铜电解直流供电母排布置的新型设计模式

铜电解直流供电母排布置的新型设计模式李光海;钟忠【摘要】介绍了铜电解槽短接方式和采用短路开关工艺的传统开关布置及母排连接特点，为了减少母排用量、降低工程造价、减少开关与母排布置和工艺管道之间的冲突，采用了新的设计思路，重新规划电解槽组的电流流向，以新颖的方式布置各槽组短路开关的安装位置和连接形式，并重新设计了母排T形交叉和十字交叉处的连接，采用了全新的连接方式.通过一系列的优化设计，提升了安装后的美观实用性，大幅节约了母排用量，取得明显的经济效益.【期刊名称】《云南冶金》【年(卷)，期】2016(045)003【总页数】4页(P102-105)【关键词】电解槽;母排;短接开关;连接方式【作者】李光海;钟忠【作者单位】云南铜业股份有限公司冶炼加工总厂，云南昆明650102;云南铜业股份有限公司冶炼加工总厂，云南昆明650102【正文语种】中文【中图分类】TF811刖言铜为国家战略性资源，同时对于企业来说，工艺流程中减少铜的固定投入可以节约大量的固定资产投资。为此，如何在新建铜电解车间节约导电铜排的使用，成为设计人员应该考虑的重要问题。根据国家对铜电解产能的限制，10万t以上的电解产能成为发展的必然趋势。在工程设计中，为了生产需要，要把电解槽平均布置成几大组（槽组），在每组槽子加料和出铜时，用旁路短接该槽的直流电，达到不影响其他组继续生产的目的。最传统的短接方式，是采用单根较大截面的导电铜排，安装在每组槽子边缘，靠头槽和尾槽伸出槽子边缘的槽边母排受力。电解时，槽边母排和短接母排之间垫上绝缘垫，短接母排没有电流通过。阳极装槽和阴极铜出铜前，抽出头尾的绝缘垫，电流从短接母排流向下一组槽子，该槽组内不再有电流通过。这种方式下，当每组电解槽比较多，达到一定长度时，槽边短接铜排就会很重，工人操作难度就会增加，抽出和垫上垫片都不太容易，而且容易受热变形，导致无法进行短路操作。在电流通断瞬间，还会产生弧光和爆炸声，影响安全生产。当需要大电流生产时，槽边短接铜排的截面更是大到无法采用此种方式作业的地步。于是，采用大电流短路开关代替人工短接的工艺出现了。油绝缘短路开关通常安装在槽下地面上，新型悬挂式短路开关可安装在半空，靠槽下母排水平吊挂，一般安装在槽组之间的相对开阔处。一般的做法，每一槽组用一台短路开关，传统的布置形式如下图所示（图1）:上图槽组和短路开关的布置关系，以及铜母排连接方式，是国内大部分铜电解厂惯用的做法（不包括槽子组数）。采用这种布置形式，有以下不足：（1）每台短路开关两端都有长长的母排连接槽组的头尾，需要耗费大量的母排，造价较高。（2）短路开关大多安装在槽组之间的走道下方，而该部位有大量的工艺管道，给短路开关和母排安装带来很多障碍，不得已只好平移到槽下，造成每一段和各槽组头尾的连接都更加繁琐和别扭。（3）短路开关布置过于分散，导致每台开关附近的控制箱电源线敷设需要耗费大量的导线和穿线管。（4）当采用DCS远程监控时，每台控制箱之间的通讯总线敷设显得过于冗长和浪费。为了降低工程造价，尽量减少和工艺管道之间的冲突，需要考虑更优的布置形式。经过精心的设计优化，做了如下改进（图2）:上图中，为保证系统的先进性，以及短路开关的布置形式，采用了悬挂式开关，此种开关因具有众多优点，近年来已得到广泛的认可和使用，它具有体积小、重量轻、易安装、低功耗、长寿命的特点，各开关的现场控制箱内有PLC进行就地控制，还可通过通讯总线的联结依托DCS系统实现开关的集中监控。上图的布置形式具有以下特点:（1）槽组的电流流向进行了重新编排设计（需要槽间板的工艺设计与之配合调整），所有短路开关均安装在更开阔的走道板下方，且多台在一条直线上布置，体现出设计的艺术性。（2）按槽组电流流向自编的序号，与对应的各台短路开关编好序号后，可看出短路开关序号编排呈现出一条线的规律，不但使得现场巡检异常方便，更体现出了设计的精巧。