项目背景

电解槽由槽体、阳极和阴极组成，多数用隔膜将阳极室和阴极室隔开。按电解液的不同分为水溶液电解槽、熔融盐电解槽和非水溶液电解槽三类。当直流电通过电解槽时，在阳极与溶液界面处发生氧化反应，在阴极与溶液界面处发生还原反应，以制取所需产品。

炼制铝的主要设备是铝电解槽，铝电解是一种在电解槽内进行的电化学反应，它以碳素材料作为阳极，铝液作为阴极，直流电流由阳极导入，经过电解质和铝液，由阴极导出。铝电解槽生产系统中，因阴极板的平整度较差、阴阳极间距离不均匀而出现电流分布不均匀现象，继而阴极板上产生结粒引发短路及极板温度升高，这会造成电能消耗增大、铝产量急剧下降。

传统的检测方法主要是热电偶、热电阻等接触式测温和通过人工使用点温枪的手工测温两种方式，接触式测温需要将感温元件紧贴在被测物物表面，易受传输距离、导线电阻等因素影响，手工测温耗时费力，劳动强度大，安全性差，温度数据时效性差。国外也有采用传感器监测电解槽电压，这种系统对于传统工艺的电解槽检测短路的效果差且成本昂贵，不适应当前的应用需求。

设计目标

电解槽一旦发生故障，将会极大的影响电解槽的生产效率以及金属的品级率，加之传统的电解槽故障检测方式已经难以适应大规模工业化电解槽生产现场，对于故障的检测准确率和效率低下，无法给企业提供准确的故障信息和设备的最佳检修时机，极易造成生产企业的大规模故障停产事故，并且定位故障位置较差。因此电解槽生产企业急需一种自动化监控设备，可以对电解槽实现全面、准确、实时、自动预警的在线监测。

随着自动化技术和红外热成像技术的快速发展，利用红外热像仪监控电解槽设备故障已经发展成熟。根据电解槽行业故障数据记录显示，电解槽发生故障时会出现明显的温度变化，温度急剧变化的位置就是故障位置，而通过肉眼等可见光的方式是无法敏感的捕捉温度变化的区域，如何清晰的显示电解槽温度的变化是电解槽监控的关键点。

红外热像仪是专门用于测温的机器，可以实现全方位的温度检测，满足全天候、多角度、精准测温、自动预报警等功能，如果电解槽发生温度异常，可以提醒生产单位及时进行检修，避免产生更大的安全问题，减少经济损失以及人员损伤。同时生产单位根据温度异常的数据进行整理分析，对安全问题进行归纳总结，为之后判断安全问题提供参考。

电解槽

2.1电解槽断面示意图

2.2电解槽三维结构模拟图

工业铝电解槽通常分为阴极结构、上部结构、母线结构和电气绝缘四大部分，如图2.1位电解槽断面示意图，图2.2位电解槽三维结构模拟图，阴极是指盛装电解熔体（包括熔融电解质和铝液）的容器，包括槽壳及其所包含的内衬砌体，槽体（金属槽壳）之上的金属结构部分，统称上部结构，它可分为承重桁架、阳极提升装置、打壳下料装置、阳极母线和阳极组、集气和排烟装置。整流后的直流电通过铝母线引入电解槽上，槽与槽之间通过铝母线串联而成，所以电解槽有阳极母线、阴极母线、立柱母线和软带母线。在电解槽系列上，系列电压达数百伏至上千伏，尽管人们把零电压设置在系列中间，但系列两端电压仍高达V左右，一旦短路，易出现人身和设备事故，而且，电解用直流电，槽上设备用交流电，若直流窜入交流系统，会引起设备事故，需进行交、直流隔离。因此需要对电解槽进行全面监控，防止出现故障事故。

