第一篇：《氧化鋁制取工——基礎知識》

《氧化鋁制取工——基礎知識》

目 錄

第一篇 氧化鋁生產工藝

第一章 氧化鋁生產原理

第一節 第二節 第三節 概述

氧化鋁生產方法 鋁酸鈉溶液

第二章 原料制備

第一節 第二節 第三節 第四節 第五節 第六節 概述 配礦 磨礦

拜爾法配料 燒結法配料

石灰煅燒及石灰乳制備

第三章 煤粉制備和熟料燒結

第一節 第二節 第三節 第四節 第五節 概述

熟料燒結原理

硫在氧化鋁生產過程中的危害及排硫方法 影響熟料窯產量和質量的因素 降低熟料燒結熱耗的途徑

第四章 溶出

第一節 第二節 熟料溶出 鋁土礦溶出

第五章 液固分離

第一節 第二節 第三節 沉降 過濾 離心分離

第六章 脫硅

第一節 第二節 燒結法粗液脫硅 拜爾法預脫硅

第七章 鋁酸鈉溶液的分解

第一節 第二節 第三節

概述

鋁酸鈉溶液的晶種分解 鋁酸鈉溶液的碳酸化分解

第四節 氫氧化鋁的過濾與洗滌

第八章 氫氧化鋁焙燒

第一節 第二節 第三節 第四節 第五節 概述

氫氧化鋁的焙燒

焙燒過程對氫氧化鋁質量的影響 氫氧化鋁焙燒工藝 燃料及燃燒

第九章 母液蒸發

第一節 第二節 第三節 第四節 第五節 概述 蒸發原理 蒸發作業

蒸發器結垢的生成及清除 一水硫酸鈉的苛化及回收

第十章 氧化鋁生產的消耗和環境保護

第一節 第二節 氧化鋁生產的消耗 氧化鋁廠的環境保護

第二篇 氧化鋁生產設備

第十一章 固體輸送設備

第一節 第二節 第三節 第四節 第五節 第六節 帶式輸送機 板式輸送機 螺旋輸送機 斗式提升機 翻車機 堆取料機

第十二章 流體輸送設備

第一節 第二節 泵

氣力輸送設備

第十三章 磨礦及分級設備

第一節 第二節 第三節 球磨機 螺旋分級機 水力旋流器

第十四章 煅燒設備

第一節

石灰爐 第二節

回轉窯 第三節

冷卻機

第十五章 液固分離設備

第一節 第二節 第三節 沉降槽 過濾機 各類貯槽

第十六章 壓力容器

第一節 第二節 壓力容器基礎知識

氧化鋁生產中的壓力容器

第十七章 除塵設備

第一節 第二節 第三節 旋風除塵器 袋式除塵器 電除塵器

第三篇 綜合基礎知識

第十八章 電工基礎知識

第一節 第二節 常用電器的種類和用途 安全用電知識

第十九章 安全生產知識

第一節 第二節 安全操作基礎知識 勞動保護知識

第二十章 相關法律、法規知識

第一節 勞動法 第二節 安全生產法

第三節 環境保護相關法律法規

第二十一章 管理知識

第一節 生產管理 第二節 技術管理 第三節 質量管理

第二篇：氧化鋁污水（本站推薦）

氧化鋁行業水污染控制措施探討

2012-03-07 16:11:39

張 凱1，張瓊娜2(1.黃河水資源保護科學研究所，鄭州 450004；2.鄭州燃氣股份有限公司，鄭州 450006)摘■要:根據氧化鋁行業生產用水及排污特點，結合某氧化鋁生產企業生產廢水的處理實踐，推薦采用逆向洗滌赤泥和氫氧化鋁，節約用水量；綜合利用赤泥洗液和含堿廢水；對生產用水設置循環水系統和二次利用水系統；設置生產廢水處理站，氧化鋁系統和熱電廠的生產系統排水、循環水系統的排污水，以及化驗等廢水全部排入生產廢水處理站處理，廢水經處理后作為二次利用供水返回生產系統使用，通過綜合利用生產廢水，可以實現廠區廢水的零排放，節約資源的同時，提高清潔生產水平，避免對環境造成污染。

關鍵詞:氧化鋁;廢水;水污染防治;零排放

中圖分類號:X703 文獻標志碼:A 文章編號:1006-5377（2010）05-0052-04 1 前言

由于國內鋁土礦資源的鋁硅比普遍偏低，因此在氧化鋁廠的生產過程中一般都需要使用大量的水，同時也產生了大量外排廢水。據有關資料統計，國內大型氧化鋁廠日外排廢水可達4～6萬m3。氧化鋁生產廢水主要來源于現場的含堿廢液、生產設備冷卻水、工廠自備熱電廠的生產污水及其他附屬單位的生產排水。本文結合河南某年產80萬噸的氧化鋁生產企業的實際生產及水污染控制情況，對該行業廢水治理措施進行分析說明，對氧化鋁行業中拜爾法生產過程中的水污染產生、循環利用、二次利用、處理措施、清潔生產措施等問題進行了探討。生產工藝及廢水產生環節

拜爾法是目前處理鋁土礦生產氧化鋁流程最短、最經濟的方法，也是最主要的生產方法之一，特點是工藝簡單、流程短、能耗低、投資低、產品質量高，而且大氣污染物排放量小，是氧化鋁生產的最佳技術，屬于清潔生產工藝。

氧化鋁生產工藝用水主要為生料磨制、母液蒸發、脫硅、氧化鋁洗滌、赤泥洗滌，以及石灰爐CO2洗滌等工序。拜耳法生產氧化鋁，主要工藝是由溶出、分解與焙燒三個階段組成。氧化鋁生產過程中主要水污染物產生環節如下：1）氧化鋁系統主要用水單位為石灰制備、原礦漿磨制、溶出、預脫硅、赤泥分離洗滌、母液蒸發、氫氧化鋁過濾等工藝用水，水中主要含堿；2）煤氣站產生冷卻排水、酚油廢水；3）自備熱電站的凝汽機、空冷機、油冷機等冷卻水，主要污染物是pH、SS；化學水處理間樹脂再生（酸洗和堿洗）時產生的酸堿廢水；4）焙燒爐、空壓機、真空泵等設備間接冷卻水；5）選精礦濃密機溢流水含有礦漿、堿等污染物；6）各車間均有生活污水排出，污水中主要污染物為COD和懸浮物。水污染防治措施 在氧化鋁生產過程中有一定的含堿廢水產生，其主要來源是各工藝生產車間設備和管道的“跑冒滴漏”及設備檢修、清理的洗滌水、軸封、冷卻水等。這部分水一般含堿,若能回收后繼續使用,不僅能降低生產中的堿耗,而且可充分節約水資源及提高工廠效益。氧化鋁生產企業廢水治理措施主要包括以下幾個方面的內容：

