電流波動對隔膜電槽的影響分析

王遠君，江新成

（自貢鴻鶴化工股份公司氯堿廠，四川自貢643000）

電流波動對隔膜電槽的影響分析

王遠君，江新成

（自貢鴻鶴化工股份公司氯堿廠，四川自貢643000）

隔膜質量影響安全、電耗、槽齡等，頻繁升降電流會惡化電解槽運行狀況，對電槽隔膜造成不可逆轉的損傷，電流波動幅度過大會造成氯、氫壓力波動，危及系統安全。

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運行30型金屬陽極電解槽190臺，其中擴張陽極、改性隔膜105臺，普通槽85臺。190臺電槽串聯成1個電路，由2臺整流串聯供直流電，形成10萬t/a的產能裝置。

1 電流波動對電槽隔膜的損傷

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，是隔膜電解槽的關鍵部分。在一定的電流強度及鹽水滲透壓的條件下，緊貼在陰極網袋上的隔膜具有一定的機械強度和溶脹性。

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

新槽在運行時，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，運行10 h左右時，達到最大值（恒定滲透率的兩三倍），運行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、滲透率穩定，電槽運行的各項工藝指標符合要求。

在生產過程中，隨著電槽運行時間的延長，鹽水中的鈣、鎂等雜質隨鹽水的流向進入隔膜內，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，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，為使電槽生產中陰極淡堿NaOH濃度控制在工藝要求的范圍，隨電流波動而調整陽極液位，升高或降低膜的滲透率，造成隔膜的中性區移位。頻繁的電流波動，造成隔膜的中性區反復移動，使隔膜“疲勞”，隔膜性能受損，特別是電流波動大于運行電流的10%，無法調節電槽水位時，隔膜產生一緊一松的變化。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，造成不可逆轉的損傷，加快隔膜性能的惡化，使電槽NaOH質量濃度升高并大于臨界質量濃度（140 g/L），電槽的副反應加大，電流效率降低，電槽運行周期縮短，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平衡的需要和整流設備故障，電解運行電流波動頻繁，波動幅度大，統計如表1。

電流波動過大，造成氯、氫壓力波動大，對電解安全生產極為不利，電流波動1 kA，電槽NaOH淡堿的質量濃度升降2.5～3.0 g/L，因此要求電流最好在不大于5%的范圍波動。低電流負荷時，電解液淡堿濃度低，增大了蒸發的生產強度，影響整個生產的平衡。

表1 電流波動情況kA

該廠運行隔膜是以50 kA電流為基準吸附制作，當電流降至30型標準電流45 kA后，首先是恢復至45 kA，由槽管組監測單槽NaOH淡堿濃度后，重新標注水位線，控制單槽淡堿質量濃度為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 避免電流波動的措施

（1）電流穩定是相對的，電流波動是不可避免的，因外供電或生產的需要降電流，最好是一二小時降低1 kA，如電流需降至正常生產的10%且時間大于一周，可減少運行電槽數量來保證運行電流的穩定。

（2）及時調整運行電槽陽極液位，使之與電流相匹配，嚴格控制單槽NaOH質量濃度＜140 g/L。

（3）嚴格控制進槽鹽水質量，并定期排出進槽鹽水分管內的沉積物。

（4）加快對陰極液NaOH質量濃度＞150 g/L且無法升水調節濃度的電槽的檢修。

（5）提高隔膜質量，減少電流波動的影響。

電流波動后，電槽NaOH濃度變化大，副反應增大，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，只有制作高質量的石棉隔膜和減少電流波動，才能延長電槽的運行時間，確保電解的安全平穩運行。

（6）石棉隔膜（改性隔膜）制作工藝大同小異，要制作優質的隔膜，關鍵是注重制膜過程的細節，主要有以下方面。

a.要制作高質量的隔膜，必須選擇優質的石棉絨，該廠從2006年下半年選購了津巖牌石棉絨，并嚴格執行由公司中心化驗室出具抽測合格書后方能使用的規定。

b.底漿制作時采用的電解液較好，對吸附隔膜有利。

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整濃度；

苛化時間，首次苛化需48 h；正常吸附需12～24 h；

漿液內無低燃物、金屬物及其他機械雜質。

真空倒漿2次，攪拌20min漿液制備完畢。各物料應按比例追加，并按以上操作制取漿液。

c.準備吸附陰極箱。將待使用陰極箱吊入酸洗液中浸泡5～10min（鹽酸中HCl質量分數為10%～15%）加緩蝕劑。將酸洗后的陰極箱吊入水洗間進行沖洗，沖洗干凈后的陰極箱呈現鉛絲本色，網袋無扭曲、變形，網孔無堵塞，箱體無銹蝕、無裂紋，箱內無殘留物。

d.隔膜吸附。采用高真空、動態吸附。緩慢打開吸附閥，用秒表計時；陰極箱上下移動，上不露出液面，下不碰底。用液下吸附時間來控制隔膜厚度。當液下吸附成膜后，量取液位，停止計時，做好記錄。干吸時間為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℃，時間16h。將干燥好的陰極隔膜放入電烘房燒結。當溫度升至160℃、320℃時恒溫1 h，后進行升溫操作，當溫度升至360℃時，進行恒溫；隔膜在爐溫360℃保持90～120min進行恒溫塑化；燒結結束后，盡可能自然冷卻至50℃，嚴禁急劇降溫，避免隔膜與陰極網袋的粘接力降低。

3 存在問題

2008年電槽運行周期逐步延長，全年平均槽齡273.6天，但仍存在一些問題，如系統停車，鹽水循環30～60min后封槽，重新開車后因總管濃度偏高，電流不能恢復到停車前水平，需要2～4 d才能恢復。新槽或短槽齡電槽在電流波動下，NaOH濃度和槽壓上升快，陽極NaOH濃度高，而無法升水調整的電槽，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