離子膜電解槽膜極距改造及運行總結

荊智海

（昊華宇航化工有限責任公司，河南焦作454002）

隨著離子膜燒堿生產技術的快速發(fā)展，離子膜電解槽加速更新?lián)Q代，目前，已完成低電密-高電密-膜極距的過渡，單臺槽的生產能力逐步提高，單位產品能耗逐步降低。當前，國內氯堿企業(yè)都面臨節(jié)能降耗、降本增效的壓力，降低燒堿電耗，增大產品盈利空間是急需解決的問題。昊華宇航化工有限責任公司（以下簡稱昊華宇航公司）于2012年5月完成對20萬t/a 8臺高電密離子膜電解槽的改造，同時，對現(xiàn)有裝置的工藝進行了部分變更、對電氣設備進行了改造，以配合膜極距電解槽的安全運行。

1 高電密電解槽改造為膜極距電槽的技術方案

1.1 電解槽結構改造

（1）使用高壓水槍及純水對NBH電解單元槽陰陽極進行沖洗，將槽框內的鐵屑等機械雜質用工業(yè)風吹掃干凈。

（2）對NBH電解單元槽陰陽極網面、電極進行檢查，修復出現(xiàn)變形的網面，打磨拋光陰陽極密封面。

（3）在原陰極上加裝鎳絲編織的彈性網、包覆網，再加裝陰極活性面網，通過鎳帶固定，從而實現(xiàn)減小陰陽極極間距，達到降低單元槽電壓的目的。

（4）利用高度測定器測定改造后的陰極高度，保證陰極高度均一。

1.2 電解相關工藝改造

（1）調整氣相操作壓力。由于膜極距電槽極距減小，對氣相壓差平穩(wěn)性要求更為苛刻，尤其在生產系統(tǒng)出現(xiàn)異常情況下，必須杜絕出現(xiàn)較大的氣相壓差波動，否則，將對離子膜和電槽極網造成較大的傷害。使用NBH電槽時，控制陽極氣相壓力為38 kPa、陰極氣相壓力為42 kPa。改造后，將陽極氣相壓力降低為20 kPa、陰極氣相壓力降低為24 kPa，通過降低系統(tǒng)氯氣、氫氣操作壓力，保證在生產系統(tǒng)出現(xiàn)跳停情況下氣相壓差更為平穩(wěn)。

（2）調整極化電源投運方式。原電槽在送電前電解液循環(huán)時即投入極化電源，改為在電解液循環(huán)時不投極化電源，而在電槽停運或跳停后投入極化電源并調整陰陽極流量。

（3）改造自動閥。為保護電槽陰陽極，電槽在計劃或連鎖停車后，必須將極化電源投入。高電密電槽運行時，系統(tǒng)中的重要自控閥均為氣開閥，不能滿足系統(tǒng)故障跳停（儀表風故障）時陰陽極系統(tǒng)的循環(huán)，改為氣閉閥，以滿足在故障停車時陰陽極系統(tǒng)正常循環(huán)，保護陰陽極涂層不受損害。

（4）槽溫控制。a.改變槽溫控制點位置。原電槽測溫點在陰極液出口管與電槽陰極液出口總管的連接處，存在儀表檢修困難和槽溫不準確的情況。將測溫點位置改在單槽陰極液出口二樓平臺處，方便儀表人員校正，保證了槽溫的準確性。b.降低槽溫度。由于膜極距電槽的極間距減小，離子膜在運行期間表面的溫度比高電密有極距時會升高，溫度較高會影響離子膜的電流效率及膜的壽命，因此，需降低電槽運行溫度。目前，控制低于87℃。

（5）改造電槽聯(lián)鎖。a.降低陰陽極系統(tǒng)總管壓力連鎖值，系統(tǒng)總管氯氣連鎖值由50 kPa降至30 kPa，氫氣總管氫氣連鎖值由55 kPa降至34 kPa。b.考慮到單臺槽開停車期間人為的誤操作及電槽運行期間關鍵進出口閥門的質量問題，為保護離子膜及單元槽極網不受大的損傷，單臺電槽增加氣相壓差連鎖。

