《氧化铝制取工——基础知识》范文合集

第一篇：《氧化铝制取工——基础知识》

《氧化铝制取工——基础知识》

目 录

第一篇 氧化铝生产工艺

第一章 氧化铝生产原理

第一节 第二节 第三节 概述

氧化铝生产方法 铝酸钠溶液

第二章 原料制备

第一节 第二节 第三节 第四节 第五节 第六节 概述 配矿 磨矿

拜尔法配料 烧结法配料

石灰煅烧及石灰乳制备

第三章 煤粉制备和熟料烧结

第一节 第二节 第三节 第四节 第五节 概述

熟料烧结原理

硫在氧化铝生产过程中的危害及排硫方法 影响熟料窑产量和质量的因素 降低熟料烧结热耗的途径

第四章 溶出

第一节 第二节 熟料溶出 铝土矿溶出

第五章 液固分离

第一节 第二节 第三节 沉降 过滤 离心分离

第六章 脱硅

第一节 第二节 烧结法粗液脱硅 拜尔法预脱硅

第七章 铝酸钠溶液的分解

第一节 第二节 第三节

概述

铝酸钠溶液的晶种分解 铝酸钠溶液的碳酸化分解

第四节 氢氧化铝的过滤与洗涤

第八章 氢氧化铝焙烧

第一节 第二节 第三节 第四节 第五节 概述

氢氧化铝的焙烧

焙烧过程对氢氧化铝质量的影响 氢氧化铝焙烧工艺 燃料及燃烧

第九章 母液蒸发

第一节 第二节 第三节 第四节 第五节 概述 蒸发原理 蒸发作业

蒸发器结垢的生成及清除 一水硫酸钠的苛化及回收

第十章 氧化铝生产的消耗和环境保护

第一节 第二节 氧化铝生产的消耗 氧化铝厂的环境保护

第二篇 氧化铝生产设备

第十一章 固体输送设备

第一节 第二节 第三节 第四节 第五节 第六节 带式输送机 板式输送机 螺旋输送机 斗式提升机 翻车机 堆取料机

第十二章 流体输送设备

第一节 第二节 泵

气力输送设备

第十三章 磨矿及分级设备

第一节 第二节 第三节 球磨机 螺旋分级机 水力旋流器

第十四章 煅烧设备

第一节

石灰炉 第二节

回转窑 第三节

冷却机

第十五章 液固分离设备

第一节 第二节 第三节 沉降槽 过滤机 各类贮槽

第十六章 压力容器

第一节 第二节 压力容器基础知识

氧化铝生产中的压力容器

第十七章 除尘设备

第一节 第二节 第三节 旋风除尘器 袋式除尘器 电除尘器

第三篇 综合基础知识

第十八章 电工基础知识

第一节 第二节 常用电器的种类和用途 安全用电知识

第十九章 安全生产知识

第一节 第二节 安全操作基础知识 劳动保护知识

第二十章 相关法律、法规知识

第一节 劳动法 第二节 安全生产法

第三节 环境保护相关法律法规

第二十一章 管理知识

第一节 生产管理 第二节 技术管理 第三节 质量管理

第二篇：氧化铝污水（本站推荐）

氧化铝行业水污染控制措施探讨

2012-03-07 16:11:39

张 凯1，张琼娜2(1.黄河水资源保护科学研究所，郑州 450004；2.郑州燃气股份有限公司，郑州 450006)摘■要:根据氧化铝行业生产用水及排污特点，结合某氧化铝生产企业生产废水的处理实践，推荐采用逆向洗涤赤泥和氢氧化铝，节约用水量；综合利用赤泥洗液和含碱废水；对生产用水设置循环水系统和二次利用水系统；设置生产废水处理站，氧化铝系统和热电厂的生产系统排水、循环水系统的排污水，以及化验等废水全部排入生产废水处理站处理，废水经处理后作为二次利用供水返回生产系统使用，通过综合利用生产废水，可以实现厂区废水的零排放，节约资源的同时，提高清洁生产水平，避免对环境造成污染。

关键词:氧化铝;废水;水污染防治;零排放

中图分类号:X703 文献标志码:A 文章编号:1006-5377（2010）05-0052-04 1 前言

由于国内铝土矿资源的铝硅比普遍偏低，因此在氧化铝厂的生产过程中一般都需要使用大量的水，同时也产生了大量外排废水。据有关资料统计，国内大型氧化铝厂日外排废水可达4～6万m3。氧化铝生产废水主要来源于现场的含碱废液、生产设备冷却水、工厂自备热电厂的生产污水及其他附属单位的生产排水。本文结合河南某年产80万吨的氧化铝生产企业的实际生产及水污染控制情况，对该行业废水治理措施进行分析说明，对氧化铝行业中拜尔法生产过程中的水污染产生、循环利用、二次利用、处理措施、清洁生产措施等问题进行了探讨。生产工艺及废水产生环节

拜尔法是目前处理铝土矿生产氧化铝流程最短、最经济的方法，也是最主要的生产方法之一，特点是工艺简单、流程短、能耗低、投资低、产品质量高，而且大气污染物排放量小，是氧化铝生产的最佳技术，属于清洁生产工艺。