（1）凈循環水系統

氧化鋁系統的溶出、熟料溶出、壓煮脫硅、分離洗滌、母液蒸發、燒成窯、焙燒爐、空壓機、真空泵等冷卻水,電廠凝汽機、空冷機、油冷機等冷卻水,這些均為設備間接冷卻水,除溫升變化外,基本不含有害物質,設置凈循環水系統,冷卻水經冷卻塔冷卻后循環利用。該企業凈循環水系統水量見表1。

（2）氧化鋁生產循環水系統

氧化鋁生產系統的生產設備冷卻、溶出、控制過濾、赤泥沉降洗滌、過濾及輸送、精液降溫種子分解、氫氧化鋁過濾、母液蒸發、排鹽苛化等工序冷卻用水設置總循環水系統。由于循環水受工藝物料污染，含堿較高，對補充水的硬度自行進行了軟化。為改善循環水水質，保持循環水在一定的濃縮倍數下運行，對10%的循環水進行分流澄清處理，保證循環水懸浮物含量符合循環水的水質標準。生產循環水系統水量見表2。

（3）選礦濁循環水系統

選礦車間鋁土礦選礦浮選工藝用水中主要含懸浮物及選礦藥劑，設置選礦濃密機溢流水循環系統，回收的溢流水進入回水池，返回流程循環使用的循環水量為3.4萬m3/d。

（4）煤氣站循環水系統

煤氣洗滌水中含有酚、氰、硫化物等多種污染物，設立單獨的循環水系統。循環水系統包括沉淀池、循環水泵房和水冷卻裝置。雙豎管冷卻器及煤氣洗滌塔的洗滌水進入隔油沉淀池，在沉淀池中定期投入硫酸鋁等絮凝劑，洗滌水經除油、沉渣后再依次進入熱水池、冷卻塔、冷水池循環使用。該循環水系統虧水運行，不外排廢水。為改善循環水水質，該系統設有旁流20%循環水的處理設施，即污水先經沉淀池除去泥沙，再經除油后80%送冷卻塔降溫后循環使用，另外20%水量用次氯酸鈉氧化作深度旁流處理，處理后仍返回循環水系統使用。

（5）設置生產廢水處理站

目前國內各氧化鋁廠均設有生產廢水集中處理的工業廢水處理站,一般采用混凝沉淀法進行處理。各生產系統的生產排水經匯集后進入廢水處理站，經加藥、沉淀去除廢水中的懸浮物、泥沙和油。

氧化鋁系統和熱電廠的生產系統排水、循環水系統的排污水，以及化驗等排水排入生產廢水處理站處理（各系統排水量見表3）。各系統生產排水經全廠排水管網匯入總管，然后排入工業廢水處理站，廢水經沉淀池、平流沉淀池去除懸浮物后作為二次利用供水返回生產系統使用，沉淀池下部的污泥輸送至赤泥堆場堆存。廢水處理站處理系統SS去除率為97%～98%，COD去除率為60%，凈化后水中SS<50mg/L。生產廢水處理站處理前后水質見表4。

（6）二次利用水系統

氧化鋁系統設二次利用水系統，溶出、種母精濾及脫硅、精液降溫種子分解、母液蒸發、氫氧化鋁過濾等工序的生產排水；各循環水系統排污水；原料堆場排水、化驗室及分析站排水等排入二次利用水系統，作為原料堆場噴灑、原料磨制、赤泥沉降分離洗滌和赤泥過濾及輸送、精液降溫種子分解等工序的生產用水使用。

生產廢水處理站的凈化水中SS<50mg/L，可滿足氧化鋁工藝系統和熱電廠中某些工序對懸浮物的要求，凈化后的水可用于原燃料卸車及堆場噴淋用水；原礦漿磨制、赤泥沉降分離洗滌和過濾輸送；精液降溫種子分解等氧化鋁工藝系統用水。凈化水中含堿，水質自行軟化，無需添加水質穩定劑可直接返回工藝系統使用。

熱電廠設二次利用水系統，將熱電廠的風機、水泵、夏季空調等設備冷卻水直接排入熱電廠循環水系統，作為補充水；熱電廠的循環水系統的排污水、鍋爐定期和不定期的排污水、化學水處理系統反沖洗酸或堿廢水作為灰渣輸送用水。冷卻水系統直排水部分作為廠區綠化、道路噴灑等用水。該廠的生產廢水全部得到綜合利用，不外排。該廠二次利用水使用情況見表5。

（7）堿液、堿水的綜合利用

對產生含堿水的車間的跑、冒、滴、漏的工藝物料以及地坪、設備沖洗水，均由專門設置的污水泵站送原礦漿磨制工序回收利用。對于氧化鋁工藝過程產生的含堿水、母液、硅渣及其附液、赤泥洗液和赤泥堆場返回的附液也送原料磨制工序綜合利用。

（8）赤泥逆向洗滌，減少用水量

赤泥是氧化鋁生產過程中提取氧化鋁后的固體廢物，其中的含堿液為可回收堿液。可減少用水量，采取逆向洗滌赤泥，洗滌后的溶液作為工藝回水用于配料。這樣可控制用水量，避免工藝回水飽和造成含堿廢水排放。

