彭江偉

（天能化工有限公司，新疆 石河子 832000）

在電石生產工藝中，每臺大型密閉電石爐配套3臺變壓器及3臺電極桶，每臺變壓器上7組低壓端子分別與電極桶上7組導電夾相連，導電夾是變壓器與三相電極之間聯(lián)通的元件，在生產中主要通過導電夾與電極桶聯(lián)通作功，導電夾與電極桶之間通過的電流隨導電夾和電極桶接觸的導通性而改變，導通性好，則該導電夾通過的電流在使用中接近各組導電夾正常使用時的平均值，生產比較穩(wěn)定，企業(yè)可以最大限度地實現(xiàn)智能化生產控制，通過合理利用自動化控制系統(tǒng)實現(xiàn)精確控制，對關鍵工藝環(huán)節(jié)合理操作，從而達到安全穩(wěn)定生產的目的。

1 電石生產工藝現(xiàn)狀

1.1 電石爐簡介

電石爐按一定的配比將石灰和炭料混合上到4樓環(huán)形加料機的12個料倉內，通過13根料管（每相電極均布4根，中心設置1根）送入爐內。爐料在電極周圍自上而下地形成涼料、熱料、熾熱料、半熔融料、熔料的料層結構。在電阻熱和電弧熱的作用下于爐內熔池中生成電石，化學反應式如下。

反應溫度為1850～2200℃，反應溫度的高低決定于爐內CaC2生成量的多少。

冶煉中，電極通過自動或手動模式進行升降，以保證定值電壓或電流的穩(wěn)定。電石爐在額定的負荷狀態(tài)下平穩(wěn)運行。同時要保持三相功率的平衡。電極的消耗通過啟動壓放系統(tǒng)定時補充。

1.2 主要設備清單

電石爐生產過程中關鍵設備見表1。

表1 電石生產關鍵設備

1.3 電石生產工藝現(xiàn)狀

電石爐導電夾監(jiān)測中，由于電石爐導電夾工作時帶電和高電流的特點，無法觀察到其內部觸點和裝置的情況，對單個導電夾檢測沒有較好方法，且一般的檢測設備難滿足安全條件。又因為電石爐電極耦合作功，電極溫度高，并有明火，導電夾外部有護屏保護遮擋，導致電石爐電極導電夾一直無法直觀有效檢測，只能在導電夾完全損壞故障時才能發(fā)現(xiàn)。

當導電夾遇磨損、掉道脫槽、發(fā)熱變形等故障時，導電夾與電極桶導通性變差，造成導電夾與電極桶之間發(fā)熱變形，最后導致導電夾與電極桶脫槽或卷鐵皮，嚴重影響生產并且產生安全隱患。在生產控制過程中，雖然能夠實時達到智能化控制的目的，但是在調整生產參數(shù)、保證電石產品質量、安全可控性方面還存在諸多不合格因素，如響應不及時，工藝數(shù)據(jù)的變化可能會降低工作效率，還有可能存在影響安全生產操作的因素，增加人為操作的不穩(wěn)定性，對操作人員的生命安全及企業(yè)環(huán)境存在影響。電極在爐內的升降與深度對整個電極的電流與功率都存在影響，當操作人員依據(jù)經驗判斷時，就可能產生不安全因素，如升降不及時影響電石生產與產量問題，增加了能耗，還會造成壓放次數(shù)不合理，影響產品質量。智能生產異常的問題，當運行過程因負荷的偏差、負載的偏差而出現(xiàn)異常時，將導致智能化控制系統(tǒng)不能及時跟蹤參數(shù)，造成控制系統(tǒng)不能及時處理故障。本文以電石生產工藝中使用的電極預警為例，應用了大量數(shù)據(jù)采集及建模工具提取了部分偏差較大的數(shù)據(jù)進行故障預警分析，在生產過程中發(fā)現(xiàn)預先的故障預警可以起到極為重要作用，使得各項工藝參數(shù)得到了提前分析比對，通過遠程人機交互系統(tǒng)，實時提示監(jiān)測到的預警信息，具有極高的實踐應用價值。

