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(11) | EP 0 099 795 B1 |
| (12) | FASCICULE DE BREVET EUROPEEN |
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| (54) |
Dispositif de contrôle et de visualisation de la répartition du courant dans un électrolyseur Vorrichtung zum Überwachen und Anzeigen der Stromverteilung in einem Elektrolyseur Apparatus for monitoring and indicating the current distribution in an electrolyzer |
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| Il est rappelé que: Dans un délai de neuf mois à compter de la date de publication de la mention de la délivrance de brevet européen, toute personne peut faire opposition au brevet européen délivré, auprès de l'Office européen des brevets. L'opposition doit être formée par écrit et motivée. Elle n'est réputée formée qu'après paiement de la taxe d'opposition. (Art. 99(1) Convention sur le brevet européen). |
[0001] La présente invention a pour objet un dispositif de contrôle et de visualisation de la répartition du courant dans une cellule d'électrolyse. Elle concerne plus particulièrement un dispositif utilisable dans les installations d'électrolyse d'halogénures de métaux alcalins dans les cellules à cathodes de mercure ou amalgame.
[0002] Pour la fabrication de chlore dans les cellules électrolytiques fonctionnant suivant le procédé dit à l'amalgame, on utilise de plus en plus des mécanismes de mesure de la distance entre l'anode en graphite ou en métal et la cathode en mercure, mécanismes associés à des systèmes de réglage de cette distance dans le but de détecter, d'empêcher et si nécessaire de supprimer les courts-circuits et, d'une manière plus générale, d'essayer de s'approcher d'une valeur optimale pour cet écartement interélectrode. Dans les systèmes actuellement préconisés on mesure, au niveau des anodes d'une cellule ou d'un groupe d'anodes la tension anode-cathode et envoie ces données dans un poste de commande central d'après lequel on effectue les réglages.
[0003] Selon ce système, on peut, à partir du poste de commande central visualiser les données relatives à la répartition du courant dans une cellule d'électrolyse par appels successifs des différentes cellules, selon un ordre défini à l'avance ou en fonction des besoins, l'appel de la cellule permettant la visualisation sur un écran par échelle lumineuse ou tout moyen équivalent de la répartition du courant dans la cellule concernée.
[0004] Ce système de centralisation présente naturellement les avantages propres à la centralisation, c'est-à-dire notamment la possibilité de faire défiler, en un lieu unique et sur un même écran le profil de répartition du courant d'un ensemble de cellules d'électrolyse. Il faut cependant constater qu'indépendamment de la complexité du système centralisé, tant au niveau de la transmission des données, de leur mémorisation éventuelle, de l'observation des profils de répartition selon un programme différent du programme initial, par exemple lors du renouvellement de certaines cellules d'électrolyse ou lors de défauts de fonctionnement, ce système ne permet pas à chaque instant le contrôle et la visualisation du profil de répartition du courant ni simultanément le contrôle et la visualisation d'un groupe de cellules alors que la connaissance du fonctionnement des cellules d'électrolyse montre à l'évidence l'existence d'interactions entre les cellules.
[0005] Dans la demande de brevet européen EP-A-0 068 076, appartenant à l'état de la technique selon l'article 54 (3), on décrit un dispositif de surveillance et de commande des cellules à cathodes de mercure, dispositif comprenant la mesure du courant, sa lecture, la comparaison des valeurs mesurées avec une valeur de consigne et l'émission d'un signal de commande de servomoteurs destinés à relever les anodes et faire cesser toute surintensité.
[0006] L'invention se propose en premier lieu de fournir un système de contrôle et de visualisation de la répartition du courant dans les cellules d'une installation d'électrolyse, ce système étant individualisé au niveau de chaque cellule.
[0007] Un autre objet de l'invention est de fournir un système localisé au niveau des cellules et permettant la surveillance simultanée de plusieurs cellules.
[0008] Un autre objet de l'invention est de fournir un système permettant le contrôle permanent et continu de toutes les cellules.
[0009] D'autres avantages du système, et notamment sa simplicité et sa facilité de fabrication, d'entretien et d'installation apparaîtront à la lecture de ce qui suit.
