АГРЕГАТ ДЛЯ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ УРОВНЕМ ЭЛЕКТРОЛИТА В ЭЛЕКТРОЛИЗЕРАХ

Область применения технологии
Данная новая прикладная полезная модель относится к управлению температурой в ходе эксплуатации электролизера по технологии электролиза расплавленных солей, в частности, к агрегату для автоматического контроля уровня электролита в электролизерах, который автоматически поддерживает уровни электролита в нескольких электролизерах в стандартных пределах.
Уровень техники
Ближайшим аналогом для заявленной полезной модели является агрегат для электролиза хлористого магния, раскрытый в документе № US 4889273 A. В данном документе раскрыт агрегат для контроля уровня расплавленного припоя или жидкости расплава, при этом указанный агрегат для контроля уровня содержит программируемый контроллер, источник сжатого воздуха и мотор. Уровень жидкости контролируется тремя компонентами. Указанный агрегат для контроля уровня обладает следующими недостатками, например, оно не может отслеживать или контролировать уровень жидкости в ряде устройств. Соответственно, настоящая полезная модель предлагает агрегат для автоматического контроля уровня жидкости для электролитической ячейки, который получен в результате устранения вышеуказанных трудностей.
Предпосылки к созданию полезной модели
Технология электролиза расплавленных солей - одна из двух технологий по производству металлического магния. В промышленном производстве несколько электролизеров соединяются последовательно с источником питания постоянного тока. Хлористый магний, содержащийся в расплавленной соли (электролите) в электролизере, подвергается реакции электролиза и разлагается на металлический магний и хлор. Хлористый магний в электролите непрерывно расходуется из-за электролиза и уменьшается, магний и хлор вовремя выпускаются, в результате чего высота электролита в электролизере непрерывно снижается, то есть, уровень снижается. Когда уровень ниже минимального уровня стандартных пределов, подают газ высокого давления в бак регулирования уровня, и уровень поднимается до стандартного. Если периодически добавлять в электролизер хлористый магний, уровень будет выше максимально допустимого стандартного уровня. Тогда открывается клапан бака регулирования уровня для выпуска газа, и уровень снижается до стандартного. Таким образом, уровень поддерживается в стандартных пределах.
Уровень электролита в электролизере является одним из основных параметров контроля, поэтому существует стандартный контрольный уровень - 2680 мм. В производственных условиях чем ближе уровень к этому значению, тем выше эффективность электрического тока и меньше удельный расход электроэнергии.
Работник отдельно контролирует уровень электролита в каждом электролизере. В соответствии с уровнем, который показывает труба для контроля уровня (метров перепада давления) на площадке, работник управляет клапанами для впуска газа и выпуска газа, чтобы поддерживать уровень. Стандартные пределы уровня при таком способе работы составляют 2690±10 мм, в этих пределах работник управляет клапанами бака регулирования уровня каждые 10 минут, когда работает несколько электролизеров, работник выполняет регулирование достаточно часто. Поскольку ручной контроль и регулирование не могут обеспечить желаемый результат, уровень часто выходит за стандартные пределы, поэтому снижается эффективность электрического тока.
Содержание полезной модели
Целью данной новой прикладной полезной модели является предоставление агрегата для автоматического контроля уровня электролита в электролизерах, осуществление концентрированного контроля уровня и автоматического управления уровнем электролита в нескольких электролизерах, а также снижения удельного расхода металлического магния и трудозатрат.
Принцип агрегата, применяемого по данной новой прикладной полезной модели, таков: данный агрегат для автоматического управления уровнем электролита в электролизерах включает в себя бак регулирования уровня, трубу для контроля уровня, датчик давления, впускной ручной клапан, выпускной ручной клапан, впускной электромагнитный клапан, выпускной электромагнитный клапан, ручной клапан, источник газа высокого давления, трубопровод сантехнического отсоса, программируемый контроллер, компьютер, трубопроводы для газа высокого давления. Указанный бак регулирования уровня устанавливают под поверхностью электролита в электролизере, входной конец бака регулирования уровня соединяется с одним концом впускного ручного клапана и выпускного ручного клапана с помощью трубопроводов для газа высокого давления; трубопровод для газа высокого давления соединяется с ручным клапаном между впускным электромагнитным клапаном и выпускным электромагнитным клапаном, вход впускного ручного клапана соединяется с источником газа высокого давления с помощью трубопровода для газа высокого давления, оба конца указанного выпускного ручного клапана соединяются с ручными клапанами; входной конец ручного клапана соединяется с газом высокого давления через трубопровод для газа высокого давления, выход ручного клапана за впускным электромагнитным клапаном через трубопровод для газа высокого давления соединяется со входом ручного клапана перед выпускным электромагнитным клапаном, выход ручного клапана за выпускным электромагнитным клапаном соединяется с трубопроводом сантехнического отсоса; указанная труба для контроля уровня устанавливается в электролизере, ее нижнюю часть вводят в нижнюю часть электролита, выход трубы для контроля уровня электрически соединяется со входом датчика давления, выход датчика давления электрически соединяется со входом программируемого контроллера, выход программируемого контроллера электрически соединяется со входом компьютера, выход обработки компьютера электрически соединяется со входом обработки программируемого контроллера, выход обработки программируемого контроллера отдельно электрически соединяется с электромагнитным клапаном для впуска газа и электромагнитным клапаном для выпуска газа.