（9）化學水處理系統廢水酸堿中和處理

熱電廠化學水處理的廢水排入一個有效容積為4×420（m3）的中和池，同時配備有壓縮空氣攪拌系統，離子交換器排出的廢水、廢堿均排入池內，當池內液位達到一定高度時，采用壓縮空氣攪拌，同時啟動廢液泵進行循環攪拌。在中和池的出口處設有pH表，當pH值達到6～9時，停止攪拌。通過廢液泵直接排入生產排水管網。如pH值不合格時則開啟酸堿槽底部閥門，向中和池內加入濃酸、濃堿，繼續攪拌直至pH值合格后方可排出。

（10）生活污水處理站 生活污水采用一元化污水處理設備處理，其處理能力達到240m3/d。該設備由豎流式斜管沉淀池，一、二級接觸氧化、二沉池、消毒池、快濾池組合為一整體，污泥排入赤泥堆場，處理前后的水質情況見表6。污水處理站BOD凈化效率大于80%，治理后的出水BOD濃度小于30mg/L。處理后的生活廢水送生產廢水處理設施二次處理后作為氧化鋁生產補充水。

（11）酚油廢水焚燒處理

煤氣站循環水系統收集的酚油廢水中含有大量的酚類等有機污染物，其產生量為28.8m3/d，可送入煤氣廠配套的酚油廢水焚燒爐焚燒。清潔生產水平

工程設置完善的循環水系統和污水回收、串級使用系統，同時合理提高循環水濃縮倍率，減少循環水排污量；循環水系統的排污水及工業排水全部綜合利用，重復利用水率達95.8%。既防止了有害廢水的排放，又節約了新水，實現了生產廢水零排放。

經采取上述措施后，該廠氧化鋁新水耗量為11.94t／t-Al2O3，用水指標處于國內先進水平。只有控制了氧化鋁生產的新水用量，才能減少生產流程中污水量，從而減少進入工業廢水處理站的水量，使得工業用水做到了良性循環，為實現生產廢水零排放提供有利的保障。

結論

氧化鋁工業廢水以堿污染為主，對生產廢水設置循環水系統，各種小型、分散設備間接冷卻排水均作為凈循環水系統的補充水，循環水系統的排污水排入污水處理廠處理，處理后的水用于拜爾法種子分解中間降溫和熱電廠鍋爐沖渣、除塵，實現了氧化鋁工業生產廢水的零排放。因此，采用上述廢水處理方法及清潔生產方案，可以使氧化鋁工業生產的工業用水和排水實現封閉循環，實現廢水零排放，避免堿的流失和污染，基本解決了氧化鋁行業的水環境污染問題，其治理技術和管理經驗值得借鑒和推廣。

第三篇：化學品氧化鋁

化學品氧化鋁

化學品氧化鋁是除冶金級氧化鋁之外的各種氧化鋁、氫氧化鋁和含鋁化合物的總稱，在國際上統稱非冶金級氧化鋁，在中國又俗稱多品種氧化鋁，其中經過特殊加工過程在性能上與冶金級氧化鋁有一定差別的又常稱為特種氧化鋁。

化學品氧化鋁種類繁多，根據有色金屬行業標準YS/噸619-2007《化學品氧化鋁種類及牌號命名》，按化學成分將化學品氧化鋁分為5類：氫氧化鋁系列、特種氧化鋁系列、擬薄水鋁石系列、沸石系列和鋁酸鈣水泥系列。現在，聚合氯化鋁、含水鋁硅酸鈉、氟化鹽等鋁鹽、鋁酸鈉、鎵及鎵的化合物、部分氧化鋁陶瓷和剛玉耐火材料等也被納入了化學品氧化鋁的范疇。

1910年，美國鋁業公司（Alcoa）生產銷售了世界上第一批煅燒氧化鋁，作為生產白剛玉磨料的原料，開世界化學品氧化鋁工業的先河，距氧化鋁工業問世已24年。化學品氧化鋁的特點是品種多，附加值高，技術含量高，應用領域廣且不斷擴大，價格相對穩定，對環境友好，因此，已成為鋁產業的一個非常重要的分支。世界各國紛紛投巨資發展化學品氧化鋁產業，美國鋁業公司曾是世界最大的化學品氧化鋁生產商，其擁有24個生產企業，遍布世界各主要國家地區，生產的品種有220多個，產量超過1000k噸/a。后于2007年將化學品氧化鋁板塊轉讓給荷蘭安邁公司。

日本也是世界化學品氧化鋁生產消費大國，2012年其產量約1000k噸，而且在持續地緩緩上升，品種也是全球最多的，日本不生產冶金級氧化鋁，但在化學品氧化鋁生產方面卻實現了規模化、系列化、高科技化、環保化與成本合理化，產品除滿足國內需求以外，出口量達到25%左右。日本化學品氧化鋁產量的85%以上為住友化學工業公司、昭和電工公司、日本輕金屬公司所生產。

1940年前后，美國、日本及歐洲對化學品氧化鋁進行了大規模的研究，到20世紀70年代，在國外的一些工業發達國家得到巨大發展。據國際鋁業協會的統計，1975年，西方國家氧化鋁總產量約20344k噸，化學品氧化鋁產量1699k噸，占總產量的8.3%；2000年，全球氧化鋁總產量約51200k噸，而化學品氧化鋁的產量為4800k噸，占總產量的9.4%；2008年，全球冶金級氧化鋁產量60496k噸，化學品氧化鋁產量4638k噸，占總產量的7.12%；2012年，世界氧化鋁總產量95705k噸，化學品氧化鋁產量8580k噸，占總產量的9%。2008年~2012年，世界化學品氧化鋁的年平均增長率為16.6%，比原鋁的年平均增長率約高11個百分點。

中國化學品氧化鋁工業起步較晚，1961年前后，為了解決電子工業原料匱乏的局面，山東鋁廠（現名山東鋁業股份有限公司）首先研制成功低納α型氧化鋁，自此開始了中國化學品氧化鋁的研發和生產。上世紀70年代，為了滿足石油、化工、耐火材料、陶瓷、制藥、環保、兵器、航空航天等產業對化學品氧化鋁的需求，山東鋁廠、鄭州輕金屬研究院等又先后研發和生產了活性氧化鋁、除砷除氟劑氧化鋁、低鐵氫氧化鋁、高純氧化鋁、陶瓷用α-Al2O3、噴涂用氧化鋁等24種新產品；上世紀80年代，中國的化學品氧化鋁生產進入高速發展時期，新產品不斷涌現，以鄭州輕金屬研究院、山東鋁業股份有限公司、中國長城鋁業公司為代表，建成了約60條特種氧化鋁生產線。在一些大型氧化鋁企業周邊地區先后建成了一批批生產化學品氧化鋁的民營企業，它們利用國產的或進口的原料生產各種化學品氧化鋁。