1.3 設備管道及配件變更

（1）加厚電槽陰極墊片。膜極距電槽改造后，電槽陰陽極間的距離非常小，對離子膜的運行容易造成傷害，導致離子膜出現(xiàn)針孔，造成電流效率下降，對電槽穩(wěn)定安全運行造成隱患。為此，將陰極墊片厚度增加0.7 mm，雖然對單元槽電壓會有微量上升的影響，但保證了電槽的穩(wěn)定運行，降低了離子膜出現(xiàn)針孔的機率。

（2）檢測陰極液循環(huán)系統(tǒng)設備、管道材質。膜極距改造后，對陰極液循環(huán)系統(tǒng)的設備、管道材質提出了標號不低于310S的要求。在停車期間，對使用的陰極循環(huán)系統(tǒng)設備、管道材質進行了檢測，滿足膜極距改造后的使用要求。

2 試運行過程中的問題及整改措施

（1）單槽氣相壓差波動造成連鎖跳槽。

由于增加了單槽氣相壓差連鎖，2012年，出現(xiàn)了4次因為單槽氣相壓差超出連鎖值，導致單槽跳停，對離子膜及電槽穩(wěn)定經濟運行不利且影響安全生產。經過檢查單槽氣相壓差歷史記錄，發(fā)現(xiàn)壓差波動頻繁且不規(guī)律。對出現(xiàn)氣相壓差波動的電槽壓力表、變送器及傳輸線路進行校準和檢查，甚至更換其他品牌的壓力表，但效果均不明顯，仍然出現(xiàn)氣相壓差波動現(xiàn)象。

經過認真分析，認為陰陽極液循環(huán)槽液位控制不合理，液面高于電槽陰陽極液下液總管高度，造成該總管內氣體不能順利排出，是導致各臺電槽氣相壓差波動的根本原因。在現(xiàn)場測量高度后，將原陰陽極液循環(huán)槽液位由40%調整至30%，未再出現(xiàn)電槽氣相壓差波動的問題。

（2）備用槽框出現(xiàn)陰極網面腐蝕。

受液氯銷售因素影響，6#電解槽自2012年4月完成膜極距改造后一直處于停車狀態(tài)。2012年10月，在打開電解槽進行檢查時，發(fā)現(xiàn)陰極面網出現(xiàn)白色斑點，特別是電槽下部腐蝕更為嚴重，已經出現(xiàn)陰極面網破損現(xiàn)象。陰極面網出現(xiàn)的腐蝕結晶物的XRF測定分析結果見圖1。

分析結果表明，陰極表面綠色附著物為Ni（OH）2，說明該腐蝕是由于水洗電槽后殘存在槽框內的純水對陰極網面產生腐蝕造成的。針對備用電槽槽框腐蝕問題，制定了備用槽框管理措施。

a.采取對單元槽在未使用前的貯存保護措施。電解槽在未使用前應采取防護措施，盡量避免露天存放，尤其在陰雨和降雪季節(jié)，應放置防雨、干燥、通風的地方，避免雨雪和潮濕空氣造成的傷害。

b.在單元槽安裝過程中，采取如下保護措施。

安裝現(xiàn)場應保持干燥清潔。廠房內不要進行焊接、鉆眼、打磨等產生粉塵的作業(yè)，必要時，采取臨時隔離防護措施后方可安裝。

在粘貼墊片時，避免粘結劑及離型劑、油污等污物污染陰、陽極電極。

清洗電解槽進出口總管、槽頭過濾器、氣液分離器，對出口純水進行電導分析合格后，方可進行電槽安裝。

墊片粘貼完成安裝假膜，如果沒有確定開車計劃，調整擠壓機油壓為5 MPa進行擠壓，不要進行清洗，保持單元槽干燥；如果馬上執(zhí)行開車計劃，在假膜狀態(tài)水洗后，及時拆除假膜并在2天內進行毛刺檢查和真膜安裝，然后，再進行堿性水洗和開車。在假膜狀態(tài)進行堿性水洗時必須保證假膜無漏點。

