25500KVA密闭型电石炉电极壳烧损原因剖析

25500KVA密闭型电石炉电极壳烧损原因剖析 25500KVA密闭型电石炉电极壳烧损原因剖 析 2008年第1期内蒙古石油4L_r-97 25500KVA密闭型电石炉电极壳烧损原因剖析 王宏义 (内蒙古海吉氯碱化工股份有限公司) 电极壳——自焙电极的关键部分.电极壳的完 好与否直接关系到生产能否安全,连续,稳定运行, 是生产过程中必不可缺的保障因素.但随着电石生 产的不断深入,在电极未焙烧好的情况下.(有关资 料显示当电极温度达到800达时即认为电极已焙烧 好)屡屡发生电极壳在接触元件处烧损事故,既中断 了生产的连续运行,也带来了巨大的安全的隐患. (由于电极壳烧损轻者造成接触元件的损坏,重者造 成熔融电极糊的泄漏,乃至电极的软断)因此,诱发 电极壳烧损的原因成为电石生产中又一亟待解决的 问题.现笔者根据几年来发生在本单位的多次电极 壳烧损事故现场情况观察,分析,从电极壳的结构及 导电特性,25500KVA密闭型电石炉组合把持器的 特性以及电极的焙烧,电石炉操作工艺参数的控制 等方面进行剖析,以期达到寻找电极壳烧损主要原 因的途径. 1电极壳的结构及导电特性 25500KVA密闭型电石炉自焙电极是以 1250mm电极壳为铠装,进行电极的自焙.在电极 焙烧过程中,电极壳不仅使电极成型而且还兼起导 电作用.(有关资料显示,由于钢质材料的导电系数 大以及在导电过程中的集肤效应,电极壳中通过的 电流为总电流的80左右)因此,电极壳在电石生产 过程中成为不可或缺的器件.电极壳的构成是由均 布的12片艿一3mm的筋板;12片艿一2mm的弧形板 和12根~20mm的圆钢,经过裁剪,冲压,折弯,缝焊 而成. 1.1电极壳的导电特性 (1)外壳有效导电截面积1250×3.14×2— 7850mmz (2)外筋板有效导电截面积 2520mm. (3)内筋板有效导电截面积 4440mm. 3O×7×12— 185×2×12一 (4)圆钢有效导电截面积中102×3.14×12— 3768mm. 电极壳的有效导电截面积一18578mm. 钢材的电流密度(2.2,2.4)A/mm. 电极壳有效导电截面可承受的电流为 40871A——44587A与《埃肯手册》中所提到的:在 电极焙烧初期,为防止电极壳烧损,操作电流应控制 在40000A以内相符. 1.2电极壳的物理特性 由于电极壳为钢质材料制成,因此它的物理特 性与钢材的特性相符即: 收稿日期:2oo7一o7—14 (1)密度:7.86g/cm. (2)软化点:450,550? (3)熔点:1535? (4)沸点:2750? 2组合式把持器的特点 2.1优点 (1)实现了电极的带电自动连续压放; (2)实现了电极连续均匀的焙烧; (3)增加了电流输入的有效面积; (4)减少了电流的导入损失; (5)减轻了把持器的整体重量; (6)节约了铜材.. 2.2缺点 (1)增大了元件的加工难度和精度; (2)增加了把持器的安装难度; (3)增加了电极壳的制造难度和精度; (4)电极壳制造所用材料的选择性受到局限; 3组合把持器接触元件与电极壳的联结方式及电 极壳电流输人有效截面积 3.1组合把持器接触元件与电极壳的联结方式 组合把持器是由12组通水的接触元件(铜质), 元件底环(铜质),导电铜管,隔热密封垫板(硅酸铝 陶瓷纤维)及绝缘材料(有机硅),填料(硅酸铝)等组 合而成(见附图1). 接触元件与电极壳通过设在接触元件中的碟形 弹簧使用螺栓将两件接触元件联结,并按照一定的 夹紧力(10000N)将电极壳外筋板夹入两接触元件 的有效接触面,从而达到将电流导入电极壳的目的. 3.2电极壳外筋板电流输入有效截面积 由于接触元件夹紧面的有效长度为435mm,所 夹电极壳外筋板厚度为7ram,因此;电极壳外筋板 电流输入有效截面积为: S一435×7×12—36540mm0 电极壳外筋板可输入的最大电流为 I一36540mm×(2.2A一2.4A)/ram0一(80388 — 87700)A(常温下) 在电极壳外筋板未达到软化温度450,550? 