九區(qū)控制方案合作建議書

PAGEPAGE89區(qū)控制方案合作建議書對電解質溫度、液相線溫度、過熱度和陰極壓降進行測量并進行9區(qū)控制的實施方案目的：賀利氏電測騎士（簡稱HEN）與鋁廠進行技術合作，共同開發(fā)一種完善的電解槽控制程序（試驗合作協議在HEN與鋁廠之間簽定）。這個控制程序是基于對電解質溫度、液相線溫度、過熱度和陰極壓降的常規(guī)測量，并將測量結果應用到更準確的9區(qū)控制模型中?？刂品桨福哼@個建議書包括4個階段的控制程序，并且重點研究第2和第3階段。所有的階段先作一個總結，闡述一下整個程序是如何用Cry-O-Therm復合式傳感器,測溫探頭Positherm-Al和Cry-V-Therm復合式傳感器作為常規(guī)的測量工具。然后在文章中再詳細闡述該建議書完成本方案第2、3階段的詳細試驗計劃。2.1第1階段：基準試驗主要是構建一個頻率分布圖或一個電解系列過熱度和液相線分布的“快照”。數據表明了該鋁廠還有多少可提高改進的空間。在這個階段也要弄清楚在目前的控制程序下過熱度和液相線溫度的變化幅度大小。因此這些數據為將來程序控制實驗提供一個基礎。第2階段：模型創(chuàng)建和階段響應試驗首先判定電解質溫度、液相線溫度和過熱度是如何被控制的。主要的控制工具是通過對陽/陰極距離（ACD）的調整（即調整電壓）來調整電解質溫度在指定的控制范圍內。液相線的移動可通過結殼的動態(tài)變化來預測。如果電解質溫度與目標溫度偏差越大，電壓調整就越大。次要的控制工具是根據液相線溫度加權移動平均值變化到控制范圍以外來調整AlF3加入量，這是因為此時由于電解質溫度和過熱度的限制不可能調整槽電壓。此外，9區(qū)控制方案中不需要對熔池取樣進行化學分析AlF3的量。先選擇一個目標的電解質溫度并且設定控制限度在這個目標范圍內。還要選擇一個目標的液相線溫度加權平均值（基于4點測量）并且設定控制限度在這個目標范圍內。我們使用的是液相線溫度加權平均值而不是實際的液相線溫度，因此化學添加劑是根據電解槽的變化趨勢而不是實際的測量。這樣避免了化學添加劑短期內大的波動對電解槽的過度反應所導致的超過目標控制限度和破壞電解槽的穩(wěn)定性的后果。控制程序是以9區(qū)控制模型（參見圖1）為基礎，并隨著試驗的進行進一步修正。推薦每天用過熱度測量傳感器Cry-O-Therm或測溫探頭PosithermAl進行測量。檢`5594595594596595596595593AlF<5IfSHV5IfSHCheckSHHighLiqHighTb3AlFV=SetpointHighLiqTbOKVHighLiqLowTb=Setpoint3AlFVIfSH>5CheckSHLiqOKHighTb=SetpointV=Setpoint3AlFLiqOKTbOK=Setpoint3AlFVLiqOKLowTbVIfSH>5CheckSHLowLiqHighTb3AlFV=SetpointCheckSHLowLiqTbOK20VSetpointSHVIfSH<203AlFCheckSHLowLiqLowTb987654321toPkcehC`559459高低559459659559高低659559熔池溫度°C檢`5594595594596595596595593AlF<5IfSHV5IfSHCheckSHHighLiqHighTb3AlFV=SetpointHighLiqTbOKVHighLiqLowTb=Setpoint3AlFVIfSH>5CheckSHLiqOKHighTb=SetpointV=Setpoint3AlFLiqOKTbOK=Setpoint3AlFVLiqOKLowTbVIfSH>5CheckSHLowLiqHighTb3AlFV=SetpointCheckSHLowLiqTbOK20VSetpointSHVIfSH<203AlFCheckSHLowLiqLowTb987654321toPkcehC`559459高低559459659559高低659559熔池溫度°C四點加權平均液相線溫度熔液溫度OK高熔液溫度四點加權平均液相線溫度熔液溫度OK高熔液溫度低熔液溫度321低液相線溫度低液相線溫度低液相線溫度低液相線溫度低液相線溫度低液相線溫度檢查SH檢查SH檢查SHVIfSH<20檢查SHV=設置點VIfSH<20檢查SHV=設置點20V20V=設置點SHAlFVIfSH>53AlFAlFVIfSH>53AlF查3高熔液溫度64查3高熔液溫度64熔液溫度OK熔液溫度OK低熔液溫度5電液相線溫度OK液相線溫度OK液相線溫度OK電液相線溫度OK液相線溫度OK液相線溫度OK檢查SH檢查SH=設置點VVIfSH>5V=設置點VVIfSH>5V解AlF3=設置點=解AlF3=設置點=設置點AlF=設置點3AlF=設置點3AlF3987987槽高熔液溫度熔液溫度OK低熔液溫度槽高熔液溫度熔液溫度OK低熔液溫度高液相線溫度高液相線溫度高液相線溫度高液相線溫度高液相線溫度高液相線溫度檢查SH檢查SHV=設置點IfSHV5IfSHV5V3AlFV3AlF3AlF<5IfSH3AlF<5IfSH圖1：9區(qū)控制模型SH—過熱度V—槽電壓陰極壓降的測量可用作槽底沉淀物和底部結晶形成的早期報警系統(tǒng)。