第一篇：《氧化鋁制取工——基礎(chǔ)知識(shí)》

《氧化鋁制取工——基礎(chǔ)知識(shí)》

目 錄

第一篇 氧化鋁生產(chǎn)工藝

第一章 氧化鋁生產(chǎn)原理

第一節(jié) 第二節(jié) 第三節(jié) 概述

氧化鋁生產(chǎn)方法 鋁酸鈉溶液

第二章 原料制備

第一節(jié) 第二節(jié) 第三節(jié) 第四節(jié) 第五節(jié) 第六節(jié) 概述 配礦 磨礦

拜爾法配料 燒結(jié)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(jié)

第一節(jié) 第二節(jié) 第三節(jié) 第四節(jié) 第五節(jié) 概述

熟料燒結(jié)原理

硫在氧化鋁生產(chǎn)過(guò)程中的危害及排硫方法 影響熟料窯產(chǎn)量和質(zhì)量的因素 降低熟料燒結(jié)熱耗的途徑

第四章 溶出

第一節(jié) 第二節(jié) 熟料溶出 鋁土礦溶出

第五章 液固分離

第一節(jié) 第二節(jié) 第三節(jié) 沉降 過(guò)濾 離心分離

第六章 脫硅

第一節(jié) 第二節(jié) 燒結(jié)法粗液脫硅 拜爾法預(yù)脫硅

第七章 鋁酸鈉溶液的分解

第一節(jié) 第二節(jié) 第三節(jié)

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(jié) 氫氧化鋁的過(guò)濾與洗滌

第八章 氫氧化鋁焙燒

第一節(jié) 第二節(jié) 第三節(jié) 第四節(jié) 第五節(jié) 概述

氫氧化鋁的焙燒

焙燒過(guò)程對(duì)氫氧化鋁質(zhì)量的影響 氫氧化鋁焙燒工藝 燃料及燃燒

第九章 母液蒸發(fā)

第一節(jié) 第二節(jié) 第三節(jié) 第四節(jié) 第五節(jié) 概述 蒸發(fā)原理 蒸發(fā)作業(yè)

蒸發(fā)器結(jié)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(chǎn)的消耗和環(huán)境保護(hù)

第一節(jié) 第二節(jié) 氧化鋁生產(chǎn)的消耗 氧化鋁廠的環(huán)境保護(hù)

第二篇 氧化鋁生產(chǎn)設(shè)備

第十一章 固體輸送設(shè)備

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

第十二章 流體輸送設(shè)備

第一節(jié) 第二節(jié) 泵

氣力輸送設(shè)備

第十三章 磨礦及分級(jí)設(shè)備

第一節(jié) 第二節(jié) 第三節(jié) 球磨機(jī) 螺旋分級(jí)機(jī) 水力旋流器

第十四章 煅燒設(shè)備

第一節(jié)

石灰爐 第二節(jié)

回轉(zhuǎn)窯 第三節(jié)

冷卻機(jī)

第十五章 液固分離設(shè)備

第一節(jié) 第二節(jié) 第三節(jié) 沉降槽 過(guò)濾機(jī) 各類貯槽

第十六章 壓力容器

第一節(jié) 第二節(jié) 壓力容器基礎(chǔ)知識(shí)

氧化鋁生產(chǎn)中的壓力容器

第十七章 除塵設(shè)備

第一節(jié) 第二節(jié) 第三節(jié) 旋風(fēng)除塵器 袋式除塵器 電除塵器

第三篇 綜合基礎(chǔ)知識(shí)

第十八章 電工基礎(chǔ)知識(shí)

第一節(jié) 第二節(jié) 常用電器的種類和用途 安全用電知識(shí)

第十九章 安全生產(chǎn)知識(shí)

第一節(jié) 第二節(jié) 安全操作基礎(chǔ)知識(shí) 勞動(dòng)保護(hù)知識(shí)

第二十章 相關(guān)法律、法規(guī)知識(shí)

第一節(jié) 勞動(dòng)法 第二節(jié) 安全生產(chǎn)法

第三節(jié) 環(huán)境保護(hù)相關(guān)法律法規(guī)

第二十一章 管理知識(shí)

第一節(jié) 生產(chǎn)管理 第二節(jié) 技術(shù)管理 第三節(jié) 質(zhì)量管理

第二篇：氧化鋁污水（本站推薦）

氧化鋁行業(yè)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(hù)科學(xué)研究所，鄭州 450004；2.鄭州燃?xì)夤煞萦邢薰?，鄭?450006)摘■要:根據(jù)氧化鋁行業(yè)生產(chǎn)用水及排污特點(diǎn)，結(jié)合某氧化鋁生產(chǎn)企業(yè)生產(chǎn)廢水的處理實(shí)踐，推薦采用逆向洗滌赤泥和氫氧化鋁，節(jié)約用水量；綜合利用赤泥洗液和含堿廢水；對(duì)生產(chǎn)用水設(shè)置循環(huán)水系統(tǒng)和二次利用水系統(tǒng)；設(shè)置生產(chǎn)廢水處理站，氧化鋁系統(tǒng)和熱電廠的生產(chǎn)系統(tǒng)排水、循環(huán)水系統(tǒng)的排污水，以及化驗(yàn)等廢水全部排入生產(chǎn)廢水處理站處理，廢水經(jīng)處理后作為二次利用供水返回生產(chǎn)系統(tǒng)使用，通過(guò)綜合利用生產(chǎn)廢水，可以實(shí)現(xiàn)廠區(qū)廢水的零排放，節(jié)約資源的同時(shí)，提高清潔生產(chǎn)水平，避免對(duì)環(huán)境造成污染。

關(guān)鍵詞:氧化鋁;廢水;水污染防治;零排放

中圖分類號(hào):X703 文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A 文章編號(hào):1006-5377（2010）05-0052-04 1 前言

由于國(guó)內(nèi)鋁土礦資源的鋁硅比普遍偏低，因此在氧化鋁廠的生產(chǎn)過(guò)程中一般都需要使用大量的水，同時(shí)也產(chǎn)生了大量外排廢水。據(jù)有關(guān)資料統(tǒng)計(jì)，國(guó)內(nèi)大型氧化鋁廠日外排廢水可達(dá)4～6萬(wàn)m3。氧化鋁生產(chǎn)廢水主要來(lái)源于現(xiàn)場(chǎng)的含堿廢液、生產(chǎn)設(shè)備冷卻水、工廠自備熱電廠的生產(chǎn)污水及其他附屬單位的生產(chǎn)排水。本文結(jié)合河南某年產(chǎn)80萬(wàn)噸的氧化鋁生產(chǎn)企業(yè)的實(shí)際生產(chǎn)及水污染控制情況，對(duì)該行業(yè)廢水治理措施進(jìn)行分析說(shuō)明，對(duì)氧化鋁行業(yè)中拜爾法生產(chǎn)過(guò)程中的水污染產(chǎn)生、循環(huán)利用、二次利用、處理措施、清潔生產(chǎn)措施等問(wèn)題進(jìn)行了探討。生產(chǎn)工藝及廢水產(chǎn)生環(huán)節(jié)

拜爾法是目前處理鋁土礦生產(chǎn)氧化鋁流程最短、最經(jīng)濟(jì)的方法，也是最主要的生產(chǎn)方法之一，特點(diǎn)是工藝簡(jiǎn)單、流程短、能耗低、投資低、產(chǎn)品質(zhì)量高，而且大氣污染物排放量小，是氧化鋁生產(chǎn)的最佳技術(shù)，屬于清潔生產(chǎn)工藝。

