彭江偉

（天能化工有限公司，新疆 石河子 832000）

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

1 電石生產(chǎn)工藝現(xiàn)狀

1.1 電石爐簡(jiǎn)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(jī)的12個(gè)料倉(cāng)內(nèi)，通過13根料管（每相電極均布4根，中心設(shè)置1根）送入爐內(nèi)。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(jié)構(gòu)。在電阻熱和電弧熱的作用下于爐內(nèi)熔池中生成電石，化學(xué)反應(yīng)式如下。

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

冶煉中，電極通過自動(dòng)或手動(dòng)模式進(jìn)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(fù)荷狀態(tài)下平穩(wěn)運(yùn)行。同時(shí)要保持三相功率的平衡。電極的消耗通過啟動(dòng)壓放系統(tǒng)定時(shí)補(bǔ)充。

1.2 主要設(shè)備清單

電石爐生產(chǎn)過程中關(guān)鍵設(shè)備見表1。

表1 電石生產(chǎn)關(guān)鍵設(shè)備

1.3 電石生產(chǎn)工藝現(xiàn)狀

電石爐導(dǎo)電夾監(jiān)測(cè)中，由于電石爐導(dǎo)電夾工作時(shí)帶電和高電流的特點(diǎn)，無(wú)法觀察到其內(nèi)部觸點(diǎn)和裝置的情況，對(duì)單個(gè)導(dǎo)電夾檢測(cè)沒有較好方法，且一般的檢測(cè)設(shè)備難滿足安全條件。又因?yàn)殡娛癄t電極耦合作功，電極溫度高，并有明火，導(dǎo)電夾外部有護(hù)屏保護(hù)遮擋，導(dǎo)致電石爐電極導(dǎo)電夾一直無(wú)法直觀有效檢測(cè)，只能在導(dǎo)電夾完全損壞故障時(shí)才能發(fā)現(xiàn)。

當(dāng)導(dǎo)電夾遇磨損、掉道脫槽、發(fā)熱變形等故障時(shí)，導(dǎo)電夾與電極桶導(dǎo)通性變差，造成導(dǎo)電夾與電極桶之間發(fā)熱變形，最后導(dǎo)致導(dǎo)電夾與電極桶脫槽或卷鐵皮，嚴(yán)重影響生產(chǎn)并且產(chǎn)生安全隱患。在生產(chǎn)控制過程中，雖然能夠?qū)崟r(shí)達(dá)到智能化控制的目的，但是在調(diào)整生產(chǎn)參數(shù)、保證電石產(chǎn)品質(zhì)量、安全可控性方面還存在諸多不合格因素，如響應(yīng)不及時(shí)，工藝數(shù)據(jù)的變化可能會(huì)降低工作效率，還有可能存在影響安全生產(chǎn)操作的因素，增加人為操作的不穩(wěn)定性，對(duì)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(nèi)的升降與深度對(duì)整個(gè)電極的電流與功率都存在影響，當(dāng)操作人員依據(jù)經(jīng)驗(yàn)判斷時(shí)，就可能產(chǎn)生不安全因素，如升降不及時(shí)影響電石生產(chǎn)與產(chǎn)量問題，增加了能耗，還會(huì)造成壓放次數(shù)不合理，影響產(chǎn)品質(zhì)量。智能生產(chǎn)異常的問題，當(dāng)運(yùn)行過程因負(fù)荷的偏差、負(fù)載的偏差而出現(xiàn)異常時(shí)，將導(dǎo)致智能化控制系統(tǒng)不能及時(shí)跟蹤參數(shù)，造成控制系統(tǒng)不能及時(shí)處理故障。本文以電石生產(chǎn)工藝中使用的電極預(yù)警為例，應(yīng)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(jìn)行故障預(yù)警分析，在生產(chǎn)過程中發(fā)現(xiàn)預(yù)先的故障預(yù)警可以起到極為重要作用，使得各項(xiàng)工藝參數(shù)得到了提前分析比對(duì)，通過遠(yuǎn)程人機(jī)交互系統(tǒng)，實(shí)時(shí)提示監(jiān)測(cè)到的預(yù)警信息，具有極高的實(shí)踐應(yīng)用價(jià)值。

2 電石生產(chǎn)工藝故障預(yù)警的設(shè)計(jì)

