Brevet FR2013358A1 — publié le 19700403

i 2013358 La présente invention concerne un dispositif pour le réglage automatique de l'écartement optimal des électrodes et pour la suppression automatique de courts-circuits entre des cellules d1électrolyse chlore-alcali, qui utilise les tensions individuelles des cellules électrolytiques. Pour la fabrication de chlore dans des cellules électrolytiques qui fonctionnent le plus souvent suivant le procédé à l'amalgame, on utilise de plus en plus des mécanismes de réglage télécommandés pour obtenir un écartement optimal entre les anodes en graphite ou en métal et la cathode en mercure. Les anodes d'une cellule sont réunies en un ou plusieurs groupes 10 commandés chacun par un seul mécanisme de réglage, pour des raisons de prix de revient de l'installation. >:• Les mécanismes de réglage sont de préférence commandés depuis un point central, par exemple depuis un tabieau de commande et de mesure, soit manuellement, soit automatiquement, de sorte que l'écartement des électrodes 15 soit augmenté en cas de court-circuit entre l'anode et la cathode pour supprimer ce court-circuit. L'écartement entre des anodes en graphite et la cathode augmente au fur et à mesure par suite de la consommation des anodes en graphite. Cela se traduit par une augmentation de la chute de tension et par une diminution du rendement électrique de la cellule. L'effet de la consom-20 mation des anodes peut être compensé par un actionnement à intervalles réguliers du mécanisme de réglage, de sorte que l'écartement soit toujours maintenu à la valeur optimale. Il est nécessaire de mesurer la tension entre les anodes et la cathode de la cellule électrolytique si l'on désire observer l'effet produit par un mouvement de réglage. Cette tension est indiquée ou exploitée de façon automatique au point de commande central depuis lequel on effectue les réglages. L'exploitation automatique de l'allure de la tension d'une cellule électrolytique était principalement utilisée, jusqu'à présent, pour détecter des courts-circuits, pour les signaler et pour les supprimer par des ordres de réglage appropriés. Un dispositif de commutation utilisé à cet effet se. compose d'un étage de commutation électronique auquel est appliquée la tension de la cellule par l'intermédiaire d'un transformateur à courant continu pour la séparation du potentiel. Lorsque, par suite d'un court-circuit, la tension aux bornes d'une cellule diminue plus fortement et plus rapidement que les valeurs de seuil correspondantes de l'étage de commutation, ce court-circuit est signalé par l'intermédiaire d'un relais puis les anodes de la cellule en question sont écartées d'une distance prédéterminée de la cathode par 1'actionnement du dispositif de réglage, à l'aide d'un étage de commutation temporisé. 69 20794 2 2013358 On a déjà tenté, de manière analogue, d'annuler totalement ou partiellement le mouvement ascendant des anodes au bout d'un temps déterminé par l'emploi d'autres relais temporisés. Le raccourcissement des anodes par suite de la consommation peut être compensé dans une large mesure par un 5 actionnement automatique du mécanisme de réglage à des intervalles réguliers. Il est même possible de provoquer en plus, à des intervalles plus importants, un court-circuit volontaire permettant l'obtention d'une valeur de référence pour la position la plus favorable des anodes. Un dispositif de commutation séparé était jusqu'à présent nécessaire pour 10 chaque cellule ou même pour chaque groupe d'anodes pour assurer le déroulement automatique de toutes ces opérations. Un tel procédé n'est plus rentable pour des installations importantes, comportant par exemple plusieurs centaines de cellules électrolytiques, étant donné que la dépense nécessaire est proportionnelle au nombre des dispositifs de réglage. Toute modification 15 du mode de fonctionnement de l'installation implique en outre une dépense qui est également multipliée par le grand nombre d'appareils utilisés. Le but de l'invention est un dispositif qui évite les inconvénients des installations connues et qui assure un fonctionnement correct et un rendement électrique optimal des cellules électrolytiques. 