氧化鋁生產(chǎn)工藝用水主要為生料磨制、母液蒸發(fā)、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(chǎn)氧化鋁，主要工藝是由溶出、分解與焙燒三個(gè)階段組成。氧化鋁生產(chǎn)過(guò)程中主要水污染物產(chǎn)生環(huán)節(jié)如下：1）氧化鋁系統(tǒng)主要用水單位為石灰制備、原礦漿磨制、溶出、預(yù)脫硅、赤泥分離洗滌、母液蒸發(fā)、氫氧化鋁過(guò)濾等工藝用水，水中主要含堿；2）煤氣站產(chǎn)生冷卻排水、酚油廢水；3）自備熱電站的凝汽機(jī)、空冷機(jī)、油冷機(jī)等冷卻水，主要污染物是pH、SS；化學(xué)水處理間樹(shù)脂再生（酸洗和堿洗）時(shí)產(chǎn)生的酸堿廢水；4）焙燒爐、空壓機(jī)、真空泵等設(shè)備間接冷卻水；5）選精礦濃密機(jī)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(chǎn)過(guò)程中有一定的含堿廢水產(chǎn)生，其主要來(lái)源是各工藝生產(chǎn)車間設(shè)備和管道的“跑冒滴漏”及設(shè)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(xù)使用,不僅能降低生產(chǎn)中的堿耗,而且可充分節(jié)約水資源及提高工廠效益。氧化鋁生產(chǎn)企業(yè)廢水治理措施主要包括以下幾個(gè)方面的內(nèi)容：

（1）凈循環(huán)水系統(tǒng)

氧化鋁系統(tǒng)的溶出、熟料溶出、壓煮脫硅、分離洗滌、母液蒸發(fā)、燒成窯、焙燒爐、空壓機(jī)、真空泵等冷卻水,電廠凝汽機(jī)、空冷機(jī)、油冷機(jī)等冷卻水,這些均為設(shè)備間接冷卻水,除溫升變化外,基本不含有害物質(zhì),設(shè)置凈循環(huán)水系統(tǒng),冷卻水經(jīng)冷卻塔冷卻后循環(huán)利用。該企業(yè)凈循環(huán)水系統(tǒng)水量見(jiàn)表1。

（2）氧化鋁生產(chǎn)循環(huán)水系統(tǒng)

氧化鋁生產(chǎn)系統(tǒng)的生產(chǎn)設(shè)備冷卻、溶出、控制過(guò)濾、赤泥沉降洗滌、過(guò)濾及輸送、精液降溫種子分解、氫氧化鋁過(guò)濾、母液蒸發(fā)、排鹽苛化等工序冷卻用水設(shè)置總循環(huán)水系統(tǒng)。由于循環(huán)水受工藝物料污染，含堿較高，對(duì)補(bǔ)充水的硬度自行進(jìn)行了軟化。為改善循環(huán)水水質(zhì)，保持循環(huán)水在一定的濃縮倍數(shù)下運(yùn)行，對(duì)10%的循環(huán)水進(jìn)行分流澄清處理，保證循環(huán)水懸浮物含量符合循環(huán)水的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。生產(chǎn)循環(huán)水系統(tǒng)水量見(jiàn)表2。

（3）選礦濁循環(huán)水系統(tǒng)

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(shè)置選礦濃密機(jī)溢流水循環(huán)系統(tǒng)，回收的溢流水進(jìn)入回水池，返回流程循環(huán)使用的循環(huán)水量為3.4萬(wàn)m3/d。

（4）煤氣站循環(huán)水系統(tǒng)

煤氣洗滌水中含有酚、氰、硫化物等多種污染物，設(shè)立單獨(dú)的循環(huán)水系統(tǒng)。循環(huán)水系統(tǒng)包括沉淀池、循環(huán)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(jìn)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(jīng)除油、沉渣后再依次進(jìn)入熱水池、冷卻塔、冷水池循環(huán)使用。該循環(huán)水系統(tǒng)虧水運(yùn)行，不外排廢水。為改善循環(huán)水水質(zhì)，該系統(tǒng)設(shè)有旁流20%循環(huán)水的處理設(shè)施，即污水先經(jīng)沉淀池除去泥沙，再經(jīng)除油后80%送冷卻塔降溫后循環(huán)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(huán)水系統(tǒng)使用。

（5）設(shè)置生產(chǎn)廢水處理站

目前國(guó)內(nèi)各氧化鋁廠均設(shè)有生產(chǎn)廢水集中處理的工業(yè)廢水處理站,一般采用混凝沉淀法進(jìn)行處理。各生產(chǎn)系統(tǒng)的生產(chǎn)排水經(jīng)匯集后進(jìn)入廢水處理站，經(jīng)加藥、沉淀去除廢水中的懸浮物、泥沙和油。

氧化鋁系統(tǒng)和熱電廠的生產(chǎn)系統(tǒng)排水、循環(huán)水系統(tǒng)的排污水，以及化驗(yàn)等排水排入生產(chǎn)廢水處理站處理（各系統(tǒng)排水量見(jiàn)表3）。各系統(tǒng)生產(chǎn)排水經(jīng)全廠排水管網(wǎng)匯入總管，然后排入工業(yè)廢水處理站，廢水經(jīng)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(chǎn)系統(tǒng)使用，沉淀池下部的污泥輸送至赤泥堆場(chǎng)堆存。廢水處理站處理系統(tǒng)SS去除率為97%～98%，COD去除率為60%，凈化后水中SS<50mg/L。生產(chǎn)廢水處理站處理前后水質(zhì)見(jiàn)表4。

（6）二次利用水系統(tǒng)

氧化鋁系統(tǒng)設(shè)二次利用水系統(tǒng)，溶出、種母精濾及脫硅、精液降溫種子分解、母液蒸發(fā)、氫氧化鋁過(guò)濾等工序的生產(chǎn)排水；各循環(huán)水系統(tǒng)排污水；原料堆場(chǎng)排水、化驗(yàn)室及分析站排水等排入二次利用水系統(tǒng)，作為原料堆場(chǎng)噴灑、原料磨制、赤泥沉降分離洗滌和赤泥過(guò)濾及輸送、精液降溫種子分解等工序的生產(chǎn)用水使用。

生產(chǎn)廢水處理站的凈化水中SS<50mg/L，可滿足氧化鋁工藝系統(tǒng)和熱電廠中某些工序?qū)腋∥锏囊?，凈化后的水可用于原燃料卸車及堆?chǎng)噴淋用水；原礦漿磨制、赤泥沉降分離洗滌和過(guò)濾輸送；精液降溫種子分解等氧化鋁工藝系統(tǒng)用水。凈化水中含堿，水質(zhì)自行軟化，無(wú)需添加水質(zhì)穩(wěn)定劑可直接返回工藝系統(tǒng)使用。

熱電廠設(shè)二次利用水系統(tǒng)，將熱電廠的風(fēng)機(jī)、水泵、夏季空調(diào)等設(shè)備冷卻水直接排入熱電廠循環(huán)水系統(tǒng)，作為補(bǔ)充水；熱電廠的循環(huán)水系統(tǒng)的排污水、鍋爐定期和不定期的排污水、化學(xué)水處理系統(tǒng)反沖洗酸或堿廢水作為灰渣輸送用水。冷卻水系統(tǒng)直排水部分作為廠區(qū)綠化、道路噴灑等用水。該廠的生產(chǎn)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(jiàn)表5。

（7）堿液、堿水的綜合利用

對(duì)產(chǎn)生含堿水的車間的跑、冒、滴、漏的工藝物料以及地坪、設(shè)備沖洗水，均由專門設(shè)置的污水泵站送原礦漿磨制工序回收利用。對(duì)于氧化鋁工藝過(guò)程產(chǎn)生的含堿水、母液、硅渣及其附液、赤泥洗液和赤泥堆場(chǎng)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(chǎn)過(guò)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?？蓽p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(xué)水處理系統(tǒng)廢水酸堿中和處理

熱電廠化學(xué)水處理的廢水排入一個(gè)有效容積為4×420（m3）的中和池，同時(shí)配備有壓縮空氣攪拌系統(tǒng)，離子交換器排出的廢水、廢堿均排入池內(nèi)，當(dāng)池內(nèi)液位達(dá)到一定高度時(shí)，采用壓縮空氣攪拌，同時(shí)啟動(dòng)廢液泵進(jìn)行循環(huán)攪拌。在中和池的出口處設(shè)有pH表，當(dāng)pH值達(dá)到6～9時(shí)，停止攪拌。通過(guò)廢液泵直接排入生產(chǎn)排水管網(wǎng)。如pH值不合格時(shí)則開(kāi)啟酸堿槽底部閥門，向中和池內(nèi)加入濃酸、濃堿，繼續(xù)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(shè)備處理，其處理能力達(dá)到240m3/d。該設(shè)備由豎流式斜管沉淀池，一、二級(jí)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(chǎng)，處理前后的水質(zhì)情況見(jiàn)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(chǎn)廢水處理設(shè)施二次處理后作為氧化鋁生產(chǎn)補(bǔ)充水。