前,假设当通过(80388—87700)A时电极壳外筋板 保持常温(20?)产生热量全部由冷却水带走,(不考 虑电极传导热)则当电极壳外筋板达到软化温度 550?是所需热量全部由电流增加提供(不考虑通电 时间) Q一me(t2一t1) 一 435mm×30ram×7ram×7.8g/mm3×4. 6×10J/kg??×(550—2O)? 98内蒙古石油化工2008年第1期 一 173585.6J Q一0.24×IRt 1一Q/O.24×Rt 每片外筋板R—p×I/s一9.71Q.m×30× 10一./435×10一.×7×10一.一95.7Q 12片外筋板R一95.7Q/12—7.98Q 每片外筋板I一?173585.6J/o.24×7.98Q一 301(A) 12片外筋板I一301(A)×12—3612(A) 则电极壳外筋板可输入的最大电流为 I一(80388—87700)A+3612A一(84000— 91312)A 电极壳外壳允许通过的电流为 I"一7850mm×(2.2—2.4)A/ram一17270— 18840A 4电极的焙烧 在密闭型电石炉电极焙烧过程中热量的来源主 要有: (1)组合把持器加热装置 (2)电流通过未焙烧电极时产生的电阻热 Q一0.24IRt 式中:Q一电流通过电极时产生的热量 I一流过电极的电流,一般情况下约占输入电 流的3,5. R一电极本身电阻 t一电流通过电极的时间 其中:I的大小可通过移动电极和改变变压器 的级数来改变,由于采用了组合把持器技术,通过直 接夹紧电极筋板的方式,破坏了电极的集肤效应是 电极的发热电流变大,从而使电极更易烧结. R的大小主要由电极糊的材质决定,电阻率高, 电极烧结的就快. (3)炉内温度产生的传导热 焙烧过程: 第一阶段:温度由室温升至90~C,350?,电极 糊由块状逐渐熔化为液态,此间的水分和低沸点的 成分开始挥发,此时电极糊的电阻为最大. 第二阶段:温度由350?升高至750?时,融化的 电极糊中的粘合剂开始分解挥发,一般挥发物从电 极壳焊缝,电极壳与电极之间缝隙,电极壳上口,电 极壳最下端排出,由于挥发,电极糊变稠,由熔融态 变为固态. 第三阶段:温度由750~C升高至1200~C时电极糊 烧结,经过一段时间后(1—2h)电极焙烧基本结束. 此时电极糊的电阻最小.见电极糊电阻趋势图. /\ I, \ \ \ \【 f 2O04?6001D00度?) 电极糊电阻趋势图 I-1卜 :一一_.i.,1J,…,【'一_1i f—I},一一'.』 L'iI一_l{一ufj …,一 I_ I,.,—l??1j…Ir ,/?..,,1\I"…l\ /-一… 一 1.电极2.接触元件3.密封套4.炉盖5.炉料 电极焙烧温度分布示意图 附图1 由电极焙烧温度分布示意图和电极焙烧电阻趋 势图可知,在正常生产过程中电极在炉料上部最高 温度应控制在1000?以内,在接触元件以内最高温 度应控制在800?以内,则电极壳处在保险范围之 内.否则将由于温度的上移,短时间内造成电极壳的 热变形,长时间内将导致电极壳的烧损.因此,在正 常生产期间要严格控制通过电极的电流,也就是控 制操作电流.通过上述的分析可知,导致电极壳烧损 的原因有: ?当电极温度超过电极壳的耐热温度;?当电 极还未完全焙烧好时,通过较大电流;?电极壳与接 触元件之间的接触压力变小;?电极壳再制造和焊 接过程中存在质量问题;?电极壳制造所用钢材存 在缺陷;?通过组合把持器的冷却水量减小或阻塞, 导致局部温升过高,?工艺参数控制不好,造成料面 温度过高(超过700?). 笔者认为,当电极还未完全焙烧好时,就急于通 过较大电流,电极壳与接触元件之间的接触压力变 小,是导致电极壳烧损的最主要原因.因此,在正常 生产过程中,严格按照埃肯公司提供的《操作手册》 进行操作和维护,则可避免和减少电极壳烧损的事 故发生.