20 Conformément à l'invention, ce résultat est obtenu du fait que les tensions des cellules électrolytiques sont mesurées successivement, à une cadence élevée à l'aide d'un dispositif électronique et que ces tensions sont amenées à une unité de commande centrale qui commande les mécanismes de réglage des électrodes montés sur les cellules par l'intermédiaire d'un 25 répartiteur d'ordres en fonction de changements caractéristiques des tensions. On peut utiliser un dispositif d'exploration relativement simple en effectuant une séparation du potentiel des cellules au moyen de transformateurs à courant continu. Il suffit alors, le plus souvent, d'utiliser des commutateurs électroniques unipolaires travaillant sous une tension relati-30 vement faible. Selon l'une des caractéristiques de l'invention, l'unité de commande centrale est formée par une unité de traitement de données fonctionnant par voie digitale. Cette unité reçoit les valeurs.analogiques des tensions par l'intermédiaire d'un convertisseur analogique-digital. L'unité de 35 traitement des données est bien entendu adaptée, quant à sa grandeur, la capacité de sa mémoire et sa vitesse de travail, aux opérations à effectuer ainsi qu'au nombre des cellules électrolytiques à commander. L'unité de commande centrale détermine, à partir des tensions appliquées ainsi qu'à partir de changements caractéristiques de ces tensions, 69 20794 3 2013358 si oui ou non l'une des cellules électrolytiques est en court-circuit. Dans l'affirmative, elle déclenche la signalisation de ce court-circuit et 1'actionnement du mécanisme de réglage associé. D'autres opérations de réglage, ayant pour but de maintenir de façon permanente le réglage optimal 5 des anodes par rapport à la cathode peuvent également être effectuées. Toutes les modifications qui peuvent s'avérer nécessaires pendant l'exploitation de l'installation peuvent être réalisées par une simple adaptation du programme de commande, pour toutes les cellules ensemble. Selon une autre caractéristique de l'invention, 1'actionnement d'un-10 mécanisme de réglage des électrodes nécessite toujours deux signaux indépendants . On évite ainsi des détériorations de cellules électrolytiques par suite d'ordres de réglage erronés. A cet effet, l'unité de commande centrale contrôle, de préférence par l'intermédiaire d'un second système d'exploration électronique, la coîn-15 cidence entre la position des organes de commutation (discontacteurs des moteurs) d'une part, et les ordres transmis, d'autre part, l'unité centrale bloquant éventuellement la transmission de signaux aux organes de couplage défectueux. Selon une autre caractéristique, de l'invention, le répartiteur 20 d'ordres comporte un ou plusieurs étages de commutation monostables commandés par des impulsions ; un mouvement de réglage déclenché par 1'unité de commande centrale est en outre interrompu de façon automatique dès que l'unité de commande centrale ne transmet plus d'impulsions pour le maintien de l'ordre de réglage ou pour la signalisation de l'état de bon fonctionnement 25 de l'unité de commande. Enfin, l'invention prévoit que l'écartement des électrodes est automatiquement augmenté dans une mesure prédéterminée par 1'actionnement de tous les mécanismes de réglage dès que l'unité de commande centrale ne transmet plus d'impulsions indiquant son état de fonctionnement correct. 30 D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux compris à l'aide de la description détaillée qui va suivre et des dessins annexés sur lesquels : - la figure 1 est un schéma de l'ensemble de l'installation ; - la figure 2 est un schéma d'une partie de l'installation, suivant 35 une autre forme de réalisation. On dispositif d'exploration électronique 3 transmet à une cadence rapide les tensions aux bornes des cellules électrolytiques 2 à l'unité de commande centrale représentée à la figure 1. Ce système est séparé de façon 69 20794 4 2013358 connue du potentiel des cellules, montées en série, au moyen de transformateurs à courant continu 4, de sorte qu'il peut être relié à la masse de manière indépendante. Un convertisseur analogique-digital 5 est monté entre l'unité de traitement de données, fonctionnant par voie digitale et pouvant être programmé, 5 qui représente l'unité de commande centrale 1 d'une part, et le dispositif d'exploration électronique 3, d'autre part. L'unité centrale commande un répartiteur d'ordres 6 qui transmet successivement les ordres de réglage, par exemple par l'intermédiaire de discontacteurs,pour la marche à droite ou à gauche du moteur commandant le mécanisme 7 correspondant, réglant les 10 électrodes. Des ordres de réglage erronés peuvent provoquer des détériorations considérables aux cellules électrolytiques 2. Afin d'éviter avec suffisamment de sûreté les fausses manoeuvres, l'invention prévoit le dispositif de commutation dont le schéma est représenté à la figure 2. Plusieurs mécanismes 15 de réglage, par exemple dix, sont chaque fois réunis