По сравнению с имеющейся технологией преимущества данной новой прикладной полезной модели таковы: агрегат для автоматического контроля уровня электролита в нескольких электролизерах состоит из трубы для контроля уровня, датчика давления, групп автоматических контролирующих клапанов, бака регулирования уровня, источника газа высокого давления, программируемого контроллера и компьютера. Значение давления в трубе для контроля уровня преобразуется в электрический сигнал с помощью датчика давления, а сигнал передается к программируемому контроллеру и компьютеру, программируемый контроллер и компьютер управляют группами автоматических контролирующих клапанов, газ высокого давления подается в бак регулирования уровня или выпускается из бака. Датчик давления получает давление из трубы для контроля уровня, преобразует его в электрический сигнал и передает программируемому контроллеру. Датчик давления может показывать давление на месте. Впускной ручной клапан и выпускной ручной клапан отдельно параллельно соединяются со впускным электромагнитным клапаном и выпускным электромагнитным клапаном, устанавливаются ручные клапаны перед электромагнитным клапаном и позади электромагнитного клапана, эти клапаны образуют группу автоматических контролирующих клапанов для впуска газа и выпуска газа. Программируемый контроллер управляет электромагнитными клапанами. Впускные и выпускные электромагнитные клапаны обычно закрыты, причем желательно, чтобы они были прямыми. Группа автоматических контролирующих клапанов может управляться вручную, что удобно для обслуживания. Программируемый контроллер принимает сигнал уровня от датчика давления, управляет электромагнитными клапанами и обменивается информацией с компьютером. Компьютер может обмениваться информацией с контроллером, исправлять программы управления уровнем, показывать уровень электролита в электролизере, записывать кривую истории уровня электролита в электролизере и печатать отчет. Данная новая прикладная полезная модель управляет уровнем электролита в электролизере, причем чем ближе уровень к 2680 мм, тем лучше. Пределы управления должны составлять 2680±5 мм.
При применении данного агрегата для автоматического контроля уровня электролита в электролизерах можно одновременно автоматически управлять уровнем электролита в нескольких электролизерах, повысить точность контроля уровня электролита в электролизерах, в результате чего повышается эффективность электрического тока, уменьшается удельный расход металлического магния. Уровни электролита во всех электролизерах могут одновременно показываться на одном экране, с помощью компьютера осуществляется концентрированный контроль уровней электролита во всех электролизерах. Ручной контроль уровня электролита в электролизере переходит в автоматический контроль, поэтому можно уменьшить количество работников на площадке.
Описание графических материалов
К данному агрегату для автоматического контроля уровня электролита в электролизерах приложены нижеследующие фигуры.
Фиг 1 показывает схему конструкции системы данного агрегата для автоматического контроля уровня электролита в электролизерах.
Фиг 2 показывает схему подробной конструкции системы данного агрегата для автоматического контроля уровня электролита в электролизерах.
В том числе: 1 электролизер; 2 электролит; 3 уровень электролита; 4 бак регулирования уровня; 5 труба для контроля уровня; 6 датчик давления; 7 впускной ручной клапан; 8 выпускной ручной клапан; 9 впускной электромагнитный клапан; 10 выпускной электромагнитный клапан; 11 ручной клапан; 12 источник газа высокого давления; 13 трубопровод сантехнического отсоса; 14 программируемый контроллер; 15 компьютер; 16 трубопроводы для газа высокого давления; 17 трубопровод для снятия давления.
Конкретный способ осуществления
Дальше фигура сверяется с примером осуществления и описывается данный агрегат для автоматического управления уровнем электролита в электролизерах.