氧化铝生产工艺用水主要为生料磨制、母液蒸发、脱硅、氧化铝洗涤、赤泥洗涤，以及石灰炉CO2洗涤等工序。拜耳法生产氧化铝，主要工艺是由溶出、分解与焙烧三个阶段组成。氧化铝生产过程中主要水污染物产生环节如下：1）氧化铝系统主要用水单位为石灰制备、原矿浆磨制、溶出、预脱硅、赤泥分离洗涤、母液蒸发、氢氧化铝过滤等工艺用水，水中主要含碱；2）煤气站产生冷却排水、酚油废水；3）自备热电站的凝汽机、空冷机、油冷机等冷却水，主要污染物是pH、SS；化学水处理间树脂再生（酸洗和碱洗）时产生的酸碱废水；4）焙烧炉、空压机、真空泵等设备间接冷却水；5）选精矿浓密机溢流水含有矿浆、碱等污染物；6）各车间均有生活污水排出，污水中主要污染物为COD和悬浮物。水污染防治措施 在氧化铝生产过程中有一定的含碱废水产生，其主要来源是各工艺生产车间设备和管道的“跑冒滴漏”及设备检修、清理的洗涤水、轴封、冷却水等。这部分水一般含碱,若能回收后继续使用,不仅能降低生产中的碱耗,而且可充分节约水资源及提高工厂效益。氧化铝生产企业废水治理措施主要包括以下几个方面的内容：

（1）净循环水系统

氧化铝系统的溶出、熟料溶出、压煮脱硅、分离洗涤、母液蒸发、烧成窑、焙烧炉、空压机、真空泵等冷却水,电厂凝汽机、空冷机、油冷机等冷却水,这些均为设备间接冷却水,除温升变化外,基本不含有害物质,设置净循环水系统,冷却水经冷却塔冷却后循环利用。该企业净循环水系统水量见表1。

（2）氧化铝生产循环水系统

氧化铝生产系统的生产设备冷却、溶出、控制过滤、赤泥沉降洗涤、过滤及输送、精液降温种子分解、氢氧化铝过滤、母液蒸发、排盐苛化等工序冷却用水设置总循环水系统。由于循环水受工艺物料污染，含碱较高，对补充水的硬度自行进行了软化。为改善循环水水质，保持循环水在一定的浓缩倍数下运行，对10%的循环水进行分流澄清处理，保证循环水悬浮物含量符合循环水的水质标准。生产循环水系统水量见表2。

（3）选矿浊循环水系统

选矿车间铝土矿选矿浮选工艺用水中主要含悬浮物及选矿药剂，设置选矿浓密机溢流水循环系统，回收的溢流水进入回水池，返回流程循环使用的循环水量为3.4万m3/d。

（4）煤气站循环水系统

煤气洗涤水中含有酚、氰、硫化物等多种污染物，设立单独的循环水系统。循环水系统包括沉淀池、循环水泵房和水冷却装置。双竖管冷却器及煤气洗涤塔的洗涤水进入隔油沉淀池，在沉淀池中定期投入硫酸铝等絮凝剂，洗涤水经除油、沉渣后再依次进入热水池、冷却塔、冷水池循环使用。该循环水系统亏水运行，不外排废水。为改善循环水水质，该系统设有旁流20%循环水的处理设施，即污水先经沉淀池除去泥沙，再经除油后80%送冷却塔降温后循环使用，另外20%水量用次氯酸钠氧化作深度旁流处理，处理后仍返回循环水系统使用。

（5）设置生产废水处理站

目前国内各氧化铝厂均设有生产废水集中处理的工业废水处理站,一般采用混凝沉淀法进行处理。各生产系统的生产排水经汇集后进入废水处理站，经加药、沉淀去除废水中的悬浮物、泥沙和油。

氧化铝系统和热电厂的生产系统排水、循环水系统的排污水，以及化验等排水排入生产废水处理站处理（各系统排水量见表3）。各系统生产排水经全厂排水管网汇入总管，然后排入工业废水处理站，废水经沉淀池、平流沉淀池去除悬浮物后作为二次利用供水返回生产系统使用，沉淀池下部的污泥输送至赤泥堆场堆存。废水处理站处理系统SS去除率为97%～98%，COD去除率为60%，净化后水中SS<50mg/L。生产废水处理站处理前后水质见表4。

（6）二次利用水系统

氧化铝系统设二次利用水系统，溶出、种母精滤及脱硅、精液降温种子分解、母液蒸发、氢氧化铝过滤等工序的生产排水；各循环水系统排污水；原料堆场排水、化验室及分析站排水等排入二次利用水系统，作为原料堆场喷洒、原料磨制、赤泥沉降分离洗涤和赤泥过滤及输送、精液降温种子分解等工序的生产用水使用。

生产废水处理站的净化水中SS<50mg/L，可满足氧化铝工艺系统和热电厂中某些工序对悬浮物的要求，净化后的水可用于原燃料卸车及堆场喷淋用水；原矿浆磨制、赤泥沉降分离洗涤和过滤输送；精液降温种子分解等氧化铝工艺系统用水。净化水中含碱，水质自行软化，无需添加水质稳定剂可直接返回工艺系统使用。

热电厂设二次利用水系统，将热电厂的风机、水泵、夏季空调等设备冷却水直接排入热电厂循环水系统，作为补充水；热电厂的循环水系统的排污水、锅炉定期和不定期的排污水、化学水处理系统反冲洗酸或碱废水作为灰渣输送用水。冷却水系统直排水部分作为厂区绿化、道路喷洒等用水。该厂的生产废水全部得到综合利用，不外排。该厂二次利用水使用情况见表5。

（7）碱液、碱水的综合利用

对产生含碱水的车间的跑、冒、滴、漏的工艺物料以及地坪、设备冲洗水，均由专门设置的污水泵站送原矿浆磨制工序回收利用。对于氧化铝工艺过程产生的含碱水、母液、硅渣及其附液、赤泥洗液和赤泥堆场返回的附液也送原料磨制工序综合利用。

（8）赤泥逆向洗涤，减少用水量

赤泥是氧化铝生产过程中提取氧化铝后的固体废物，其中的含碱液为可回收碱液。可减少用水量，采取逆向洗涤赤泥，洗涤后的溶液作为工艺回水用于配料。这样可控制用水量，避免工艺回水饱和造成含碱废水排放。

