項(xiàng)目背景
電解槽由槽體、陽(yáng)極和陰極組成，多數(shù)用隔膜將陽(yáng)極室和陰極室隔開(kāi)。按電解液的不同分為水溶液電解槽、熔融鹽電解槽和非水溶液電解槽三類。當(dāng)直流電通過(guò)電解槽時(shí)，在陽(yáng)極與溶液界面處發(fā)生氧化反應(yīng)，在陰極與溶液界面處發(fā)生還原反應(yīng)，以制取所需產(chǎn)品。
煉制鋁的主要設(shè)備是鋁電解槽，鋁電解是一種在電解槽內(nèi)進(jìn)行的電化學(xué)反應(yīng)，它以碳素材料作為陽(yáng)極，鋁液作為陰極，直流電流由陽(yáng)極導(dǎo)入，經(jīng)過(guò)電解質(zhì)和鋁液，由陰極導(dǎo)出。鋁電解槽生產(chǎn)系統(tǒng)中，因陰極板的平整度較差、陰陽(yáng)極間距離不均勻而出現(xiàn)電流分布不均勻現(xiàn)象，繼而陰極板上產(chǎn)生結(jié)粒引發(fā)短路及極板溫度升高，這會(huì)造成電能消耗增大、鋁產(chǎn)量急劇下降。
傳統(tǒng)的檢測(cè)方法主要是熱電偶、熱電阻等接觸式測(cè)溫和通過(guò)人工使用點(diǎn)溫槍的手工測(cè)溫兩種方式，接觸式測(cè)溫需要將感溫元件緊貼在被測(cè)物物表面，易受傳輸距離、導(dǎo)線電阻等因素影響，手工測(cè)溫耗時(shí)費(fèi)力，勞動(dòng)強(qiáng)度大，安全性差，溫度數(shù)據(jù)時(shí)效性差。國(guó)外也有采用傳感器監(jiān)測(cè)電解槽電壓，這種系統(tǒng)對(duì)于傳統(tǒng)工藝的電解槽檢測(cè)短路的效果差且成本昂貴，不適應(yīng)當(dāng)前的應(yīng)用需求。
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設(shè)計(jì)目標(biāo)
電解槽一旦發(fā)生故障，將會(huì)極大的影響電解槽的生產(chǎn)效率以及金屬的品級(jí)率，加之傳統(tǒng)的電解槽故障檢測(cè)方式已經(jīng)難以適應(yīng)大規(guī)模工業(yè)化電解槽生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)，對(duì)于故障的檢測(cè)準(zhǔn)確率和效率低下，無(wú)法給企業(yè)提供準(zhǔn)確的故障信息和設(shè)備的最佳檢修時(shí)機(jī)，極易造成生產(chǎn)企業(yè)的大規(guī)模故障停產(chǎn)事故，并且定位故障位置較差。因此電解槽生產(chǎn)企業(yè)急需一種自動(dòng)化監(jiān)控設(shè)備，可以對(duì)電解槽實(shí)現(xiàn)全面、準(zhǔn)確、實(shí)時(shí)、自動(dòng)預(yù)警的在線監(jiān)測(cè)。
隨著自動(dòng)化技術(shù)和紅外熱成像技術(shù)的快速發(fā)展，利用紅外熱像儀監(jiān)控電解槽設(shè)備故障已經(jīng)發(fā)展成熟。根據(jù)電解槽行業(yè)故障數(shù)據(jù)記錄顯示，電解槽發(fā)生故障時(shí)會(huì)出現(xiàn)明顯的溫度變化，溫度急劇變化的位置就是故障位置，而通過(guò)肉眼等可見(jiàn)光的方式是無(wú)法敏感的捕捉溫度變化的區(qū)域，如何清晰的顯示電解槽溫度的變化是電解槽監(jiān)控的關(guān)鍵點(diǎn)。
紅外熱像儀是專門(mén)用于測(cè)溫的機(jī)器，可以實(shí)現(xiàn)全方位的溫度檢測(cè)，滿足全天候、多角度、精準(zhǔn)測(cè)溫、自動(dòng)預(yù)報(bào)警等功能，如果電解槽發(fā)生溫度異常，可以提醒生產(chǎn)單位及時(shí)進(jìn)行檢修，避免產(chǎn)生更大的安全問(wèn)題，減少經(jīng)濟(jì)損失以及人員損傷。同時(shí)生產(chǎn)單位根據(jù)溫度異常的數(shù)據(jù)進(jìn)行整理分析，對(duì)安全問(wèn)題進(jìn)行歸納總結(jié)，為之后判斷安全問(wèn)題提供參考。
?電解槽
2.1電解槽斷面示意圖
2.2電解槽三維結(jié)構(gòu)模擬圖