Как показывают фигуры 1 и 2, данный агрегат для автоматического управления уровнем электролита в электролизерах включает в себя бак регулирования уровня (4), трубу для контроля уровня (5), датчик давления (6), впускной ручной клапан (7), выпускной ручной клапан (8), впускной электромагнитный клапан (9), выпускной электромагнитный клапан (10), ручной клапан (11), источник газа высокого давления (12), трубопровод сантехнического отсоса (13), программируемый контроллер (14), компьютер (15), трубопроводы для газа высокого давления (16). Указанный бак регулирования уровня (4) устанавливают под поверхностью электролита (2) в электролизере (1), входной конец бака регулирования уровня (4) соединяется с одним концом впускного ручного клапана (7) и выпускного ручного клапана (8) с помощью трубопроводов для газа высокого давления (16); трубопровод для газа высокого давления (16) соединяется с ручным клапаном (11) между впускным электромагнитным клапаном (9) и выпускным электромагнитным клапаном (10), вход впускного ручного клапана (7) соединяется с источником газа высокого давления (12) посредством трубопроводов для газа высокого давления (16), оба конца указанного выпускного ручного клапана (7) соединяются с ручными клапанами (11), входным концом ручного клапана (11), то есть, клапан находится сравнительно далеко от выпускного электромагнитного клапана (10), соединяются с источником газа высокого давления (12) посредством трубопроводов для газа высокого давления (16), выход ручного клапана (11) за впускным электромагнитным клапаном посредством трубопровода для газа высокого давления соединяется со входом ручного клапана (11) перед выпускным электромагнитным клапаном (10), выход ручного клапана (11) за выпускным электромагнитным клапана (10) соединяется с трубопроводом сантехнического отсоса (13); указанная труба для контроля уровня (5) устанавливается в электролизере (1), ее нижнюю часть вводят в нижнюю часть электролита (3), выход трубы для контроля уровня (5) электрически соединяется со входом датчика давления (6), выход датчика давления (6) электрически соединяется со входом программируемого контроллера (14), выход программируемого контроллера (14) электрически соединяется со входом компьютера (15), выход обработки компьютера (15) электрически соединяется со входом обработки программируемого контроллера (14), выход обработки программируемого контроллера (14) отдельно электрически соединяется с электромагнитным клапаном для впуска газа (9) и электромагнитным клапаном для выпуска газа (10).
Указанный программируемый контроллер (14) и компьютер (15) соединяются с несколькими трубами для контроля уровня (5) и впускными электромагнитными клапанами (9) и выпускными электромагнитными клапанами (10).
Пределы высоты контроля уровней составляют 2685±5 мм.
Высота контроля уровней составляет 2680 мм.
Пример осуществления 1
Принцип данной технологии: основным является агрегат ручного управления уровнем электролита в электролизерах, при этом присутствует агрегат автоматического управления, включая: датчик давления (6), впускной электромагнитный клапан (9) и выпускной электромагнитный клапан (10), программируемый контроллер (14) и компьютер (15). Датчик давления (6), впускной электромагнитный клапан (9) и выпускной электромагнитный клапан (10) отдельно соединяются с программируемым контроллером (14), а программируемый контроллер (14) соединяется с компьютером (15), так устроен агрегат автоматического управления уровнем электролита в электролизерах.
Указанный датчик давления (6) работает таким образом: давление в трубе для контроля уровня (5) прямо подают в датчик давления (6) с помощью трубопровода для снятия давления, затем датчик давления (6) превращает величину давления в сигнал и передает в программируемый контроллер. Датчик давления (6) может показывать величину давления на месте.
Бак регулирования уровня (4) и впускной ручной клапан (7) параллельно соединяются с впускным электромагнитным клапаном (9), выпускной ручной клапан (8) параллельно соединяется с выпускным электромагнитным клапаном (10), устанавливаются ручные клапаны (1) перед электромагнитным клапаном и позади электромагнитного клапана, эти клапаны образуют группу автоматических контролирующих клапанов для впуска газа и выпуска газа из бака регулирования уровня (4). Программируемый контроллер (14) управляет электромагнитными клапанами. Уровень электролита регулируют посредством активирования впускного электромагнитного клапана (9) или выпускного электромагнитного клапана (10), подачи газа высокого давления (12) в бак регулирования уровня (4) или выпуска газа высокого давления (12) из бака регулирования уровня (4). Впускной электромагнитной клапан (9) и выпускной электромагнитной клапан (10) обычно закрыты, желательно, чтобы они были прямыми. В случае прекращения электроснабжения электромагнитного клапана, данный процесс может управляться вручную. Устанавливаются ручные клапаны (11) перед электромагнитным клапаном и позади электромагнитного клапана, таким образом, в процессе работы электролизера можно демонтировать и ремонтировать электромагнитные клапаны.
Установленный программируемый контроллер (14) может принимать сигнал уровня из датчика давления (6), сравнивать со стандартным уровнем в предварительной программе, издавать команду управления впускным клапаном (9) и выпускным клапаном (10), так регулируется уровень электролита в электролизере (1). Также осуществляется одновременный обмен информацией с компьютером (15).
