СПОСОБ АВТОМАТИЧЕСКОГО КОНТРОЛЯ НАРУШЕНИЙ РАБОТЫ СИСТЕМЫ АПГ АЛЮМИНИЕВОГО ЭЛЕКТРОЛИЗЕРА Российский патент 2017 года по МПК C25C3/20 

Изобретение относится к цветной металлургии, в частности к электролитическому производству алюминия, и может быть использовано при автоматическом управлении технологическим процессом производства алюминия.

Известен способ контроля технологического состояния алюминиевого электролизера, включающий измерение токов, протекающих по анодной штанге, с помощью датчиков (патент US №6136177, МПК С25С 1/100, 2000). В способе предлагается использовать датчики тока на основе измерения магнитного поля (эффект Холла).

Также известен способ автоматического контроля технологического состояния алюминиевого электролизера с обожженными анодами, закрепленными на анодной шине, включающий измерение напряжения на конструктивных элементах электролизера с использованием датчиков напряжения, связанных с вычислительным блоком, и определение токов по анодам (патент US №4786379, МПК С25С 3/20, 1988). Определение токов по отдельному аноду основано на измерениях напряжения на вертикальном участке фиксированной длины анодной штанги. Эти данные передаются в вычислительный блок, где ток рассчитывается по известному сечению штанги и удельной электропроводности материала анодной штанги. Коррекция температурной зависимости электропроводности проводится на основе данных от датчиков температуры на анодных штангах.

Основной недостаток способов-аналогов обусловлен тем, что измерение напряжения проводится непосредственно на анодных штангах. При использовании указанных выше способов для непрерывного мониторинга токораспределения по всем анодам электролизера необходима перенастройка системы. При каждой замене анода проводится полный или частичный демонтаж и монтаж измерительного узла на анодной штанге.

В качестве ближайшего аналога выбран способ автоматического контроля технологического состояния алюминиевого электролизера (Патент RU 2307881, С25С 3/20, опубл. 10.10.2007), включающий измерение напряжения на конструктивных элементах электролизера с использованием датчиков напряжения, связанных с вычислительным блоком, и определение токов, при этом измерение напряжения осуществляют в нескольких точках по длине анодной шины электролизера, число которых выбирают большим числа определяемых токов, а определение токов проводят по анодам, анодным стоякам и анодным перемычкам путем решения обратной задачи для уравнения распределения напряжения по анодной шине.

Общим с указанным способом является измерение напряжения на анодной шине электролизера с использованием датчиков напряжения и определение токов по анодам путем решения обратной задачи для уравнения распределения напряжения по анодной шине.

Недостатком ближайшего аналога является то, что способ не позволяет производить автоматическую диагностику нарушений в работе системы автоматической подачи глинозема (АПГ).

Задачей изобретения является повышение качества управления технологическим процессом.

Технический результат, получаемый при реализации предлагаемого технического решения, заключается в оперативном и точном определении нарушений работы системы АПГ.

Технический результат достигается за счет того, что в способе автоматического контроля нарушений работы системы АПГ алюминиевого электролизера, включающего измерение напряжения на анодной шине электролизера и определение токов по анодам путем решения обратной задачи для уравнения распределения напряжения по анодной шине, согласно предлагаемому способу рассчитанные значения тока по анодам фильтруют, рассчитывают абсолютный прирост фильтрованного тока по анодам на конец режима недостаточного питания глиноземом, сравнивают абсолютный прирост фильтрованного тока с заданным интервалом значений приращения тока для нарушений в системе АПГ, определяют ближайшую точку АПГ к аноду с наибольшим значением по заданному критерию, перераспределяют дозу глинозема с данной точки АПГ на остальные в равных количествах и сообщают о нарушении в работе системы АПГ.

Способ может характеризоваться тем, что для фильтрации значений тока по каждому аноду используют так называемый фильтр Калмана:

где I_n(фильтр.) - фильтрованное значение тока по аноду, кА;

I_n(измерен.) - измеренное значение тока по аноду, кА;

I_n-1(фильтр.) ^_ предыдущее фильтрованное значение тока по аноду, кА;

n - номер значения;

smooth - коэффициент сглаживания (smooth>1).

При этом первое фильтрованное значение тока по аноду принимают как:

Способ может характеризоваться тем, что абсолютный прирост фильтрованного тока по анодам рассчитывают в режиме недостаточного питания глиноземом по формуле:

где ΔI_абс.пр. - абсолютный прирост фильтрованного тока по аноду в режиме недостаточного питания глиноземом, кА;

I_{1(фильтр.)} ^_ первое фильтрованное значение тока по аноду на начало режима недостаточного питания глиноземом, кА;

I_{1+i(фильтр.)} - последнее фильтрованное значение тока по аноду на конец режима недостаточного питания глиноземом, кА;

i - номер фильтрованного значения тока по анодам.