[0010] On utilisera le terme cellule d'électrolyse pour désigner une unité comportant la même cathode à mercure ou amalgame c'est-à-dire le même flux de mercure ou d'amalgame, cette unité pouvant elle-même être constituée par la juxtaposition de plusieurs groupes d'anodes en général de 2 à 5, le nombre d'anodes de chaque groupe pouvant aller de 2 à 10.
[0011] Conformément à l'invention, on propose un dispositif de contrôle et de la visualisation de la répartition du courant dans les cellules d'électrolyse, ce système étant caractérisé en ce qu'il comprend pour chaque cellule d'électrolyse un ensemble de moyens (A) de mesure et de contrôle de la répartition du courant au niveau de chaque anode et de la tension entre chaque groupe d'anodes et la partie cathodique correspondante et d'un ensemble de moyens (B) permettant la visualisation instantanée et continue de cette répartition du courant, de la tension et du dépassement des seuils d'intensité et de tension.
[0012] L'ensemble de moyens (A) comprend en se référant à la figure 1 :
des moyens 1 de mesure de l'intensité du courant (11, 12 ... ln) de chaque anode
des moyens 2 de sommation (ΣI) de ces intensités de courant,
des moyens 3 de détection de la valeur moyenne (Σl)/n de ces intensités de courant, des moyens 4 de comparaison de chaque intensité de courant (11, 12 ... ln) à leur valeur moyenne (Σl)/n augmentée d'une fraction pouvant atteindre 50 % de cette valeur moyenne et de déclenchement 6 si nécessaire d'une alarme,
des moyens 5 de localisation de l'anode déficiente à la suite de la comparaison mentionnée ci-avant,
des moyens 7 de mesure de la tension entre chaque groupe d'anodes et la partie cathodique correspondante (U1 ... Up),
des moyens de calcul 8 d'une tension (U) mise en consigne,
des moyens 9 de comparaison desdites valeurs de tension (Ui ... Up) mesurées en 7 à la valeur de la tension (U) mise en consigne et de déclenchement 6 si nécessaire d'une alarme,
des moyens 15 de localisation du groupe d'anodes donnant une tension inacceptable à la suite de la comparaison des tensions mentionnées ci-avant.
[0013] L'expression « partie cathodique correspondante signifie que la mesure de tension est effectuée entre un point disposé sur le groupe d'anodes et un point de la cathode situé sensiblement en face ou à l'aplomb dudit point.
[0014] L'ensemble des moyens (B) comprend :
un dispositif d'affichage des valeurs (U1 ... UP) de tension 14 et, de la valeur de ladite tension (U) mise en consigne 11, ce dispositif étant raccordé aux moyens (7) de mesure de la tension (U1 ... UP) et éventuellement de calcul (8) de la valeur de ladite tension (U) mise en consigne,
un dispositif électroluminescent 12 constituant une pluralité d'échelles lumineuses, chaque échelle correspondant à la mesure de l'intensité du courant d'une anode, lesdites échelles lumineuses étant disposées côte à côte et affichant la répartition du courant dans la cellule, ce dispositif 12 étant raccordé aux moyens (1) de mesure du courant (I1, 12 ,.. In) via un convertisseur analogique/numérique 13.
Un mode de réalisation du dispositif conforme à l'invention est représenté plus en détail sur la figure 2, dans laquelle l'installation représentée schématiquement comprend n anodes réparties en p groupes.
Sur cette figure, les moyens de mesure du courant (repère 1 sur la figure 1) comprennent, pour chacune des anodes, un point de mesure de l'intensité sur le jeu de barre d'amenée du courant continu (I1, 12 ... In), le circuit d'entrée étant constitué par un amplificateur (amplificateur de charge fonctionnant en mode différentiel) ― repères A1, A2 ... An -, polarisé de manière habituelle dans un montage de ce type (mode différentiel) par les résistances (R11, R12, R13, R14 ... Rn1, Rn2, Rn3, Rn4).
[0015] Les signaux ainsi amplifiés traversent avantageusement un filtre passe-bas (F1, F2 ... Fn) destiné à l'élimination des parasites.
[0016] Il va sans dire que les filtres mentionnés ci-avant peuvent être supprimés lorsque le dispositif est utilisé dans des installations ne générant pas ces parasites.