為解決檢測(cè)凈化系統(tǒng)水樣監(jiān)測(cè)的問題，技術(shù)人員針對(duì)上述電石爐導(dǎo)電夾故障檢測(cè)方法的局限性，設(shè)計(jì)了一種利于生產(chǎn)工藝操作、可以實(shí)時(shí)檢測(cè)、及時(shí)監(jiān)測(cè)故障及提前警示的基于羅氏線圈的電石爐導(dǎo)電元件故障預(yù)警方法。

公司使用的電氣元件羅氏線圈是將導(dǎo)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(cè)電流數(shù)據(jù)，真正讓電石生產(chǎn)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的可視化操作與預(yù)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(yù)測(cè)性，讓通有大電流的導(dǎo)線垂直穿過線圈的中心，通過被測(cè)載流導(dǎo)體所產(chǎn)生的磁通的變化，感應(yīng)出能反應(yīng)被測(cè)電流大小的電流信號(hào)。利用其工作原理，采用羅氏線圈對(duì)變壓器輸出7組導(dǎo)電夾測(cè)量電流，對(duì)所測(cè)電流大小進(jìn)行記錄，并通過DSP數(shù)字信號(hào)處理器處理后，經(jīng)由RS485通訊傳輸信號(hào)轉(zhuǎn)換器上傳至集中控制系統(tǒng)或便攜式控制器上位機(jī)中，通過上位機(jī)軟件對(duì)導(dǎo)電夾電流信號(hào)進(jìn)行采集、記錄。上個(gè)月每日每時(shí)采集整點(diǎn)電流數(shù)據(jù)共計(jì)24個(gè)電流值，進(jìn)行求和，進(jìn)行平均計(jì)算后作為當(dāng)日電流數(shù)值。上個(gè)月每日求得平均值，分別記為每日平均值，由上個(gè)月每日進(jìn)行累計(jì)求和得到，求出上個(gè)月每日平均電流值，作為當(dāng)月每日每時(shí)電流采集整點(diǎn)平均值的參考對(duì)比值。當(dāng)月采集方法同上，記每日每時(shí)電流平均值，將當(dāng)月當(dāng)日電流平均值與上月平均參考比較值進(jìn)行對(duì)比，當(dāng)偏差小于10%，不提示預(yù)警信息；當(dāng)偏差大于10%，則提示報(bào)警信息。

在電石爐變壓器輸出側(cè)電流檢測(cè)出7組導(dǎo)電夾中第n組導(dǎo)電夾當(dāng)日平均電流計(jì)算值與對(duì)應(yīng)編號(hào)導(dǎo)電夾對(duì)應(yīng)上月的日電流平均參考對(duì)比值進(jìn)行對(duì)比判斷，判斷出異常電流的電極導(dǎo)電夾。

電石爐導(dǎo)電元件故障預(yù)警方法中邏輯方法示意圖見圖1，由圖可以看出電石爐導(dǎo)電元件之間的邏輯連接關(guān)系及邏輯實(shí)施。

圖1 電石爐導(dǎo)電元件故障預(yù)警方法中邏輯方法示意圖

采用數(shù)據(jù)對(duì)比時(shí)，最大限度地得到了與真實(shí)數(shù)據(jù)的當(dāng)月電流與電壓數(shù)據(jù)的累計(jì)值與理論值的對(duì)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(guān)鍵的電氣元件之一，其準(zhǔn)確性具有極強(qiáng)的耦合性，是非線性的，可以依據(jù)生產(chǎn)情況有多種可變的因素及測(cè)點(diǎn)分析。對(duì)于非線性的一些元器件，可能因其自身結(jié)構(gòu)、特性等原因產(chǎn)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(shí)間段內(nèi)比對(duì)而產(chǎn)生的多元狀態(tài)估計(jì)的故障預(yù)警模型，多元狀態(tài)估計(jì)可以采用參照對(duì)比的邏輯思路，對(duì)故障數(shù)據(jù)采集后，歸類分析，同時(shí)可能提供一組詳細(xì)的數(shù)據(jù)邏輯分析，采用此方法可以利用智能操作平臺(tái)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(shí)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(cè)狀態(tài)和估計(jì)狀態(tài)之間不同的偏差，將代表其值域范圍的故障報(bào)警。針對(duì)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(duì)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(duì)爐膛壓力降低及升高的問題，可以采用降低粗氣風(fēng)機(jī)頻率（0.5 Hz/次或1%/次）或增加粗氣風(fēng)機(jī)頻率（0.5 Hz/次或1%/次）。