（9）化学水处理系统废水酸碱中和处理

热电厂化学水处理的废水排入一个有效容积为4×420（m3）的中和池，同时配备有压缩空气搅拌系统，离子交换器排出的废水、废碱均排入池内，当池内液位达到一定高度时，采用压缩空气搅拌，同时启动废液泵进行循环搅拌。在中和池的出口处设有pH表，当pH值达到6～9时，停止搅拌。通过废液泵直接排入生产排水管网。如pH值不合格时则开启酸碱槽底部阀门，向中和池内加入浓酸、浓碱，继续搅拌直至pH值合格后方可排出。

（10）生活污水处理站 生活污水采用一元化污水处理设备处理，其处理能力达到240m3/d。该设备由竖流式斜管沉淀池，一、二级接触氧化、二沉池、消毒池、快滤池组合为一整体，污泥排入赤泥堆场，处理前后的水质情况见表6。污水处理站BOD净化效率大于80%，治理后的出水BOD浓度小于30mg/L。处理后的生活废水送生产废水处理设施二次处理后作为氧化铝生产补充水。

（11）酚油废水焚烧处理

煤气站循环水系统收集的酚油废水中含有大量的酚类等有机污染物，其产生量为28.8m3/d，可送入煤气厂配套的酚油废水焚烧炉焚烧。清洁生产水平

工程设置完善的循环水系统和污水回收、串级使用系统，同时合理提高循环水浓缩倍率，减少循环水排污量；循环水系统的排污水及工业排水全部综合利用，重复利用水率达95.8%。既防止了有害废水的排放，又节约了新水，实现了生产废水零排放。

经采取上述措施后，该厂氧化铝新水耗量为11.94t／t-Al2O3，用水指标处于国内先进水平。只有控制了氧化铝生产的新水用量，才能减少生产流程中污水量，从而减少进入工业废水处理站的水量，使得工业用水做到了良性循环，为实现生产废水零排放提供有利的保障。

结论

氧化铝工业废水以碱污染为主，对生产废水设置循环水系统，各种小型、分散设备间接冷却排水均作为净循环水系统的补充水，循环水系统的排污水排入污水处理厂处理，处理后的水用于拜尔法种子分解中间降温和热电厂锅炉冲渣、除尘，实现了氧化铝工业生产废水的零排放。因此，采用上述废水处理方法及清洁生产方案，可以使氧化铝工业生产的工业用水和排水实现封闭循环，实现废水零排放，避免碱的流失和污染，基本解决了氧化铝行业的水环境污染问题，其治理技术和管理经验值得借鉴和推广。

第三篇：化学品氧化铝

化学品氧化铝

化学品氧化铝是除冶金级氧化铝之外的各种氧化铝、氢氧化铝和含铝化合物的总称，在国际上统称非冶金级氧化铝，在中国又俗称多品种氧化铝，其中经过特殊加工过程在性能上与冶金级氧化铝有一定差别的又常称为特种氧化铝。

化学品氧化铝种类繁多，根据有色金属行业标准YS/吨619-2007《化学品氧化铝种类及牌号命名》，按化学成分将化学品氧化铝分为5类：氢氧化铝系列、特种氧化铝系列、拟薄水铝石系列、沸石系列和铝酸钙水泥系列。现在，聚合氯化铝、含水铝硅酸钠、氟化盐等铝盐、铝酸钠、镓及镓的化合物、部分氧化铝陶瓷和刚玉耐火材料等也被纳入了化学品氧化铝的范畴。

1910年，美国铝业公司（Alcoa）生产销售了世界上第一批煅烧氧化铝，作为生产白刚玉磨料的原料，开世界化学品氧化铝工业的先河，距氧化铝工业问世已24年。化学品氧化铝的特点是品种多，附加值高，技术含量高，应用领域广且不断扩大，价格相对稳定，对环境友好，因此，已成为铝产业的一个非常重要的分支。世界各国纷纷投巨资发展化学品氧化铝产业，美国铝业公司曾是世界最大的化学品氧化铝生产商，其拥有24个生产企业，遍布世界各主要国家地区，生产的品种有220多个，产量超过1000k吨/a。后于2007年将化学品氧化铝板块转让给荷兰安迈公司。

日本也是世界化学品氧化铝生产消费大国，2012年其产量约1000k吨，而且在持续地缓缓上升，品种也是全球最多的，日本不生产冶金级氧化铝，但在化学品氧化铝生产方面却实现了规模化、系列化、高科技化、环保化与成本合理化，产品除满足国内需求以外，出口量达到25%左右。日本化学品氧化铝产量的85%以上为住友化学工业公司、昭和电工公司、日本轻金属公司所生产。

1940年前后，美国、日本及欧洲对化学品氧化铝进行了大规模的研究，到20世纪70年代，在国外的一些工业发达国家得到巨大发展。据国际铝业协会的统计，1975年，西方国家氧化铝总产量约20344k吨，化学品氧化铝产量1699k吨，占总产量的8.3%；2000年，全球氧化铝总产量约51200k吨，而化学品氧化铝的产量为4800k吨，占总产量的9.4%；2008年，全球冶金级氧化铝产量60496k吨，化学品氧化铝产量4638k吨，占总产量的7.12%；2012年，世界氧化铝总产量95705k吨，化学品氧化铝产量8580k吨，占总产量的9%。2008年~2012年，世界化学品氧化铝的年平均增长率为16.6%，比原铝的年平均增长率约高11个百分点。

中国化学品氧化铝工业起步较晚，1961年前后，为了解决电子工业原料匮乏的局面，山东铝厂（现名山东铝业股份有限公司）首先研制成功低纳α型氧化铝，自此开始了中国化学品氧化铝的研发和生产。上世纪70年代，为了满足石油、化工、耐火材料、陶瓷、制药、环保、兵器、航空航天等产业对化学品氧化铝的需求，山东铝厂、郑州轻金属研究院等又先后研发和生产了活性氧化铝、除砷除氟剂氧化铝、低铁氢氧化铝、高纯氧化铝、陶瓷用α-Al2O3、喷涂用氧化铝等24种新产品；上世纪80年代，中国的化学品氧化铝生产进入高速发展时期，新产品不断涌现，以郑州轻金属研究院、山东铝业股份有限公司、中国长城铝业公司为代表，建成了约60条特种氧化铝生产线。在一些大型氧化铝企业周边地区先后建成了一批批生产化学品氧化铝的民营企业，它们利用国产的或进口的原料生产各种化学品氧化铝。