工業(yè)鋁電解槽通常分為陰極結(jié)構(gòu)、上部結(jié)構(gòu)、母線結(jié)構(gòu)和電氣絕緣四大部分，如圖2.1位電解槽斷面示意圖，圖2.2位電解槽三維結(jié)構(gòu)模擬圖，陰極是指盛裝電解熔體（包括熔融電解質(zhì)和鋁液）的容器，包括槽殼及其所包含的內(nèi)襯砌體，槽體（金屬槽殼）之上的金屬結(jié)構(gòu)部分，統(tǒng)稱上部結(jié)構(gòu)，它可分為承重桁架、陽(yáng)極提升裝置、打殼下料裝置、陽(yáng)極母線和陽(yáng)極組、集氣和排煙裝置。整流后的直流電通過(guò)鋁母線引入電解槽上，槽與槽之間通過(guò)鋁母線串聯(lián)而成，所以電解槽有陽(yáng)極母線、陰極母線、立柱母線和軟帶母線。在電解槽系列上，系列電壓達(dá)數(shù)百伏至上千伏，盡管人們把零電壓設(shè)置在系列中間，但系列兩端電壓仍高達(dá)500V左右，一旦短路，易出現(xiàn)人身和設(shè)備事故，而且，電解用直流電，槽上設(shè)備用交流電，若直流竄入交流系統(tǒng)，會(huì)引起設(shè)備事故，需進(jìn)行交、直流隔離。因此需要對(duì)電解槽進(jìn)行全面監(jiān)控，防止出現(xiàn)故障事故。
紅外熱像儀在電解槽監(jiān)測(cè)中的作用
電解槽在運(yùn)行過(guò)程中，當(dāng)出現(xiàn)電極板排列不均勻、陽(yáng)極泥附著到陰極表面上時(shí)，會(huì)發(fā)生兩極間短路現(xiàn)象，造成該極板上瞬時(shí)電流過(guò)大，溫度異常升高，電解精煉的目的是進(jìn)一步去除火法精煉難以除去、對(duì)鋁的導(dǎo)電性能和機(jī)械性能有損害的雜質(zhì)，并且回收火法精煉鋁中含有的有價(jià)元素，但是電解槽極板間短路會(huì)嚴(yán)重影響電解效率和冶煉金屬的品級(jí)率，因此，采取手段對(duì)電解槽進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)，發(fā)現(xiàn)故障及時(shí)維修十分重要。紅外熱像儀通過(guò)接收物體的紅外輻射，經(jīng)過(guò)系統(tǒng)處理顯示帶溫度的紅外熱像圖，并將實(shí)時(shí)的紅外熱圖像傳輸至監(jiān)控中心，溫度越高，紅外輻射能量越強(qiáng)。若電解槽極板上的溫度過(guò)高，在紅外熱像圖上會(huì)發(fā)現(xiàn)該處顏色與周?chē)黠@不同，從而迅速的定位出發(fā)生故障的位置，按照監(jiān)控中心的指揮，技術(shù)人員可以及時(shí)檢修電解槽及配套設(shè)備故障區(qū)域。利用紅外熱像儀對(duì)電解槽進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，不僅可以保證企業(yè)的連續(xù)、穩(wěn)定性生產(chǎn)，而且可以可以更好的發(fā)現(xiàn)設(shè)備故障，及時(shí)檢修，延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命，為企業(yè)創(chuàng)造更大效益。
熱像儀選型
根據(jù)電解槽的工作溫度，選用Yoseen X系列紅外熱像儀，分辨率為384×288，該熱像儀屬于在線式測(cè)溫型紅外熱像儀，通過(guò)接收物體發(fā)射的紅外線，經(jīng)過(guò)一系列的處理，可形成物體表面的熱圖像，并進(jìn)行相關(guān)部位的溫度測(cè)量，有助于發(fā)現(xiàn)電解槽故障隱患。滿足電解槽溫度的實(shí)時(shí)、全天候、精準(zhǔn)測(cè)溫要求，選擇測(cè)溫檔為雙檔。
?防護(hù)罩
考慮到工業(yè)電解槽為強(qiáng)酸強(qiáng)堿應(yīng)用場(chǎng)合，采用聚四氟乙烯護(hù)罩，有效防止電解液蒸發(fā)對(duì)設(shè)備的損壞和腐蝕，且考慮到現(xiàn)場(chǎng)為北方氣候，冬天容易出現(xiàn)霧氣影響，防護(hù)罩密封性要強(qiáng)，同時(shí)增強(qiáng)防護(hù)罩的防雨水功能，必要時(shí)增加干燥劑，防止霧氣、水汽干擾。
單光耐腐護(hù)罩
?系統(tǒng)組成