en un groupe qui est commandé dans son ensemble. Etant donné qu'il n'est pas nécessaire de commander simultanément des mécanismes de réglage d'un groupe en des sens différents, chaque moteur 11 représenté à la figure 2 est seulement associé à un discon-tacteur de sélection 12 au lieu d'être associé à deux discontacteurs pour 20 la marche à droite et la marche à gauche, Deux discontacteurs pour la sélection du sens de réglage 13 et 14 déterminent l'ordre des phases pour l'ensemble du groupe ; ils sont commandés alternativement suivant que l'on désire, une marche à droite ou une marche à gauche. L'agencement représenté à la figure 2 offre une grande sûreté contre les fausses manoeuvres. Puisque 25 chaque opération de réglage nécessite la commande simultanée de deux discontacteurs, à savoir un discontâcteur pour la sélection du sens de réglage et un discontâcteur de sélection. Pour le cas où l'un des discontacteurs ne s'ouvre pas par suite d'une défectuosité, il suffit que l'autre discontâcteur s'ouvre pour que le mécanisme de réglage s'arrête. L'unité de commande 30 centrale 1 peut explorer de façon continue la position des contacts des discontacteurs à l'aide d'un second dispositif d'exploration électronique 15 et elle peut bloquer la transmission d'ordres de réglage à un groupe dans lequel une défectuosité du type décrit a été détectée. Le répartiteur d'ordres 6 est avantageusement constitué par des 35 étages de commutation bistables à adresse, par exemple par des basculeurs ou des éléments à mémoire électronique. Un tel étage de commutation bistable est associé à chaque discontâcteur pour la sélection du sens de réglage 13, 14 ainsi qu'à chaque discontâcteur de sélection 12, L'unité de commande 69 20794 5 2013358 centrale 1 provoque la commutation de l'étage en question dans la position de travail au moyen d'une impulsion de commande pour déclencher une opération de réglage. Elle provoque le retour de l'étage en question dans la position de repos dès que l'opération de réglage doit être arrêtée. Cet agen-3 cernent présente le risque que l'ordre d'arrêt ne soit pas transmis et que le mouvement de réglage en cours ne soit pas arrêté en temps voulu lorsqu'il se produit une perturbation dans l'unité de commande centrale 1. Selon l'invention, un tel risque peut être diminué dans une forte mesure par le fait qu'au moins une partie des éléments à mémoire, de préfé-10 rence ceux qui sont associés aux discontacteurs pour la sélection du sens de réglage, sont réalisés sous forme d'étages de commutation monostables qui retournent automatiquement à la position de repos, avec une temporisation, si une nouvelle impulsion de commande n'est pas transmise en temps voulu par l'unité de commande centrale 1. Tant que l'opération de réglage doit se 15 poursuivre, l'unité de commande centrale doit par conséquent transmettre à une cadence rapide des impulsions de commande à 1'étage de commutation en question. La transmission de ces impulsions est arrêtée avec une grande probabilité dans le cas d'une perturbation de sorte que l'opération de réglage est interrompue après une courte temporisation. Le nombre des étages de 20 commutation monostables peut être réduit dans le cas le plus simple à un ou à trois, l'unité de commande centrale 1 transmet en permanence des impulsions pour signaler son état de fonctionnement correct afin que ces étages de commutation soient maintenus en position de travail. Les étages de commutation retombent dans la position de repos dès que les impulsions font défaut et 25 ils interrompent, éventuellement par l'intermédiaire d'autres organes de couplage appropriés, l'alimentation auxiliaire pour la transmission des signaux par le répartiteur d'ordres 6. En utilisant trois groupes de commutation indépendants, composé chacun d'un étage de commutation monostable et d'un organe de commutation monté à la suite, chaque groupe recevant des impulsions 30 séparées depuis l'unité de commande centrale, on peut augmenter dans une forte mesure la sûreté de fonctionnement de cette installation de surveillance en utilisant le procédé connu " 2-en-3". Le réglage optimal des anodes est essentiellement déterminé par le fait qu'une faible distance entre l'anode et la cathode en mercure se 35 traduit par une faible chute de tension dans 1'électrolyte, et par suite, par un rendement élevé de l'énergie électrique utilisée. Toutefois, au fur et à mesure que l'écartement des électrodes diminue, la fréquence des courts-circuits entre les anodes et la cathode en mercure augmente. Ces courts-circuits doivent 69 20794 6 2013358 être supprimés rapidement afin d'éviter des détériorations par surcharge. Un réglage approprié de l'écartement des électrodes est seulement possible en utilisant un dispositif de commande fonctionnant de façon automatique, surtout lorsqu'il s'agit d'une installation importante. 