銅電解直流供電母排布置的新型設(shè)計模式

銅電解直流供電母排布置的新型設(shè)計模式李光海;鐘忠【摘要】介紹了銅電解槽短接方式和采用短路開關(guān)工藝的傳統(tǒng)開關(guān)布置及母排連接特點，為了減少母排用量、降低工程造價、減少開關(guān)與母排布置和工藝管道之間的沖突，采用了新的設(shè)計思路，重新規(guī)劃電解槽組的電流流向，以新穎的方式布置各槽組短路開關(guān)的安裝位置和連接形式，并重新設(shè)計了母排T形交叉和十字交叉處的連接，采用了全新的連接方式.通過一系列的優(yōu)化設(shè)計，提升了安裝后的美觀實用性，大幅節(jié)約了母排用量，取得明顯的經(jīng)濟效益.【期刊名稱】《云南冶金》【年(卷)，期】2016(045)003【總頁數(shù)】4頁(P102-105)【關(guān)鍵詞】電解槽;母排;短接開關(guān);連接方式【作者】李光海;鐘忠【作者單位】云南銅業(yè)股份有限公司冶煉加工總廠，云南昆明650102;云南銅業(yè)股份有限公司冶煉加工總廠，云南昆明650102【正文語種】中文【中圖分類】TF811刖言銅為國家戰(zhàn)略性資源，同時對于企業(yè)來說，工藝流程中減少銅的固定投入可以節(jié)約大量的固定資產(chǎn)投資。為此，如何在新建銅電解車間節(jié)約導電銅排的使用，成為設(shè)計人員應(yīng)該考慮的重要問題。根據(jù)國家對銅電解產(chǎn)能的限制，10萬t以上的電解產(chǎn)能成為發(fā)展的必然趨勢。在工程設(shè)計中，為了生產(chǎn)需要，要把電解槽平均布置成幾大組（槽組），在每組槽子加料和出銅時，用旁路短接該槽的直流電，達到不影響其他組繼續(xù)生產(chǎn)的目的。最傳統(tǒng)的短接方式，是采用單根較大截面的導電銅排，安裝在每組槽子邊緣，靠頭槽和尾槽伸出槽子邊緣的槽邊母排受力。電解時，槽邊母排和短接母排之間墊上絕緣墊，短接母排沒有電流通過。陽極裝槽和陰極銅出銅前，抽出頭尾的絕緣墊，電流從短接母排流向下一組槽子，該槽組內(nèi)不再有電流通過。這種方式下，當每組電解槽比較多，達到一定長度時，槽邊短接銅排就會很重，工人操作難度就會增加，抽出和墊上墊片都不太容易，而且容易受熱變形，導致無法進行短路操作。在電流通斷瞬間，還會產(chǎn)生弧光和爆炸聲，影響安全生產(chǎn)。當需要大電流生產(chǎn)時，槽邊短接銅排的截面更是大到無法采用此種方式作業(yè)的地步。于是，采用大電流短路開關(guān)代替人工短接的工藝出現(xiàn)了。油絕緣短路開關(guān)通常安裝在槽下地面上，新型懸掛式短路開關(guān)可安裝在半空，靠槽下母排水平吊掛，一般安裝在槽組之間的相對開闊處。一般的做法，每一槽組用一臺短路開關(guān)，傳統(tǒng)的布置形式如下圖所示（圖1）:上圖槽組和短路開關(guān)的布置關(guān)系，以及銅母排連接方式，是國內(nèi)大部分銅電解廠慣用的做法（不包括槽子組數(shù)）。采用這種布置形式，有以下不足：（1）每臺短路開關(guān)兩端都有長長的母排連接槽組的頭尾，需要耗費大量的母排，造價較高。（2）短路開關(guān)大多安裝在槽組之間的走道下方，而該部位有大量的工藝管道，給短路開關(guān)和母排安裝帶來很多障礙，不得已只好平移到槽下，造成每一段和各槽組頭尾的連接都更加繁瑣和別扭。（3）短路開關(guān)布置過于分散，導致每臺開關(guān)附近的控制箱電源線敷設(shè)需要耗費大量的導線和穿線管。（4）當采用DCS遠程監(jiān)控時，每臺控制箱之間的通訊總線敷設(shè)顯得過于冗長和浪費。為了降低工程造價，盡量減少和工藝管道之間的沖突，需要考慮更優(yōu)的布置形式。經(jīng)過精心的設(shè)計優(yōu)化，做了如下改進（圖2）:上圖中，為保證系統(tǒng)的先進性，以及短路開關(guān)的布置形式，采用了懸掛式開關(guān)，此種開關(guān)因具有眾多優(yōu)點，近年來已得到廣泛的認可和使用，它具有體積小、重量輕、易安裝、低功耗、長壽命的特點，各開關(guān)的現(xiàn)場控制箱內(nèi)有PLC進行就地控制，還可通過通訊總線的聯(lián)結(jié)依托DCS系統(tǒng)實現(xiàn)開關(guān)的集中監(jiān)控。上圖的布置形式具有以下特點:（1）槽組的電流流向進行了重新編排設(shè)計（需要槽間板的工藝設(shè)計與之配合調(diào)整），所有短路開關(guān)均安裝在更開闊的走道板下方，且多臺在一條直線上布置，體現(xiàn)出設(shè)計的藝術(shù)性。