紅外熱成像電解槽監(jiān)控系統(tǒng)由中心監(jiān)控管理系統(tǒng)、傳輸系統(tǒng)、紅外熱成像系統(tǒng)、供電系統(tǒng)組成。
（1）中心監(jiān)控管理系統(tǒng)
主要實(shí)現(xiàn)視頻信號(hào)的圖像顯示、錄像控制，遠(yuǎn)程控制、數(shù)據(jù)壓縮處理、網(wǎng)絡(luò)傳輸、系統(tǒng)控制管理、防火預(yù)警及數(shù)據(jù)庫(kù)管理。向指揮調(diào)度人員提供全面的、清晰的、可操作的、可錄制、可回放的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)圖像，并提供向上級(jí)部門(mén)連網(wǎng)功能
（2）傳輸系統(tǒng)
提供系統(tǒng)互聯(lián)及信息交互的聯(lián)網(wǎng)能力，監(jiān)控系統(tǒng)的傳輸方式主要有電纜傳輸、光纜傳輸?shù)?，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況以及產(chǎn)品的特點(diǎn)，系統(tǒng)采用網(wǎng)線傳輸?shù)姆绞?，?shí)時(shí)、快速完成傳輸要求。
（3）紅外熱成像系統(tǒng)
提供早期預(yù)警信號(hào)，監(jiān)測(cè)視場(chǎng)中物體的最高溫度，超過(guò)設(shè)定的報(bào)警溫升，系統(tǒng)報(bào)警。
（4）供電系統(tǒng)
提供系統(tǒng)運(yùn)行的基本電力保障，電系統(tǒng)根據(jù)各監(jiān)控點(diǎn)的具體情況，滿足正常的供電需求，同時(shí)保證輸電線的安全。
（5）聲光報(bào)警系統(tǒng)
通過(guò)熱像儀后面的兩個(gè)輸出接口可以外接繼電器，有1個(gè)繼電器輸出與1個(gè)輸入，輸出可以接外部聲光報(bào)警，輸入支持電平檢測(cè)，可以聯(lián)動(dòng)報(bào)警。報(bào)警是后端收到溫度數(shù)據(jù)后進(jìn)行判定，再控制是否報(bào)警；前端只提供數(shù)據(jù)，不做報(bào)警判定。
?系統(tǒng)功能
?高溫預(yù)警功能
（1）通過(guò)紅外熱成像等設(shè)備，對(duì)指定區(qū)域進(jìn)行巡視、圖像采集和溫度數(shù)據(jù)分析，實(shí)時(shí)進(jìn)行最高點(diǎn)溫度搜索，實(shí)時(shí)顯示當(dāng)前視場(chǎng)的最高點(diǎn)溫度。
（2）可將采集到的紅外圖像存儲(chǔ)下來(lái)，送入數(shù)據(jù)庫(kù)，在數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)的支持下分析比較，利用設(shè)定的判據(jù)，確定是否發(fā)出防火預(yù)警信號(hào)。
一般功能
（1）監(jiān)視功能
實(shí)時(shí)顯示紅外熱成像設(shè)備的圖像。監(jiān)控工作站實(shí)時(shí)顯示前端圖像。
（2）控制報(bào)警功能
能對(duì)所接入的任一紅外熱成像儀進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)超溫報(bào)警。
（3）離線分析功能
通過(guò)時(shí)間序列記錄報(bào)警溫度數(shù)據(jù)和實(shí)時(shí)圖像數(shù)據(jù)，可離線對(duì)存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)進(jìn)行檢索和分析。
（4）網(wǎng)絡(luò)功能
遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)顯示紅外熱成像設(shè)備的圖像。
遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)接收高溫預(yù)警信號(hào)及其它到報(bào)警信息。
遠(yuǎn)程查詢及回放前端歷史圖像以及保存的預(yù)警錄像。
支持流協(xié)議（RTP/RTCP、RTSP）。
網(wǎng)絡(luò)中斷自動(dòng)檢測(cè)恢復(fù)。