2 電石生產工藝故障預警的設計

為解決檢測凈化系統(tǒng)水樣監(jiān)測的問題，技術人員針對上述電石爐導電夾故障檢測方法的局限性，設計了一種利于生產工藝操作、可以實時檢測、及時監(jiān)測故障及提前警示的基于羅氏線圈的電石爐導電元件故障預警方法。

公司使用的電氣元件羅氏線圈是將導線均勻地繞在非磁性材料框架上，具備多元電氣控制元件的功能，可以代替人工取樣并監(jiān)測電流數(shù)據(jù)，真正讓電石生產實現(xiàn)系統(tǒng)的可視化操作與預警。首先基于DCS控制系統(tǒng)使得數(shù)據(jù)采集具有優(yōu)選可預測性，讓通有大電流的導線垂直穿過線圈的中心，通過被測載流導體所產生的磁通的變化，感應出能反應被測電流大小的電流信號。利用其工作原理，采用羅氏線圈對變壓器輸出7組導電夾測量電流，對所測電流大小進行記錄，并通過DSP數(shù)字信號處理器處理后，經由RS485通訊傳輸信號轉換器上傳至集中控制系統(tǒng)或便攜式控制器上位機中，通過上位機軟件對導電夾電流信號進行采集、記錄。上個月每日每時采集整點電流數(shù)據(jù)共計24個電流值，進行求和，進行平均計算后作為當日電流數(shù)值。上個月每日求得平均值，分別記為每日平均值，由上個月每日進行累計求和得到，求出上個月每日平均電流值，作為當月每日每時電流采集整點平均值的參考對比值。當月采集方法同上，記每日每時電流平均值，將當月當日電流平均值與上月平均參考比較值進行對比，當偏差小于10%，不提示預警信息；當偏差大于10%，則提示報警信息。

在電石爐變壓器輸出側電流檢測出7組導電夾中第n組導電夾當日平均電流計算值與對應編號導電夾對應上月的日電流平均參考對比值進行對比判斷，判斷出異常電流的電極導電夾。

電石爐導電元件故障預警方法中邏輯方法示意圖見圖1，由圖可以看出電石爐導電元件之間的邏輯連接關系及邏輯實施。

圖1 電石爐導電元件故障預警方法中邏輯方法示意圖

采用數(shù)據(jù)對比時，最大限度地得到了與真實數(shù)據(jù)的當月電流與電壓數(shù)據(jù)的累計值與理論值的對比，更具有數(shù)據(jù)的邏輯推理性。

3 出現(xiàn)的問題及措施分析

電極是極為關鍵的電氣元件之一，其準確性具有極強的耦合性，是非線性的，可以依據(jù)生產情況有多種可變的因素及測點分析。對于非線性的一些元器件，可能因其自身結構、特性等原因產生不同故障，所以本系統(tǒng)提出了一種解決異常偏差在同一時間段內比對而產生的多元狀態(tài)估計的故障預警模型，多元狀態(tài)估計可以采用參照對比的邏輯思路，對故障數(shù)據(jù)采集后，歸類分析，同時可能提供一組詳細的數(shù)據(jù)邏輯分析，采用此方法可以利用智能操作平臺數(shù)據(jù)采集的優(yōu)越性，快速診斷及采集故障電極故障率，并依據(jù)數(shù)據(jù)在不同時間段的狀態(tài)偏差分別描述元件正常狀態(tài)的分析與模型，檢測狀態(tài)和估計狀態(tài)之間不同的偏差，將代表其值域范圍的故障報警。針對電極電流偏高限值的問題，可以采用提升電極位置（每次不超過50 mm，電極位置小于1200 mm）；降檔（每次降低1檔，速度30 s/檔，可以連續(xù)降檔）的處理方法；針對電極糊柱度電極消耗過快的問題，可以采用添加電極糊（300～500 kg/次）的方法；針對爐膛壓力降低及升高的問題，可以采用降低粗氣風機頻率（0.5 Hz/次或1%/次）或增加粗氣風機頻率（0.5 Hz/次或1%/次）。