如果電解操作是在較高的AlF3水平下進行的，那么這種現象極有可能發(fā)生。每4天一次的測量頻率通常會滿足要求。在實施這個模型之前，需要確定氧化鋁下料、陽極作業(yè)、出鋁、電壓調整和氟化鋁（AlF3）加入量對電解槽電解質溫度、液相線溫度和過熱度的影響。2.3第3階段：模型的確認試驗精確地建立9區(qū)控制模型和控制電解槽的程序表，以及追蹤整個進程情況需要3個月的時間。建議至少用20個電解槽進行試驗。測量應該在電解槽處于熱平衡受最小程度地干擾下的穩(wěn)定狀態(tài)下完成，熱平衡通常就在更換陽極之前改變。以4天為一個測量周期：第一天：用過熱度測量傳感器Cry-O-Therm測量電解質溫度、液相線溫度第二天：用測溫探頭PosithermAl測量電解質溫度第三天：用過熱度測量傳感器Cry-O-Therm測量電解質溫度、液相線溫度第四天：用陰極壓降測量儀C-V-Therm測量電解質溫度，陰極壓降在不測量液相線溫度的工作日里，9區(qū)控制程序將用來預測過熱度和液相線溫度。對比一下另外的用原來程序控制的20個電解槽（不用9區(qū)控制方案），每周用過熱度測量傳感器Cry-O-Therm監(jiān)測一次，這樣可以根據電解質溫度、液相線溫度和過熱度的平均值和標準偏差來比較試驗槽的性能。2.4第4階段：節(jié)約工業(yè)成本的試驗一旦精確建立好控制模型，最后階段就是約定監(jiān)控電解槽性能的方法和如何測定所希望的成本節(jié)約所帶來的效益。有可能用舊的控制程序對相同部分電解槽進行性能監(jiān)控。新的控制程序（9區(qū)控制方案）應該進行4～6個月的測試以評估一下應用新方案后可能獲得的費用節(jié)約。按計劃試驗需要50～100個電解槽或一個電解車間，軟件裝入生產過程控制計算機中，直接通過工廠計算機而不是手冊式的程序表來直接控制電解槽。在第4階段末可以決定是否將這個控制方案引進到整個電解鋁廠。3．第2階段的試驗計劃：本試驗采用3×8小時的輪班生產方式。實際的班次變化會因陽極作業(yè)、出鋁等而改變，這個因素應該考慮進去并且可能調整一下測量進度、測量頻率和探頭的消耗。然而，這個建議書是用于計劃所需的時間和實施這個9區(qū)控制方案所需的大概費用。氧化鋁下料的影響每3小時填料一次，在原來穩(wěn)定的電解槽中2個完整的填料周期內追蹤觀察原料填入對電解質溫度、液相線溫度、過熱度的影響。每10分鐘測量一次，6次/小時×8小時=48次2個電解槽需要2×48=96個COT傳感器陽極作業(yè)的影響在原來穩(wěn)定的電解槽中追蹤觀察陽極作業(yè)對電解質溫度、液相線溫度、過熱度的影響并且確定電解槽從干擾狀態(tài)下（指由于陽極作業(yè)所引起的）恢復所需的時間。更換陽極應該選擇最接近測量位置（出鋁口）和最遠的角落處（2種陽極作業(yè)模式）以觀察最大和最小影響。在陽極作業(yè)之前2小時（1個傳感器/小時）=2次測量在陽極作業(yè)之后的前12小時（1個傳感器/小時）=12次測量在陽極作業(yè)之后的12-32小時（2個傳感器/8小時班次）=6次測量20個傳感器/電解槽×2種陽極作業(yè)模式×2個電解槽=80個COT傳感器出鋁的影響在原來穩(wěn)定的電解槽中追蹤觀察出鋁對電解質溫度、液相線溫度、過熱度的影響并且確定電解槽從干擾狀態(tài)下（指出鋁所引起的）恢復所需的時間。在出鋁之前2小時（1個傳感器/小時）=2次測量在出鋁之后的前12小時（1個傳感器/小時）=12次測量在出鋁之后的12-32小時（2個傳感器/8小時一班）=6次測量20個傳感器/電解槽×2個電解槽=40個COT傳感器（4）電壓調整的影響“診斷法電解槽控制”需要冰晶石溫度測量儀每48小時的測量，最好剛剛在陽極更換之前進行。每天測量電解質溫度而液相線溫度和過熱度根據模型來預測。因此，如果電壓需要變化，可以相應的每24小時進行調整。電壓調整大小將依據電解質溫度與目標值的偏離和過熱度大小。需要確定長時間對電壓調整的反應。