（3）不少序号相邻的两台短路开关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节约。（4）大部分的短路开关在一条线上布置紧密，使得开关控制箱布线可以采用汇线桥架，更容易做得美观，电源线也可以串接，通讯总线也大幅缩短。（5）从2~9号短路开关之间及其周边母排连接特点可看出，如果土建、工艺、电气各专业布置得恰当，开关之间的间距可以有规律的分配，从而该部分的母排可以做到批量加工，使工厂预制时间得以缩短。好的设计方案要做得精细，需要从各个方面优化，本例中，母排交叉处的连接处理，是一个不可忽视的大问题。4.1传统交叉连接方式在槽下母排的连接中，很多部位都会遇到T型连接和十字交叉连接。国内众多电解厂内的母排连接，一般采用如下方式，如图3、图4所示：从上面几幅图可以看出，在T形和十字形连接处的设计和安装都不太美观，还显得复杂，需要同时制作不同尺寸的门型连接母排进行搭接，尤其十字形连接，显得过于繁琐。而多片大截面母排叠装在一起，本身硬度就很大，只要加工、打孔或安装时稍有误差，就很难纠正过来。在布置拥挤的场合，采用此法也难于实施。由于需要门型连接件搭接，导致母排的整体安装标高被迫下降。而门型连接件改到下方更不方便，因为下方有支撑母排的通长布置的槽钢支架。4.2改进后的交叉连接方式经设计改进后的连接方式发生了根本的变化，如下图所示。此种连接方式的特点有：1） 所有母排的水平连接均可按同一个标高进行设计，安装后的美观实用性大大提升。2） 沿电流流向，在经过T形连接和十字连接部位后，在另一端靠近连接处用一些铜垫片插入各片母排之间的空隙位置，并用螺栓或夹具紧固。靠近连接处的垫片除了弓I导电流折返导通到T接段或两交叉段的作用，还起到避免同一长段多片立式母排的左右两半边产生方向相反的电流而形成的排斥作用。3） 图中所示水平端，采用搭接方式，可降低整体制作难度。搭接部位还起到引导电流按电流流向继续向前流动的作用。4） 省去了门型连接件，在降低制作安装难度、提升美观性的同时，可节省一定的母排用量。5） 可在加工厂或地面整体组装或分段组装后吊装，加快安装进度。4.3多交叉环境中的运用特点此种连接方式，在多交叉环境中应用时，更能体现出极大的优势，除了能保证安装标高的统一性，还体现出了母排连接的艺术性和整体美观实用性。每一处需要插入垫片的部位也无需预先打孔，只需用夹具夹紧即可，使安装带来更大的方便性和灵活性。如图6所示。优化设计后的方案也存在不足之处，因为母排安装顶标高一般在2.5m以上，所有槽下母排的连接按同一个标高进行设计时，由于短路开关吊挂在母排上，开关的高度也制约了巡视、检修的方便性。处理方法有两种：一是在每台开关所处位置的上方走道板上预先开一个较大的长方形天窗，并用防腐材料制作的盖板盖住，检修时移开盖板，人员下去后站在母线上检修。二是每台开关两端的母排各连接一段竖直向下的母排来降低开关的安装标高，以牺牲一些美观性和设计安装方便性来达到利于地面检修的目的。实践证明，采用第一种方法，巡视人员日常不容易观察到短路开关存在的故障隐患，走道板上开孔处的盖板，也基本只是检修时才移开。而且，站在母线上检修，空间受限，检修人员更换部件显得很不方便。因此，宜采用第二种方法即降低开关安装标高进行设计安装。以年产18万t电解铜的规模布置的槽组，按照传统设计方案，所需的直流供电母排，需要390t以上。而采用优化方案后，需要330多t，节省14.7%左右，具有很明显的经济效益。【相关文献】冯忠.冶炼厂铜电解直流母线配置方案设计及改进[J].有色冶金设计与研究，1994，15(1):1013.张俊，谢迎松.直流母线短接开关更新实践[J].中国有色冶金,2011(6)