中國是氧化鋁生產大國，采用的生產工藝比任何一個國家的都多，易于實現工藝流程中嫁接生產化學品氧化鋁的支線，尤其是燒結法生產的氫氧化鋁，其具有高的自然白度。中國的化學品氧化鋁產業經過50多年的發展，在國內外市場上具有相當大的影響力，氫氧化鋁填料等產品還享譽國際市場。

不過，與美國、德國、日本相比，中國化學品氧化鋁無論產品品質、品種、生產規模均存在著較大差距，其根本原因是在生產技術與裝備相對落后，對生產與應用方面的基礎理論研究不夠，創新能力弱，市場開發力度不夠。

中國化學品氧化鋁品質與國外先進水平相比的差距主要表現為：化學純度、晶型、粒度分布、顆粒形貌、孔結構、比表面積、收縮率等物理化學指標不能有效穩定地控制，不能很好地滿足用戶的需求，特別是不能滿足那些高科技產業的要求。

第四篇：氧化鋁電力

氧化鋁電力 1.1設計依據：

（1）氧化鋁主體專業提資；（2）本工程擬采用的規范標準； 1.2設計標準

供配電系統設計規范

GB50052-2009 10KV及以下變電所設計規范

GB50053-95 低壓配電設計規范

GB50054-95 電力裝置的繼電保護和自動裝置設計規范

GB50062-2008 通用電氣設備配電設計規范

GB50055-93 建筑照明設計標準

GB50034-2004 建筑物防雷設計規范

GB50057-2010 電力工程電纜設計規范

GB50217-2007 并聯電容器裝置設計規范

GB50227-2008 有色金屬冶煉廠電力設計規范

YS5002-96 1.3用電負荷及性質 1.3.1用電負荷

鑫旺氧化鋁廠二期300萬噸/年產量，用電計算負荷如下：

有功功率：110769KW

視在功率：123077KVA(按補償后cosφ＝0.9計算)

年電耗量：72×107KWh 1.3.2負荷性質 根據氧化鋁生產工藝流程長、連續性強的特點，其中一級負荷占25％，三級負荷占5％，其余為重要的二級負荷。因此，對供電可靠性要求較高，一般應由兩個獨立電源供電，并且每個電源均能保證供給總負荷的90％以上。1.4供電電源

氧化鋁廠用電電源從二期自備電站引來。

為提高供電可靠性，發電機10KV母線采用單母線分段加旁路方式。

為維持電站和氧化鋁廠的穩定運行，在電廠10KV饋電開關出口處必須加裝線路電抗器，其參數按電抗器后部三相短路時發電機母線殘壓仍可維持65％以上的額定電壓為準。1.5氧化鋁廠10KV配電系統

根據生產工藝各片區的特點和經濟供電半徑的原則，二期300萬噸氧化鋁廠共設置10個10KV分配電所，其分布如下：

原料10KV配電所

1個

溶出10KV配電所

2個

沉降區域配電所

1個

分解區域配電所

3個

蒸發區域配電所

1個

焙燒區域配電所

1個

空壓站區域配電所

1個

每個分配電所均為雙電源供電，即兩個電源回路分別引自發電機10kV不同母線段，目的是當其中任一進線回路停電時，另一進線回路可保證100%的負荷工作。

每個分配電所內的10kV主接線均采用單母線分段方式，正常時母聯斷開，為分列運行，當其中任一回路停電時，通過綜合自動化裝置的BZT環節合入母聯開關，保證對所有高壓電機和車間變電所的負荷正常供電。

1.6車間變電所及220/380V配電系統 1.6.1車間變電所

氧化鋁廠的10個10KV配電所盡可能伸入負荷中心，并以放射式供電方式，向所在區域的10/0.4/0.23KV車間變電所供電。主要生產流程中的車間變電所均設置兩臺變壓器，互為100%備用，所內低壓側母線為單母線分段方式，正常時分列運行，當其中任一電源停電時，在確定其負荷側故障已消除后，人工合入母聯開關（要求兩路低壓進線開關和母聯開關之間必須加電氣閉鎖）。

200KW及以下的負荷單元不考慮設置變電所，由附近的其它變電所供電，但必須保證正常工作及起動所需的電壓允許值。1.6.2車間變電所的配置

為節省占地面積和有利于在多塵多堿液的環境中安全運行、維護檢修，盡可能將其置于車間建筑物之內，當沒有建筑物依附時，則建獨立變電所。

所有車間及獨立變電所均采用干式變壓器與低壓配電屏并列安裝的布置方式。高低壓配電室為方便電纜敷設通常均設置電纜夾層，對出線較少的低壓配電室也可采用電纜溝出線的敷設方式。1.6.3 220/380V配電系統

所有車間變電所均設有低壓配電室，為縮短線路長度和減少電能損耗，盡可能使配電室伸入到用電負荷中心。所有220/380V系統一律采用TN-S制式，對外供電電源線路長度在50m及以上者，必須在其進戶處做重復接地。

互為備用的用電設備應分配在不同的母線段上供電。1.7控制與監測

根據生產運行的實際需要，氧化鋁廠的10個10kV分配電所，全部采用綜合自動化裝置，對系統中的每一個回路進行實時監控和操作。

各生產車間的電力傳動系統，凡設有DCS控制中心的，一律采用集中計算機和分散于機旁的兩種方式進行生產操作、監控和檢測；沒有DCS系統的車間，則采用PLC系統控制。

為與一期控制原理圖保持一致，普通低壓電機均采用馬達保護器進行控制、保護，并以硬接線方式送至DCS。1.8繼電保護

采用綜合自動化裝置的10個10KV分配電所及其供電的高壓電機和車間變壓器按照有關規范設置保護。1.9電力傳動

普通可直接起動的電動機由低壓屏上的接觸器控制起停，280kW及以上容量的電動機由于直接起動困難，建議采用10kV電壓等級的高壓電機。根據起動電壓水平計算，凡不能直接起動、又需要調速的風機、泵類負荷加變頻器軟起和調速，不需要調速者加軟起動器起動。大型恒力矩負荷如630kW以上的球磨機，則采用液體變阻器起動。1.10功率因數補償

