離子膜電解槽運(yùn)行中出現(xiàn)的問題及解決方法

李兆源，董 雷

（黑龍江昊華化工有限公司，黑龍江 齊齊哈爾161033）

黑龍江昊華化工有限公司2009 年建的氯堿廠產(chǎn)能為25 萬t/a 離子膜燒堿。 自2010 年11 月裝置開車以來， 裝置運(yùn)行平穩(wěn)。 電解槽采用北化機(jī)NBZ—2.7 型膜極距電解槽，共10 臺(tái)，現(xiàn)投產(chǎn)8 臺(tái)。每臺(tái)電解槽有150 個(gè)單元槽， 其中有6 臺(tái)電槽使用日本旭化成F-6801 離子膜、2 臺(tái)電槽使用美國杜邦N-2030 離子膜。2010 年11 月4 日，裝置初始開車，4 臺(tái)使用日本旭化成離子膜的電解槽最先投用，其余4 臺(tái)電解槽分別于2011 年6 月及10 月投產(chǎn)。 現(xiàn)將2010 年至2012 年離子膜電解裝置運(yùn)行中出現(xiàn)的問題及解決方案詳細(xì)介紹以供業(yè)內(nèi)借鑒。

1 鈣和鎂離子超標(biāo)污染離子膜

2011 年11 月， 因鹽水質(zhì)量不合格， 其中的Ca2+、Mg2+離子超標(biāo)致使離子膜污染。

1.1 現(xiàn)象及經(jīng)過

2011 年11 月28 日， 氯堿電解單元DCS 顯示pH-264 值超出正?？刂浦笜?biāo)2.0～2.5 的2.5 上限并且快速上升， 主控人員立刻檢查電槽加酸量及鹽酸濃度等影響pH-264 上升的指標(biāo)， 發(fā)現(xiàn)均在正常控制范圍內(nèi)。大約半小時(shí)后電槽電壓開始上升。影響槽電壓的因素有很多，除膜及電槽因素外，工藝方面有槽溫、堿濃度、鹽水質(zhì)量、電流密度、陽極液濃度及電槽加酸量。 在檢查完除鹽水質(zhì)量外的各項(xiàng)工藝指標(biāo)因素正常后， 電解負(fù)責(zé)人協(xié)調(diào)分析人員用ICP 方法分析鹽水質(zhì)量。 樹脂塔出口鹽水分析結(jié)果顯示鹽水中鈣、鎂離子嚴(yán)重超標(biāo)，鈣、鎂離子之和＞90×10-9。 此時(shí)電解槽槽電壓比原來槽電壓高出近9 V。

1.2 處理措施

確定電壓上升的原因是鹽水中鈣、 鎂離子嚴(yán)重超標(biāo)后， 電槽負(fù)責(zé)人員對電槽進(jìn)行了緊急停車處理并對電解槽進(jìn)行了水溫為40 ℃以內(nèi)的2 遍純水洗槽處理。開車后，槽電壓有所下降，但電流效率（即膜效率）由95%下降至92%。 為此，水洗電槽開車后將電槽槽溫由87.5 ℃降至85 ℃，（若純水溫度過高，會(huì)使離子膜受熱膨漲， 使電流效率下降或因膜的皺紋發(fā)生針孔）。 并將燒堿濃度由31.5%～32.5%提升至33.0%～33.5%， 槽溫及燒堿濃度均在1 天內(nèi)呈梯度均勻調(diào)控。 在新指標(biāo)運(yùn)行1 周后,電槽槽電壓恢復(fù)至未污染前、電流效率恢復(fù)至94.85%，較污染前效率下降0.15%。降低電槽運(yùn)行槽溫，提高堿濃度的處理取得了顯著效果，避免了經(jīng)濟(jì)損失。

1.3 處理依據(jù)

因電槽緊急停車水洗2 遍， 造成離子膜物理性松弛，膜間距增加，從而使OH-反滲透量增加，電流效率下降。 采用降低電解槽溫度及提高陰極液濃度的方法，使離子膜收縮；提高堿液濃度后，可使陰極側(cè)膜的含水率減小，固定離子濃度增大，電流效率提高。