安裝離子膜時，要特別注意防止外來雜物進入離子膜表面，對離子膜造成損傷。

電解槽安裝離子膜后，需立刻潤濕電解槽。陽極采用純水進行濕潤，陰極采用3%NaOH水溶液進行濕潤。

安裝時，保護好陰陽極電極，確保不遭受機械損傷。

c.在單元槽在開車過程中，采取如下保護措施。

離子膜安裝后，應盡快開車。如短期內（一周之內）不能開車，需要對電解槽采取密封保存及防止酸性物質進入的防范措施。

保持電解槽油壓為6.0 MPa，保持陰極尾部氮氣水封充氮，氣相壓差為3～5 kPa。電槽尾部陰極總管溢流閥打開，對空閥關閉，并通過氮氣水封對電解槽充氮保壓，壓力穩(wěn)定后，保持氮氣流量為5 m3/h。

電解槽陰陽極入口接管內，保持一半液位，即可保持電槽內濕潤，又可防止槽外有害的氣體、灰塵進入電解槽。

d.在單元槽在停車過程中，采取如下保護措施。

避免電解槽長期停車，否則，會對離子膜效率及電極壽命造成嚴重影響。

電解槽操作始終保持電槽油壓為6.0 MPa，氣相壓差為3～5 kPa，包括充液、排液、充水、排水及停車靜置時。特別注意在排液或排水時，要及時補充氮氣。

停車以后，將電槽尾部陽極總管對空閥打開并利用槽頭除害管道充分抽除殘留在電解槽內的氯氣，防止殘留的氯氣從離子膜滲透至陰極，損傷陰極涂層。在氯氣出口閥門處加入盲板并加以標識。

停車以后，將電槽尾部陰極總管溢流閥打開，對空閥關閉，并通過氮氣水封對電解槽充氮保壓，壓力穩(wěn)定后保持氮氣流量5 m3/h。如設備密封性較好，可停止充入氮氣，通過水封保壓，通過觀察電解槽壓差決定補充氮氣。陰極其他閥門必須關閉，防止氮氣在電解槽內流通，離子膜被吹干。

在電解槽陰陽極入口接管內，保持一半液位，既可保持電槽內濕潤，又可防止槽外有害氣體、灰塵進入電解槽。

一旦有害氣體、鹽水、堿液進入電解槽內，立刻用純水清洗電槽，并檢查相應閥門的密封性。

解體后長期不開車的電解槽應進行干燥處理并密封包裝，可以利用氣墊膜或對陰極面進行密封保護。下邊用透明膠帶封口，保證電解槽陰極在一定時間內安全存放。

e.備品備件應采取如下貯存保護措施。

開箱后的電解槽，應保證陽極網不與陰極網接觸，避免陰極網同酸性氣體、水的接觸。

作為備品備件的單元槽不建議放置于電解廠房內，電解槽最好采用原包裝，放置應干燥，無氯氣，無酸性氣體，無流通空氣。

未使用的離子膜放置于離子膜原有包裝桶中，并將其密封，防止灰塵和異物進入。

3 膜極距電槽運行效果

電解槽改造投運時間表見表1。運行效果見表2。造前后對比情況見表3。

表1 膜極距電槽改造運行時間

表2 膜極距電槽運行效果

表3 膜極距電槽改造前后對比情況

4 結束語

在相同工藝條件下，高電密電解槽改造為膜極距電解槽以后，噸堿電耗降低125 kW·h，按20萬t/a燒堿生產裝置計，可降低生產成本1 210萬元/a。改造后，性能數(shù)據(jù)穩(wěn)定，達到了節(jié)能降耗、降本增效的目標，證明了膜極距改造是投資少、見效快、收益高的節(jié)能改造技術。