為達到電力部門運行功率因數達到0.9和節約能源的需要，應該加裝靜電移相電容器，加裝的方式有兩種：一種是裝在10KV側，另一種是裝在220/380V側，其區別在于裝在10KV側僅能提高功率因數，而裝于220/380V側時在提高功率因數的同時，還可提高變壓器和輸電線路的利用率，降低變壓器內部損耗和線路損耗。

考慮到電容器往往成為諧波電流的首要受害者，在整流和逆變設備較多的電網上，裝設補償電容的同時，必須考慮諧波治理（即防止串聯諧振）的問題。1.11電纜及線路敷設

高低壓配電室內電纜出線均從電纜夾層由電纜橋架引出至車間。車間內電纜及電力線路，由于數量大且距離長，盡可能在避開惡劣環境和生產操作部位的地方采用電纜橋架敷設；根據實際情況也可穿水煤氣管暗敷設或沿墻敷設。

廠區的供電線路主要沿綜合管架采用電纜橋架敷設，為便于電纜敷設和維護檢修，可在電纜橋架旁設計檢修平臺；在沒有任何依托的區間，架設獨立電纜橋架；4根及以下的10KV電纜線路考慮鎧裝直埋。1.12電氣照明

廠區道路照明電源在保證合理電壓降情況下實行多點供電，并統一控制開閉，線路一律為鎧裝電纜直埋, 跨越道路及各種管路及硬敷蓋地面的線段必須穿鋼管保護，埋設深度為0.8～1.0米。

主要生產車間內照明均采用雙電源供電，兩路電源分別引自車間低壓配電室的不同母線段，并且車間內兩路電源供電的照明燈具采取交叉布置的原則，以保證一路電源事故時另一路電源滿足事故照明的需要。檢修照明電源由車間內布置的檢修電源箱提供。

高壓配電室增設事故照明，照明電源取自直流屏；有人24小時值班的控制室除雙電源供電外，另加自動切換的事故照明，照明電源取自UPS。1.13防雷及接地 1.13.1防雷

根據氧化鋁廠各車間的生產性質，本廠屬于Ⅲ類防雷等級，另據雷暴日資料，按中雷區計算，建筑物高度凡在15米及以上者，均做防雷設計。1.13.3接地

本工程10KV系統屬于小電流接地方式，電氣設備正常情況下不帶電的金屬外殼必須做可靠的接地保護。220/380V系統為TN-S方式，變壓器中性點引出的工作接地線（即零線N）在進戶后必須嚴格的與接地線（即PE線）區別開來，禁止經過開關切斷。

1）變壓器中性點工作接地沖擊電阻不大于4Ω 2）保護接地沖擊電阻不大于10Ω

3）車間二次配電點的進線側，若變壓器的接地超過50m時，要重復接地，接地電阻不得大于10。

防雷接地、低壓工作接地、保護接地根據具體情況可合用一套接地裝置組成綜合，綜合接地沖擊電阻不大于1Ω。1.14節能

如何節約電能，是工程設計中必須考慮的問題，主要采取以下措施實現節能：

1）選用干式變壓器中低能耗的SG(B)系列線圈非包封變壓器。2）盡可能的將車間變壓器布置在低壓負荷中心，通過壓縮低壓線路長度減少線損。

3）需要調速的風機及泵類負荷采用變頻調速方案，由于其流量正比于電機轉速，電機的功率又正比于流量的三次方，所以可認為電機功率正比于轉速的三次方，可見其節省效果十分可觀，在頻繁調速深度達50%時，節電30～60%，投入的變頻設備投資約1～2年即可收回。

4）在車間變電所低壓側母線上裝設靜電移相電容器，使功率因數提高到0.9的同時，由于補償后的電流有效值減少，可有效降低變壓器和線路的損耗。1.15安全防火

1）變壓器及配電室門窗均應滿足相應防火等級的要求去做設計。配電室門應向外開。進出高低壓柜（屏）的電纜孔洞或電纜進出配電室的孔洞安裝施工完畢后，均應用防火堵料封嚴，以防火災蔓延而擴大災情。

2）對互為備用的雙回路電纜宜分開敷設，在不同的通道中或在同一通道的不同側支架上或不同橋架內，非得在同一橋架內敷設時，橋架內加金屬隔板，以便把互為備用的電纜分開。電纜溝道或橋架較長時，約每隔200m應有隔火措施，以免火災蔓延。

3）高低壓配電室、控制室中的柜（屏）布置，按維護、操作及防火通道要求設計。在上述配電室及操作室內，備有手提式能噴絕緣的滅火粉末之類的噴射器材。

4）配電室及操作室均設有電話，以便有火情時能及時報警。5）選用高壓電纜時，酌情可選用阻燃型電纜。

6）對應生產車間，照明供電采用不同電源的雙回路交叉供電，以保證有火情時，有足夠的照度要求。無雙電源時，也可采用應急燈。

第五篇：氧化鋁

自動化集成過程控制系統在氧化鋁工程中的應用

氧化鋁廠通過建立全廠集中控制與調度中心，提高整條生產線設備控制協調性和生產管理協同性，從而提高勞動生產率，提升設備運轉率和設備臺時產能。通過集中管理過程數據和管理數據，建立全廠生產指標監視系統和管控一體化信息平臺，實現管理扁平化和精細化。通過建立氧化鋁生產全流程優化管理、運行與控制系統，優化全流程綜合生產指標、運行指標、過程運行控制指標，實現氧化鋁生產全流程優化運行和優化控制，進而實現綜合生產指標優化，全面、持續、穩定的提高氧化鋁產量、改善氧化鋁質量、降低氧化鋁成本。

