電解槽離子膜運(yùn)行后期的優(yōu)化控制

李 莉，劉 凱

（新疆圣雄氯堿有限公司，新疆 吐魯番838100）

新疆圣雄氯堿有限公司（以下簡稱“圣雄氯堿”）主導(dǎo)產(chǎn)品為50 萬t/a PVC 和40 萬t/a 離子膜燒堿，該公司電解槽為意大利迪諾拉電解槽，1# 裝置自2012 年3 月開車以來， 離子膜運(yùn)行了將近5 年更換，2# 裝置自2016 年10 月開車至今已運(yùn)行4 年以上，一般在離子膜運(yùn)行后期，隨著膜的老化，需要更加精細(xì)的進(jìn)行操作和控制， 才能使膜在最佳電流效率下和最佳膜使用壽命周期內(nèi)實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益最大化，現(xiàn)對膜運(yùn)行后期的一些管控方法進(jìn)行探討。

1 開車前準(zhǔn)備工作的優(yōu)化

在裝置異常停車后，例如停儀表氣、停水等情況后，電解槽由高負(fù)荷運(yùn)行瞬間電流變?yōu)?，離子膜在單元槽內(nèi)波動(dòng)，尤其是對于運(yùn)行后期的離子膜造成的傷害更大， 此時(shí)如果壓差大于6 kPa 或小于-2 kPa時(shí)，必須對每個(gè)電解槽進(jìn)行離子膜試漏，確保有被損壞離子膜能及時(shí)找到，以免影響開車進(jìn)程。電解槽充液時(shí)將堿液及鹽水溫度控制在50.0～55.0 ℃，鹽水濃度控制在210.0～230.0 g/L， 充液期間重點(diǎn)檢查陽極是否有提前溢流的單元槽、 陰極是否有不溢流的單元槽，有異常及時(shí)進(jìn)行處理。要求升溫過程中確認(rèn)所需要開車的電解槽都充液完成且并入系統(tǒng)循環(huán)，尤其是要求升溫速率保證不要太高，緩慢升溫，保證離子膜伸縮量在最小范圍內(nèi)。 由于鹽水系統(tǒng)采用的是閉路大循環(huán)，通過在實(shí)踐中的不斷總結(jié)和分析，無論采用海鹽或湖鹽， 特別是對于高電流密度零極距自然循環(huán)離子膜電解槽， 必須再次確認(rèn)開車前進(jìn)槽鹽水質(zhì)量必須保證在指標(biāo)范圍內(nèi)， 否則會造成離子膜不可逆的損傷。

2 開車過程的優(yōu)化

對于初始升電流過程， 將升電流速率設(shè)定為1.5 A/s，盡量做到速率最低，每到1 kA 時(shí)暫停升電流，操作員查看指標(biāo)參數(shù)無異常后再繼續(xù)升電流。而且在電流為2.7 kA 時(shí)候必須做低負(fù)荷測試，通過槽電壓評估器檢查單元槽槽電壓， 對槽電壓上漲較慢的單元槽進(jìn)行重點(diǎn)關(guān)注。 如果電流達(dá)到2.7 kA 后有單元槽槽電壓仍未達(dá)到2.4 V，則停電解槽更換該單元槽。

3 正常運(yùn)行的管理優(yōu)化

運(yùn)行到后期的電解槽每臺中有部分更換新膜后，將該臺電解槽電流保持10.8 kA 運(yùn)行24 h，也就是最大負(fù)荷的68%，要求質(zhì)量檢測中心每班對出槽氯氣純度、氯氣中含氧、含氫、次氯酸鈉、pH 值進(jìn)行分析，技術(shù)管理人員對其每日進(jìn)行分析?，F(xiàn)場槽工每小時(shí)對單元槽溢流進(jìn)行檢查， 有溢流量減小和泄漏的情況及時(shí)匯報(bào)。 中控人員每小時(shí)對評估器電壓進(jìn)行巡檢， 每臺槽隨機(jī)抽取幾片單元槽進(jìn)行對照監(jiān)控槽電壓，是否有異常升降。

依據(jù)伍德電解槽工藝要求進(jìn)槽鹽水和堿溫度兩側(cè)溫差不宜超過3 ℃， 這種設(shè)計(jì)很好的降低兩側(cè)介質(zhì)溫差較高對離子膜引起的一系列影響， 相較旭化成、氯工程工藝體現(xiàn)出了優(yōu)勢，更利于離子膜的長周期運(yùn)行。尤其到膜使用后期更應(yīng)做到精細(xì)化控制，盡量做到溫差小于3 ℃， 以免離子膜因溫差變化大出現(xiàn)褶皺。