（11）酚油廢水焚燒處理

煤氣站循環(huán)水系統(tǒng)收集的酚油廢水中含有大量的酚類等有機(jī)污染物，其產(chǎn)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(chǎn)水平

工程設(shè)置完善的循環(huán)水系統(tǒng)和污水回收、串級(jí)使用系統(tǒng)，同時(shí)合理提高循環(huán)水濃縮倍率，減少循環(huán)水排污量；循環(huán)水系統(tǒng)的排污水及工業(yè)排水全部綜合利用，重復(fù)利用水率達(dá)95.8%。既防止了有害廢水的排放，又節(jié)約了新水，實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)廢水零排放。

經(jīng)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(biāo)處于國(guó)內(nèi)先進(jìn)水平。只有控制了氧化鋁生產(chǎn)的新水用量，才能減少生產(chǎn)流程中污水量，從而減少進(jìn)入工業(yè)廢水處理站的水量，使得工業(yè)用水做到了良性循環(huán)，為實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)廢水零排放提供有利的保障。

結(jié)論

氧化鋁工業(yè)廢水以堿污染為主，對(duì)生產(chǎn)廢水設(shè)置循環(huán)水系統(tǒng)，各種小型、分散設(shè)備間接冷卻排水均作為凈循環(huán)水系統(tǒng)的補(bǔ)充水，循環(huán)水系統(tǒng)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(shí)現(xiàn)了氧化鋁工業(yè)生產(chǎn)廢水的零排放。因此，采用上述廢水處理方法及清潔生產(chǎn)方案，可以使氧化鋁工業(yè)生產(chǎn)的工業(yè)用水和排水實(shí)現(xiàn)封閉循環(huán)，實(shí)現(xiàn)廢水零排放，避免堿的流失和污染，基本解決了氧化鋁行業(yè)的水環(huán)境污染問(wèn)題，其治理技術(shù)和管理經(jīng)驗(yàn)值得借鑒和推廣。

第三篇：化學(xué)品氧化鋁

化學(xué)品氧化鋁

化學(xué)品氧化鋁是除冶金級(jí)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(guó)際上統(tǒng)稱非冶金級(jí)氧化鋁，在中國(guó)又俗稱多品種氧化鋁，其中經(jīng)過(guò)特殊加工過(guò)程在性能上與冶金級(jí)氧化鋁有一定差別的又常稱為特種氧化鋁。

化學(xué)品氧化鋁種類繁多，根據(jù)有色金屬行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)YS/噸619-2007《化學(xué)品氧化鋁種類及牌號(hào)命名》，按化學(xué)成分將化學(xué)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?，F(xiàn)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(xué)品氧化鋁的范疇。

1910年，美國(guó)鋁業(yè)公司（Alcoa）生產(chǎn)銷售了世界上第一批煅燒氧化鋁，作為生產(chǎn)白剛玉磨料的原料，開(kāi)世界化學(xué)品氧化鋁工業(yè)的先河，距氧化鋁工業(yè)問(wèn)世已24年?；瘜W(xué)品氧化鋁的特點(diǎn)是品種多，附加值高，技術(shù)含量高，應(yīng)用領(lǐng)域廣且不斷擴(kuò)大，價(jià)格相對(duì)穩(wěn)定，對(duì)環(huán)境友好，因此，已成為鋁產(chǎn)業(yè)的一個(gè)非常重要的分支。世界各國(guó)紛紛投巨資發(fā)展化學(xué)品氧化鋁產(chǎn)業(yè)，美國(guó)鋁業(yè)公司曾是世界最大的化學(xué)品氧化鋁生產(chǎn)商，其擁有24個(gè)生產(chǎn)企業(yè)，遍布世界各主要國(guó)家地區(qū)，生產(chǎn)的品種有220多個(gè)，產(chǎn)量超過(guò)1000k噸/a。后于2007年將化學(xué)品氧化鋁板塊轉(zhuǎn)讓給荷蘭安邁公司。

日本也是世界化學(xué)品氧化鋁生產(chǎn)消費(fèi)大國(guó)，2012年其產(chǎn)量約1000k噸，而且在持續(xù)地緩緩上升，品種也是全球最多的，日本不生產(chǎn)冶金級(jí)氧化鋁，但在化學(xué)品氧化鋁生產(chǎn)方面卻實(shí)現(xiàn)了規(guī)模化、系列化、高科技化、環(huán)?；c成本合理化，產(chǎn)品除滿足國(guó)內(nèi)需求以外，出口量達(dá)到25%左右。日本化學(xué)品氧化鋁產(chǎn)量的85%以上為住友化學(xué)工業(yè)公司、昭和電工公司、日本輕金屬公司所生產(chǎn)。

1940年前后，美國(guó)、日本及歐洲對(duì)化學(xué)品氧化鋁進(jìn)行了大規(guī)模的研究，到20世紀(jì)70年代，在國(guó)外的一些工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家得到巨大發(fā)展。據(jù)國(guó)際鋁業(yè)協(xié)會(huì)的統(tǒng)計(jì)，1975年，西方國(guó)家氧化鋁總產(chǎn)量約20344k噸，化學(xué)品氧化鋁產(chǎn)量1699k噸，占總產(chǎn)量的8.3%；2000年，全球氧化鋁總產(chǎn)量約51200k噸，而化學(xué)品氧化鋁的產(chǎn)量為4800k噸，占總產(chǎn)量的9.4%；2008年，全球冶金級(jí)氧化鋁產(chǎn)量60496k噸，化學(xué)品氧化鋁產(chǎn)量4638k噸，占總產(chǎn)量的7.12%；2012年，世界氧化鋁總產(chǎn)量95705k噸，化學(xué)品氧化鋁產(chǎn)量8580k噸，占總產(chǎn)量的9%。2008年~2012年，世界化學(xué)品氧化鋁的年平均增長(zhǎng)率為16.6%，比原鋁的年平均增長(zhǎng)率約高11個(gè)百分點(diǎn)。

中國(guó)化學(xué)品氧化鋁工業(yè)起步較晚，1961年前后，為了解決電子工業(yè)原料匱乏的局面，山東鋁廠（現(xiàn)名山東鋁業(yè)股份有限公司）首先研制成功低納α型氧化鋁，自此開(kāi)始了中國(guó)化學(xué)品氧化鋁的研發(fā)和生產(chǎn)。上世紀(jì)70年代，為了滿足石油、化工、耐火材料、陶瓷、制藥、環(huán)保、兵器、航空航天等產(chǎn)業(yè)對(duì)化學(xué)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(fā)和生產(chǎn)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(chǎn)品；上世紀(jì)80年代，中國(guó)的化學(xué)品氧化鋁生產(chǎn)進(jìn)入高速發(fā)展時(shí)期，新產(chǎn)品不斷涌現(xiàn)，以鄭州輕金屬研究院、山東鋁業(yè)股份有限公司、中國(guó)長(zhǎng)城鋁業(yè)公司為代表，建成了約60條特種氧化鋁生產(chǎn)線。在一些大型氧化鋁企業(yè)周邊地區(qū)先后建成了一批批生產(chǎn)化學(xué)品氧化鋁的民營(yíng)企業(yè)，它們利用國(guó)產(chǎn)的或進(jìn)口的原料生產(chǎn)各種化學(xué)品氧化鋁。

中國(guó)是氧化鋁生產(chǎn)大國(guó)，采用的生產(chǎn)工藝比任何一個(gè)國(guó)家的都多，易于實(shí)現(xiàn)工藝流程中嫁接生產(chǎn)化學(xué)品氧化鋁的支線，尤其是燒結(jié)法生產(chǎn)的氫氧化鋁，其具有高的自然白度。中國(guó)的化學(xué)品氧化鋁產(chǎn)業(yè)經(jīng)過(guò)50多年的發(fā)展，在國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)上具有相當(dāng)大的影響力，氫氧化鋁填料等產(chǎn)品還享譽(yù)國(guó)際市場(chǎng)。