1）建立全廠集中控制與調度中心，實現全廠管控集中化。2）建立全廠管控一體化信息平臺，實現管理扁平化和精細化。

3）建立全流程運行優化與運行控制系統，實現企業綜合生產指標、運行指標、控制指標全流程優化。4）建立操作員仿真系統，提高操作員技術水平。引言

本集成過程控制系統以羅克韋爾自動化的集成架構為核心，是一套全面集成的過程控制解決方案。集成架構作為一種技術框架,將車間現場不同的應用項目通過統一的控制、可視化和通信平臺集成在一起。這樣一來，所有的數據都能夠在整個企業內進行無逢的傳遞。這正是現代化鋁廠真正需要的東西。

氧化鋁集成過程控制系統下設原料磨、石灰消化、溶出、沉降、種子過濾、蒸發、成品過濾、焙燒八個子系統，負責全廠生產的數據采集和實時控制，并通過以太網光纖環網將信息集中到中央控制室的服務器，實現分散控制和集中管理的目的。本文詳細介紹在ControlLogix平臺上開發的集成過程控制系統硬件、軟件設計。2 氧化鋁生產過程的特點和控制要求 2．1 氧化鋁生產過程簡介

氧化鋁是一種兩性氧化物，能溶解于酸中也能溶解于堿溶液中。因此，由礦石中提取氧化鋁的方法分為酸法和堿法。開曼鋁業采用拜耳法堿法生產工藝。

拜耳法的基本原理有兩條：

（1）用NaOH溶液溶出鋁土礦所得到的鋁酸鈉溶液，在添加晶種不斷攪拌和逐漸降溫的條件下，溶液中的氧化鋁便呈AI(OH)3析出；

（2）分解得到的母液（主要含NaOH），經蒸發濃縮后在高溫下用來溶出新的一批鋁土礦。

交替使用這兩個過程，就能夠連續地處理鋁土礦，從中不斷析出純的AI(OH)3產品，構成所謂的拜爾法循環。

拜耳法的實質就是使如下反應在不同條件下朝不同的方向交替進行：

式中當溶出一水鋁石和三水鋁石時X分別為1和3，當分解鋁酸鈉溶液時X=3.2．2氧化鋁生產對自控系統的要求

氧化鋁生產的多工序性，工序之間的互相制約性，要求控制系統必須長期連續穩定運行。被控量既有溫度、壓力、流量、液位、密度等物理量，又有NT、A/S（硅鋁比）、αK（濃度）、AI2O3等化學量，對自控系統的實時性、準確性、安全性等方面提出了極高的要求。3 集成過程控制系統的硬件設計

圖1 網絡拓撲圖

3．1 慨述

集成過程控制系統是一個分布式控制系統。

系統下設原料磨、石灰消化、溶出、沉降、種子過濾、蒸發、成品過濾、焙燒八個過程控制子系統（車間），每個車間均有一臺工程師站EWS和2-3臺操作員站OPS。車間內部工藝參數的數據采集、實時監控、數據處理等信息的傳輸由ControlNet控制網實現。整個氧化鋁廠的主要生產操作由這八套子系統完成。

集成過程控制系統的信息層采用EtherNet/IP工業以太網，通過以太網將上述八個車間的信息傳送到全廠生產信息調度中心，該中心設有兩臺服務器SERVER1、SERVER2和兩臺操作站OPS1、OPS2，對全廠生產過程進行集中監視、控制和管理。

整個控制系統共配置有35個CPU模塊，650多個I/O模塊，100多個通信模塊，這些模塊分別安裝在近90個機架上。用于控制4000多點模擬量和9000多點開關量，系統網絡拓撲見圖1。

3．2冗余技術是集成過程控制系統的基礎[1]

這個由13000多個控制點構成的龐大的自動控制工程，如果因故障停止運行，每天經濟損失高達100多萬元人民幣，如何保證氧化鋁生產長期連續穩定運行，決不是一句套話，一句口頭禪，而是擺在每一個設計、調試人員面前必須解決的基本課題。

具體而言，我們需要找到下述五種故障的解決途徑：

第1種故障：CPU故障； 第2種故障：控制層網絡故障；

第3種故障：信息層網絡故障；

第4種故障：主機硬件故障；

第5種故障：軟件故障。

我們雖然知道：1756/1757系統硬件模塊的平均無故障時間（MTBF）在150萬小時左右，并且獲得了TUV的SIL2的認證。以每天24小時，每年365天計算，模塊在171年內將不會失效。但實際上，影響系統有效性的因素遠不只模塊本身，更重要的是如何用上千個模塊構建一個穩定合理的系統。就象鋼鐵，可以造就萬噸巨輪遠航四海，也可能變為沉淪海底的一堆銹鐵一樣。

羅克韋爾自動化集成過程控制系統的冗余技術合理地解決了這些問題。

所謂“冗余”，是指“一個具有相同設備功能的備用系統”，當主設備出現故障時，冗余設備是可以立即使用的替代設備。3．3控制器冗余

圖2 硬件冗余

3.3.1控制站冗余

兩個互為冗余的控制站配置必須完全相同（圖2中的主/從機架），冗余功能是依靠冗余模塊1757-SRM實現。當主控制器失效時，從控制器在100ms內接替主控制器，主從控制器的同步對用戶來說是完全透明的，冗余模塊之間通過冗余的光纜連接。

冗余功能的主要特性如下：

※ 同步透明性：控制器的同步不會引起任何可能的控制中斷。

※切換透明性：主從控制器切換時，除了觸發相應的報警或事件，不會對操作產生其他的影響，切換的時間可以忽略。

※可靠的存儲：當進行同步數據傳輸時，只有主機架和從機架都收到相同的信息時，系統才確認數據傳輸成功。

※切換時數據連貫性：進行冗余切換時，輸出保持不變，保證過程不發生擾動。

※完全不要用戶編程。3.3.2電源冗余

圖2所示，每一個I/O遠程機架配置一組1756-PAR2冗余電源（每組冗余電源由兩個1756-PA75R電源模塊，兩根1756-CPR電纜和一個1756-PSCA適配器構成）。它們分別由兩路不同的系統供電，當任一路供電系統故障時，另一路仍保持供電，因此可以確保I/O機架供電不間斷。3.4 控制層網絡冗余