中国是氧化铝生产大国，采用的生产工艺比任何一个国家的都多，易于实现工艺流程中嫁接生产化学品氧化铝的支线，尤其是烧结法生产的氢氧化铝，其具有高的自然白度。中国的化学品氧化铝产业经过50多年的发展，在国内外市场上具有相当大的影响力，氢氧化铝填料等产品还享誉国际市场。

不过，与美国、德国、日本相比，中国化学品氧化铝无论产品品质、品种、生产规模均存在着较大差距，其根本原因是在生产技术与装备相对落后，对生产与应用方面的基础理论研究不够，创新能力弱，市场开发力度不够。

中国化学品氧化铝品质与国外先进水平相比的差距主要表现为：化学纯度、晶型、粒度分布、颗粒形貌、孔结构、比表面积、收缩率等物理化学指标不能有效稳定地控制，不能很好地满足用户的需求，特别是不能满足那些高科技产业的要求。

第四篇：氧化铝电力

氧化铝电力 1.1设计依据：

（1）氧化铝主体专业提资；（2）本工程拟采用的规范标准； 1.2设计标准

供配电系统设计规范

GB50052-2009 10KV及以下变电所设计规范

GB50053-95 低压配电设计规范

GB50054-95 电力装置的继电保护和自动装置设计规范

GB50062-2008 通用电气设备配电设计规范

GB50055-93 建筑照明设计标准

GB50034-2004 建筑物防雷设计规范

GB50057-2010 电力工程电缆设计规范

GB50217-2007 并联电容器装置设计规范

GB50227-2008 有色金属冶炼厂电力设计规范

YS5002-96 1.3用电负荷及性质 1.3.1用电负荷

鑫旺氧化铝厂二期300万吨/年产量，用电计算负荷如下：

有功功率：110769KW

视在功率：123077KVA(按补偿后cosφ＝0.9计算)

年电耗量：72×107KWh 1.3.2负荷性质 根据氧化铝生产工艺流程长、连续性强的特点，其中一级负荷占25％，三级负荷占5％，其余为重要的二级负荷。因此，对供电可靠性要求较高，一般应由两个独立电源供电，并且每个电源均能保证供给总负荷的90％以上。1.4供电电源

氧化铝厂用电电源从二期自备电站引来。

为提高供电可靠性，发电机10KV母线采用单母线分段加旁路方式。

为维持电站和氧化铝厂的稳定运行，在电厂10KV馈电开关出口处必须加装线路电抗器，其参数按电抗器后部三相短路时发电机母线残压仍可维持65％以上的额定电压为准。1.5氧化铝厂10KV配电系统

根据生产工艺各片区的特点和经济供电半径的原则，二期300万吨氧化铝厂共设置10个10KV分配电所，其分布如下：

原料10KV配电所

1个

溶出10KV配电所

2个

沉降区域配电所

1个

分解区域配电所

3个

蒸发区域配电所

1个

焙烧区域配电所

1个

空压站区域配电所

1个

每个分配电所均为双电源供电，即两个电源回路分别引自发电机10kV不同母线段，目的是当其中任一进线回路停电时，另一进线回路可保证100%的负荷工作。

每个分配电所内的10kV主接线均采用单母线分段方式，正常时母联断开，为分列运行，当其中任一回路停电时，通过综合自动化装置的BZT环节合入母联开关，保证对所有高压电机和车间变电所的负荷正常供电。

1.6车间变电所及220/380V配电系统 1.6.1车间变电所

氧化铝厂的10个10KV配电所尽可能伸入负荷中心，并以放射式供电方式，向所在区域的10/0.4/0.23KV车间变电所供电。主要生产流程中的车间变电所均设置两台变压器，互为100%备用，所内低压侧母线为单母线分段方式，正常时分列运行，当其中任一电源停电时，在确定其负荷侧故障已消除后，人工合入母联开关（要求两路低压进线开关和母联开关之间必须加电气闭锁）。

200KW及以下的负荷单元不考虑设置变电所，由附近的其它变电所供电，但必须保证正常工作及起动所需的电压允许值。1.6.2车间变电所的配置

为节省占地面积和有利于在多尘多碱液的环境中安全运行、维护检修，尽可能将其置于车间建筑物之内，当没有建筑物依附时，则建独立变电所。

所有车间及独立变电所均采用干式变压器与低压配电屏并列安装的布置方式。高低压配电室为方便电缆敷设通常均设置电缆夹层，对出线较少的低压配电室也可采用电缆沟出线的敷设方式。1.6.3 220/380V配电系统

所有车间变电所均设有低压配电室，为缩短线路长度和减少电能损耗，尽可能使配电室伸入到用电负荷中心。所有220/380V系统一律采用TN-S制式，对外供电电源线路长度在50m及以上者，必须在其进户处做重复接地。

互为备用的用电设备应分配在不同的母线段上供电。1.7控制与监测

根据生产运行的实际需要，氧化铝厂的10个10kV分配电所，全部采用综合自动化装置，对系统中的每一个回路进行实时监控和操作。

各生产车间的电力传动系统，凡设有DCS控制中心的，一律采用集中计算机和分散于机旁的两种方式进行生产操作、监控和检测；没有DCS系统的车间，则采用PLC系统控制。

为与一期控制原理图保持一致，普通低压电机均采用马达保护器进行控制、保护，并以硬接线方式送至DCS。1.8继电保护

采用综合自动化装置的10个10KV分配电所及其供电的高压电机和车间变压器按照有关规范设置保护。1.9电力传动

普通可直接起动的电动机由低压屏上的接触器控制起停，280kW及以上容量的电动机由于直接起动困难，建议采用10kV电压等级的高压电机。根据起动电压水平计算，凡不能直接起动、又需要调速的风机、泵类负荷加变频器软起和调速，不需要调速者加软起动器起动。大型恒力矩负荷如630kW以上的球磨机，则采用液体变阻器起动。1.10功率因数补偿