Установленный компьютер (19) может обмениваться информацией с программируемым контроллером (14), изменять программу управления уровнем, показывать уровень электролита в электролизере, записывать кривую истории и печатать отчет.
Как показано на фигуре 1, датчик давления (6) нескольких электролизеров, впускной электромагнитный клапан (9) и выпускной электромагнитный клапан (10) отдельно соединяются с компьютером (15), газ высокого давления (12) поставляется из источника газа впускному электромагнитному клапану (9) каждого электролизера (1) с помощью трубопровода для газа высокого давления (16).
Как показано на фигуре 2, в электролизере (1) хранится электролит (2) для производства, при этом электролит (2) образует уровень электролита (3), трубу для контроля уровня (5) погружают в электролит (2) бак регулирования уровня (4) погружают в электролит (2).
Газ высокого давления (12) поступает из источника газа в бак регулирования уровня (4) через трубопровод для газа высокого давления (16), ручной клапан (11), впускной электромагнитный клапан (9) и впускной ручной клапан (7). Отработанный газ (13) в баке регулирования уровня (4) выпускают в атмосферу с помощью трубопровода для газа высокого давления (16), ручного клапана (11), выпускного электромагнитного клапана (10) и выпускного ручного клапана (8).
Труба для контроля уровня (5) соединяется с трубопроводом для снятия давления (17) с помощью датчика давления (6). Датчик давления (6) может показывать величину давления на площадке.
Впускной ручной клапан (7) параллельно соединяется с впускным электромагнитным клапаном (9), выпускной ручной клапан (8) параллельно соединяется с выпускным электромагнитным клапаном (10), устанавливаются ручные клапаны (11) перед электромагнитным клапаном и позади электромагнитного клапана, эти клапаны образуют группу автоматических контролирующих клапанов для впуска и выпуска газа.
Датчик давления (6), впускной электромагнитный клапан (9) и выпускной электромагнитный клапан (10) отдельно соединяются с программируемым контроллером (14), а программируемый контроллер (14) соединяется с компьютером (15).
Датчик давления (6) преобразует величину давления в электрический сигнал и передает сигнал в программируемый контроллер (14). В производственных условиях уровень электролита в электролизере снижается вплоть до минимального уровня, программируемый контроллер (14) издает сигнал открытия впускного электромагнитного клапана (9) и газ высокого давления (12) подается в бак регулирования уровня (4) через впускной электромагнитный клапан (9). После подачи газа высокого давления (12) в бак регулирования уровня (4), уровень электролита повышается, вплоть до максимального уровня, программируемый контроллер (14) издает сигнал закрытия впускного электромагнитного клапана (9).Так уровень электролита в электролизере поддерживается в штатных пределах.
После загрузки хлористого магния в электролизер или по другим причинам, уровень электролита в электролизере становится выше максимального уровня, программируемый контроллер (14) издает сигнал открыть электромагнитный клапан для выпуска газа (10), отработанный газ (13) из бака регулирования уровня (4) входит через электромагнитный клапан для выпуска газа (10). Затем уровень электролита снижается вплоть до минимального уровня, программируемый контроллер (14) издает сигнал закрыть электромагнитный клапан для выпуска газа (10), так уровень электролита в электролизере поддерживается в штатных пределах.
В случае отсечения тока или при ремонте, можно вручную контролировать уровень с помощью газа высокого давления (12), ручного клапана (11), впускного ручного клапана (7), выпускного ручного клапана (8) и бака регулирования уровня (4).
Компьютер (15) принимает информацию из программируемого контроллера (14), показывает величину уровня, записывает кривую истории, предоставляет функции исправления экрана управления уровнем и печатает отчет.
С применения агрегата автоматического управления уровнем электролита в электролизере, предел управления сокращается. Пределы управления должны составлять 2680±5 мм.
Надзор и контроль уровня электролита в существующем электролизере осуществляется вручную, хотя уровнем управляют в широких пределах 2690±10 мм из-за надзора не по требованию, время работы по нештатному уровню занимает 30%-40% от общего времени хода. Удельный расход электроэнергии достигает 10426кBT*ч/т-Mg. С применением данного прикладного агрегата автоматического управления уровнем электролита в электролизере, уровень устанавливается и удерживается в пределах 2685±5 мм, время работы по нештатному уровню занимает меньше 1% от общего времени хода, в результате чего удельный расход электроэнергии снижается до 10213кBT*ч/т-Mg, эффективность тока повышается примерно на 2%.
В настоящее время, как правило, один рабочий работает на 4 электролизерах, а с применением данного агрегата, один рабочий сможет работать на 6-8 электролизерах, еще один рабочий будет управлять уровнями электролита во всех электролизерах, так уменьшается количество рабочих на месте.