（2）按槽組電流流向自編的序號，與對應(yīng)的各臺短路開關(guān)編好序號后，可看出短路開關(guān)序號編排呈現(xiàn)出一條線的規(guī)律，不但使得現(xiàn)場巡檢異常方便，更體現(xiàn)出了設(shè)計的精巧。（3）不少序號相鄰的兩臺短路開關(guān)可共用一大段公共母排，如（3、4）、（5、6）、（7、8）、（10、11），使母排用量得到最大化的節(jié)約。（4）大部分的短路開關(guān)在一條線上布置緊密，使得開關(guān)控制箱布線可以采用匯線橋架，更容易做得美觀，電源線也可以串接，通訊總線也大幅縮短。（5）從2~9號短路開關(guān)之間及其周邊母排連接特點可看出，如果土建、工藝、電氣各專業(yè)布置得恰當，開關(guān)之間的間距可以有規(guī)律的分配，從而該部分的母排可以做到批量加工，使工廠預制時間得以縮短。好的設(shè)計方案要做得精細，需要從各個方面優(yōu)化，本例中，母排交叉處的連接處理，是一個不可忽視的大問題。4.1傳統(tǒng)交叉連接方式在槽下母排的連接中，很多部位都會遇到T型連接和十字交叉連接。國內(nèi)眾多電解廠內(nèi)的母排連接，一般采用如下方式，如圖3、圖4所示：從上面幾幅圖可以看出，在T形和十字形連接處的設(shè)計和安裝都不太美觀，還顯得復雜，需要同時制作不同尺寸的門型連接母排進行搭接，尤其十字形連接，顯得過于繁瑣。而多片大截面母排疊裝在一起，本身硬度就很大，只要加工、打孔或安裝時稍有誤差，就很難糾正過來。在布置擁擠的場合，采用此法也難于實施。由于需要門型連接件搭接，導致母排的整體安裝標高被迫下降。而門型連接件改到下方更不方便，因為下方有支撐母排的通長布置的槽鋼支架。4.2改進后的交叉連接方式經(jīng)設(shè)計改進后的連接方式發(fā)生了根本的變化，如下圖所示。此種連接方式的特點有：1） 所有母排的水平連接均可按同一個標高進行設(shè)計，安裝后的美觀實用性大大提升。2） 沿電流流向，在經(jīng)過T形連接和十字連接部位后，在另一端靠近連接處用一些銅墊片插入各片母排之間的空隙位置，并用螺栓或夾具緊固?？拷B接處的墊片除了弓I導電流折返導通到T接段或兩交叉段的作用，還起到避免同一長段多片立式母排的左右兩半邊產(chǎn)生方向相反的電流而形成的排斥作用。3） 圖中所示水平端，采用搭接方式，可降低整體制作難度。搭接部位還起到引導電流按電流流向繼續(xù)向前流動的作用。4） 省去了門型連接件，在降低制作安裝難度、提升美觀性的同時，可節(jié)省一定的母排用量。5） 可在加工廠或地面整體組裝或分段組裝后吊裝，加快安裝進度。4.3多交叉環(huán)境中的運用特點此種連接方式，在多交叉環(huán)境中應(yīng)用時，更能體現(xiàn)出極大的優(yōu)勢，除了能保證安裝標高的統(tǒng)一性，還體現(xiàn)出了母排連接的藝術(shù)性和整體美觀實用性。每一處需要插入墊片的部位也無需預先打孔，只需用夾具夾緊即可，使安裝帶來更大的方便性和靈活性。如圖6所示。優(yōu)化設(shè)計后的方案也存在不足之處，因為母排安裝頂標高一般在2.5m以上，所有槽下母排的連接按同一個標高進行設(shè)計時，由于短路開關(guān)吊掛在母排上，開關(guān)的高度也制約了巡視、檢修的方便性。處理方法有兩種：一是在每臺開關(guān)所處位置的上方走道板上預先開一個較大的長方形天窗，并用防腐材料制作的蓋板蓋住，檢修時移開蓋板，人員下去后站在母線上檢修。二是每臺開關(guān)兩端的母排各連接一段豎直向下的母排來降低開關(guān)的安裝標高，以犧牲一些美觀性和設(shè)計安裝方便性來達到利于地面檢修的目的。實踐證明，采用第一種方法，巡視人員日常不容易觀察到短路開關(guān)存在的故障隱患，走道板上開孔處的蓋板，也基本只是檢修時才移開。而且，站在母線上檢修，空間受限，檢修人員更換部件顯得很不方便。因此，宜采用第二種方法即降低開關(guān)安裝標高進行設(shè)計安裝。以年產(chǎn)18萬t電解銅的規(guī)模布置的槽組，按照傳統(tǒng)設(shè)計方案，所需的直流供電母排，需要390t以上。而采用優(yōu)化方案后，需要330多t，節(jié)省14.7%左右，具有很明顯的經(jīng)濟效益。【相關(guān)文獻】馮忠.冶煉廠銅電解直流母線配置方案設(shè)計及改進[J].有色冶金設(shè)計與研究，1994，15(1):1013.張俊，謝迎松.直流母線短接開關(guān)更新實踐[J].中國有色冶金,2011(6)