電極電流達(dá)到設(shè)定值時(shí)，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(jìn)行下料，兩次下料之間，電極不能起弧，從測(cè)量孔觀察火焰顏色必須是暗黃色，最后一次放料時(shí)將3樓半的針型閥全部拔開實(shí)現(xiàn)連續(xù)放料。

送電后每半小時(shí)必須測(cè)量一次電極糊糊柱高度，并保證其高度，送電后達(dá)到一定電流時(shí)，將糊柱高度加至期望高度，這些都是電石爐生產(chǎn)中的一些工藝預(yù)警值，而電石爐生產(chǎn)工藝中可能出現(xiàn)的問題很多，還需要依據(jù)不同的經(jīng)驗(yàn)進(jìn)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(duì)其進(jìn)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(zhì)不符合等，使得全部的數(shù)據(jù)采集更具有標(biāo)準(zhǔn)性和可比較性。同時(shí)對(duì)于出現(xiàn)的預(yù)警數(shù)據(jù)采用當(dāng)前日期前30個(gè)工作日的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)比對(duì)，確定殘差報(bào)警的預(yù)估性，采用曲線、矩陣、信息、方差等邏輯方法對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行合理的計(jì)算分析。故障分析樹也是一種分析方法，是安全系統(tǒng)預(yù)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(guān)系，通過上述比較的方法進(jìn)行數(shù)據(jù)之間的不斷調(diào)整及誤差分析，借助檢測(cè)經(jīng)驗(yàn)及合理的數(shù)據(jù)采集曲線，不斷提高預(yù)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(shí)時(shí)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(chǔ)方法，提供了格式化檢驗(yàn)平臺(tái)，并可以通過設(shè)置層級(jí)來(lái)處理相關(guān)信息。檢查單點(diǎn)及系統(tǒng)的共有故障，再逐步排除相關(guān)數(shù)據(jù)的異常，可以在兩種實(shí)時(shí)狀態(tài)中進(jìn)行分析，即生產(chǎn)運(yùn)行狀態(tài)及報(bào)警采集狀態(tài)，更利于數(shù)據(jù)的契合性，同時(shí)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(yīng)用過程中，主要是借助羅氏線圈測(cè)量變壓器輸出側(cè)7組導(dǎo)電夾的電流初始信號(hào)并通過DSP數(shù)字信號(hào)處理器處理，通過每日每時(shí)采集計(jì)算和每月每日計(jì)算出的數(shù)據(jù)相對(duì)較為準(zhǔn)確，考慮到電流因檔位、時(shí)間、運(yùn)行周期等的平均電流數(shù)據(jù)作為對(duì)比數(shù)據(jù)，并可以根據(jù)實(shí)際情況，對(duì)每一時(shí)間段的平均值進(jìn)行對(duì)比，這種測(cè)量電流的故障預(yù)警方法雖然不是唯一方法，但也較為精準(zhǔn)可靠且是實(shí)時(shí)預(yù)測(cè)及判斷導(dǎo)電夾故障預(yù)警的方法之一。它解決了導(dǎo)電夾完全損壞才能判斷故障或異常的問題，使生產(chǎn)運(yùn)行安全可靠，可廣泛應(yīng)用于不同工業(yè)電石爐的生產(chǎn)過程及電氣元件的檢測(cè)和控制。

判斷出異常電流的電極導(dǎo)電夾，如果當(dāng)日值與平均值有偏差，或與電流參考值對(duì)比時(shí)，偏差值大于10%，需要提示報(bào)警“請(qǐng)注意，第二組導(dǎo)電夾異常，請(qǐng)停車檢查！”。同時(shí)可以判斷出異常電流的電極導(dǎo)電夾是否異常，其偏差的對(duì)比值可以根據(jù)電石爐、變壓器、導(dǎo)電夾等的大小、運(yùn)行情況、實(shí)際生產(chǎn)性能有所不同。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，電石爐變壓器重瓦斯、有載開關(guān)故障，電石爐變壓器自動(dòng)分閘，電石爐凈化系統(tǒng)凈氣風(fēng)機(jī)無(wú)運(yùn)行信號(hào)，聯(lián)鎖電石爐變壓器分閘的若干設(shè)計(jì)，都可以對(duì)電石爐生產(chǎn)工藝完善，提出更為合理的故障預(yù)警，從而達(dá)到安全穩(wěn)定生產(chǎn)的目的。