[0017] De la même manière, les moyens de mesure de la tension (repère 7 sur la figure 1) comprennent, pour un groupe d'anodes, un point de mesure de la tension (U1 à Up), un amplificateur (AA, à AAp), l'ensemble de résistances (RR11, RR12, RR13, RR14 à RRp1, RRp2, RRp3, RRp4) et, notamment dans l'application aux cellules d'électrolyse d'halogénures alcalins comprenant une cathode à mercure, un filtre passe-bas (FF1 à FFp).
[0018] Les signaux provenant des amplificateurs A1 à An, éventuellement filtrés en F1 à Fn sont traités :
dans un dispositif de sommation S,
dans des dispositifs comparateurs C1, C2 ... Cn,
dans un convertisseur analogique/numérique A/D.
[0019] Le dispositif de sommation S calcule la somme Σ| des intensités mesurées sur chacune des anodes (I1 + 12 + ... + In) et envoie ce signal à un dispositif M de calcul d'une valeur d'intensité égale à la valeur moyenne ΣI/n augmentée d'une fraction de cette valeur, ce pourcentage d'augmentation étant généralement compris entre 10 et 40 %, la valeur ainsi déterminée ΣI + x % étant envoyée aux comparateurs C1, C2 ... Cn.
[0020] Le dispositif de sommation S peut être par exemple un amplificateur opérationnel monté en sommateur.
[0021] Le même signal ΣI est envoyé dans un dispositif Uc de calcul d'une valeur de tension U qui sera mise en consigne et qui servira de référence ou de base au contrôle de la tension dans la cellule et qui pourra être affichée éventuellement.
[0022] Cette valeur mise en consigne est définie par la formule : U = E + k ΣI, dans laquelle E est une tension de référence et k représente une résistance dont la valeur est ajustable.
[0023] A titre purement indicatif et dans l'hypothèse de l'électrolyse de chlorure de sodium dans une cellule à cathode à mercure, on peut avantageusement donner à k une valeur pouvant être comprise entre 0,3.10-3 et 0,8.10-3 Ω, (I étant exprimée en kA), la valeur de E pouvant elle-même varier de 3,05 à 3,20 V.
[0024] Le dispositif de calcul de cette valeur mise en consigne peut être par exemple un amplificateur opérationnel monté en sommateur, qui sera connecté au dispositif de sommation S, via la résistance k et recevra la tension de référence E (moyenne des tensions des p groupes d'anodes) et délivrera un signal pouvant commander un système d'affichage et un signal pouvant soit être utilisé tel quel comme valeur de référence pour la comparaison avec les valeurs de tension .mesurées U1 ... Up, soit pour la détermination de deux valeurs de tension maximum UM et minimum Um qui serviront à cette comparaison, les valeurs UM et Um pouvant être égales à la valeur U ± 20 %.
[0025] A titre purement indicatif, on peut utiliser comme dispositif de calcul des valeurs UM et Um des potentiomètres.
[0026] Le signal délivré par le dispositif M est envoyé dans chacun des comparateurs C1, C2 ... Cn en même temps que les signaux provenant des amplificateurs A1, A2 ... An. Lorsque la valeur de I1, 12 ... ou In est supérieure à l'intensité moyenne mentionnée ci-avant, il y a émission d'un signal permettant de localiser l'anode déficiente, ce signal pouvant être accompagné d'un signal d'alarme lumineuse et/ou sonore AL.
[0027] L'émetteur du signal localisant l'anode déficiente peut par exemple être une diode électroluminescente, un voyant ou tout dispositif équivalent.
[0028] De la même manière le signal envoyé par les amplificateurs AA1 à AAP est comparé en CC, à CCP avec la valeur U ou, de préférence avec les valeurs UM et Um, cette comparaison se traduisant par l'émission d'un signal, soit si U1 ... Up est différente de U, soit si U1 ... Up est supérieure à UM et/ou inférieure à Um.
[0029] Les comparateurs C1, C2 ... Cn et CC1 ... CCp peuvent être par exemple des comparateurs ou des amplificateurs opérationnels montés en comparateurs.
[0030] Les signaux sortant d'une part des amplificateurs de courant A1' A2 ... An, d'autre part des amplificateurs. de tension AA, ... AAp sont envoyés dans les dispositifs d'affichage. Ces dispositifs sont essentiellement de deux types : l'affichage des intensités est assuré par des échelles lumineuses constituées d'une pluralité de diodes électroluminescentes, ces diodes étant alimentées par un ou plusieurs convertisseurs analogique/numérique A/D reliés aux amplificateurs ; l'affichage des tensions peut être effectué par des voltmètres analogiques ou, de préférence, numériques.