不過(guò)，與美國(guó)、德國(guó)、日本相比，中國(guó)化學(xué)品氧化鋁無(wú)論產(chǎn)品品質(zhì)、品種、生產(chǎn)規(guī)模均存在著較大差距，其根本原因是在生產(chǎn)技術(shù)與裝備相對(duì)落后，對(duì)生產(chǎn)與應(yīng)用方面的基礎(chǔ)理論研究不夠，創(chuàng)新能力弱，市場(chǎng)開(kāi)發(fā)力度不夠。

中國(guó)化學(xué)品氧化鋁品質(zhì)與國(guó)外先進(jìn)水平相比的差距主要表現(xiàn)為：化學(xué)純度、晶型、粒度分布、顆粒形貌、孔結(jié)構(gòu)、比表面積、收縮率等物理化學(xué)指標(biāo)不能有效穩(wěn)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(chǎn)業(yè)的要求。

第四篇：氧化鋁電力

氧化鋁電力 1.1設(shè)計(jì)依據(jù)：

（1）氧化鋁主體專業(yè)提資；（2）本工程擬采用的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)； 1.2設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)

供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范

GB50052-2009 10KV及以下變電所設(shè)計(jì)規(guī)范

GB50053-95 低壓配電設(shè)計(jì)規(guī)范

GB50054-95 電力裝置的繼電保護(hù)和自動(dòng)裝置設(shè)計(jì)規(guī)范

GB50062-2008 通用電氣設(shè)備配電設(shè)計(jì)規(guī)范

GB50055-93 建筑照明設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)

GB50034-2004 建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范

GB50057-2010 電力工程電纜設(shè)計(jì)規(guī)范

GB50217-2007 并聯(lián)電容器裝置設(shè)計(jì)規(guī)范

GB50227-2008 有色金屬冶煉廠電力設(shè)計(jì)規(guī)范

YS5002-96 1.3用電負(fù)荷及性質(zhì) 1.3.1用電負(fù)荷

鑫旺氧化鋁廠二期300萬(wàn)噸/年產(chǎn)量，用電計(jì)算負(fù)荷如下：

有功功率：110769KW

視在功率：123077KVA(按補(bǔ)償后cosφ＝0.9計(jì)算)

年電耗量：72×107KWh 1.3.2負(fù)荷性質(zhì) 根據(jù)氧化鋁生產(chǎn)工藝流程長(zhǎng)、連續(xù)性強(qiáng)的特點(diǎn)，其中一級(jí)負(fù)荷占25％，三級(jí)負(fù)荷占5％，其余為重要的二級(jí)負(fù)荷。因此，對(duì)供電可靠性要求較高，一般應(yīng)由兩個(gè)獨(dú)立電源供電，并且每個(gè)電源均能保證供給總負(fù)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(lái)。

為提高供電可靠性，發(fā)電機(jī)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(wěn)定運(yùn)行，在電廠10KV饋電開(kāi)關(guān)出口處必須加裝線路電抗器，其參數(shù)按電抗器后部三相短路時(shí)發(fā)電機(jī)母線殘壓仍可維持65％以上的額定電壓為準(zhǔn)。1.5氧化鋁廠10KV配電系統(tǒng)

根據(jù)生產(chǎn)工藝各片區(qū)的特點(diǎn)和經(jīng)濟(jì)供電半徑的原則，二期300萬(wàn)噸氧化鋁廠共設(shè)置10個(gè)10KV分配電所，其分布如下：

原料10KV配電所

1個(gè)

溶出10KV配電所

2個(gè)

沉降區(qū)域配電所

1個(gè)

分解區(qū)域配電所

3個(gè)

蒸發(fā)區(qū)域配電所

1個(gè)

焙燒區(qū)域配電所

1個(gè)

空壓站區(qū)域配電所

1個(gè)

每個(gè)分配電所均為雙電源供電，即兩個(gè)電源回路分別引自發(fā)電機(jī)10kV不同母線段，目的是當(dāng)其中任一進(jìn)線回路停電時(shí)，另一進(jìn)線回路可保證100%的負(fù)荷工作。

每個(gè)分配電所內(nèi)的10kV主接線均采用單母線分段方式，正常時(shí)母聯(lián)斷開(kāi)，為分列運(yùn)行，當(dāng)其中任一回路停電時(shí)，通過(guò)綜合自動(dòng)化裝置的BZT環(huán)節(jié)合入母聯(lián)開(kāi)關(guān)，保證對(duì)所有高壓電機(jī)和車間變電所的負(fù)荷正常供電。

1.6車間變電所及220/380V配電系統(tǒng) 1.6.1車間變電所

氧化鋁廠的10個(gè)10KV配電所盡可能伸入負(fù)荷中心，并以放射式供電方式，向所在區(qū)域的10/0.4/0.23KV車間變電所供電。主要生產(chǎn)流程中的車間變電所均設(shè)置兩臺(tái)變壓器，互為100%備用，所內(nèi)低壓側(cè)母線為單母線分段方式，正常時(shí)分列運(yùn)行，當(dāng)其中任一電源停電時(shí)，在確定其負(fù)荷側(cè)故障已消除后，人工合入母聯(lián)開(kāi)關(guān)（要求兩路低壓進(jìn)線開(kāi)關(guān)和母聯(lián)開(kāi)關(guān)之間必須加電氣閉鎖）。

200KW及以下的負(fù)荷單元不考慮設(shè)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(dòng)所需的電壓允許值。1.6.2車間變電所的配置

為節(jié)省占地面積和有利于在多塵多堿液的環(huán)境中安全運(yùn)行、維護(hù)檢修，盡可能將其置于車間建筑物之內(nèi)，當(dāng)沒(méi)有建筑物依附時(shí)，則建獨(dú)立變電所。

所有車間及獨(dú)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(shè)通常均設(shè)置電纜夾層，對(duì)出線較少的低壓配電室也可采用電纜溝出線的敷設(shè)方式。1.6.3 220/380V配電系統(tǒng)

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

互為備用的用電設(shè)備應(yīng)分配在不同的母線段上供電。1.7控制與監(jiān)測(cè)

根據(jù)生產(chǎn)運(yùn)行的實(shí)際需要，氧化鋁廠的10個(gè)10kV分配電所，全部采用綜合自動(dòng)化裝置，對(duì)系統(tǒng)中的每一個(gè)回路進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控和操作。

各生產(chǎn)車間的電力傳動(dòng)系統(tǒng)，凡設(shè)有DCS控制中心的，一律采用集中計(jì)算機(jī)和分散于機(jī)旁的兩種方式進(jìn)行生產(chǎn)操作、監(jiān)控和檢測(cè)；沒(méi)有DCS系統(tǒng)的車間，則采用PLC系統(tǒng)控制。

為與一期控制原理圖保持一致，普通低壓電機(jī)均采用馬達(dá)保護(hù)器進(jìn)行控制、保護(hù)，并以硬接線方式送至DCS。1.8繼電保護(hù)

采用綜合自動(dòng)化裝置的10個(gè)10KV分配電所及其供電的高壓電機(jī)和車間變壓器按照有關(guān)規(guī)范設(shè)置保護(hù)。1.9電力傳動(dòng)

普通可直接起動(dòng)的電動(dòng)機(jī)由低壓屏上的接觸器控制起停，280kW及以上容量的電動(dòng)機(jī)由于直接起動(dòng)困難，建議采用10kV電壓等級(jí)的高壓電機(jī)。根據(jù)起動(dòng)電壓水平計(jì)算，凡不能直接起動(dòng)、又需要調(diào)速的風(fēng)機(jī)、泵類負(fù)荷加變頻器軟起和調(diào)速，不需要調(diào)速者加軟起動(dòng)器起動(dòng)。大型恒力矩負(fù)荷如630kW以上的球磨機(jī)，則采用液體變阻器起動(dòng)。1.10功率因數(shù)補(bǔ)償

為達(dá)到電力部門運(yùn)行功率因數(shù)達(dá)到0.9和節(jié)約能源的需要，應(yīng)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(cè)，另一種是裝在220/380V側(cè)，其區(qū)別在于裝在10KV側(cè)僅能提高功率因數(shù)，而裝于220/380V側(cè)時(shí)在提高功率因數(shù)的同時(shí)，還可提高變壓器和輸電線路的利用率，降低變壓器內(nèi)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?cè)O(shè)備較多的電網(wǎng)上，裝設(shè)補(bǔ)償電容的同時(shí)，必須考慮諧波治理（即防止串聯(lián)諧振）的問(wèn)題。1.11電纜及線路敷設(shè)