2 電槽氯氣主管閥門不嚴(yán)，氯氣酸化離子膜

2.1 現(xiàn)象及經(jīng)過

受市場滯銷及原料成本上漲等多項(xiàng)因素制約該公司2012 年4 月投運(yùn)的8 臺(tái)電槽負(fù)荷改為6 臺(tái)運(yùn)行，2 臺(tái)停車維護(hù)。 4 月28 日春檢前， 開1～6 號電槽，7、8 號電解槽處于停車維護(hù)狀態(tài)。 春檢過后5 月初，開3～8 號電槽，1、2 號電槽停車維護(hù)。由于12 年7 月3 日凌晨系統(tǒng)跳閘停車，造成廢氯系統(tǒng)正壓，由于1、2 號槽的氯氣主管蝶閥不嚴(yán)， 但是停車后未加設(shè)盲板，2 道閥門雖已關(guān)死，氯氣仍串入1、2 號電解槽，致使7 月3 日晚1、2 號電槽投入生產(chǎn)后，發(fā)現(xiàn)該2 臺(tái)電解槽電壓較停車前運(yùn)行時(shí)槽電壓分別上漲10 V 和13.5 V。 1、2 號電槽發(fā)生事故前后變化情況見表1。

表1 1、2號槽事故前后變化情況

2.2 處理措施

1、2 號電槽電壓大幅上漲后， 電解人員立即對1、2 號電槽進(jìn)行緊急停車處理并進(jìn)行2 遍純水洗槽處理。水洗電槽開車后，對1、2 號電槽陽極用新鮮的濃度為205 g/L 的鹽水；陰極用32%NaOH，仍按正常循環(huán)量循環(huán)8 h， 循環(huán)處理后開車時(shí)，1 號槽電壓為452 V，2 號槽電壓為445 V （主控DCS 儀表顯示），電槽電壓均有大幅下降。

2.3 處理依據(jù)

膜酸化原因有：電解停止、排液后，氯氣進(jìn)入電解槽；電解停止后，氯氣未排出；鹽酸添加過剩；鹽水濃度下降。

膜易酸化的可能性有：（1）氯氣截止閥問題。 在電解槽水洗后排液時(shí)由于氯氣截止閥故障導(dǎo)致氯氣泄漏，氯氣進(jìn)入電解槽使電壓上升。 （2）未關(guān)閉鹽酸手動(dòng)閥。 在電解停止時(shí)，由于未關(guān)閉鹽酸手動(dòng)閥、鹽酸滯留在電槽進(jìn)口總管，產(chǎn)生氯氣。 再次起動(dòng)時(shí)，電壓上升。 （3）由于誤操作，添加鹽酸量為正常鎖定量的10 倍，使電壓上升。 （4）由于鹽水供給分散管堵塞，鹽水濃度下降，膜產(chǎn)生水泡，使電壓上升。

膜酸化時(shí)陽極液用新鮮的205 g/L 的鹽水、陰極液用32%NaOH，循環(huán)8 h，使膜的離子交換基返回到Na 型，可使槽電壓下降。

但是，水泡發(fā)生程度嚴(yán)重及膜發(fā)熱、膜的樹脂發(fā)泡時(shí)，膜的性能則不易恢復(fù)。

3 電槽陽極氣體壓力超標(biāo)