[0031] Chacune des échelles lumineuses mentionnées ci-avant a une résolution avantageusement de 20 points, chaque point correspondant par exemple, dans l'application électrolyse du chlorure de sodium dans les cellules à mercure, à 1 mV et correspondant également à une diode électroluminescente. On réalise ainsi des échelles lumineuses comprenant 20 diodes électroluminescentes mais il va sans dire que ce nombre est purement indicatif et qu'on peut, sans sortir du cadre de l'invention, avoir des échelles de résolution différente, par exemple entre 10 et 40 points, en gardant la même gamme d'intensité couverte mais en modifiant la signification de chaque point (de 0,5 à 2 mV par point par exemple) ou en modifiant la gamme d'intensité.
[0032] Pour des raisons pratiques, on peut réaliser l'échelle lumineuse en associant deux ou plusieurs modules, composés chacun par exemple de 5 à 10 diodes électroluminescentes, chacun des modules pouvant lui-même être commandé par un convertisseur analogique/numérique. Dans cette hypothèse, les convertisseurs sont généralement montés en série.
[0033] Les convertisseurs analogiques/numériques peuvent être par exemple constitués par les circuits intégrés commercialisés sous les références LM 3914 par National Semi-Conductor ou TL 490 par Texas Instruments.
[0034] Enfin, le tableau de visualisation peut comporter, outre les échelles lumineuses et les voltmètres précités, un affichage de la température de sortie de la saumure, la mesure de la température pouvant être effectuée au moyen d'un thermocouple ou d'une résistance variable en fonction de la température (T °C).
[0035] Le dispositif conforme à l'invention fournit ainsi en continu un ensemble de renseignements sur le fonctionnement de la cellule. La visualisation par échelle lumineuse, par comparaison avec des dispositifs à aiguilles ou à affichage numérique présente l'avantage considérable de fournir instantanément une vision de l'ensemble des anodes et groupes d'anodes, raccordés à un même dispositif. De plus, le faible encombrement du système permet sa mise en place à proximité immédiate des bacs d'électrolyse et permet de ce fait de comparer immédiatement le profil d'un bac avec celui des bacs voisins. Il va sans dire que le système de mesure, de contrôle et de visualisation conforme à l'invention peut être connecté à un système de régulation automatique comportant des supports anodiques motorisés et un dispositif commandant notamment la remontée des anodes en cas de court-circuit ou de danger de court-circuit, dans l'hypothèse d'une utilisation dans les cellules à cathode à mercure.
des moyens (1) de mesure de l'intensité du courant (I1, 12 ... In) de chaque anode,
des moyens (2) de sommation (ΣI) de ces intensités de courant,
des moyens (3) de détection de la valeur moyenne (LI)/n de ces intensités de courant,
des moyens (4) de comparaison de chaque intensité de courant (I1, 12 ... In) à leur valeur moyenne (LI)/n augmentée d'une fraction pouvant atteindre 50 % de cette valeur moyenne et de déclenchement (6) si nécessaire d'une alarme,
des moyens (5) de localisation de l'anode déficiente à la suite de la comparaison mentionnée ci-avant,
des moyens (7) de mesure de la tension entre chaque groupe d'anodes et la partie cathodique correspondante (U, ... Up),
des moyens de calcul (8) d'une tension (U) mise en consigne,
des moyens (9) de comparaison desdites valeurs de tension (U, ... Up) mesurées en (7) à la valeur de la tension (U) mise en consigne et de déclenchement (6) si nécessaire d'une alarme,
des moyens (15) de localisation du groupe d'anodes donnant une tension inacceptable
à la suite de la comparaison des tensions mentionnée ci-avant,
et d'un ensemble de moyens (B) permettant la visualisation instantanée et continue
de cette répartition du courant, de la tension et du dépassement des seuils d'intensité
et de tension comprenant :
un dispositif d'affichage des valeurs (U, ... Up) de tension (14) et, de la valeur de ladite tension (U) mise en consigne (11), ce dispositif étant raccordé aux moyens (7) de mesure de la tension (U, ... Up) et éventuellement de calcul (8) de la valeur de ladite tension (U) mise en consigne,
un dispositif électroluminescent (12) constituant une pluralité d'échelles lumineuses, chaque échelle correspondant à la mesure de l'intensité du courant d'une anode, lesdites échelles lumineuses étant disposées côte à côte et affichant la répartition du courant dans la cellule, ce dispositif (12) étant raccordé aux moyens (1) de mesure du courant (11, 12 ... In) via un convertisseur analogique/numérique (13).