選擇原來穩(wěn)定的電解槽測量如下：在電壓改變之前2小時（1個傳感器/小時）=2次測量在電壓調整之后的前12小時（1個傳感器/小時）=12次測量在電壓調整之后的12-32小時（2傳感器/8小時一班）=6次測量每個電解槽需要的傳感器數=20個電壓調整計劃：mV需傳感器數量＋502個電解槽×32小時=2×20個傳感器=40個＋1002個電解槽×32小時=2×20個傳感器=40個＋2002個電解槽×32小時=2×20個傳感器=40個＋3002個電解槽×32小時=2×20個傳感器=40個－502個電解槽×32小時=2×20個傳感器=40個－1002個電解槽×32小時=2×20個傳感器=40個－1502個電解槽×32小時=2×20個傳感器=40個－2002個電解槽×32小時=2×20個傳感器=40個所需傳感器總數=8種電壓調整水平×40=320個COT傳感器氟化鹽添加的影響采用3×8小時的輪班生產方式，每24小時測量電解質溫度。因此，如果由于電解質溫度和過熱度的限制不允許改變槽電壓，這時可以調整氟化物的加入量使液相線加權平均在某一限度內移動。對氟化物加入量的改變建議每24小時一次，并立即進行測量。填加比例由工廠決定。標準填加量（STD）是保持熔液化學成分穩(wěn)定所需的氟化鋁填加量，熔液化學成分穩(wěn)定達到目標的液相線溫度，例如每24小時加20kg的氟化鋁，這個數值將依賴于電解槽槽齡，這樣每一個電解槽有其獨自的氟化鋁填加量設置值。有必要追蹤觀察氟化物添加對電解質溫度、液相線溫度、過熱度的短期和長期影響。建議對預定的氟化物加入量監(jiān)控1個月。計劃第一周第二周第三周第四周A標準填加量?標準填加量標準填加量標準填加量B標準填加量標準填加量標準填加量標準填加量C標準填加量1?標準填加量標準填加量標準填加量D標準填加量2倍標準填加量標準填加量標準填加量選擇原來穩(wěn)定的電解槽：每種填加水平2個電解槽。每24小時的測量剛好在陽極作業(yè)之前。每24小時設置填加量，立即用冰晶石溫度測量儀進行測量。如果因填加比例造成電解槽不穩(wěn)定的，應將這些電解槽排除在試驗之外。4周所需傳感器總數=28次測量/槽×2槽/填加水平×4種填加水平=224個傳感器第2階段所需傳感器總數=840個COT傳感器4．第3階段的試驗計劃：基于9區(qū)控制模型和第2階段試驗數據進行為期12周的模型確認試驗。這個試驗是以3×8小時的輪班生產方式為基礎（這可以根據工廠的實際生產情況改變）。例如，20個試驗用電解槽，每24小時測量一次，測量通常是在陽極作業(yè)之前，時間表還可以根據工廠的實際情況改變。再選擇20個對比試驗槽，每周用冰晶石溫度測量儀測量一次。如果需要的話，根據第2階段的電壓模型每24小時進行電壓調整。根據第2階段的氟化物模型每24小時進行氟化物填加。開始氟化物的填加量依據電解槽的槽齡，然后依據第2階段的氟化物模型進行調整。電解質溫度目標值—由工廠來選擇（舉例來說960°C，那么控制范圍為955～965°C）液相線溫度加權平均（基于4點測量）目標值—由工廠來選擇（舉例來說950°C，那么控制范圍為945～955°C）每月測量時間表：第一周第二周第三周第四周星期一星期二星期三星期四星期五星期六星期日COTCVTCOTPosPosCOTCVTCOTCOTPosCOTCVTCVTCOTPosCOTCOTCVTCOTPosPosCOTCVTCOTCOTPosCOTCVT12周試驗每個電解槽所需的傳感器數量：過熱度測量傳感器Cry-O-Therm(COT)45測溫探頭PosithermAl(Pos-Al)21陰極壓降測量傳感器C-V-Therm(CVT)21第3階段所需傳感器總數=45×20個電解槽=900個COT傳感器13×20個電解槽=260個COT傳感器（比較槽每周一次）21×20個電解槽=420個Pos-Al傳感器21×20個電解槽=420個CVT傳感器5．總結5.1讓我們總結一下第2和第3階段所需的傳感器總數=2000個COT傳感器（包括可選的用于比較的260個傳感器）=420個Pos-Al傳感器=420個CVT傳感器考慮總的成功率、訓練使用和傳感器的包裝損耗，以下為推薦的傳感器使用數量：=2205個COT傳感器（63箱）=500個Pos-Al傳感器（10箱）=500個CVT傳感器（10箱）5.2時間表：從計劃開始：1個月——第2階段模型創(chuàng)建和階段響應試驗1個月——數據評估和創(chuàng)建模型程序表3個月——第3階段—模型確認試驗完成2+3階段需6個月時間6兩方（HEN和鋁廠）共同合作建議書鋁廠承擔所有以上試驗所需的傳感器費用。賀利氏電測騎士將提供2周人力支持（至少2人）來幫助鋁廠進行第2階段的試驗。鋁廠應該提供人力進行第2、3階段的試