)溫系統(tǒng)的光纖既是傳輸介質(zhì)，又是傳感器。光纖由內(nèi)至外結(jié)構(gòu)為：0.9mmETFE緊包光纖、芳綸纖維層、光纜外護(hù)套防腐層。光纖傳感器抗電磁干擾、電絕緣、耐腐蝕、本征安全;重量輕、體積小、可撓曲;線型分布式測(cè)量，可實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)距離、多點(diǎn)同時(shí)在線測(cè)量，測(cè)量信息豐富，無(wú)測(cè)量盲區(qū);便于復(fù)用，便于成網(wǎng)，有利于與現(xiàn)有光通信設(shè)備組成遙測(cè)網(wǎng)和光纖傳感網(wǎng)絡(luò)等。
4結(jié)語(yǔ)
1)分布式光纖測(cè)溫系統(tǒng)所用光纖傳感器本身不帶電，本征安全，且不受電解槽強(qiáng)磁場(chǎng)影響，所以能長(zhǎng)期穩(wěn)定工作。2)現(xiàn)場(chǎng)傳感器為一根3～4mm的光纖，安裝施工簡(jiǎn)單，維護(hù)成本低，為該項(xiàng)目特殊定制的耐高溫耐腐蝕光纖，壽命長(zhǎng)且滿足紫金銅業(yè)測(cè)溫精度要求。3)該項(xiàng)目專用后臺(tái)軟件能直觀顯示每槽電解液進(jìn)液和出液溫度，可實(shí)現(xiàn)溫度的在線監(jiān)測(cè)、預(yù)警、報(bào)表、歷史曲線記錄等功能，并間接反映管道堵塞、槽子漏液、板換故障等問題。
參考文獻(xiàn)
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