means (1) for measuring the current intensity (I1, 12 ... In) of each anode,
means (2) for summation (ΣI) of these current intensities,
means (3) for detecting the mean value (ΣI)/n of these current intensities,
means (4) for comparing each current intensity (11, 12 ... In) with their mean value (ΣI)/n increased by a fraction which can attain 50 % of this mean value, and for triggering (6) an alarm if necessary,
means (5) for localization of the defective anode following the abovementioned comparison,
means (7) for measuring the voltage between each group of anodes and the corresponding cathode portion (U1 ... Up),
means (8) for calculating a voltage (U) adopted as reference,
means (9) for comparing the said voltage values (Ui ... Up) measured at (7) with the voltage value (U) adopted as reference, and for triggering (6) an alarm if necessary,
means (15) for localizing the group of anodes giving rise to an unacceptable voltage as a result of the abovementioned comparison of voltages, and a combination of means (B) which permit the instantaneous and continuous visualization of this distribution of the current, of the voltage and of the exceeding of the intensity and voltage thresholds, comprising :
a device for displaying the voltage values (U1 ... Up) (14) and the said voltage value (U) adopted as reference (11), this device being connected to the means (7) for measuring the voltage (U1 ... Up) and, where appropriate, for calculating (8) the value of the said voltage (U) adopted as reference,
an electroluminescent device (12) constituting a plurality of luminous scales, each scale corresponding to the measurement of the current intensity of one anode, the said luminous scales being arranged side by side and displaying the distribution of the current in the cell, this device (12) being connected to the means (1) for measuring the current (I1, 12 ... In) via an analogue/digital converter (13).
Mittel (2) zum Summieren (ΣI) dieser Stromstärken,
Mittel (3) zum Erfassen des Mittelwertes (ΣI)/n dieser Stromstärken,
Mittel (4) zum Vergleich jeder Stromstärke (I1, 12 ... In) mit ihrem Mittelwert (ΣI)/n erhöht um eine Fraktion, die 50 % dieses Mittelwertes erreichen kann, sowie, wenn erforderlich, zum Auslösen eines Alarms (6),
Mittel (5) zum Lokalisieren der aufgrund des oben erwähnten Vergleichs mangelhaften Anode, Mittel (7) zum Messen der Spannung zwischen jeder Gruppe von Anoden und dem entsprechenden Kathodenteil (U1 ... Up),
Mittel (8) zum Berechnen eines Spannungs-Sollwerts (U),
Mittel (9) zum Vergleichen der genannten Spannungswerte (U, ... Up) gemessen in (7) mit dem Spannungs-Sollwert (U) und, wenn erforderlich, zum Auslösen eines Alarms (6),
Mittel (15) zur Lokalisierung der Gruppe von Anoden, die aufgrund des oben erwähnten
Spannungsvergleiches eine nicht annehmbare Spannung liefern,
und durch eine Gruppe von Mitteln (B), die die sofortige und kontinuierliche Anzeige
dieser Stromverteilung, der Spannung und der Überschreitung der Stromstärke- und Spannungsschwellen
ermöglicht, umfassend :
eine Anzeigevorrichtung (14) für die Spannungswerte (U1 ... Up) und (11) für den Sollwert der genannten Spannung (U), wobei diese Vorrichtung an die Mittel (7) zum Messen der Spannung (U1 ... Up) und gegebenenfalls (8) zum Berechnen des Spannungs-Sollwertes angeschlossen ist,
eine elektrolumineszierende Vorrichtung (12), die mehrere Leuchtskalen bildet, wobei jede Skala der Messung der Stromstärke einer Anode entspricht, und die Leuchtskalen nebeneinander angeordnet sind und die Stromverteilung in der Zelle anzeigen, und diese Vorrichtung (12) über einen Analog/Digital-Wandler (13) an die Mittel (1) zum Messen des Stroms (I1, 12 ... In) angeschlossen ist.