電極電流達到設定值時，或比某相電極的電極位置低300 mm，開始分4次放料，第一次下料量至少將電極端頭覆蓋500 mm以上（哪相電極位置最低，哪相電極先下料），其余3次可根據(jù)料面溫度及電極的吃料情況進行下料，兩次下料之間，電極不能起弧，從測量孔觀察火焰顏色必須是暗黃色，最后一次放料時將3樓半的針型閥全部拔開實現(xiàn)連續(xù)放料。

送電后每半小時必須測量一次電極糊糊柱高度，并保證其高度，送電后達到一定電流時，將糊柱高度加至期望高度，這些都是電石爐生產中的一些工藝預警值，而電石爐生產工藝中可能出現(xiàn)的問題很多，還需要依據(jù)不同的經驗進行處理?？梢圆捎脭?shù)列等差估算的方法，優(yōu)先考慮小段偏差較小的數(shù)據(jù)，對其進行分析，消除數(shù)據(jù)之間可能引起偏差的原因，如電極過短、電極材質不符合等，使得全部的數(shù)據(jù)采集更具有標準性和可比較性。同時對于出現(xiàn)的預警數(shù)據(jù)采用當前日期前30個工作日的數(shù)據(jù)實時比對，確定殘差報警的預估性，采用曲線、矩陣、信息、方差等邏輯方法對數(shù)據(jù)進行合理的計算分析。故障分析樹也是一種分析方法，是安全系統(tǒng)預警過程中常用的分析方法之一，事故分析從可能發(fā)生的事故開始，采集可能出現(xiàn)故障事件的原因及邏輯關系，通過上述比較的方法進行數(shù)據(jù)之間的不斷調整及誤差分析，借助檢測經驗及合理的數(shù)據(jù)采集曲線，不斷提高預警的可靠性與合理性。在異常診斷層面的故障及系統(tǒng)中參數(shù)的實時獲取層面，通過工業(yè)數(shù)據(jù)的分析儀表及數(shù)據(jù)加工、處理與存儲方法，提供了格式化檢驗平臺，并可以通過設置層級來處理相關信息。檢查單點及系統(tǒng)的共有故障，再逐步排除相關數(shù)據(jù)的異常，可以在兩種實時狀態(tài)中進行分析，即生產運行狀態(tài)及報警采集狀態(tài)，更利于數(shù)據(jù)的契合性，同時為操作人員提供了有力的幫助。

4 取得的效果分析

本次改造及應用過程中，主要是借助羅氏線圈測量變壓器輸出側7組導電夾的電流初始信號并通過DSP數(shù)字信號處理器處理，通過每日每時采集計算和每月每日計算出的數(shù)據(jù)相對較為準確，考慮到電流因檔位、時間、運行周期等的平均電流數(shù)據(jù)作為對比數(shù)據(jù)，并可以根據(jù)實際情況，對每一時間段的平均值進行對比，這種測量電流的故障預警方法雖然不是唯一方法，但也較為精準可靠且是實時預測及判斷導電夾故障預警的方法之一。它解決了導電夾完全損壞才能判斷故障或異常的問題，使生產運行安全可靠，可廣泛應用于不同工業(yè)電石爐的生產過程及電氣元件的檢測和控制。

判斷出異常電流的電極導電夾，如果當日值與平均值有偏差，或與電流參考值對比時，偏差值大于10%，需要提示報警“請注意，第二組導電夾異常，請停車檢查！”。同時可以判斷出異常電流的電極導電夾是否異常，其偏差的對比值可以根據(jù)電石爐、變壓器、導電夾等的大小、運行情況、實際生產性能有所不同。

5 結語

綜上所述，電石爐變壓器重瓦斯、有載開關故障，電石爐變壓器自動分閘，電石爐凈化系統(tǒng)凈氣風機無運行信號，聯(lián)鎖電石爐變壓器分閘的若干設計，都可以對電石爐生產工藝完善，提出更為合理的故障預警，從而達到安全穩(wěn)定生產的目的。