为达到电力部门运行功率因数达到0.9和节约能源的需要，应该加装静电移相电容器，加装的方式有两种：一种是装在10KV侧，另一种是装在220/380V侧，其区别在于装在10KV侧仅能提高功率因数，而装于220/380V侧时在提高功率因数的同时，还可提高变压器和输电线路的利用率，降低变压器内部损耗和线路损耗。

考虑到电容器往往成为谐波电流的首要受害者，在整流和逆变设备较多的电网上，装设补偿电容的同时，必须考虑谐波治理（即防止串联谐振）的问题。1.11电缆及线路敷设

高低压配电室内电缆出线均从电缆夹层由电缆桥架引出至车间。车间内电缆及电力线路，由于数量大且距离长，尽可能在避开恶劣环境和生产操作部位的地方采用电缆桥架敷设；根据实际情况也可穿水煤气管暗敷设或沿墙敷设。

厂区的供电线路主要沿综合管架采用电缆桥架敷设，为便于电缆敷设和维护检修，可在电缆桥架旁设计检修平台；在没有任何依托的区间，架设独立电缆桥架；4根及以下的10KV电缆线路考虑铠装直埋。1.12电气照明

厂区道路照明电源在保证合理电压降情况下实行多点供电，并统一控制开闭，线路一律为铠装电缆直埋, 跨越道路及各种管路及硬敷盖地面的线段必须穿钢管保护，埋设深度为0.8～1.0米。

主要生产车间内照明均采用双电源供电，两路电源分别引自车间低压配电室的不同母线段，并且车间内两路电源供电的照明灯具采取交叉布置的原则，以保证一路电源事故时另一路电源满足事故照明的需要。检修照明电源由车间内布置的检修电源箱提供。

高压配电室增设事故照明，照明电源取自直流屏；有人24小时值班的控制室除双电源供电外，另加自动切换的事故照明，照明电源取自UPS。1.13防雷及接地 1.13.1防雷

根据氧化铝厂各车间的生产性质，本厂属于Ⅲ类防雷等级，另据雷暴日资料，按中雷区计算，建筑物高度凡在15米及以上者，均做防雷设计。1.13.3接地

本工程10KV系统属于小电流接地方式，电气设备正常情况下不带电的金属外壳必须做可靠的接地保护。220/380V系统为TN-S方式，变压器中性点引出的工作接地线（即零线N）在进户后必须严格的与接地线（即PE线）区别开来，禁止经过开关切断。

1）变压器中性点工作接地冲击电阻不大于4Ω 2）保护接地冲击电阻不大于10Ω

3）车间二次配电点的进线侧，若变压器的接地超过50m时，要重复接地，接地电阻不得大于10。

防雷接地、低压工作接地、保护接地根据具体情况可合用一套接地装置组成综合，综合接地冲击电阻不大于1Ω。1.14节能

如何节约电能，是工程设计中必须考虑的问题，主要采取以下措施实现节能：

1）选用干式变压器中低能耗的SG(B)系列线圈非包封变压器。2）尽可能的将车间变压器布置在低压负荷中心，通过压缩低压线路长度减少线损。

3）需要调速的风机及泵类负荷采用变频调速方案，由于其流量正比于电机转速，电机的功率又正比于流量的三次方，所以可认为电机功率正比于转速的三次方，可见其节省效果十分可观，在频繁调速深度达50%时，节电30～60%，投入的变频设备投资约1～2年即可收回。

4）在车间变电所低压侧母线上装设静电移相电容器，使功率因数提高到0.9的同时，由于补偿后的电流有效值减少，可有效降低变压器和线路的损耗。1.15安全防火

1）变压器及配电室门窗均应满足相应防火等级的要求去做设计。配电室门应向外开。进出高低压柜（屏）的电缆孔洞或电缆进出配电室的孔洞安装施工完毕后，均应用防火堵料封严，以防火灾蔓延而扩大灾情。

2）对互为备用的双回路电缆宜分开敷设，在不同的通道中或在同一通道的不同侧支架上或不同桥架内，非得在同一桥架内敷设时，桥架内加金属隔板，以便把互为备用的电缆分开。电缆沟道或桥架较长时，约每隔200m应有隔火措施，以免火灾蔓延。

3）高低压配电室、控制室中的柜（屏）布置，按维护、操作及防火通道要求设计。在上述配电室及操作室内，备有手提式能喷绝缘的灭火粉末之类的喷射器材。

4）配电室及操作室均设有电话，以便有火情时能及时报警。5）选用高压电缆时，酌情可选用阻燃型电缆。

6）对应生产车间，照明供电采用不同电源的双回路交叉供电，以保证有火情时，有足够的照度要求。无双电源时，也可采用应急灯。

第五篇：氧化铝

自动化集成过程控制系统在氧化铝工程中的应用

氧化铝厂通过建立全厂集中控制与调度中心，提高整条生产线设备控制协调性和生产管理协同性，从而提高劳动生产率，提升设备运转率和设备台时产能。通过集中管理过程数据和管理数据，建立全厂生产指标监视系统和管控一体化信息平台，实现管理扁平化和精细化。通过建立氧化铝生产全流程优化管理、运行与控制系统，优化全流程综合生产指标、运行指标、过程运行控制指标，实现氧化铝生产全流程优化运行和优化控制，进而实现综合生产指标优化，全面、持续、稳定的提高氧化铝产量、改善氧化铝质量、降低氧化铝成本。

