關(guān)于海水制氯電解槽制作的研究

陳忠新

摘 要：本文主要簡(jiǎn)單闡述了片板式陽(yáng)極電解槽的設(shè)計(jì)原理和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，并就鈦陽(yáng)極及主要零部件的制作進(jìn)行了分析解剖。

關(guān)鍵詞：電解槽制作；鈦陽(yáng)極；次氯酸鈉

前言

海洋附著生物也稱海洋污損生物，是生長(zhǎng)在海洋一切物體表面的動(dòng)植物和微生物。這類生物一般是有害的，它們通常以堵塞水管的方式影響沿海工業(yè)設(shè)施。至1947年，世界已經(jīng)記錄約有2000種海洋污著生物。目前，估計(jì)已發(fā)現(xiàn)有4000～5000種，在中國(guó)沿岸已經(jīng)記錄有 650種左右。目前濱海電廠、LNG及其它沿海工業(yè)設(shè)施主要通過(guò)電解海水制氯的方式來(lái)抑制或消除此類污損生物。

1.電解槽的制作

1.1電解槽的設(shè)計(jì)依據(jù)

1.1.1電解海水制氯基本原理

經(jīng)過(guò)濾的海水通過(guò)帶有直流電的陰陽(yáng)極，海水里的氯化鈉會(huì)電解成鈉離子和氯離子，最終生成次氯酸鈉和氫氣。在一定范圍內(nèi)次氯酸鈉的產(chǎn)率與由整流器供給電解槽的直流電流成正比?；瘜W(xué)和電化學(xué)的副反應(yīng)與主反應(yīng)是同時(shí)發(fā)生的，副反應(yīng)降低了電流效率，因而生產(chǎn)次氯酸鈉的實(shí)際能耗基本是理論能耗的1.1倍。

綜合反應(yīng)式如下：

NaCl+H2O→NaClO+H2↑

1.1.2終端使用參數(shù)及條件

電解槽應(yīng)用目的：海水系統(tǒng)防污

現(xiàn)場(chǎng)海水NaCl含量：25～33%

槽電壓要求：小于32V

最大使用電流：2300A

現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境溫度：8～37℃

電解槽壽命要求：大于6年

電解槽水壓：大于5BAR

海水流量：45M3/H

1.2海水制氯電解槽的結(jié)構(gòu)

片板式海水制氯電解槽主要由鈦電極、電極支撐板、殼體和導(dǎo)電頭組成。

1.3主要部件的制作要點(diǎn)

（1）鈦電極。鈦電極由GR2以上的純鈦制作，其中鐵含量、HV值、晶粒度等主要參數(shù)必須精確控制。涂層前首先對(duì)鈦材進(jìn)行化學(xué)處理以達(dá)到規(guī)定的粗糙度，良好的粗糙度可以提高貴金屬涂層的附著力和提升產(chǎn)品的比表面積。

對(duì)于海水制氯電解槽通常我們使用Ru/Ir金屬的鹽溶液涂覆于化學(xué)處理好的鈦材表面，每涂覆一次必須烘烤一次，烘烤的溫度差必須控制在正負(fù)5℃之內(nèi)以避免生成其它的氧化物，同時(shí)鈦的處理溫度不能超過(guò)560℃，原因是要防止鈦基體表面被絕緣的氧化膜層所覆蓋。

涂覆過(guò)程中及涂覆結(jié)束后必須用XRF熒光檢測(cè)儀檢測(cè)產(chǎn)品以確保貴金屬的涂覆量足夠以及分布均勻。

（2）電極支撐板。電極支撐板通常由PP材料制作，其主要作用是固定鈦電極，同時(shí)控制電極的相對(duì)間距，陰陽(yáng)極的極間距一般為2.5毫米，過(guò)大的極間距會(huì)使電解槽的槽壓升高。

下圖顯示了在正常使用狀態(tài)下的電解槽的電位分布：

（3）殼體。殼體即電解槽的槽體是連續(xù)電化學(xué)反應(yīng)的場(chǎng)所，其內(nèi)腔材料為經(jīng)紫外處理的PVC，外側(cè)由環(huán)氧樹(shù)脂包裹而成，為達(dá)到9BAR以上的測(cè)試水壓，環(huán)氧樹(shù)脂的裹覆層數(shù)必須數(shù)層以上，槽體的兩端及側(cè)面的進(jìn)出水口是槽體制作的關(guān)鍵部位，為達(dá)到較好的密封效果槽體的兩端在完成包覆工序后其內(nèi)側(cè)必須經(jīng)過(guò)車削處理，以實(shí)現(xiàn)和端部法蘭密封圈的良好配合，進(jìn)出水口應(yīng)做加強(qiáng)包覆以防止現(xiàn)場(chǎng)安裝與其它管路連接時(shí)由于應(yīng)力集中導(dǎo)致的結(jié)合部位開(kāi)裂。

（4）導(dǎo)電頭。導(dǎo)電頭是連接電解槽槽體和整流柜的橋梁，它由兩部分組成，一部分是約15毫米厚的鈦板，鈦板經(jīng)過(guò)精密機(jī)床開(kāi)槽處理，在槽內(nèi)氬弧焊接電極，焊接過(guò)程中必須采取降溫措施，減少極板變形，降低極間距變化。另一部分是同材質(zhì)的鈦柱，鈦板和鈦柱的連接方式為摩擦焊。

2.結(jié)語(yǔ)

本文簡(jiǎn)淺易懂，對(duì)國(guó)內(nèi)電解槽的制作商具有借鑒作用，對(duì)使用海水制氯電解槽的電廠、LNG及其它濱海企業(yè)電解槽相關(guān)問(wèn)題的解決具有參考作用。

參考文獻(xiàn)：

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[2]David Hughes. Sea Water Design，2013.

[3]婁革.電解海水裝置的技術(shù)改造，2003