高低壓配電室內(nèi)電纜出線均從電纜夾層由電纜橋架引出至車間。車間內(nèi)電纜及電力線路，由于數(shù)量大且距離長(zhǎng)，盡可能在避開(kāi)惡劣環(huán)境和生產(chǎn)操作部位的地方采用電纜橋架敷設(shè)；根據(jù)實(shí)際情況也可穿水煤氣管暗敷設(shè)或沿墻敷設(shè)。

廠區(qū)的供電線路主要沿綜合管架采用電纜橋架敷設(shè)，為便于電纜敷設(shè)和維護(hù)檢修，可在電纜橋架旁設(shè)計(jì)檢修平臺(tái)；在沒(méi)有任何依托的區(qū)間，架設(shè)獨(dú)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(qū)道路照明電源在保證合理電壓降情況下實(shí)行多點(diǎn)供電，并統(tǒng)一控制開(kāi)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(hù)，埋設(shè)深度為0.8～1.0米。

主要生產(chǎn)車間內(nèi)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(nèi)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(shí)另一路電源滿足事故照明的需要。檢修照明電源由車間內(nèi)布置的檢修電源箱提供。

高壓配電室增設(shè)事故照明，照明電源取自直流屏；有人24小時(shí)值班的控制室除雙電源供電外，另加自動(dòng)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(jù)氧化鋁廠各車間的生產(chǎn)性質(zhì)，本廠屬于Ⅲ類防雷等級(jí)，另?yè)?jù)雷暴日資料，按中雷區(qū)計(jì)算，建筑物高度凡在15米及以上者，均做防雷設(shè)計(jì)。1.13.3接地

本工程10KV系統(tǒng)屬于小電流接地方式，電氣設(shè)備正常情況下不帶電的金屬外殼必須做可靠的接地保護(hù)。220/380V系統(tǒng)為TN-S方式，變壓器中性點(diǎn)引出的工作接地線（即零線N）在進(jìn)戶后必須嚴(yán)格的與接地線（即PE線）區(qū)別開(kāi)來(lái)，禁止經(jīng)過(guò)開(kāi)關(guān)切斷。

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

3）車間二次配電點(diǎn)的進(jìn)線側(cè)，若變壓器的接地超過(guò)50m時(shí)，要重復(fù)接地，接地電阻不得大于10。

防雷接地、低壓工作接地、保護(hù)接地根據(jù)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(jié)能

如何節(jié)約電能，是工程設(shè)計(jì)中必須考慮的問(wèn)題，主要采取以下措施實(shí)現(xiàn)節(jié)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(fù)荷中心，通過(guò)壓縮低壓線路長(zhǎng)度減少線損。

3）需要調(diào)速的風(fēng)機(jī)及泵類負(fù)荷采用變頻調(diào)速方案，由于其流量正比于電機(jī)轉(zhuǎn)速，電機(jī)的功率又正比于流量的三次方，所以可認(rèn)為電機(jī)功率正比于轉(zhuǎn)速的三次方，可見(jiàn)其節(jié)省效果十分可觀，在頻繁調(diào)速深度達(dá)50%時(shí)，節(jié)電30～60%，投入的變頻設(shè)備投資約1～2年即可收回。

4）在車間變電所低壓側(cè)母線上裝設(shè)靜電移相電容器，使功率因數(shù)提高到0.9的同時(shí)，由于補(bǔ)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(yīng)滿足相應(yīng)防火等級(jí)的要求去做設(shè)計(jì)。配電室門應(yīng)向外開(kāi)。進(jìn)出高低壓柜（屏）的電纜孔洞或電纜進(jìn)出配電室的孔洞安裝施工完畢后，均應(yīng)用防火堵料封嚴(yán)，以防火災(zāi)蔓延而擴(kuò)大災(zāi)情。

2）對(duì)互為備用的雙回路電纜宜分開(kāi)敷設(shè)，在不同的通道中或在同一通道的不同側(cè)支架上或不同橋架內(nèi)，非得在同一橋架內(nèi)敷設(shè)時(shí)，橋架內(nèi)加金屬隔板，以便把互為備用的電纜分開(kāi)。電纜溝道或橋架較長(zhǎng)時(shí)，約每隔200m應(yīng)有隔火措施，以免火災(zāi)蔓延。

3）高低壓配電室、控制室中的柜（屏）布置，按維護(hù)、操作及防火通道要求設(shè)計(jì)。在上述配電室及操作室內(nèi)，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(shè)有電話，以便有火情時(shí)能及時(shí)報(bào)警。5）選用高壓電纜時(shí)，酌情可選用阻燃型電纜。

6）對(duì)應(yīng)生產(chǎn)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(shí)，有足夠的照度要求。無(wú)雙電源時(shí)，也可采用應(yīng)急燈。

第五篇：氧化鋁

自動(dòng)化集成過(guò)程控制系統(tǒng)在氧化鋁工程中的應(yīng)用

氧化鋁廠通過(guò)建立全廠集中控制與調(diào)度中心，提高整條生產(chǎn)線設(shè)備控制協(xié)調(diào)性和生產(chǎn)管理協(xié)同性，從而提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，提升設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)率和設(shè)備臺(tái)時(shí)產(chǎn)能。通過(guò)集中管理過(guò)程數(shù)據(jù)和管理數(shù)據(jù)，建立全廠生產(chǎn)指標(biāo)監(jiān)視系統(tǒng)和管控一體化信息平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)管理扁平化和精細(xì)化。通過(guò)建立氧化鋁生產(chǎn)全流程優(yōu)化管理、運(yùn)行與控制系統(tǒng)，優(yōu)化全流程綜合生產(chǎn)指標(biāo)、運(yùn)行指標(biāo)、過(guò)程運(yùn)行控制指標(biāo)，實(shí)現(xiàn)氧化鋁生產(chǎn)全流程優(yōu)化運(yùn)行和優(yōu)化控制，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)綜合生產(chǎn)指標(biāo)優(yōu)化，全面、持續(xù)、穩(wěn)定的提高氧化鋁產(chǎn)量、改善氧化鋁質(zhì)量、降低氧化鋁成本。

1）建立全廠集中控制與調(diào)度中心，實(shí)現(xiàn)全廠管控集中化。2）建立全廠管控一體化信息平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)管理扁平化和精細(xì)化。

3）建立全流程運(yùn)行優(yōu)化與運(yùn)行控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)企業(yè)綜合生產(chǎn)指標(biāo)、運(yùn)行指標(biāo)、控制指標(biāo)全流程優(yōu)化。4）建立操作員仿真系統(tǒng)，提高操作員技術(shù)水平。引言

本集成過(guò)程控制系統(tǒng)以羅克韋爾自動(dòng)化的集成架構(gòu)為核心，是一套全面集成的過(guò)程控制解決方案。集成架構(gòu)作為一種技術(shù)框架,將車間現(xiàn)場(chǎng)不同的應(yīng)用項(xiàng)目通過(guò)統(tǒng)一的控制、可視化和通信平臺(tái)集成在一起。這樣一來(lái)，所有的數(shù)據(jù)都能夠在整個(gè)企業(yè)內(nèi)進(jìn)行無(wú)逢的傳遞。這正是現(xiàn)代化鋁廠真正需要的東西。

氧化鋁集成過(guò)程控制系統(tǒng)下設(shè)原料磨、石灰消化、溶出、沉降、種子過(guò)濾、蒸發(fā)、成品過(guò)濾、焙燒八個(gè)子系統(tǒng)，負(fù)責(zé)全廠生產(chǎn)的數(shù)據(jù)采集和實(shí)時(shí)控制，并通過(guò)以太網(wǎng)光纖環(huán)網(wǎng)將信息集中到中央控制室的服務(wù)器，實(shí)現(xiàn)分散控制和集中管理的目的。本文詳細(xì)介紹在ControlLogix平臺(tái)上開(kāi)發(fā)的集成過(guò)程控制系統(tǒng)硬件、軟件設(shè)計(jì)。2 氧化鋁生產(chǎn)過(guò)程的特點(diǎn)和控制要求 2．1 氧化鋁生產(chǎn)過(guò)程簡(jiǎn)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(kāi)曼鋁業(yè)采用拜耳法堿法生產(chǎn)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(jīng)蒸發(fā)濃縮后在高溫下用來(lái)溶出新的一批鋁土礦。