Способ может характеризоваться тем, что абсолютный прирост фильтрованного тока при нарушении работы системы АПГ составляет от -0,4 до -0,8 кА.

Предлагаемый способ отличается от прототипа тем, что:

во-первых, измеренные значения токов по анодам фильтруют методом Калмана. Это позволяет уменьшить влияние шумов аппаратной части на измеряемые значения.

Во-вторых, способ позволяет выявлять нарушения в работе системы АПГ.

В-третьих, способ позволяет изменять эффективность питания глиноземом по точкам АПГ.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где показано:

На фиг. 1 представлен график фильтрованного тока по анодам и режим АПГ.

На фиг. 2 расположение анодов в электролизере и точки питания АПГ (1, 2, 3, 4, 5, 6).

На фиг. 3 абсолютный прирост тока по анодам во время проведения эксперимента.

Сущность предложенного способа заключается в следующем.

Основной задачей любой автоматизированной системы управления технологическим процессом является поддержание в заданных пределах наиболее важных параметров этого процесса. На сегодняшний день в промышленных условиях непрерывно измеряемыми являются лишь два параметра: ток серии и напряжение электролизера. Расширение функциональности АСУТП и применение новых алгоритмов управления требуют значительного увеличения контролируемых параметров процесса электролиза алюминия. Поэтому актуальным направлением увеличения количества анализируемых данных является информация индивидуальных значений тока по анодам электролизера.

Предложенный способ оценки динамики токовой нагрузки по анодам дает возможность определять изменение концентрации глинозема при управлении работой системы АПГ по всем участкам ванны, что позволяет выявлять зоны с пониженной концентрацией глинозема, где аноды пассивируются анодными газами, что в большинстве случаев свидетельствует об отсутствии подачи глинозема из-за поломки механизмов АПГ или «непробоя» криолит-глиноземной корки, когда глинозем не поступает в расплав, а образует кучи («кроты») над ним. Данная информация о пассивации анодов позволяет изменять эффективность питания точек АПГ, поддерживая стабильную концентрацию глинозема в расплаве, предотвращая возникновение анодного эффекта (АЭ) до устранения неисправности.

На фиг. 1 видно, что во время режима недостаточного питания глиноземом 2 на одних анодах токовая нагрузка растет, на других снижается (во время режима избыточного питания глиноземом 1 наоборот). Данный факт объясняется тем, что происходит изоляция подошвы анода газовым слоем, что может являться как зоной с пониженной концентрацией глинозема, так и застойной зоной со слабо протекающими процессами, следовательно, на данном аноде токовая нагрузка снижается и перераспределяется на соседние аноды.

Идентификация нарушений в работе АПГ производится в режиме недостаточного питания глиноземом по абсолютному приросту фильтрованного тока, рассчитанного по формуле (3).

На тех анодах, где абсолютный прирост фильтрованного тока по аноду на конец режима недостаточного питания глиноземом находится в интервале значений -0,4…-0,8 кА, необходимо перераспределить питание с ближайшей точки АПГ к данному аноду, на остальные точки АПГ, так как снижение тока обусловлено пассивацией анода из-за неисправности АПГ.

Интервал значений прироста фильтрованного тока выбран на основании проведенных экспериментов, которые показали, что сужение интервала снижает оперативность выявления нарушений, а увеличение приводит к возникновению ошибок управления.

Пример осуществления способа. Для проведения эксперимента на пробойнике отключена подача воздуха, как следствие, происходило срабатывание дозатора и наблюдался «непробой» пробойника.

Выполненная оценка абсолютного приращения фильтрованного тока по анодам в режиме недостаточного питания глиноземом (фиг. 3) показала, что аноды №1, 2, 3, 13, 14, расположенные в районе 1-й точки (фиг. 2), перестают брать токовую нагрузку, а в районе 2-й (фиг. 2) на анодах №4, 15, 16, 17, наоборот, нагрузка увеличилась.

В связи с превышением заданного абсолютного приращения фильтрованного тока по анодам в режиме недостаточного питания глиноземом на аноде №2 (-0,43 кА) изменилась эффективность работы механизма АПГ (недостающая доза глинозема от точки №1 перераспределилась на точки №2, 3, 4, 5, 6) и произошло звуковое оповещение персонала корпуса о необходимости проверки работы АПГ.

