電流波動(dòng)對(duì)隔膜電槽的影響分析

王遠(yuǎn)君，江新成

（自貢鴻鶴化工股份公司氯堿廠，四川自貢643000）

電流波動(dòng)對(duì)隔膜電槽的影響分析

王遠(yuǎn)君，江新成

（自貢鴻鶴化工股份公司氯堿廠，四川自貢643000）

隔膜質(zhì)量影響安全、電耗、槽齡等，頻繁升降電流會(huì)惡化電解槽運(yùn)行狀況，對(duì)電槽隔膜造成不可逆轉(zhuǎn)的損傷，電流波動(dòng)幅度過大會(huì)造成氯、氫壓力波動(dòng)，危及系統(tǒng)安全。

電流變化；隔膜電解槽；槽齡

自貢鴻鶴化工股份公司氯堿廠現(xiàn)運(yùn)行30型金屬陽極電解槽190臺(tái)，其中擴(kuò)張陽極、改性隔膜105臺(tái)，普通槽85臺(tái)。190臺(tái)電槽串聯(lián)成1個(gè)電路，由2臺(tái)整流串聯(lián)供直流電，形成10萬t/a的產(chǎn)能裝置。

1 電流波動(dòng)對(duì)電槽隔膜的損傷

隔膜是隔膜電解槽中的一種多孔性隔層，由多種不同長度的石棉絨苛化，通過真空吸附制作而成，是隔膜電解槽的關(guān)鍵部分。在一定的電流強(qiáng)度及鹽水滲透壓的條件下，緊貼在陰極網(wǎng)袋上的隔膜具有一定的機(jī)械強(qiáng)度和溶脹性。

隔膜的陽極側(cè)為鹽水和濕氯氣，呈弱酸性；陰極側(cè)為淡堿液和氫氣，呈堿性；陰陽極之間為很窄的中性區(qū)。中性區(qū)在膜內(nèi)時(shí)，隔膜性能最佳，電流效率最高。

新槽在運(yùn)行時(shí)，在鹽水、堿液的浸泡和一定電流及溫度下，隔膜溶脹，膜的滲透率逐步增大，運(yùn)行10 h左右時(shí)，達(dá)到最大值（恒定滲透率的兩三倍），運(yùn)行7～10 d后，溶脹后的膜受陰、陽極液位差的壓力，膜的空隙率在膜層分布均勻、滲透率穩(wěn)定，電槽運(yùn)行的各項(xiàng)工藝指標(biāo)符合要求。

在生產(chǎn)過程中，隨著電槽運(yùn)行時(shí)間的延長，鹽水中的鈣、鎂等雜質(zhì)隨鹽水的流向進(jìn)入隔膜內(nèi)，堵塞隔膜的空隙，降低隔膜的滲透率，使電槽中NaOH濃度升高。石棉隔膜的石棉在電解生產(chǎn)過程中，電槽的陽極液呈酸性，在酸性條件下，石棉被溶解出Mg2+和OH-，生成的Mg（OH）2隨電解液的遷移沉積在膜內(nèi)，堵塞膜的流體通道，降低流速，使電槽NaOH濃度升高。

隔膜陰極側(cè)的SiO2在高溫、高濃度的NaOH溶液中也微量溶解成硅酸鹽的凝膠層，增大了隔膜的電壓降和陰極液中的NaOH濃度，為使電槽生產(chǎn)中陰極淡堿NaOH濃度控制在工藝要求的范圍，隨電流波動(dòng)而調(diào)整陽極液位，升高或降低膜的滲透率，造成隔膜的中性區(qū)移位。頻繁的電流波動(dòng)，造成隔膜的中性區(qū)反復(fù)移動(dòng)，使隔膜“疲勞”，隔膜性能受損，特別是電流波動(dòng)大于運(yùn)行電流的10%，無法調(diào)節(jié)電槽水位時(shí)，隔膜產(chǎn)生一緊一松的變化。隔膜在低電流、高液位的壓差下趨緊，隔膜的空隙率和滲透率降低，造成不可逆轉(zhuǎn)的損傷，加快隔膜性能的惡化，使電槽NaOH質(zhì)量濃度升高并大于臨界質(zhì)量濃度（140 g/L），電槽的副反應(yīng)加大，電流效率降低，電槽運(yùn)行周期縮短，2006年電槽平均槽齡僅185.6 d。

2006年6月，自貢鴻鶴化工股份公司因外供生產(chǎn)平衡的需要和整流設(shè)備故障，電解運(yùn)行電流波動(dòng)頻繁，波動(dòng)幅度大，統(tǒng)計(jì)如表1。

電流波動(dòng)過大，造成氯、氫壓力波動(dòng)大，對(duì)電解安全生產(chǎn)極為不利，電流波動(dòng)1 kA，電槽NaOH淡堿的質(zhì)量濃度升降2.5～3.0 g/L，因此要求電流最好在不大于5%的范圍波動(dòng)。低電流負(fù)荷時(shí)，電解液淡堿濃度低，增大了蒸發(fā)的生產(chǎn)強(qiáng)度，影響整個(gè)生產(chǎn)的平衡。

表1 電流波動(dòng)情況kA

該廠運(yùn)行隔膜是以50 kA電流為基準(zhǔn)吸附制作，當(dāng)電流降至30型標(biāo)準(zhǔn)電流45 kA后，首先是恢復(fù)至45 kA，由槽管組監(jiān)測單槽NaOH淡堿濃度后，重新標(biāo)注水位線，控制單槽淡堿質(zhì)量濃度為120 g/L，4～6 h后，升電流至48 kA，4 h后測單槽淡堿濃度，視總管NaOH濃度和單槽淡堿濃度（滿水位大于150 g/L）升電流至50 kA。