交替使用這兩個(gè)過(guò)程，就能夠連續(xù)地處理鋁土礦，從中不斷析出純的AI(OH)3產(chǎn)品，構(gòu)成所謂的拜爾法循環(huán)。

拜耳法的實(shí)質(zhì)就是使如下反應(yīng)在不同條件下朝不同的方向交替進(jìn)行：

式中當(dāng)溶出一水鋁石和三水鋁石時(shí)X分別為1和3，當(dāng)分解鋁酸鈉溶液時(shí)X=3.2．2氧化鋁生產(chǎn)對(duì)自控系統(tǒng)的要求

氧化鋁生產(chǎn)的多工序性，工序之間的互相制約性，要求控制系統(tǒng)必須長(zhǎng)期連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)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(xué)量，對(duì)自控系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性、準(zhǔn)確性、安全性等方面提出了極高的要求。3 集成過(guò)程控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)

圖1 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D

3．1 慨述

集成過(guò)程控制系統(tǒng)是一個(gè)分布式控制系統(tǒng)。

系統(tǒng)下設(shè)原料磨、石灰消化、溶出、沉降、種子過(guò)濾、蒸發(fā)、成品過(guò)濾、焙燒八個(gè)過(guò)程控制子系統(tǒng)（車間），每個(gè)車間均有一臺(tái)工程師站EWS和2-3臺(tái)操作員站OPS。車間內(nèi)部工藝參數(shù)的數(shù)據(jù)采集、實(shí)時(shí)監(jiān)控、數(shù)據(jù)處理等信息的傳輸由ControlNet控制網(wǎng)實(shí)現(xiàn)。整個(gè)氧化鋁廠的主要生產(chǎn)操作由這八套子系統(tǒng)完成。

集成過(guò)程控制系統(tǒng)的信息層采用EtherNet/IP工業(yè)以太網(wǎng)，通過(guò)以太網(wǎng)將上述八個(gè)車間的信息傳送到全廠生產(chǎn)信息調(diào)度中心，該中心設(shè)有兩臺(tái)服務(wù)器SERVER1、SERVER2和兩臺(tái)操作站OPS1、OPS2，對(duì)全廠生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行集中監(jiān)視、控制和管理。

整個(gè)控制系統(tǒng)共配置有35個(gè)CPU模塊，650多個(gè)I/O模塊，100多個(gè)通信模塊，這些模塊分別安裝在近90個(gè)機(jī)架上。用于控制4000多點(diǎn)模擬量和9000多點(diǎn)開(kāi)關(guān)量，系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湟?jiàn)圖1。

3．2冗余技術(shù)是集成過(guò)程控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)[1]

這個(gè)由13000多個(gè)控制點(diǎn)構(gòu)成的龐大的自動(dòng)控制工程，如果因故障停止運(yùn)行，每天經(jīng)濟(jì)損失高達(dá)100多萬(wàn)元人民幣，如何保證氧化鋁生產(chǎn)長(zhǎng)期連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行，決不是一句套話，一句口頭禪，而是擺在每一個(gè)設(shè)計(jì)、調(diào)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(wǎng)絡(luò)故障；

第3種故障：信息層網(wǎng)絡(luò)故障；

第4種故障：主機(jī)硬件故障；

第5種故障：軟件故障。

我們雖然知道：1756/1757系統(tǒng)硬件模塊的平均無(wú)故障時(shí)間（MTBF）在150萬(wàn)小時(shí)左右，并且獲得了TUV的SIL2的認(rèn)證。以每天24小時(shí)，每年365天計(jì)算，模塊在171年內(nèi)將不會(huì)失效。但實(shí)際上，影響系統(tǒng)有效性的因素遠(yuǎn)不只模塊本身，更重要的是如何用上千個(gè)模塊構(gòu)建一個(gè)穩(wěn)定合理的系統(tǒng)。就象鋼鐵，可以造就萬(wàn)噸巨輪遠(yuǎn)航四海，也可能變?yōu)槌翜S海底的一堆銹鐵一樣。

羅克韋爾自動(dòng)化集成過(guò)程控制系統(tǒng)的冗余技術(shù)合理地解決了這些問(wèn)題。

所謂“冗余”，是指“一個(gè)具有相同設(shè)備功能的備用系統(tǒng)”，當(dāng)主設(shè)備出現(xiàn)故障時(shí)，冗余設(shè)備是可以立即使用的替代設(shè)備。3．3控制器冗余

圖2 硬件冗余

3.3.1控制站冗余

兩個(gè)互為冗余的控制站配置必須完全相同（圖2中的主/從機(jī)架），冗余功能是依靠冗余模塊1757-SRM實(shí)現(xiàn)。當(dāng)主控制器失效時(shí)，從控制器在100ms內(nèi)接替主控制器，主從控制器的同步對(duì)用戶來(lái)說(shuō)是完全透明的，冗余模塊之間通過(guò)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(huì)引起任何可能的控制中斷。

※切換透明性：主從控制器切換時(shí)，除了觸發(fā)相應(yīng)的報(bào)警或事件，不會(huì)對(duì)操作產(chǎn)生其他的影響，切換的時(shí)間可以忽略。

※可靠的存儲(chǔ)：當(dāng)進(jìn)行同步數(shù)據(jù)傳輸時(shí)，只有主機(jī)架和從機(jī)架都收到相同的信息時(shí)，系統(tǒng)才確認(rèn)數(shù)據(jù)傳輸成功。

※切換時(shí)數(shù)據(jù)連貫性：進(jìn)行冗余切換時(shí)，輸出保持不變，保證過(guò)程不發(fā)生擾動(dòng)。

※完全不要用戶編程。3.3.2電源冗余

圖2所示，每一個(gè)I/O遠(yuǎn)程機(jī)架配置一組1756-PAR2冗余電源（每組冗余電源由兩個(gè)1756-PA75R電源模塊，兩根1756-CPR電纜和一個(gè)1756-PSCA適配器構(gòu)成）。它們分別由兩路不同的系統(tǒng)供電，當(dāng)任一路供電系統(tǒng)故障時(shí)，另一路仍保持供電，因此可以確保I/O機(jī)架供電不間斷。3.4 控制層網(wǎng)絡(luò)冗余

圖2中1756-CNBR是ControlNet通信模塊，它有兩個(gè)冗余的網(wǎng)絡(luò)通道：A口和B口，使控制信息實(shí)現(xiàn)冗余。傳送速率達(dá)5Mbps,傳送介質(zhì)是75Ω阻抗的1786-RG6同軸電纜，通過(guò)BNC連接器與ControlNet總線相連。3.5 信息層網(wǎng)絡(luò)冗余

信息層網(wǎng)絡(luò)故障借助交換機(jī)冗余和雙光纖環(huán)網(wǎng)兩個(gè)途徑解決（見(jiàn)圖1）。3.5.1交換機(jī)冗余

每個(gè)車間的現(xiàn)場(chǎng)信息，是通過(guò)兩個(gè)冗余以太網(wǎng)交換機(jī)獲取，例如圖1溶出車間，左邊的交換機(jī)接收來(lái)自一期、二期和二期擴(kuò)建主機(jī)架上的1756-ENBT模塊信息，右邊的交換機(jī)接收來(lái)自一期、二期和二期擴(kuò)建副機(jī)架上的1756-ENBT模塊信息，這樣做的好處是現(xiàn)場(chǎng)信息具有冗余功能。3.5.2雙光纖環(huán)網(wǎng)

全廠設(shè)有兩條100m光纖以太網(wǎng)環(huán)網(wǎng)。

(1)環(huán)網(wǎng)1

設(shè)有9個(gè)以太網(wǎng)光纖交換機(jī)，用于原料磨、石灰消化、溶出、沉降、分解、蒸發(fā)、成品和焙燒等8個(gè)車間的現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)和冗余服務(wù)器（ServerS、erver2）進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。