圖2中1756-CNBR是ControlNet通信模塊，它有兩個冗余的網絡通道：A口和B口，使控制信息實現冗余。傳送速率達5Mbps,傳送介質是75Ω阻抗的1786-RG6同軸電纜，通過BNC連接器與ControlNet總線相連。3.5 信息層網絡冗余

信息層網絡故障借助交換機冗余和雙光纖環網兩個途徑解決（見圖1）。3.5.1交換機冗余

每個車間的現場信息，是通過兩個冗余以太網交換機獲取，例如圖1溶出車間，左邊的交換機接收來自一期、二期和二期擴建主機架上的1756-ENBT模塊信息，右邊的交換機接收來自一期、二期和二期擴建副機架上的1756-ENBT模塊信息，這樣做的好處是現場信息具有冗余功能。3.5.2雙光纖環網

全廠設有兩條100m光纖以太網環網。

(1)環網1

設有9個以太網光纖交換機，用于原料磨、石灰消化、溶出、沉降、分解、蒸發、成品和焙燒等8個車間的現場數據和冗余服務器（ServerS、erver2）進行數據交換。

(2)環網2

設有7個以太網光纖交換機，并在原料磨、溶出、沉降、分解、蒸發和焙燒等6個主要車間各設一臺操作員站OPS3，可以監視全廠其他車間的運行情況（只看不控）。

環網1和環網2是兩個獨立的網絡，他們之間只有一個通信通道，即信息只有通過服務器才可以進行交換。

服務器采用雙層網絡結構，下層以太網（環網1）直接接處理器，上層以太網（環網2）接操作站，上、下二層網絡只能通過冗余服務器才能進行通信，互不影響，上層網故障不影響下層網正常工作。

需要說明的是：光纖以太網交換機對網絡性能起到十分重要的作用，本系統選用ED6008-MM-SC型光纖交換機[2]，該交換機可進行流量設置，也可對端口進行控制，交換機的電源具有冗余功能，故障恢復時間小于300mS，可以有效的防止網絡堵塞。3.6服務器冗余

采用主/從服務器結構。當主服務器出現故障時，從服務器自動轉為主服務器，提供與控制器/RTU的通信、數據采集等功能，并為其他操作站提供服務。主服務器定時將數據庫中的所有數據信息傳送到從服務器，以確保主/從服務器之間的完全同步。3.7其他可靠性措施（圖3）

圖3 開關量輸入隔離

(1)信號隔離

開關量輸入/輸出經過繼電器隔離；模擬量輸入/輸出經過模擬量隔離器隔離[3];

(2)繼電器一次回路、二次回路、模擬量隔離器由三路獨立的冗余直流電源供電;

(3)工程師站、操作員站和服務器均由UPS不間斷電源供電.4 集成過程控制系統的軟件設計

軟件設計主要包括兩大部分：控制程序設計和監控畫面設計。軟件編制是在工程師站完成的，在這里進行集成過程控制系統的①編制程序②組態網絡③開發操作界面。為此，在工程師站（操作系統為Windows2000 SP4）安裝了下列軟件：

(1)RSLinx Classic Gateway：通信功能;

(2)RSLogix5000：編程功能;

(3)RSNet Worx for ControlNet：網絡配置;

(4)RSV Studio for RSV Enterprise：操作員界面開發.羅克韋爾自動化的集成架構主要由Logix控制平臺、NetLinx通信網絡、ViewAnyWare人機界面和FactoryTalk企業實時數據交換技術構成。本文以鋁廠生產流程中最重要的環節-高壓溶出車間（一期）為例，說明集成架構的優勢。4.1 網絡組態

一期控制系統由兩個冗余機架和五個遠程I/O機架組成，首先用RSNet Worx for ControlNet軟件進行網絡組態，為了避免網絡負荷過重，將遠程機架分成兩組（相應地在兩個冗余機架上各插有2塊1756-CNBR/D模塊），組態后獲得圖4。

經組態后，機架上的任一點的信息，利用ControlNet特有的“生產者/消費者”通信模式，無須編寫程序就可以被其他車間的處理器讀取，實現各個處理器之間的標簽共享。使設計人員能夠將主要精力用在如何讓系統完成控制任務，而不是編寫與其他處理器通信的程序。

圖4溶出車間一期控制網組態

4.2 控制程序的設計

溶出車間由數十條單回路或串級調節回路組成，用來完成礦漿進料流量、料位、溫度及密度調節，生產工藝對實時性有嚴格的要求。利用RSLogix5000的多任務編程方式，將控制程序安排在三個任務中去完成，即主任務、模擬量控制任務和馬達控制任務（圖5）。[4]

圖5 多任務編程

在每個任務中，又構建了程序（Program）和多個例程（Routine）。每個程序都有屬于自身的數據（Program Tags）,可以避免和其他程序發生沖突。通過控制器標簽（Controller Tags）,實現與其他處理器的數據交換。對每個任務分配合適的周期和優先權，只要到達周期性任務的周期，該任務會中斷任何低優先級的任務，執行一次，然后將控制權交回到先前任務的停止處，多任務控制方式滿足了溶出過程高實時性的控制要求。

溶出車間需要對100多臺電動機、變頻器和各種閥門進行實時控制，其數據的組織和管理是一個十分繁重的任務。我們利用RSLogix5000可以自定義數據結構的功能，按照工藝要求自定義四種數據結構：電動機、普通閥、調節閥、變頻器（圖6），不但大大縮短了創建數據結構的時間，而且提高了程序的可靠性和可讀性。圖6右邊窗口顯示了變頻器數據結構VPF。

