本文摘要：摘要：電解液溫度影響槽電壓、電解液導電率、電流效率、陰極銅表面質量等，是銅電解工藝控制的關鍵參數之一。傳統的水銀溫度計或接觸式測溫儀依靠人工檢測并記錄每個電解槽電解液溫度，工作量大、效率低，做不到實時在線監測。紫金銅業有限公司將分布式光纖
摘要：電解液溫度影響槽電壓、電解液導電率、電流效率、陰極銅表面質量等，是銅電解工藝控制的關鍵參數之一。傳統的水銀溫度計或接觸式測溫儀依靠人工檢測并記錄每個電解槽電解液溫度，工作量大、效率低，做不到實時在線監測。紫金銅業有限公司將分布式光纖測溫技術首次應用于銅電解測溫，可實現每個電解槽溫度的在線監測、預警、報表、歷史曲線記錄等功能，并間接反映管道堵塞、槽子漏液、板換故障等問題。
關鍵詞：分布式光纖;電解液;智能冶金;綠色冶金;電流效率
光纖論文投稿刊物：《光纖與電纜及其應用技術》(雙月刊)創刊于1967年，由中國電子科技集團公司第二十三研究所主辦。本刊為全國創辦最早的光纖與電纜專業期刊之一。在該領域享有很高的聲譽，主要報道有關光纖、光纜、光無源器件、光通信系統、通信電纜、射頻電纜、特種成纜和微波傳輸成及其連接器等研究和應用方面的論文和技術動態綜述，榮獲信息產業部電子優秀科技期刊、中文核心期刊(1992)。
電解液溫度的變化對銅電解精煉過程影響較大[1]，導電率隨著電解液溫度的升高快速增大，在50～60℃時，電解液溫度每升高1℃，電解液電阻約減少0.7%[2]，從而降低槽電壓[3-5]，減少銅電解精煉直流電耗，有利于消除陰極附近銅離子貧化現象，使銅在陰極上能均勻地析出，并防止雜質在陰極上放電，提高陰極銅表面質量。但過高的電解液溫度會增加電解液的蒸發，排放的酸霧對車間環境不利，還會引起電解液酸度和成分的不穩定，不利于正常生產[6-7]。因此，在銅電解精煉過程中需動態檢測并嚴格控制好電解液溫度。
1紫金銅業有限公司銅電解工藝簡介
紫金銅業有限公司(以下簡稱紫金銅業)300kt/a陰極銅電解項目采用永久不銹鋼陰極工藝，分東、西2個系統，每個系統480個電解槽，共960個電解槽。在銅電解過程中，電解液必須不斷地循環流通，以保持電解槽內電解液溫度均勻、成分均勻、濃度均勻[8];紫金銅業生產工藝要求每槽電解液溫度控制在62.5～64.5℃。按原設計，紫金銅業電解液循環系統中僅高位槽和板式換熱器出口安裝有溫度計且能在中控室DCS系統上在線顯示。現采用水銀溫度計或接觸式測溫儀每班人工抽檢并記錄電解槽電解液溫度，工作量大、效率低且不利于職業健康，做不到實時在線監測。
2銅冶煉電解液自動測溫發展
為提高工作效率，減輕工人勞動強度，保護員工職業衛生健康，實現各電解槽電解液溫度在線監測，提高自動化程度，不斷推動智能冶金和綠色冶金，銅冶煉行業不斷探索并嘗試各種自動測溫方案。
2.1鉑電阻測溫方案
電解液早期傳統測溫方式采用直接接觸式，即在探頭外包裹一層不銹鋼后將鉑電阻安裝固定在電解槽內，直接接觸電解液進行測溫，每槽的每個鉑電阻的電源或信號線均需現場布至就近的控制箱，控制箱內含供電電源、數模轉換主板、無線通訊模塊等，熱電阻輸出的4～20mA或0～5V溫度信號經數模轉換主板轉換處理后用ZIGBEE等無線傳輸協議，將相關溫度數據傳輸至中控室后臺顯示。一方面由于電解液的強酸性和強腐蝕性，加上槽面沖水噴濺等因素，鉑電阻或電纜線路易腐蝕損壞;另一方面由于直流大電流產生的強磁場干擾鉑電阻內部電氣元件或信號傳輸，導致后臺顯示的溫度數據經常突發異常。因此該方案存在硬件壽命周期短、故障率高、穩定性差等缺點。
2.2紅外測溫方案
隨著紅外成像和圖像識別處理軟件技術的日益成熟和進步，將紅外攝像儀固定安裝在電解槽邊上廠房立柱上，實時拍攝并轉換成紅外相片，利用圖像識別處理軟件生成相對溫度數據及電解槽位置信息，再利用2.4G無線通訊傳輸，將相關溫度數據和對應的位置信息通過千兆網絡主機傳輸至中控室后臺上位機顯示。一方面，受紅外攝像儀鏡頭廣角的制約，通常安裝在離電解槽6～10m遠的位置;另一方面，為了保溫電解槽表面通常蓋有槽蓋布。從銅冶煉行業實際應用效果來看，國際知名品牌的紅外攝像機的測溫精度也只能達到±2℃或者±2%，與工藝生產要求相差較大。該方案與鉑電阻測溫相比雖然穩定可靠，但存在投資價格高、測溫精度較低等缺點。
