離子膜最佳更換周期的確定

殷憲立，梁 艷

（旭華索達科技發展有限公司，北京 100022）

離子膜最佳更換周期的確定

殷憲立，梁 艷

（旭華索達科技發展有限公司，北京 100022）

針對旭化成和北化機離子膜電解裝置中離子膜更換周期的確定,從裝置運行的安全性、離子膜性能和整體運行的經濟性進行分析，從而整體把握更換離子膜的最佳時機。

離子膜；安全性；經濟性

離子膜電解裝置需要定期更換離子膜，由于離子膜價格較為昂貴，且更換1臺電解槽的離子膜大約需要1周時間，同時，還需要更換墊片等附件，為此，要確定最佳的更換時間。

隨著電解槽制作和所配儀表、閥門、墊片等的完善，高性能離子膜的研制開發，操作人員操作水平的提高，離子膜的使用壽命已有不同程度的提高。通過綜合各方面因素，更換離子膜周期主要從3個方面考慮，即安全性、離子膜性能、經濟性。

1 安全性

當離子膜泄漏時，會導致氯中含氫高引起爆炸，是各氯堿廠家十分擔心的事情，電解槽和離子膜的供應商也在這方面特別強調并對操作說明書一再完善。離子膜泄漏一般由以下因素引起。

（1）離子膜出廠時就有針孔或安裝新膜時離子膜發生皺褶產生針孔，一般這種情況較少，并且泄漏量很小，但是更換新離子膜時還是要求進行膜試漏檢查。

（2）離子膜運行后期，離子膜強度衰弱，容易產生針孔或撕裂，經常有大量的離子膜產生泄漏，墊片老化嚴重，對安全十分不利，此時，應考慮及時全部更換離子膜。

（3）出現大的正負壓差時，離子膜強度受到損傷，離子膜容易泄漏，此時，應該排液水洗，進行膜試漏。大的正負壓差會使單元槽嚴重變形，部分離子膜撕裂，離子膜強度嚴重受損，單元槽極網不平整，每次停車都會出現大量離子膜泄漏，建議對極網不平整，離子膜全部更換。

（4）由于電解裝置制作精度或循環結構不好，容易使離子膜損傷從而導致泄漏，應該及時更換單元槽和離子膜。

（5）由于操作不當或其他原因使離子膜產生水泡或鹽泡，離子膜強度受損，極易產生針孔或泄漏。

（6）強度不好或有小針孔的離子膜，在充電解液時，由于離子膜的收縮有時撕裂，有時很難判斷。所以，在充電解液循環送電前，要進行快速膜試漏來判斷離子膜的狀態。

（7）電解槽中存有異物，很容易損傷離子膜從而導致針孔。所以，在安裝離子膜前，要對管道和單元槽進行檢查清洗，防止異物混入電解槽中。

總之，為了確保生產安全，在更換離子膜后和每次開停車前要進行膜試漏；在提升電流由零至4.1 kA時，時間盡量縮短，避免電解裝置在較低的負荷下運行；定期分析氯中含氫；在運行后期，如由于離子膜整體強度的原因導致大量離子膜泄漏，要及時全部更換；發生單元槽損害和離子膜強度嚴重受損的情況下，要對單元槽進行維修，離子膜全部更換。

2 離子膜性能

旭化成提供的離子膜性能保證為4年，如嚴格按照操作指南進行操作，鹽水指標達到規格要求，4年后離子膜的電流效率一般能夠達到92%以上。由于國內原鹽的質量問題和其他因素的影響，一般離子膜運行3年左右即需更換，此時，離子膜的電流效率為90%左右。當電流效率在92%以下時，有可能發生下列問題。

（1）由于鹽水中的次氯酸鈉增加，使陽極墊片腐蝕。很多廠家發生陽極密封面下部與陽極盤連接處腐蝕導致單元槽泄漏的問題。

（2）由于侵入陽極室內的OH－增加，使陽極壽命降低。

（3）由于NaClO3/NaOH的增加，對一次鹽水澄清產生影響、使螯合樹脂劣化、設備管道材質劣化、燒堿濃縮設備腐蝕、燒堿品質下降。

（4）由于NaCl/NaOH的增加，使燒堿品質降低。

（5）由于O2/Cl2的增加，氯的品質降低。

總之，當離子膜電流效率低時，不僅使電耗增加，同時帶來很多的弊端，因此，對電流效率低的離子膜要及時更換。

3 經濟性

更換離子膜，一般首先考慮的是經濟效益，更換離子膜后電耗的降低，更換離子膜產生的費用要通過電費的節約在很短的時間即可收回。

以一家10萬t/a燒堿裝置為例，NCH電解槽，共5臺，每臺146個單元槽，離子膜運行后期的電流效率為92%，電壓為3.14 V（運行電流為12.5 kA）

直流電耗=670.2×單槽電壓/電流效率=670.2×3.14/92%=2 287.4（kW·h/t NaOH）

按照電價為0.6元/kW·h平均計，電流在12.5 kA時，電費=2 287.4×0.6×100 000=213 724.4（萬元）

更換后電流在12.5 kA的情況下，第一年離子膜的電流效率為96%，期待電壓為3.05 V；第二年離子膜電流效率為95%，期待電壓為3.09 V。

則第一年的直流電耗=670.2×單槽電壓 /電流效率=670.2×3.05/96%=2 129.3（kW·h/t NaOH）。第二年的直流電耗=670.2×單槽電壓/電流效率=670.2×3.09/95%=2 180（kW·h/t NaOH)

按目前電耗計算，第一年節約電耗=噸堿節約直流電×總產量=（2287.4-2129.3）×10=1581（萬 kW·h）

第二年節約電耗=噸堿節約直流電×總產量=（2 287.4-2 180.0）×10=1 074（萬 kW·h）

按照更換離子膜費用每張13 500元計，10萬t/a燒堿更換離子膜費用=146×5×13 500=985.5（萬元）

更換離子膜后第一年節約電量的費用=1 581×0.6=948.6（萬元）

更換離子膜后第二年節約電量的費用=1 074×0.6=644.4（萬元）

經過核算10萬t/a燒堿裝置大約13個月左右可以收回離子膜更換費用。

由于各個廠家的運行數據不一，可以根據上述推算的方法進行經濟效益核算。

Discussion and analysis about ion exchange membrane replaced period

YIN Xian-li，LIANG Yan
(XuHua Soda Technology Development Co.,Ltd BeiJing 100022)

How to confirm the membrane replaced period installed in AKCC or BCMW electrolyzer,analyse the security and economic according to electrolyzer running and confirm the best period about membrane replaced.

Ion exchange membrane;security;economic

TQ114.26+2

B

1009－1785(2012)09-0012-02

殷憲立（1972—），男，高級工程師，1995年畢業于淮海工學院化工系，1995-2005年工作于江蘇北方氯堿集團有限公司，主要從事氯堿的技術管理和項目開發工作；2005年至今在旭化成化學公司工作。

2011-04-16