Результат эксперимента показал, что предложенный алгоритм правильно реагирует на снижение тока по анодам при абсолютном приросте от -0,4 до -0,8 кА, позволяя оперативно выявить неисправность работы АПГ, оповестить персонал и изменить эффективность питания ванны глиноземом с проблемной точки АПГ на остальные, тем самым предотвращая снижение концентрации глинозема в ванне и, как следствие, возникновение АЭ до момента устранения неисправности в работе АПГ.

Выявление нарушений в работе системы АПГ осуществляется в следующей последовательности:

1. Определяют распределение тока по анодам на электролизере.

2. Фильтруют значения тока с помощью наложения фильтра Калмана.

3. Рассчитывают абсолютный прирост фильтрованного тока на конец режима недостаточного питания глиноземом.

4. Сравнивают абсолютный прирост фильтрованного тока на конец режима недостаточного питания глиноземом с заданным интервалом значений абсолютного прироста тока для выявления нарушений в работе АПГ.

5. Определяют ближайшую точку АПГ к аноду с абсолютным приростом тока от -0,4 до -0,8 кА.

6. Отключают проблемную точку и перераспределяют питание по остальным точкам АПГ.

7. Оповещают персонал корпуса о неисправности работы АПГ.

Между совокупностью существенных признаков заявляемого объекта и достигаемым техническим результатом существует причинно-следственная связь, а именно диагностика нарушений работы АПГ («непробои», поломки механизмов), с последующим перераспределением питания по точкам АПГ и оповещением персонала о неисправности позволяет повысить надежность работы системы АПГ.

Суммируя вышесказанное, предлагаемый способ за счет снижения количества технологических нарушений и повышения надежности работы системы АПГ позволяет повысить качество управления технологическим процессом в целом.

Изобретение относится к способу автоматического контроля нарушений работы системы АПГ алюминиевого электролизера. Способ включает измерение напряжения на анодной шине электролизера и определение токов по анодам путем решения обратной задачи для уравнения распределения напряжения по анодной шине. Рассчитанные значения тока по анодам фильтруют, рассчитывают абсолютный прирост фильтрованного тока по каждому аноду на конец режима недостаточного питания глиноземом, сравнивают его с заданным интервалом значений приращения тока для нарушений в системе АПГ, определяют ближайшую точку АПГ к аноду с наибольшим значением по заданному критерию, перераспределяют дозу глинозема равномерно с данной точки питания на остальные и сообщают о нарушении работы системы АПГ. Обеспечивается возможность оперативно и точно определять нарушения работы системы АПГ. 3 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Способ подачи глинозема в алюминиевый электролизер с помощью системы автоматического питания глиноземом (АПГ), включающий измерение напряжения на анодной шине электролизера и определение токов по анодам путем решения обратной задачи для уравнения распределения напряжения по анодной шине, отличающийся тем, что полученные значения тока по анодам фильтруют, определяют абсолютный прирост фильтрованного тока по каждому аноду на конец режима недостаточного питания глиноземом, сравнивают абсолютный прирост фильтрованного тока с заданным интервалом значений приращения тока для выявления нарушений в системе АПГ, определяют ближайшую точку АПГ к аноду с наибольшим значением прироста тока по заданному критерию, отключают указанную точку АПГ, перераспределяют дозу глинозема равномерно с данной точки АПГ на остальные точки АПГ для поддержания стабильной концентрации глинозема в расплаве.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что ток по каждому аноду фильтруют методом наложения фильтра Калмана, при этом первое фильтрованное значение тока по аноду принимают как I_{1(фильтр.)}=I_{1(измерен.)},

где: I_{1(фильтр.)} - первое фильтрованное значение тока по аноду, кА,

I_{1(измерен.)} - первое измеренное значение тока по аноду, кА.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что абсолютный прирост фильтрованного тока по анодам рассчитывают на конец режима недостаточного питания глиноземом по формуле:

ΔI_абс.пр.=I_{1+i(фильтр.)}-I_{1(фильтр.)},

где: ΔI_абс.пр. - абсолютный прирост фильтрованного тока по аноду в режиме недостаточного питания глиноземом, кА,

I_{1(фильтр.)} - первое фильтрованное значение тока по аноду на начало режима недостаточного питания глиноземом, кА,

I_{1+i(фильтр.)} - последнее фильтрованное значение тока по аноду на конец режима недостаточного питания глиноземом, кА,

i - номер фильтрованного значения тока по аноду.

4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что абсолютный прирост фильтрованного тока при нарушении работы системы АПГ составляет от -0,4 до -0,8 кА.