(2)環(huán)網(wǎng)2

設(shè)有7個(gè)以太網(wǎng)光纖交換機(jī)，并在原料磨、溶出、沉降、分解、蒸發(fā)和焙燒等6個(gè)主要車間各設(shè)一臺(tái)操作員站OPS3，可以監(jiān)視全廠其他車間的運(yùn)行情況（只看不控）。

環(huán)網(wǎng)1和環(huán)網(wǎng)2是兩個(gè)獨(dú)立的網(wǎng)絡(luò)，他們之間只有一個(gè)通信通道，即信息只有通過(guò)服務(wù)器才可以進(jìn)行交換。

服務(wù)器采用雙層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，下層以太網(wǎng)（環(huán)網(wǎng)1）直接接處理器，上層以太網(wǎng)（環(huán)網(wǎng)2）接操作站，上、下二層網(wǎng)絡(luò)只能通過(guò)冗余服務(wù)器才能進(jìn)行通信，互不影響，上層網(wǎng)故障不影響下層網(wǎng)正常工作。

需要說(shuō)明的是：光纖以太網(wǎng)交換機(jī)對(duì)網(wǎng)絡(luò)性能起到十分重要的作用，本系統(tǒng)選用ED6008-MM-SC型光纖交換機(jī)[2]，該交換機(jī)可進(jìn)行流量設(shè)置，也可對(duì)端口進(jìn)行控制，交換機(jī)的電源具有冗余功能，故障恢復(fù)時(shí)間小于300mS，可以有效的防止網(wǎng)絡(luò)堵塞。3.6服務(wù)器冗余

采用主/從服務(wù)器結(jié)構(gòu)。當(dāng)主服務(wù)器出現(xiàn)故障時(shí)，從服務(wù)器自動(dòng)轉(zhuǎn)為主服務(wù)器，提供與控制器/RTU的通信、數(shù)據(jù)采集等功能，并為其他操作站提供服務(wù)。主服務(wù)器定時(shí)將數(shù)據(jù)庫(kù)中的所有數(shù)據(jù)信息傳送到從服務(wù)器，以確保主/從服務(wù)器之間的完全同步。3.7其他可靠性措施（圖3）

圖3 開(kāi)關(guān)量輸入隔離

(1)信號(hào)隔離

開(kāi)關(guān)量輸入/輸出經(jīng)過(guò)繼電器隔離；模擬量輸入/輸出經(jīng)過(guò)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(dú)立的冗余直流電源供電;

(3)工程師站、操作員站和服務(wù)器均由UPS不間斷電源供電.4 集成過(guò)程控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)

軟件設(shè)計(jì)主要包括兩大部分：控制程序設(shè)計(jì)和監(jiān)控畫面設(shè)計(jì)。軟件編制是在工程師站完成的，在這里進(jìn)行集成過(guò)程控制系統(tǒng)的①編制程序②組態(tài)網(wǎng)絡(luò)③開(kāi)發(fā)操作界面。為此，在工程師站（操作系統(tǒng)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(wǎng)絡(luò)配置;

(4)RSV Studio for RSV Enterprise：操作員界面開(kāi)發(fā).羅克韋爾自動(dòng)化的集成架構(gòu)主要由Logix控制平臺(tái)、NetLinx通信網(wǎng)絡(luò)、ViewAnyWare人機(jī)界面和FactoryTalk企業(yè)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)交換技術(shù)構(gòu)成。本文以鋁廠生產(chǎn)流程中最重要的環(huán)節(jié)-高壓溶出車間（一期）為例，說(shuō)明集成架構(gòu)的優(yōu)勢(shì)。4.1 網(wǎng)絡(luò)組態(tài)

一期控制系統(tǒng)由兩個(gè)冗余機(jī)架和五個(gè)遠(yuǎn)程I/O機(jī)架組成，首先用RSNet Worx for ControlNet軟件進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)組態(tài)，為了避免網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷過(guò)重，將遠(yuǎn)程機(jī)架分成兩組（相應(yīng)地在兩個(gè)冗余機(jī)架上各插有2塊1756-CNBR/D模塊），組態(tài)后獲得圖4。

經(jīng)組態(tài)后，機(jī)架上的任一點(diǎn)的信息，利用ControlNet特有的“生產(chǎn)者/消費(fèi)者”通信模式，無(wú)須編寫程序就可以被其他車間的處理器讀取，實(shí)現(xiàn)各個(gè)處理器之間的標(biāo)簽共享。使設(shè)計(jì)人員能夠?qū)⒅饕τ迷谌绾巫屜到y(tǒng)完成控制任務(wù)，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(wǎng)組態(tài)

4.2 控制程序的設(shè)計(jì)

溶出車間由數(shù)十條單回路或串級(jí)調(diào)節(jié)回路組成，用來(lái)完成礦漿進(jìn)料流量、料位、溫度及密度調(diào)節(jié)，生產(chǎn)工藝對(duì)實(shí)時(shí)性有嚴(yán)格的要求。利用RSLogix5000的多任務(wù)編程方式，將控制程序安排在三個(gè)任務(wù)中去完成，即主任務(wù)、模擬量控制任務(wù)和馬達(dá)控制任務(wù)（圖5）。[4]

圖5 多任務(wù)編程

在每個(gè)任務(wù)中，又構(gòu)建了程序（Program）和多個(gè)例程（Routine）。每個(gè)程序都有屬于自身的數(shù)據(jù)（Program Tags）,可以避免和其他程序發(fā)生沖突。通過(guò)控制器標(biāo)簽（Controller Tags）,實(shí)現(xiàn)與其他處理器的數(shù)據(jù)交換。對(duì)每個(gè)任務(wù)分配合適的周期和優(yōu)先權(quán)，只要到達(dá)周期性任務(wù)的周期，該任務(wù)會(huì)中斷任何低優(yōu)先級(jí)的任務(wù)，執(zhí)行一次，然后將控制權(quán)交回到先前任務(wù)的停止處，多任務(wù)控制方式滿足了溶出過(guò)程高實(shí)時(shí)性的控制要求。

溶出車間需要對(duì)100多臺(tái)電動(dòng)機(jī)、變頻器和各種閥門進(jìn)行實(shí)時(shí)控制，其數(shù)據(jù)的組織和管理是一個(gè)十分繁重的任務(wù)。我們利用RSLogix5000可以自定義數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的功能，按照工藝要求自定義四種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：電動(dòng)機(jī)、普通閥、調(diào)節(jié)閥、變頻器（圖6），不但大大縮短了創(chuàng)建數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的時(shí)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(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)VPF。

圖6 用戶自定義數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

4.3 監(jiān)控畫面的編制

RSView Studio [5]用于創(chuàng)建豐富的圖形顯示畫面，生動(dòng)形象地反映生產(chǎn)過(guò)程。通過(guò)這些顯示畫面允許操作員直接對(duì)生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行操作。

由它開(kāi)發(fā)的人機(jī)界面畫面既可應(yīng)用于傳統(tǒng)的、單機(jī)HMI應(yīng)用，又適應(yīng)于大型分布式的現(xiàn)代工業(yè)自動(dòng)化應(yīng)用。

以溶出車間為例：掛接在環(huán)網(wǎng)1上的工程師站EWS及操作員站OPS1、OPS2工作于單機(jī)模式，可以監(jiān)視和操作本車間一期、二期和二期擴(kuò)建所有設(shè)備，掛接在環(huán)網(wǎng)2上的操作員站OPS3工作于分布模式，在調(diào)度中心冗余服務(wù)器上進(jìn)行操作權(quán)限設(shè)置，即可在溶出車間監(jiān)視全廠其他車間的運(yùn)行工況（但不可對(duì)其他車間的設(shè)備進(jìn)行操作）。

監(jiān)控畫面要求對(duì)氧化鋁生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)控制與監(jiān)督管理。模擬量控制包括溫度、壓力、液位、流量等參數(shù)的顯示、報(bào)警、自動(dòng)調(diào)節(jié)和控制；開(kāi)關(guān)量控制包括各種溶液泵、真空泵、空壓機(jī)、冷凝水泵、攪拌電機(jī)等電機(jī)設(shè)備的遠(yuǎn)方起停控制和聯(lián)鎖、運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)視、閥門控制和聯(lián)鎖控制；根據(jù)工藝流程及生產(chǎn)操作原理，編制各種流程顯示畫面、趨勢(shì)及歷史曲線等；設(shè)置安全機(jī)制，分別對(duì)操作員站、工程師站的權(quán)限進(jìn)行限制；對(duì)生產(chǎn)過(guò)程實(shí)時(shí)參數(shù)進(jìn)行采集、存儲(chǔ)、定時(shí)報(bào)表打印等。