圖6 用戶自定義數據結構

4.3 監控畫面的編制

RSView Studio [5]用于創建豐富的圖形顯示畫面，生動形象地反映生產過程。通過這些顯示畫面允許操作員直接對生產過程進行操作。

由它開發的人機界面畫面既可應用于傳統的、單機HMI應用，又適應于大型分布式的現代工業自動化應用。

以溶出車間為例：掛接在環網1上的工程師站EWS及操作員站OPS1、OPS2工作于單機模式，可以監視和操作本車間一期、二期和二期擴建所有設備，掛接在環網2上的操作員站OPS3工作于分布模式，在調度中心冗余服務器上進行操作權限設置，即可在溶出車間監視全廠其他車間的運行工況（但不可對其他車間的設備進行操作）。

監控畫面要求對氧化鋁生產過程自動控制與監督管理。模擬量控制包括溫度、壓力、液位、流量等參數的顯示、報警、自動調節和控制；開關量控制包括各種溶液泵、真空泵、空壓機、冷凝水泵、攪拌電機等電機設備的遠方起停控制和聯鎖、運行狀態監視、閥門控制和聯鎖控制；根據工藝流程及生產操作原理，編制各種流程顯示畫面、趨勢及歷史曲線等；設置安全機制，分別對操作員站、工程師站的權限進行限制；對生產過程實時參數進行采集、存儲、定時報表打印等。

圖7，8和9分別是溶出車間的總貌和PID調節器實例。

圖7高壓溶出流程總貌

該畫面顯示了高壓溶出的主要工藝流程及參數，操作員可以通過該畫面對主要參數進行監控。

·當點擊圖中各個參數后面的單位符號時，將彈出相應的趨勢圖;

·畫面上相關設備位號后的圓圈為紅色表示該設備沒有投入使用，為綠色表示該設備已投入使用;

·畫面最下方是報警行，你可以看到最近發生的報警;

·點擊畫面下方的按鈕，將進入相應的子畫面。

圖8 高壓溶出參數測量總貌

該畫面、高壓溶出的主要工藝參數監控畫面，操作員可以通過該畫面監控高壓溶出的主要參數：

·當點擊相應參數后的單位符號時，將顯示相應的趨勢圖;

·畫面最下方是報警行，你可以看到最近發生的報警;

·點擊畫面下方的按鈕，將進入相應的畫面。

圖9 Td101/Td102脫硅槽內礦漿溫度串級調節回路

圖9中，以Td101/Td102脫硅槽內礦漿溫度為主調節回路，以進入Td101/Td102脫硅槽脫硅蒸汽流量為副調節回路，構成串級調節回路，通過調節13FCV104調節閥，控制進入Td101/Td102脫硅槽脫硅蒸汽流量。其中“13TE105/107選擇”按鈕是主回路的溫度測量值，用來選擇Td101脫硅槽漿液溫度13TE105或選擇Td102脫硅槽漿液溫度13TE107。4.4 服務器

服務器用于對數據的采集、控制、記錄和報警，并向操作員站提供人機界面服務。

服務器采用DELL公司的產品，并安裝了網絡版軟件。

監控系統有下面三個特點：

(1)一次性完成標簽創建工作

在RSLogix5000中定義的標簽，借助Factory Talk企業實時數據交換技術，在REView SE 的畫面中可以直接引用，而不必象過去那樣導入、導出所需的數據。

(2)RSView SE Server冗余

當主Server出現故障時，自動切換到從Server.當主Server再次可用時，它自動重新繼續執行HMI Server的任務。從而保證Server組件向Client提供連續的信息，提高系統可訪問性，確保用戶監控到生產現場的運行情況，為他們做出重要的決策提供信息支持。

(3)全局報警

報警匯總畫面反應當前報警狀況，報警內容包括：報警描述、報警類型、報警值、報警日期、報警時間等，點擊“Ack Current”按鈕，將對選定的那條報警進行確認，點擊”Ack Page“按鈕，將對該頁的報警項進行確認，點擊”Ack All”按鈕，將對所有的報警進行確認。

報警項顯示紅顏色，表示該報警存在且操作人員還沒有進行報警確認，確認后將顯示紫色。報警項顯示紫色，表示該報警已進行確認，但報警依舊存在，當報警消失后，該報警項也將從報警頁中消失。4.5 操作員站

開曼鋁業八個主要車間，每個車間設有2-3個操作站。

操作站是DCS控制系統的人機界面，采用DELL高性能計算機，安裝有RSView SE人機界面接口軟件，是操作員監視、管理和操作生產過程的窗口。所有生產過程信息通過操作站呈現在操作員面前，所有的操作、控制和管理指令，也通過操作站下達。操作站供操作人員使用，由系統工程師管理和維護。

操作站的安全管理

每臺操作站均有對應的登錄、注銷窗口，點擊登錄按鈕，輸入相應的用戶名和密碼后可進入監控畫面，每個用戶均有相應的權限，只有管理員才有所有權限，可對任何參數進行修改，有些參數如PID參數操作員用戶不能修改。集成過程控制系統在氧化鋁成功應用的意義

5.1通過建立全廠集中控制與調度中心，實現氧化鋁生產過程的集中控制，提高整條生產線設備控制協調性。

5.2通過建立全廠集中控制與調度中心，壓縮車間級管理職能，整合車間操作崗位，優化崗位設置，實現全廠生產管理扁平化，顯著提高生產管理協同性，從而提高勞動生產率，提升設備運轉率和設備臺時產能。

5.3 集中管理過程數據和管理數據，建立全廠生產指標監視體系，開發生產指標監視平臺，隨時隨地為各級領導提供全方位的生產和管理數據信息，輔助領導高效決策，從而提高領導決策效率，改善生產管理效率。

5.4 建立全廠管控一體化控制系統信息平臺，實現質量管理、設備管理、物料管理、能源管理的精細化，從而實現全廠“物流、資金流、信息流”三流同步，精細化成本核算，改善經濟技術指標，降低生產成本。

5.5 建立氧化鋁生產全流程優化管理、運行與控制系統，優化全流程綜合生產指標、運行指標、控制指標，使之全面、持續、穩定的提高氧化鋁產量、改善氧化鋁質量、降低氧化鋁成本。

5.6 在傳統過程控制系統基礎之上，通過建立全流程一體化控制系統，提高產量1-2 %、提高氧化鋁回收率0.5-1 %、節能能耗2-3 %。