3分布式光纖測溫
紫金銅業結合上述兩個測溫方案的優點和缺點，經詳細調研光纖在消防、電力、路橋隧道等領域的應用案例，將經特殊防腐處理后的光纖長期浸泡在電解液中并做高溫烘箱老化試驗，最終決定將分布式光纖測溫首次應用于銅冶煉電解液測溫。
3.1光纖測溫原理光纖測溫的機理是背向拉曼(Raman)散射效應[9]。
3.2現場實施方案
紫金銅業電解液光纖測溫系統由前端耐腐蝕測溫光纖、16通道測溫主機和監測后臺三個主要部分組成。服務器、顯示屏、測溫主機安裝于機柜中，機柜放置于電解廠的電解中控室內，共16個回路測溫光纜，每個回路連續監測15個電解槽的出液口或進液口，一個回路為一條連續分布的測溫光纜，每條光纜通過FC/APC接頭直接接入測溫主機，測溫主機的溫度數據通過網線傳輸至服務器中并在服務器中的定制化軟件界面上顯示。紫金銅業選取第5系列8組共120個電解槽鋪設光纖，每槽的電解液進液口和出液口附近測溫，共需16組光纖。光纖在每列15個電解槽內串聯安裝。
光纖從電解槽進、出液口附近貼壁安裝，穿入FRPP管后進入電解槽1m左右的深度，保證浸泡在電解液中光纖長度在2～3m。光纖從一個電解槽出來后，在進入另一電解槽之前，需預留2m左右長度。Φ20mm的UPVC管組合包含1根直管(0.14m)、1根直管(0.8m)、1根直管(0.22m)、1個UPVC三通、2個UPVC彎頭。其中0.8m的直管需要平均鉆孔4個以上，以確保電解液在UPVC管的內外處于流動狀態，以提高光纜對電解液溫度測量的準確性。
3.3主要部件及性能參數
光纖測溫系統的光纖既是傳輸介質，又是傳感器。光纖由內至外結構為：0.9mmETFE緊包光纖、芳綸纖維層、光纜外護套防腐層。光纖傳感器抗電磁干擾、電絕緣、耐腐蝕、本征安全;重量輕、體積小、可撓曲;線型分布式測量，可實現長距離、多點同時在線測量，測量信息豐富，無測量盲區;便于復用，便于成網，有利于與現有光通信設備組成遙測網和光纖傳感網絡等。
4結語
1)分布式光纖測溫系統所用光纖傳感器本身不帶電，本征安全，且不受電解槽強磁場影響，所以能長期穩定工作。2)現場傳感器為一根3～4mm的光纖，安裝施工簡單，維護成本低，為該項目特殊定制的耐高溫耐腐蝕光纖，壽命長且滿足紫金銅業測溫精度要求。3)該項目專用后臺軟件能直觀顯示每槽電解液進液和出液溫度，可實現溫度的在線監測、預警、報表、歷史曲線記錄等功能，并間接反映管道堵塞、槽子漏液、板換故障等問題。
參考文獻
[1]孫亞峰，任兵芝，王宏丹，等.工藝條件對銅電解精煉過程直流電耗的影響[J].有色金屬(冶煉部分)，2018(6)：5-8.SUNYF，RENB，Z，WANGHD，etal.Effectofprocessconditionsonpowerconsumptionofcopperelectrorefining[J].NonferrousMetals(ExtractiveMetallurgy)，2018(6)：5-8.
[2]童文勝，蔡光奇.降低直流電單耗的生產實踐[J].稀有金屬，2006，30(增刊2)：127-129.TONGWS，CAIGQ.ProductionpracticeofreducingDCunitconsumption[J].ChineseJournalofRareMetals，2006，30(S2)：127-129.
[3]高秋平.降低銅電解精煉直流電消耗的途徑[J].江蘇冶金，2000(4)：77-79.
轉載請注明來自發表學術論文網：http://www.zpfmc.com/dzlw/22347.html