红外热像仪在电解槽监测中的作用

电解槽在运行过程中，当出现电极板排列不均匀、阳极泥附着到阴极表面上时，会发生两极间短路现象，造成该极板上瞬时电流过大，温度异常升高，电解精炼的目的是进一步去除火法精炼难以除去、对铝的导电性能和机械性能有损害的杂质，并且回收火法精炼铝中含有的有价元素，但是电解槽极板间短路会严重影响电解效率和冶炼金属的品级率，因此，采取手段对电解槽进行在线监测，发现故障及时维修十分重要。红外热像仪通过接收物体的红外辐射，经过系统处理显示带温度的红外热像图，并将实时的红外热图像传输至监控中心，温度越高，红外辐射能量越强。若电解槽极板上的温度过高，在红外热像图上会发现该处颜色与周围明显不同，从而迅速的定位出发生故障的位置，按照监控中心的指挥，技术人员可以及时检修电解槽及配套设备故障区域。利用红外热像仪对电解槽进行实时监控，不仅可以保证企业的连续、稳定性生产，而且可以可以更好的发现设备故障，及时检修，延长设备使用寿命，为企业创造更大效益。

热像仪选型

根据电解槽的工作温度，选用YoseenX系列红外热像仪，分辨率为×，该热像仪属于在线式测温型红外热像仪，通过接收物体发射的红外线，经过一系列的处理，可形成物体表面的热图像，并进行相关部位的温度测量，有助于发现电解槽故障隐患。满足电解槽温度的实时、全天候、精准测温要求，选择测温档为双档。

防护罩

考虑到工业电解槽为强酸强碱应用场合，采用聚四氟乙烯护罩，有效防止电解液蒸发对设备的损坏和腐蚀，且考虑到现场为北方气候，冬天容易出现雾气影响，防护罩密封性要强，同时增强防护罩的防雨水功能，必要时增加干燥剂，防止雾气、水汽干扰。

单光耐腐护罩

系统组成

红外热成像电解槽监控系统由中心监控管理系统、传输系统、红外热成像系统、供电系统组成。

（1）中心监控管理系统

主要实现视频信号的图像显示、录像控制，远程控制、数据压缩处理、网络传输、系统控制管理、防火预警及数据库管理。向指挥调度人员提供全面的、清晰的、可操作的、可录制、可回放的现场实时图像，并提供向上级部门连网功能

（2）传输系统

提供系统互联及信息交互的联网能力，监控系统的传输方式主要有电缆传输、光缆传输等，结合现场的实际情况以及产品的特点，系统采用网线传输的方式，实时、快速完成传输要求。

（3）红外热成像系统

提供早期预警信号，监测视场中物体的最高温度，超过设定的报警温升，系统报警。

（4）供电系统

提供系统运行的基本电力保障，电系统根据各监控点的具体情况，满足正常的供电需求，同时保证输电线的安全。

（5）声光报警系统

通过热像仪后面的两个输出接口可以外接继电器，有1个继电器输出与1个输入，输出可以接外部声光报警，输入支持电平检测，可以联动报警。报警是后端收到温度数据后进行判定，再控制是否报警；前端只提供数据，不做报警判定。

系统功能

高温预警功能

（1）通过红外热成像等设备，对指定区域进行巡视、图像采集和温度数据分析，实时进行最高点温度搜索，实时显示当前视场的最高点温度。

（2）可将采集到的红外图像存储下来，送入数据库，在数据库管理系统的支持下分析比较，利用设定的判据，确定是否发出防火预警信号。

一般功能

（1）监视功能

实时显示红外热成像设备的图像。监控工作站实时显示前端图像。

（2）控制报警功能

能对所接入的任一红外热成像仪进行控制，实现超温报警。

（3）离线分析功能

通过时间序列记录报警温度数据和实时图像数据，可离线对存储的数据进行检索和分析。

（4）网络功能

远程实时显示红外热成像设备的图像。

远程实时接收高温预警信号及其它到报警信息。

远程查询及回放前端历史图像以及保存的预警录像。

支持流协议（RTP/RTCP、RTSP）。

网络中断自动检测恢复。