1）建立全厂集中控制与调度中心，实现全厂管控集中化。2）建立全厂管控一体化信息平台，实现管理扁平化和精细化。

3）建立全流程运行优化与运行控制系统，实现企业综合生产指标、运行指标、控制指标全流程优化。4）建立操作员仿真系统，提高操作员技术水平。引言

本集成过程控制系统以罗克韦尔自动化的集成架构为核心，是一套全面集成的过程控制解决方案。集成架构作为一种技术框架,将车间现场不同的应用项目通过统一的控制、可视化和通信平台集成在一起。这样一来，所有的数据都能够在整个企业内进行无逢的传递。这正是现代化铝厂真正需要的东西。

氧化铝集成过程控制系统下设原料磨、石灰消化、溶出、沉降、种子过滤、蒸发、成品过滤、焙烧八个子系统，负责全厂生产的数据采集和实时控制，并通过以太网光纤环网将信息集中到中央控制室的服务器，实现分散控制和集中管理的目的。本文详细介绍在ControlLogix平台上开发的集成过程控制系统硬件、软件设计。2 氧化铝生产过程的特点和控制要求 2．1 氧化铝生产过程简介

氧化铝是一种两性氧化物，能溶解于酸中也能溶解于碱溶液中。因此，由矿石中提取氧化铝的方法分为酸法和碱法。开曼铝业采用拜耳法碱法生产工艺。

拜耳法的基本原理有两条：

（1）用NaOH溶液溶出铝土矿所得到的铝酸钠溶液，在添加晶种不断搅拌和逐渐降温的条件下，溶液中的氧化铝便呈AI(OH)3析出；

（2）分解得到的母液（主要含NaOH），经蒸发浓缩后在高温下用来溶出新的一批铝土矿。

交替使用这两个过程，就能够连续地处理铝土矿，从中不断析出纯的AI(OH)3产品，构成所谓的拜尔法循环。

拜耳法的实质就是使如下反应在不同条件下朝不同的方向交替进行：

式中当溶出一水铝石和三水铝石时X分别为1和3，当分解铝酸钠溶液时X=3.2．2氧化铝生产对自控系统的要求

氧化铝生产的多工序性，工序之间的互相制约性，要求控制系统必须长期连续稳定运行。被控量既有温度、压力、流量、液位、密度等物理量，又有NT、A/S（硅铝比）、αK（浓度）、AI2O3等化学量，对自控系统的实时性、准确性、安全性等方面提出了极高的要求。3 集成过程控制系统的硬件设计

图1 网络拓扑图

3．1 慨述

集成过程控制系统是一个分布式控制系统。

系统下设原料磨、石灰消化、溶出、沉降、种子过滤、蒸发、成品过滤、焙烧八个过程控制子系统（车间），每个车间均有一台工程师站EWS和2-3台操作员站OPS。车间内部工艺参数的数据采集、实时监控、数据处理等信息的传输由ControlNet控制网实现。整个氧化铝厂的主要生产操作由这八套子系统完成。

集成过程控制系统的信息层采用EtherNet/IP工业以太网，通过以太网将上述八个车间的信息传送到全厂生产信息调度中心，该中心设有两台服务器SERVER1、SERVER2和两台操作站OPS1、OPS2，对全厂生产过程进行集中监视、控制和管理。

整个控制系统共配置有35个CPU模块，650多个I/O模块，100多个通信模块，这些模块分别安装在近90个机架上。用于控制4000多点模拟量和9000多点开关量，系统网络拓扑见图1。

3．2冗余技术是集成过程控制系统的基础[1]

这个由13000多个控制点构成的庞大的自动控制工程，如果因故障停止运行，每天经济损失高达100多万元人民币，如何保证氧化铝生产长期连续稳定运行，决不是一句套话，一句口头禅，而是摆在每一个设计、调试人员面前必须解决的基本课题。

具体而言，我们需要找到下述五种故障的解决途径：

第1种故障：CPU故障； 第2种故障：控制层网络故障；

第3种故障：信息层网络故障；

第4种故障：主机硬件故障；

第5种故障：软件故障。

我们虽然知道：1756/1757系统硬件模块的平均无故障时间（MTBF）在150万小时左右，并且获得了TUV的SIL2的认证。以每天24小时，每年365天计算，模块在171年内将不会失效。但实际上，影响系统有效性的因素远不只模块本身，更重要的是如何用上千个模块构建一个稳定合理的系统。就象钢铁，可以造就万吨巨轮远航四海，也可能变为沉沦海底的一堆锈铁一样。

罗克韦尔自动化集成过程控制系统的冗余技术合理地解决了这些问题。

所谓“冗余”，是指“一个具有相同设备功能的备用系统”，当主设备出现故障时，冗余设备是可以立即使用的替代设备。3．3控制器冗余

图2 硬件冗余

3.3.1控制站冗余

两个互为冗余的控制站配置必须完全相同（图2中的主/从机架），冗余功能是依靠冗余模块1757-SRM实现。当主控制器失效时，从控制器在100ms内接替主控制器，主从控制器的同步对用户来说是完全透明的，冗余模块之间通过冗余的光缆连接。

冗余功能的主要特性如下：

※ 同步透明性：控制器的同步不会引起任何可能的控制中断。

※切换透明性：主从控制器切换时，除了触发相应的报警或事件，不会对操作产生其他的影响，切换的时间可以忽略。

※可靠的存储：当进行同步数据传输时，只有主机架和从机架都收到相同的信息时，系统才确认数据传输成功。

※切换时数据连贯性：进行冗余切换时，输出保持不变，保证过程不发生扰动。

※完全不要用户编程。3.3.2电源冗余

图2所示，每一个I/O远程机架配置一组1756-PAR2冗余电源（每组冗余电源由两个1756-PA75R电源模块，两根1756-CPR电缆和一个1756-PSCA适配器构成）。它们分别由两路不同的系统供电，当任一路供电系统故障时，另一路仍保持供电，因此可以确保I/O机架供电不间断。3.4 控制层网络冗余