5 II peut arriver que le dispositif de commutation décrit précédemment tombe en panne par suite d'une perturbation, après que les électrodes de toutes les cellules électrolytiques 2 ont été réglées à un écartement minimal. Il est dans ce cas désirable d'augmenter immédiatement l'écartement des électrodes dans une certaine mesure afin d'éviter des courts-circuits pendant 10 la panne de l'installation de réglage. Selon l'invention, cette opération est déclenchée automatiquement et en même temps pour toutes les cellules 2 au moyen d'un étage de commutation temporisé indépendant 16. Cet étage de commutation temporisé 16 est prêt à fonctionner, comme déjà décrit, mais ne réagit pas tant que l'unité de commande centrale 1 envoie des impulsions 15 à un étage de commutation monostable pour signaler son état de fonctionnement correct. L'étage de commutation temporisé 16 déclenche l'opération d'un réglage qui augmente 1'écartement des électrodes de toutes les cellules 2 lorsque ces impulsions de signalisation font défaut. L'opération de réglage est arrêtée lorsque la temporisation, choisie au préalable, est écoulée. L'étage 20 de commutation temporisée 16 est alors verrouillé de façon à empêcher un nouveau déclenchement automatique ; il peut être réarmé, par exemple manuellement dès que la perturbation du système de commande central est supprimé et que celui-ci a rétabli l'écartement optimal des électrodes. L'étage de commutation temporisé 16 qui vient d'être décrit est 25 avantageusement couplé électriquement avec un dispositif de sélection qui est de préférence indépendant et qui permet également une télécommande manuelle de chaque mécanisme de réglage par des boutons-poussoirs. On peut dans ce cas utiliser également le procédé "2-enr-3" pour obtenir un fonctionnement très sûr du dispositif pour.1'augmentation automatique de l'écartement des 30 électrodes. Le fonctionnement est ainsi assuré même lorsqu'un des éléments tombe en panne. 69 20794 7 ■2013358 REVENDICATIONS 1 - Dispositif pour le réglage automatique de l'écartement optimal des électrodes et pour la suppression automatique de courts-circuits entre des cellules d'électrolyse chlore-alcali, qui utilise les tensions 5 individuelles des cellules électrolytiques caractérisé en ce que les tensions des cellules électrolytiques sont mesurées successivement, à une cadence élevée à l'aide d'un dispositif électronique et que ces tensions sont amenées à une unité de commande centrale qui commande les mécanismes de réglage des électrodes montés sur les cellules par l'intermédiaire d'un 10 répartiteur d'ordres en fonction de changements caractéristiques des tensions. 2 - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'unité de commande centrale est formée par une unité de traitement de données fonctionnant par voie digitale et recevant les tensions des cellules électrolytiques par l'intermédiaire d'un convertisseur analogique-digital. 15 3 - Dispositif selon les revendications 1 et 2, caractérisé en ce que deux signaux de commande indépendants sont chaque fois nécessaires pour 1'actionnement d'un mécanisme de réglage des électrodes. 4 - Dispositif selon les revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'unité de commande centrale contrôle, par l'intermédiaire d'un second 20 système d'exploration électronique, la coïncidence entre la position des organes de couplage (discontacteurs des moteurs) d'une part et les ordres transmis, d'autre part, et en ce que l'unité de commande centrale bloque la transmission de signaux aux organes de commutation défectueux. 5 - Dispositif selon les revendications 1 à 4, caractérisé en 25 ce que le répartiteur d'ordres contient un ou plusieurs étages de commutation monostables et en ce que chaque mouvement de réglage déclenché par l'unité de commande centrale est interrompu de façon automatique lorsque celle-ci ne transmet plus d'impulsions pour le maintien de l'ordre de réglage ou pour signaler son fonctionnement correct. 30 6 - Dispositif selon la revendication 1 à 5, caractérisé en ce que l'écartement des électrodes est augmenté automatiquement d'une valeur prédéterminée par 1'actionnement de tous les mécanismes de réglage des électrodes lorsque l'unité de commande centrale ne transmet plus d'impulsions pour signaler son état de fonctionnement correct.