4 降電流及停車后的控制優(yōu)化

在降電流時(shí)按照1.5 A/s 的速率進(jìn)行，在此過程中現(xiàn)場巡檢對每個(gè)單元槽溢流進(jìn)行觀察， 并對槽電壓有異常單元槽進(jìn)行檢測，每降1 kA 電流，中控查看指標(biāo)參數(shù)無異常后再繼續(xù)進(jìn)行， 將電解槽切出系統(tǒng)對電解槽泄壓要求現(xiàn)場需3 人配合進(jìn)行， 操作人員一人在電解槽槽頭前關(guān)注槽壓差， 另外兩人分別操作控制泄壓閥，根據(jù)壓差緩慢進(jìn)行調(diào)節(jié)，保證電解槽壓差在1.5～2.0 kPa，從陽極電解液中去除游離氯時(shí)，將槽溫度控制在78.0～82.0 ℃經(jīng)過約2 h 熱循環(huán)后，在關(guān)閉極化整流器之前，應(yīng)檢查所有的電解槽的陽極電解液出口是否含有氯， 如果電解槽仍然含有氯，不得關(guān)閉極化整流器。在此過程中盡量保證高溫循環(huán)時(shí)間足夠， 而且在游離氯除去后氮?dú)獠荒芗磿r(shí)關(guān)閉，保證持續(xù)供應(yīng)吹掃。

高溫除氯結(jié)束后將進(jìn)槽鹽水濃度調(diào)節(jié)為270.0～290.0 g/L，因?yàn)殡S著電解槽后續(xù)溫度降低，如果不稀釋飽和鹽水的話， 可能鹽水中會析出晶體劃傷離子膜，電解槽槽溫按較小的速率（3.0～5.0 ℃/h），電解槽槽溫冷卻到65 ℃時(shí)，將進(jìn)槽鹽水濃度調(diào)節(jié)為250.0～270.0 g/L，此狀態(tài)停電槽循環(huán)僅可以維持6 h，如果超過6 h 則要繼續(xù)降溫，至55 ℃時(shí)將進(jìn)槽鹽水濃度調(diào)節(jié)為210.0～230.0 g/L。 在槽溫45.0～50.0 ℃下的電解槽狀態(tài)最多維持24 h，如超過24 h，則要對電解槽進(jìn)行排液然后充入脫鹽水進(jìn)行保護(hù)， 以保證電解槽內(nèi)離子膜的濕潤。

5 避免頻繁開停車升降電流

隨著電流負(fù)荷的變化， 槽溫也在發(fā)生十幾度溫差的變化，電解槽本身發(fā)生熱脹冷縮，離子膜和槽框墊片等都相應(yīng)地隨著溫度變化發(fā)生變形， 若發(fā)生變化則影響更大（1）對離子膜的影響：膜頻繁膨脹和收縮，使膜產(chǎn)生疲勞反應(yīng)，造成膜物理松弛，起褶皺，影響膜的使用壽命，加速膜的老化。 （2）對槽框墊片的影響：頻繁升降電流，電解槽框墊片也頻繁收縮膨脹，如果槽框墊片彈性較好有一定的形變范圍，在槽頭壓緊裝置作用下不至于發(fā)生泄漏。 但如果墊片使用時(shí)間較長， 即墊片的彈性在升降溫度的情況下達(dá)不到伸縮變形量。 在此情況下頻繁升降電流，就會發(fā)生墊片滲漏甚至泄漏。 因此一方面要求后期電解槽升降負(fù)荷速率盡量最低， 且一定生產(chǎn)負(fù)荷下平穩(wěn)運(yùn)行避免頻繁升降電流都是后期優(yōu)化控制的最好方式。

6 結(jié)語

依據(jù)公司現(xiàn)有裝置運(yùn)行情況分析， 尤其是在離子膜使用后期，要想延長離子膜的使用壽命，需要更加精細(xì)化管理， 這樣才能盡量保證電解槽在較高的電流效率下使用，一方面通過提高裝置的穩(wěn)定性，盡量減少電解槽的開停車次數(shù)， 減少異常停車壓差的波動(dòng)對離子膜造成的損傷。其次，要保證在最優(yōu)的電流效率下運(yùn)行離子膜，通過計(jì)算得知，膜運(yùn)行后期電流效率由最初的98%左右降到93%左右，此時(shí)必須要有計(jì)劃的組織更換離子膜， 因?yàn)樵诤笃诘碗娏餍蔬\(yùn)行，電耗將大大增加導(dǎo)致生產(chǎn)成本提高，而整體更換一批離子膜的成本相比電效引起的成本低，所以在一定程度上后期更換離子膜可為更優(yōu)化的方案，不但是為了節(jié)約生產(chǎn)增加效益，也能保證電解槽更加穩(wěn)定安全運(yùn)行。