高 瑩
(中國有色(沈陽)冶金機械有限公司, 遼寧 沈陽 110141)
自二十世紀九十年代以來,電解鋁行業(yè)在國內(nèi)得到了迅猛發(fā)展,電解車間的惡劣環(huán)境對其內(nèi)部的設備影響較大,很多設備為了提高其穩(wěn)定性都選用了較高的配置。電解機組是鋁電解車間必不可少的操作設備,其穩(wěn)定性關系到電解車間的生產(chǎn)任務完成情況,為了保證設備的穩(wěn)定性,目前無論國內(nèi)外設備,電控系統(tǒng)中的電氣元件基本都選用進口品牌。
在我們?nèi)粘9ぷ髦?,電控系統(tǒng)的PLC、變頻器是大家給予的關注度最高的,也是對電解機組電控系統(tǒng)的穩(wěn)定性起到?jīng)Q定性作用的,而大家卻忽視了對PLC、變頻器等重要電氣設備的工作環(huán)境起到?jīng)Q定性作用的電控柜空調(diào)。眾所周知,無論是PLC還是變頻器,其工作的環(huán)境對其工作穩(wěn)定性和使用壽命存在較大影響,而電控柜空調(diào)的穩(wěn)定性就直接決定了電控柜內(nèi)所有電氣設備的工作環(huán)境溫度,穩(wěn)定的電控柜空調(diào)能夠保證電控柜內(nèi)溫度在35~38℃之間,空調(diào)工作不正常時,電氣設備產(chǎn)生的熱量無法排出,電控柜內(nèi)的溫度就會達到55~70℃,在這樣的環(huán)境下,電控柜內(nèi)的電氣設備的穩(wěn)定性和工作壽命都將受到嚴重的影響,所以,電控柜空調(diào)的穩(wěn)定性不容忽視。
最初,電控柜的空調(diào)壽命基本在半年左右,且穩(wěn)定性不好,除了空調(diào)的選型存在問題之外,還存在有些空調(diào)不適合在惡劣的環(huán)境下使用的因素。最近幾年,市場上的空調(diào)穩(wěn)定性和使用壽命有所好轉,但還有待于進一步提高。
前面已經(jīng)闡述,鋁電解車間的環(huán)境比較惡劣,是惡劣的工業(yè)環(huán)境中相對惡劣的,所以,這種高溫、強導電性粉塵等都在影響電空調(diào)的穩(wěn)定性和使用壽命,再加之設計選型問題和使用方的使用問題,造成了電控柜空調(diào)問題較多。
電解車間的溫度相對比較穩(wěn)定,雖然個別地區(qū)的冬季和夏季的溫差較大,但在電解車間,一般車間內(nèi)溫度維持在45~55 ℃,夏季溫度偏高一些,冬季溫度偏低一些,為了能夠更加準確的分析電解車間的溫度環(huán)境,這里以500 kA電解槽生產(chǎn)車間為例,從供電側到非供電側兩電解槽中間的不同高度進行了溫度的數(shù)據(jù)檢測,并根據(jù)檢測的結果進行了電解車間電解溫度分布圖繪制,如圖1所示:
圖1 500 kA單個電解槽溫度分布圖
根據(jù)500 kA單個電解槽溫度分布圖,分析如下:
(1)電解車間溫度受電解槽影響,車間地面處距離電解槽越近溫度越高,供電側和煙道側溫度較低,且變化比較明顯,因供電側的過道比非供電側寬,所以供電側溫度較非供電側低。
(2)車間內(nèi)的通道處離電解槽較遠,且空氣流動較好,所以通道處的溫度與電解槽附近相比,有明顯降低的現(xiàn)象。
(3)溫度隨著與地面距離的增大,明顯下降,離地面越高,溫度越低,電解槽方向的溫度變化越小,到天車橋架時,不同位置的溫度差別只有幾度。
(4)車間距離電解槽稍遠的地方,溫度變化沒有電解槽附近溫度變化強烈,曲線比較平滑。
(5)地面附近電解槽中部溫度最高,這是車間內(nèi)溫度最高的位置,供電側是車間內(nèi)溫度最低的位置。
電解車間在其生產(chǎn)過程中,受其生產(chǎn)工藝影響,粉塵非常大,特別是在距離地面3 m以內(nèi)的高度,粉塵相對較大,其主要來源有:
(1)電解機組在向電解槽下料的過程中,由于有些料是粉狀的,雖然下料管有一定的遮擋作用,但還是會因下料過程中料是從高到低會產(chǎn)生較大的粉塵,并向周圍擴散。
(2)電解機組在電解槽更換陽極之間的打殼過程中,因打殼的振打,會產(chǎn)生一定的粉塵,并向周圍擴散。
(3)電解機組在更換陽極和清理殘渣的過程中,電解槽處于槽蓋板打開狀態(tài),這一過程中,煙塵不斷產(chǎn)生,并不斷向外擴散,而這一過程電解機組處于打開槽蓋板的電解槽正上方,所以這一煙塵對電解機組的影響較大。
(4)電解槽上部下料裝置在不斷向電解槽加料,在加料的過程中,雖然電解槽的槽蓋板都是關閉狀態(tài),但是在下料過程中還是會產(chǎn)生一定的灰塵并擴散到電解槽外面來。
(5)在電解鋁生產(chǎn)的過程中,因其工藝原因,不斷產(chǎn)生煙塵,雖然目前的電解車間都配備了凈化系統(tǒng),但凈化系統(tǒng)的運轉情況及故障情況直接影響到了電解車間的粉塵和煙塵環(huán)境。即便是凈化系統(tǒng)工作非常穩(wěn)定的鋁電解車間,也避免不了生產(chǎn)過程中粉塵和煙塵的產(chǎn)生。
(6)電解鋁過程中,產(chǎn)生的煙塵和粉塵都是具有一定的導電性的,且還存在一部分煙塵具有腐蝕性的影響,這些都加重了對電解機組及其電控柜空調(diào)等電器設備的影響。
(1)個別設計單位和個人因沒有設計經(jīng)驗,參照其它單位或個人的空調(diào)選型,一旦空調(diào)功率不夠,就會造成空調(diào)一直處于壓縮機工作狀態(tài),也無法將電控柜內(nèi)溫度降至設定溫度,長期處于這樣的工作狀態(tài),空調(diào)的使用壽命將大打折扣,也會嚴重影響其工作穩(wěn)定性。
(2)所選空調(diào)不適宜強磁場、強粉塵環(huán)境使用,電磁干擾對電路產(chǎn)生的干擾以及導電性粉塵對電路板造成的短路降低了空調(diào)的使用壽命和工作穩(wěn)定性。
(3)所選空調(diào)不是高溫空調(diào),其空調(diào)的最高工作溫度低于電解車間的最高環(huán)境溫度,一旦環(huán)境溫度高于空調(diào)的允許工作最高溫度,空調(diào)將停止制冷,無法正常工作。
(1)設備使用單位在日常衛(wèi)生清理過程中沒有進行吸塵處理,而是采用風管吹灰,在吹灰過程中,很多粉塵進入空調(diào)內(nèi)部,嚴重影響了空調(diào)的使用效果。
(2)設備使用單位沒有按照空調(diào)的使用維護說明書對空調(diào)進行定期濾網(wǎng)清理,影響風道進出風,空調(diào)長期處于這種狀態(tài),影響制冷效果和使用壽命。
(3)設備使用單位沒有按照空調(diào)的使用維護說明書對空調(diào)進行定期保養(yǎng),到期應該更換的器件沒有及時更換,造成了整個空調(diào)工作的不穩(wěn)定性且使用壽命大打折扣。
目前,電解機組上應用的電控柜都是帶有隔熱層的,一般隔熱層選用延綿、石棉等隔熱材料,隔熱層一般達到80 mm,這樣的電控柜要比沒有隔熱層的單層鋼板的電控柜的熱傳遞慢,在空調(diào)制冷的情況下,能更好的阻隔熱量的傳遞,減緩了熱量從電控柜外部的電解車間環(huán)境中傳遞到電控柜內(nèi)部。所以,這種帶隔熱層的電控柜的空調(diào)功率選型計算方法與常規(guī)單層鋼板電控柜有一定的區(qū)別。
電解機組空調(diào)功率的計算除考慮電控柜外部熱量向電控柜內(nèi)部傳導以外,還需要考慮電控柜內(nèi)部的電氣設備本身在工作過程中不斷的產(chǎn)生熱量,在產(chǎn)生熱量的電氣設備當中,變頻器是目前應用到電解機組控制系統(tǒng)安裝到控制柜當中的主要發(fā)熱設備,所以,在計算過程中,其余電氣設備基本忽略,只考慮變頻器的發(fā)熱情況。
變頻器產(chǎn)生的熱負荷為:
Q1=k1K0