2 避免電流波動(dòng)的措施

（1）電流穩(wěn)定是相對(duì)的，電流波動(dòng)是不可避免的，因外供電或生產(chǎn)的需要降電流，最好是一二小時(shí)降低1 kA，如電流需降至正常生產(chǎn)的10%且時(shí)間大于一周，可減少運(yùn)行電槽數(shù)量來保證運(yùn)行電流的穩(wěn)定。

（2）及時(shí)調(diào)整運(yùn)行電槽陽極液位，使之與電流相匹配，嚴(yán)格控制單槽NaOH質(zhì)量濃度＜140 g/L。

（3）嚴(yán)格控制進(jìn)槽鹽水質(zhì)量，并定期排出進(jìn)槽鹽水分管內(nèi)的沉積物。

（4）加快對(duì)陰極液NaOH質(zhì)量濃度＞150 g/L且無法升水調(diào)節(jié)濃度的電槽的檢修。

（5）提高隔膜質(zhì)量，減少電流波動(dòng)的影響。

電流波動(dòng)后，電槽NaOH濃度變化大，副反應(yīng)增大，Cl2中含O2升高，陰、陽極效率降低，膜電阻升高，使電槽槽壓上升，槽齡縮短，這些都是膜性能受損惡化造成的，只有制作高質(zhì)量的石棉隔膜和減少電流波動(dòng)，才能延長電槽的運(yùn)行時(shí)間，確保電解的安全平穩(wěn)運(yùn)行。

（6）石棉隔膜（改性隔膜）制作工藝大同小異，要制作優(yōu)質(zhì)的隔膜，關(guān)鍵是注重制膜過程的細(xì)節(jié)，主要有以下方面。

a.要制作高質(zhì)量的隔膜，必須選擇優(yōu)質(zhì)的石棉絨，該廠從2006年下半年選購了津巖牌石棉絨，并嚴(yán)格執(zhí)行由公司中心化驗(yàn)室出具抽測合格書后方能使用的規(guī)定。

b.底漿制作時(shí)采用的電解液較好，對(duì)吸附隔膜有利。

ρ（NaCl）=（190±5）g/L，以保持底漿密度和石棉絨在漿液中的懸浮度；

ρ（NaOH）=（130±5）g/L，確保石棉的苛化度，保持石棉絨在漿液中的懸浮度；

ρ（Fe）＜50×10-6；

石棉密度14.0～15.0 kg/m3；

改性劑3 kg/m3；

底漿溫度≤30℃，不能直接加高溫電解液調(diào)整濃度；

苛化時(shí)間，首次苛化需48 h；正常吸附需12～24 h；

漿液內(nèi)無低燃物、金屬物及其他機(jī)械雜質(zhì)。

真空倒?jié){2次，攪拌20min漿液制備完畢。各物料應(yīng)按比例追加，并按以上操作制取漿液。

c.準(zhǔn)備吸附陰極箱。將待使用陰極箱吊入酸洗液中浸泡5～10min（鹽酸中HCl質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%～15%）加緩蝕劑。將酸洗后的陰極箱吊入水洗間進(jìn)行沖洗，沖洗干凈后的陰極箱呈現(xiàn)鉛絲本色，網(wǎng)袋無扭曲、變形，網(wǎng)孔無堵塞，箱體無銹蝕、無裂紋，箱內(nèi)無殘留物。

d.隔膜吸附。采用高真空、動(dòng)態(tài)吸附。緩慢打開吸附閥，用秒表計(jì)時(shí)；陰極箱上下移動(dòng)，上不露出液面，下不碰底。用液下吸附時(shí)間來控制隔膜厚度。當(dāng)液下吸附成膜后，量取液位，停止計(jì)時(shí)，做好記錄。干吸時(shí)間為4 h，干抽真空壓力為改性膜≥-0.070MPa，普通膜≥-0.080MPa。

e.烘干塑化。烘房溫度控制為85～95℃，時(shí)間16h。將干燥好的陰極隔膜放入電烘房燒結(jié)。當(dāng)溫度升至160℃、320℃時(shí)恒溫1 h，后進(jìn)行升溫操作，當(dāng)溫度升至360℃時(shí)，進(jìn)行恒溫；隔膜在爐溫360℃保持90～120min進(jìn)行恒溫塑化；燒結(jié)結(jié)束后，盡可能自然冷卻至50℃，嚴(yán)禁急劇降溫，避免隔膜與陰極網(wǎng)袋的粘接力降低。

3 存在問題

2008年電槽運(yùn)行周期逐步延長，全年平均槽齡273.6天，但仍存在一些問題，如系統(tǒng)停車，鹽水循環(huán)30～60min后封槽，重新開車后因總管濃度偏高，電流不能恢復(fù)到停車前水平，需要2～4 d才能恢復(fù)。新槽或短槽齡電槽在電流波動(dòng)下，NaOH濃度和槽壓上升快，陽極NaOH濃度高，而無法升水調(diào)整的電槽，采取陽極加白糖或停槽清洗，效果差，只好作停槽換膜處理。

Analysison influenceof current fluctuation for diaphragm electrolysis cell

WANGYuan-jun,JIANGXin-cheng
(Chlor-alkaliplant,Zigonghonghe chemicalCo.,Ltd.,Zigong643000,China)

Quality of diaphragm was related to safety and power consumption,and electrolytic cell age. Operation status of electrolyzer was worsened by frequently up and down current,which could result in irrevesible injury to diaphragm.Excessive current fluctuation range affected chlorine pressure and hydrogen pressure,and endangered safety system.

current fluctuation;diaphragm electrolyzer;electrolytic cellage

book=8,ebook=198

TQ114.26+2.1

B

1009－1785(2010)06－0008-02

2009-04-28