3.1 現(xiàn)象經(jīng)過

2012 年2 月28 日，4 號、5 號電槽氣體壓力波動(dòng)。 氯氣壓力PI-233D、PI-233E 超高至65 kPa、68 kPa，單槽氣體壓差PDI-230 達(dá)-45 kPa、-60 kPa，使4 號、5 號電槽跳閘停車 （正常氯氣壓力PI-233控制值為20 kPa ， 跳閘值為30 kPa；PDI-230 高限跳閘值為9 kPa、低限跳閘值為零）。2 月29 日，4號電槽氣體氯氣壓力PI-233D 又出現(xiàn)28 日的現(xiàn)象，氯氣壓力PI-233D 高達(dá)95 kPa,PDI-230 達(dá)-70 kPa，由于控制人員將單槽氣體壓差連鎖解除， 避免了一次跳閘停車。與此同時(shí)，檢查4 號電槽軟管流動(dòng)狀態(tài)及4 號電槽單元槽電壓均沒有明顯變化；DCS 顯示PDIA-230-1（電槽液相壓差）無變化，系統(tǒng)總管氯氫氣體壓差等各項(xiàng)指標(biāo)均正常。

3.2 處理措施

發(fā)生電槽氣體氯氣壓力超高時(shí)， 解除單槽氣體壓差連鎖，現(xiàn)場用U 型水銀壓力計(jì)實(shí)測陰陽極出口壓力，U 型水銀壓力計(jì)測量結(jié)果顯示4 號電槽陰陽極壓力和其他電槽正常控制氣體指標(biāo)一致， 并未達(dá)到氣體跳閘值。 由此，可確定28 日的4、5 號電槽跳閘事故原因應(yīng)是顯示氯氫氣體值的儀表故障所致。用U 型壓力計(jì)實(shí)測單臺(tái)槽氣體壓力正常后，儀表部門對氯氫氣體值的顯示儀表進(jìn)行處理后， 電槽氣體壓力值顯示正常， 且再未出現(xiàn)因氣體壓力超高致使電槽跳閘事故。

3.3 處理依據(jù)

電槽氣體壓力超高的原因可能有：氣體主管堵；單槽閥門膜片壞；人為關(guān)錯(cuò)閥門；顯示氯氫氣體值的儀表故障。 在出現(xiàn)氣體壓差超高時(shí)確認(rèn)排除前三項(xiàng)原因外，則應(yīng)斷定為氯氫氣體儀表故障。

4 電槽軟管斷流打火

4.1 現(xiàn)象經(jīng)過

2011 年4 月3 日，電槽陰極液進(jìn)口軟管堵塞造成斷流，出現(xiàn)火花，進(jìn)行停車處理。

4.2 處理措施

發(fā)現(xiàn)電槽軟管出現(xiàn)火花，首先，應(yīng)檢查軟管內(nèi)液體的流量是否異常。流量減量一般會(huì)有個(gè)過程，而不是突然斷流，因此，按時(shí)巡檢電槽軟管流動(dòng)狀態(tài)尤其是軟管流量是預(yù)防事故發(fā)生的有效途徑。 發(fā)現(xiàn)流量異常，應(yīng)排查是電槽進(jìn)口堵塞還是出口堵塞（依據(jù)經(jīng)驗(yàn)，多數(shù)是電槽進(jìn)口堵塞造成斷流。因?yàn)槌隹谲浌芸讖酱?，進(jìn)口軟管比較細(xì)且有濾網(wǎng)，進(jìn)口軟管堵塞的概率更高），確定原因后及時(shí)聯(lián)系調(diào)度停車處理。 如不能立即停車處理，應(yīng)加強(qiáng)巡檢，確保出口軟管液體不斷流。 以免斷流對電解槽、離子膜造成更大損害。

陰極液出口軟管前區(qū)對地電壓較高，出現(xiàn)火花的概率會(huì)更高，嚴(yán)重時(shí)，會(huì)引燃聚四氟乙烯軟管。 出現(xiàn)火花不必太緊張，但要密切觀察火花的量和持續(xù)時(shí)間；如果火花間斷出現(xiàn)，可繼續(xù)運(yùn)行，否則，應(yīng)立即停車處理。

4.3 處理依據(jù)

軟管打火原因有： 電槽出口軟管發(fā)生電解水反應(yīng)；電槽出口軟管內(nèi)電子運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生靜電火花；鐵附著在陰極液出口，發(fā)生氧化還原反應(yīng)。