圖7，8和9分別是溶出車間的總貌和PID調(diào)節(jié)器實(shí)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(shù)，操作員可以通過(guò)該畫面對(duì)主要參數(shù)進(jìn)行監(jiān)控。

·當(dāng)點(diǎn)擊圖中各個(gè)參數(shù)后面的單位符號(hào)時(shí)，將彈出相應(yīng)的趨勢(shì)圖;

·畫面上相關(guān)設(shè)備位號(hào)后的圓圈為紅色表示該設(shè)備沒(méi)有投入使用，為綠色表示該設(shè)備已投入使用;

·畫面最下方是報(bào)警行，你可以看到最近發(fā)生的報(bào)警;

·點(diǎn)擊畫面下方的按鈕，將進(jìn)入相應(yīng)的子畫面。

圖8 高壓溶出參數(shù)測(cè)量總貌

該畫面、高壓溶出的主要工藝參數(shù)監(jiān)控畫面，操作員可以通過(guò)該畫面監(jiān)控高壓溶出的主要參數(shù)：

·當(dāng)點(diǎn)擊相應(yīng)參數(shù)后的單位符號(hào)時(shí)，將顯示相應(yīng)的趨勢(shì)圖;

·畫面最下方是報(bào)警行，你可以看到最近發(fā)生的報(bào)警;

·點(diǎn)擊畫面下方的按鈕，將進(jìn)入相應(yīng)的畫面。

圖9 Td101/Td102脫硅槽內(nèi)礦漿溫度串級(jí)調(diào)節(jié)回路

圖9中，以Td101/Td102脫硅槽內(nèi)礦漿溫度為主調(diào)節(jié)回路，以進(jìn)入Td101/Td102脫硅槽脫硅蒸汽流量為副調(diào)節(jié)回路，構(gòu)成串級(jí)調(diào)節(jié)回路，通過(guò)調(diào)節(jié)13FCV104調(diào)節(jié)閥，控制進(jìn)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(cè)量值，用來(lái)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(wù)器

服務(wù)器用于對(duì)數(shù)據(jù)的采集、控制、記錄和報(bào)警，并向操作員站提供人機(jī)界面服務(wù)。

服務(wù)器采用DELL公司的產(chǎn)品，并安裝了網(wǎng)絡(luò)版軟件。

監(jiān)控系統(tǒng)有下面三個(gè)特點(diǎn)：

(1)一次性完成標(biāo)簽創(chuàng)建工作

在RSLogix5000中定義的標(biāo)簽，借助Factory Talk企業(yè)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)交換技術(shù)，在REView SE 的畫面中可以直接引用，而不必象過(guò)去那樣導(dǎo)入、導(dǎo)出所需的數(shù)據(jù)。

(2)RSView SE Server冗余

當(dāng)主Server出現(xiàn)故障時(shí)，自動(dòng)切換到從Server.當(dāng)主Server再次可用時(shí)，它自動(dòng)重新繼續(xù)執(zhí)行HMI Server的任務(wù)。從而保證Server組件向Client提供連續(xù)的信息，提高系統(tǒng)可訪問(wèn)性，確保用戶監(jiān)控到生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的運(yùn)行情況，為他們做出重要的決策提供信息支持。

(3)全局報(bào)警

報(bào)警匯總畫面反應(yīng)當(dāng)前報(bào)警狀況，報(bào)警內(nèi)容包括：報(bào)警描述、報(bào)警類型、報(bào)警值、報(bào)警日期、報(bào)警時(shí)間等，點(diǎn)擊“Ack Current”按鈕，將對(duì)選定的那條報(bào)警進(jìn)行確認(rèn)，點(diǎn)擊”Ack Page“按鈕，將對(duì)該頁(yè)的報(bào)警項(xiàng)進(jìn)行確認(rèn)，點(diǎn)擊”Ack All”按鈕，將對(duì)所有的報(bào)警進(jìn)行確認(rèn)。

報(bào)警項(xiàng)顯示紅顏色，表示該報(bào)警存在且操作人員還沒(méi)有進(jìn)行報(bào)警確認(rèn)，確認(rèn)后將顯示紫色。報(bào)警項(xiàng)顯示紫色，表示該報(bào)警已進(jìn)行確認(rèn)，但報(bào)警依舊存在，當(dāng)報(bào)警消失后，該報(bào)警項(xiàng)也將從報(bào)警頁(yè)中消失。4.5 操作員站

開(kāi)曼鋁業(yè)八個(gè)主要車間，每個(gè)車間設(shè)有2-3個(gè)操作站。

操作站是DCS控制系統(tǒng)的人機(jī)界面，采用DELL高性能計(jì)算機(jī)，安裝有RSView SE人機(jī)界面接口軟件，是操作員監(jiān)視、管理和操作生產(chǎn)過(guò)程的窗口。所有生產(chǎn)過(guò)程信息通過(guò)操作站呈現(xiàn)在操作員面前，所有的操作、控制和管理指令，也通過(guò)操作站下達(dá)。操作站供操作人員使用，由系統(tǒng)工程師管理和維護(hù)。

操作站的安全管理

每臺(tái)操作站均有對(duì)應(yīng)的登錄、注銷窗口，點(diǎn)擊登錄按鈕，輸入相應(yīng)的用戶名和密碼后可進(jìn)入監(jiān)控畫面，每個(gè)用戶均有相應(yīng)的權(quán)限，只有管理員才有所有權(quán)限，可對(duì)任何參數(shù)進(jìn)行修改，有些參數(shù)如PID參數(shù)操作員用戶不能修改。集成過(guò)程控制系統(tǒng)在氧化鋁成功應(yīng)用的意義

5.1通過(guò)建立全廠集中控制與調(diào)度中心，實(shí)現(xiàn)氧化鋁生產(chǎn)過(guò)程的集中控制，提高整條生產(chǎn)線設(shè)備控制協(xié)調(diào)性。

5.2通過(guò)建立全廠集中控制與調(diào)度中心，壓縮車間級(jí)管理職能，整合車間操作崗位，優(yōu)化崗位設(shè)置，實(shí)現(xiàn)全廠生產(chǎn)管理扁平化，顯著提高生產(chǎn)管理協(xié)同性，從而提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，提升設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)率和設(shè)備臺(tái)時(shí)產(chǎn)能。

5.3 集中管理過(guò)程數(shù)據(jù)和管理數(shù)據(jù)，建立全廠生產(chǎn)指標(biāo)監(jiān)視體系，開(kāi)發(fā)生產(chǎn)指標(biāo)監(jiān)視平臺(tái)，隨時(shí)隨地為各級(jí)領(lǐng)導(dǎo)提供全方位的生產(chǎn)和管理數(shù)據(jù)信息，輔助領(lǐng)導(dǎo)高效決策，從而提高領(lǐng)導(dǎo)決策效率，改善生產(chǎn)管理效率。

5.4 建立全廠管控一體化控制系統(tǒng)信息平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)質(zhì)量管理、設(shè)備管理、物料管理、能源管理的精細(xì)化，從而實(shí)現(xiàn)全廠“物流、資金流、信息流”三流同步，精細(xì)化成本核算，改善經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)，降低生產(chǎn)成本。

5.5 建立氧化鋁生產(chǎn)全流程優(yōu)化管理、運(yùn)行與控制系統(tǒng)，優(yōu)化全流程綜合生產(chǎn)指標(biāo)、運(yùn)行指標(biāo)、控制指標(biāo)，使之全面、持續(xù)、穩(wěn)定的提高氧化鋁產(chǎn)量、改善氧化鋁質(zhì)量、降低氧化鋁成本。

5.6 在傳統(tǒng)過(guò)程控制系統(tǒng)基礎(chǔ)之上，通過(guò)建立全流程一體化控制系統(tǒng)，提高產(chǎn)量1-2 %、提高氧化鋁回收率0.5-1 %、節(jié)能能耗2-3 %。