图2中1756-CNBR是ControlNet通信模块，它有两个冗余的网络通道：A口和B口，使控制信息实现冗余。传送速率达5Mbps,传送介质是75Ω阻抗的1786-RG6同轴电缆，通过BNC连接器与ControlNet总线相连。3.5 信息层网络冗余

信息层网络故障借助交换机冗余和双光纤环网两个途径解决（见图1）。3.5.1交换机冗余

每个车间的现场信息，是通过两个冗余以太网交换机获取，例如图1溶出车间，左边的交换机接收来自一期、二期和二期扩建主机架上的1756-ENBT模块信息，右边的交换机接收来自一期、二期和二期扩建副机架上的1756-ENBT模块信息，这样做的好处是现场信息具有冗余功能。3.5.2双光纤环网

全厂设有两条100m光纤以太网环网。

(1)环网1

设有9个以太网光纤交换机，用于原料磨、石灰消化、溶出、沉降、分解、蒸发、成品和焙烧等8个车间的现场数据和冗余服务器（ServerS、erver2）进行数据交换。

(2)环网2

设有7个以太网光纤交换机，并在原料磨、溶出、沉降、分解、蒸发和焙烧等6个主要车间各设一台操作员站OPS3，可以监视全厂其他车间的运行情况（只看不控）。

环网1和环网2是两个独立的网络，他们之间只有一个通信通道，即信息只有通过服务器才可以进行交换。

服务器采用双层网络结构，下层以太网（环网1）直接接处理器，上层以太网（环网2）接操作站，上、下二层网络只能通过冗余服务器才能进行通信，互不影响，上层网故障不影响下层网正常工作。

需要说明的是：光纤以太网交换机对网络性能起到十分重要的作用，本系统选用ED6008-MM-SC型光纤交换机[2]，该交换机可进行流量设置，也可对端口进行控制，交换机的电源具有冗余功能，故障恢复时间小于300mS，可以有效的防止网络堵塞。3.6服务器冗余

采用主/从服务器结构。当主服务器出现故障时，从服务器自动转为主服务器，提供与控制器/RTU的通信、数据采集等功能，并为其他操作站提供服务。主服务器定时将数据库中的所有数据信息传送到从服务器，以确保主/从服务器之间的完全同步。3.7其他可靠性措施（图3）

图3 开关量输入隔离

(1)信号隔离

开关量输入/输出经过继电器隔离；模拟量输入/输出经过模拟量隔离器隔离[3];

(2)继电器一次回路、二次回路、模拟量隔离器由三路独立的冗余直流电源供电;

(3)工程师站、操作员站和服务器均由UPS不间断电源供电.4 集成过程控制系统的软件设计

软件设计主要包括两大部分：控制程序设计和监控画面设计。软件编制是在工程师站完成的，在这里进行集成过程控制系统的①编制程序②组态网络③开发操作界面。为此，在工程师站（操作系统为Windows2000 SP4）安装了下列软件：

(1)RSLinx Classic Gateway：通信功能;

(2)RSLogix5000：编程功能;

(3)RSNet Worx for ControlNet：网络配置;

(4)RSV Studio for RSV Enterprise：操作员界面开发.罗克韦尔自动化的集成架构主要由Logix控制平台、NetLinx通信网络、ViewAnyWare人机界面和FactoryTalk企业实时数据交换技术构成。本文以铝厂生产流程中最重要的环节-高压溶出车间（一期）为例，说明集成架构的优势。4.1 网络组态

一期控制系统由两个冗余机架和五个远程I/O机架组成，首先用RSNet Worx for ControlNet软件进行网络组态，为了避免网络负荷过重，将远程机架分成两组（相应地在两个冗余机架上各插有2块1756-CNBR/D模块），组态后获得图4。

经组态后，机架上的任一点的信息，利用ControlNet特有的“生产者/消费者”通信模式，无须编写程序就可以被其他车间的处理器读取，实现各个处理器之间的标签共享。使设计人员能够将主要精力用在如何让系统完成控制任务，而不是编写与其他处理器通信的程序。

图4溶出车间一期控制网组态

4.2 控制程序的设计

溶出车间由数十条单回路或串级调节回路组成，用来完成矿浆进料流量、料位、温度及密度调节，生产工艺对实时性有严格的要求。利用RSLogix5000的多任务编程方式，将控制程序安排在三个任务中去完成，即主任务、模拟量控制任务和马达控制任务（图5）。[4]

图5 多任务编程

在每个任务中，又构建了程序（Program）和多个例程（Routine）。每个程序都有属于自身的数据（Program Tags）,可以避免和其他程序发生冲突。通过控制器标签（Controller Tags）,实现与其他处理器的数据交换。对每个任务分配合适的周期和优先权，只要到达周期性任务的周期，该任务会中断任何低优先级的任务，执行一次，然后将控制权交回到先前任务的停止处，多任务控制方式满足了溶出过程高实时性的控制要求。

溶出车间需要对100多台电动机、变频器和各种阀门进行实时控制，其数据的组织和管理是一个十分繁重的任务。我们利用RSLogix5000可以自定义数据结构的功能，按照工艺要求自定义四种数据结构：电动机、普通阀、调节阀、变频器（图6），不但大大缩短了创建数据结构的时间，而且提高了程序的可靠性和可读性。图6右边窗口显示了变频器数据结构VPF。