(1)
式中k1—變頻器熱負荷計算系數(shù)0.02;
K0—電控柜內(nèi)所有變頻器的功率之和。
與電控柜外環(huán)境接觸產(chǎn)生熱交換的熱負荷:
Q2=k2S(C2-C1)
(2)
式中k2—變頻器熱負荷計算系數(shù)1.2;
S—電控柜表面積,m2;
C1—空調(diào)設定溫度,℃;
C2—電控柜室外環(huán)境溫度,℃。
電控柜需要的制冷負荷:
Q=k3(Q1+Q2)
(3)
式中k3—制冷負荷計算系數(shù)1.15。
所選空調(diào)的總制冷功率之和大于或等于Q即可滿足現(xiàn)場使用條件。下面以一臺雙35噸出鋁車(大車變頻器90 kW,工具車變頻器18.5 kW,出鋁小車變頻器18.5 kW,出鋁鉤變頻器75 kW,駕駛室旋轉變頻器2.2 kW),以電控柜長5.5 m、寬1.2 m、高2 m為例,按照室外溫度55 ℃,電控柜室內(nèi)設定溫度35 ℃計算:
變頻器產(chǎn)生的熱負荷:
Q1=0.02×297.7=5.954 kW
與電控柜外環(huán)境接觸產(chǎn)生熱交換的熱負荷:
Q2=1.2×40×(55-35)=960 W=0.96 kW
電控柜需要的制冷負荷:
Q=k3(Q1+Q2)=1.15×(5.954+0.96)=7.951 1 kW
所選空調(diào)的總制冷功率大于7.951 1 kW即可,根據(jù)這一計算結果,一般選用2臺4 kW的高溫工業(yè)空調(diào)即可滿足現(xiàn)場使用要求。
電解機組上應用的高溫工業(yè)空調(diào)的設計與一般的高溫空調(diào)設計不同,需要充分考慮電解車間的惡劣環(huán)境。
(1)電路板在設計上充分考慮散熱問題,不能過于緊湊而使其內(nèi)部溫度過高影響散熱,電子元件長期在高溫環(huán)境下工作會使其穩(wěn)定性和使用壽命降低,影響空調(diào)的使用效果。
(2)電路板需做涂層處理,避免在導電性粉塵和煙塵進入空調(diào)內(nèi)部造成電路板焊點之間短路而燒毀空調(diào),一般該涂層要2~3層,可用環(huán)氧樹脂等材料進行噴涂。
(3)空調(diào)的整體結構需要考慮各元件的散熱問題,避免結構緊湊,保證散熱空間,提高空調(diào)的散熱效率,降低空調(diào)本身的工作溫度。
(4)空調(diào)的散熱部分需要噴涂環(huán)氧樹脂處理,以提高其表面的光滑度,有利于日?;覊m和煙塵的清理,避免因其表面不夠光滑而產(chǎn)生粉塵積累,過多的粉塵積累會嚴重影響空調(diào)散熱,這一點是以往的空調(diào)不能長期穩(wěn)定運行的一個重要原因。
(5)空調(diào)溫度設定的最低溫度不能低于30 ℃,設定溫度過低會使空調(diào)壓縮機工作壓力過大,同時還會因電控柜內(nèi)外溫差過大結露,這對電氣設備的穩(wěn)定性和使用壽命影響較大。
(6)空調(diào)自清理設計,根據(jù)程序設定,空調(diào)定期對濾網(wǎng)處進行反吹風清灰,起到空調(diào)自清潔作用,延長濾網(wǎng)的維護時間,進一步保證空調(diào)長期穩(wěn)定的運行。
通過對空調(diào)工作環(huán)境的分析,并根據(jù)目前應用在電解機組上電控柜實際情況,給出了電控柜空調(diào)的選型計算方法及空調(diào)設計時應該注意的問題,通過改進,電控柜空調(diào)在現(xiàn)場運行的情況有明顯好轉,但目前,電控柜空調(diào)仍然需要定期清理和維護,相信隨著行業(yè)的發(fā)展,針對電解鋁行業(yè)的工業(yè)空調(diào)會更加先進,更加智能,維護周期會不斷延長,甚至會出現(xiàn)免維護的電控柜空調(diào),進一步保證電解機組電控系統(tǒng)的長期穩(wěn)定運行。