图6 用户自定义数据结构

4.3 监控画面的编制

RSView Studio [5]用于创建丰富的图形显示画面，生动形象地反映生产过程。通过这些显示画面允许操作员直接对生产过程进行操作。

由它开发的人机界面画面既可应用于传统的、单机HMI应用，又适应于大型分布式的现代工业自动化应用。

以溶出车间为例：挂接在环网1上的工程师站EWS及操作员站OPS1、OPS2工作于单机模式，可以监视和操作本车间一期、二期和二期扩建所有设备，挂接在环网2上的操作员站OPS3工作于分布模式，在调度中心冗余服务器上进行操作权限设置，即可在溶出车间监视全厂其他车间的运行工况（但不可对其他车间的设备进行操作）。

监控画面要求对氧化铝生产过程自动控制与监督管理。模拟量控制包括温度、压力、液位、流量等参数的显示、报警、自动调节和控制；开关量控制包括各种溶液泵、真空泵、空压机、冷凝水泵、搅拌电机等电机设备的远方起停控制和联锁、运行状态监视、阀门控制和联锁控制；根据工艺流程及生产操作原理，编制各种流程显示画面、趋势及历史曲线等；设置安全机制，分别对操作员站、工程师站的权限进行限制；对生产过程实时参数进行采集、存储、定时报表打印等。

图7，8和9分别是溶出车间的总貌和PID调节器实例。

图7高压溶出流程总貌

该画面显示了高压溶出的主要工艺流程及参数，操作员可以通过该画面对主要参数进行监控。

·当点击图中各个参数后面的单位符号时，将弹出相应的趋势图;

·画面上相关设备位号后的圆圈为红色表示该设备没有投入使用，为绿色表示该设备已投入使用;

·画面最下方是报警行，你可以看到最近发生的报警;

·点击画面下方的按钮，将进入相应的子画面。

图8 高压溶出参数测量总貌

该画面、高压溶出的主要工艺参数监控画面，操作员可以通过该画面监控高压溶出的主要参数：

·当点击相应参数后的单位符号时，将显示相应的趋势图;

·画面最下方是报警行，你可以看到最近发生的报警;

·点击画面下方的按钮，将进入相应的画面。

图9 Td101/Td102脱硅槽内矿浆温度串级调节回路

图9中，以Td101/Td102脱硅槽内矿浆温度为主调节回路，以进入Td101/Td102脱硅槽脱硅蒸汽流量为副调节回路，构成串级调节回路，通过调节13FCV104调节阀，控制进入Td101/Td102脱硅槽脱硅蒸汽流量。其中“13TE105/107选择”按钮是主回路的温度测量值，用来选择Td101脱硅槽浆液温度13TE105或选择Td102脱硅槽浆液温度13TE107。4.4 服务器

服务器用于对数据的采集、控制、记录和报警，并向操作员站提供人机界面服务。

服务器采用DELL公司的产品，并安装了网络版软件。

监控系统有下面三个特点：

(1)一次性完成标签创建工作

在RSLogix5000中定义的标签，借助Factory Talk企业实时数据交换技术，在REView SE 的画面中可以直接引用，而不必象过去那样导入、导出所需的数据。

(2)RSView SE Server冗余

当主Server出现故障时，自动切换到从Server.当主Server再次可用时，它自动重新继续执行HMI Server的任务。从而保证Server组件向Client提供连续的信息，提高系统可访问性，确保用户监控到生产现场的运行情况，为他们做出重要的决策提供信息支持。

(3)全局报警

报警汇总画面反应当前报警状况，报警内容包括：报警描述、报警类型、报警值、报警日期、报警时间等，点击“Ack Current”按钮，将对选定的那条报警进行确认，点击”Ack Page“按钮，将对该页的报警项进行确认，点击”Ack All”按钮，将对所有的报警进行确认。

报警项显示红颜色，表示该报警存在且操作人员还没有进行报警确认，确认后将显示紫色。报警项显示紫色，表示该报警已进行确认，但报警依旧存在，当报警消失后，该报警项也将从报警页中消失。4.5 操作员站

开曼铝业八个主要车间，每个车间设有2-3个操作站。

操作站是DCS控制系统的人机界面，采用DELL高性能计算机，安装有RSView SE人机界面接口软件，是操作员监视、管理和操作生产过程的窗口。所有生产过程信息通过操作站呈现在操作员面前，所有的操作、控制和管理指令，也通过操作站下达。操作站供操作人员使用，由系统工程师管理和维护。

操作站的安全管理

每台操作站均有对应的登录、注销窗口，点击登录按钮，输入相应的用户名和密码后可进入监控画面，每个用户均有相应的权限，只有管理员才有所有权限，可对任何参数进行修改，有些参数如PID参数操作员用户不能修改。集成过程控制系统在氧化铝成功应用的意义

5.1通过建立全厂集中控制与调度中心，实现氧化铝生产过程的集中控制，提高整条生产线设备控制协调性。

5.2通过建立全厂集中控制与调度中心，压缩车间级管理职能，整合车间操作岗位，优化岗位设置，实现全厂生产管理扁平化，显著提高生产管理协同性，从而提高劳动生产率，提升设备运转率和设备台时产能。

5.3 集中管理过程数据和管理数据，建立全厂生产指标监视体系，开发生产指标监视平台，随时随地为各级领导提供全方位的生产和管理数据信息，辅助领导高效决策，从而提高领导决策效率，改善生产管理效率。

5.4 建立全厂管控一体化控制系统信息平台，实现质量管理、设备管理、物料管理、能源管理的精细化，从而实现全厂“物流、资金流、信息流”三流同步，精细化成本核算，改善经济技术指标，降低生产成本。

5.5 建立氧化铝生产全流程优化管理、运行与控制系统，优化全流程综合生产指标、运行指标、控制指标，使之全面、持续、稳定的提高氧化铝产量、改善氧化铝质量、降低氧化铝成本。

5.6 在传统过程控制系统基础之上，通过建立全流程一体化控制系统，提高产量1-2 %、提高氧化铝回收率0.5-1 %、节能能耗2-3 %。