離子膜電解槽膜極距改造及運(yùn)行總結(jié)

荊智海

（昊華宇航化工有限責(zé)任公司，河南焦作454002）

隨著離子膜燒堿生產(chǎn)技術(shù)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(guò)渡，單臺(tái)槽的生產(chǎn)能力逐步提高，單位產(chǎn)品能耗逐步降低。當(dāng)前，國(guó)內(nèi)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(chǎn)品盈利空間是急需解決的問(wèn)題。昊華宇航化工有限責(zé)任公司（以下簡(jiǎn)稱昊華宇航公司）于2012年5月完成對(duì)20萬(wàn)t/a 8臺(tái)高電密離子膜電解槽的改造，同時(shí)，對(duì)現(xiàn)有裝置的工藝進(jìn)行了部分變更、對(duì)電氣設(shè)備進(jìn)行了改造，以配合膜極距電解槽的安全運(yùn)行。

1 高電密電解槽改造為膜極距電槽的技術(shù)方案

1.1 電解槽結(jié)構(gòu)改造

（1）使用高壓水槍及純水對(duì)NBH電解單元槽陰陽(yáng)極進(jìn)行沖洗，將槽框內(nèi)的鐵屑等機(jī)械雜質(zhì)用工業(yè)風(fēng)吹掃干凈。

（2）對(duì)NBH電解單元槽陰陽(yáng)極網(wǎng)面、電極進(jìn)行檢查，修復(fù)出現(xiàn)變形的網(wǎng)面，打磨拋光陰陽(yáng)極密封面。

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

（4）利用高度測(cè)定器測(cè)定改造后的陰極高度，保證陰極高度均一。

1.2 電解相關(guān)工藝改造

（1）調(diào)整氣相操作壓力。由于膜極距電槽極距減小，對(duì)氣相壓差平穩(wěn)性要求更為苛刻，尤其在生產(chǎn)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(dòng)，否則，將對(duì)離子膜和電槽極網(wǎng)造成較大的傷害。使用NBH電槽時(shí)，控制陽(yáng)極氣相壓力為38 kPa、陰極氣相壓力為42 kPa。改造后，將陽(yáng)極氣相壓力降低為20 kPa、陰極氣相壓力降低為24 kPa，通過(guò)降低系統(tǒng)氯氣、氫氣操作壓力，保證在生產(chǎn)系統(tǒng)出現(xiàn)跳停情況下氣相壓差更為平穩(wěn)。

（2）調(diào)整極化電源投運(yùn)方式。原電槽在送電前電解液循環(huán)時(shí)即投入極化電源，改為在電解液循環(huán)時(shí)不投極化電源，而在電槽停運(yùn)或跳停后投入極化電源并調(diào)整陰陽(yáng)極流量。

（3）改造自動(dòng)閥。為保護(hù)電槽陰陽(yáng)極，電槽在計(jì)劃或連鎖停車后，必須將極化電源投入。高電密電槽運(yùn)行時(shí)，系統(tǒng)中的重要自控閥均為氣開(kāi)閥，不能滿足系統(tǒng)故障跳停（儀表風(fēng)故障）時(shí)陰陽(yáng)極系統(tǒng)的循環(huán)，改為氣閉閥，以滿足在故障停車時(shí)陰陽(yáng)極系統(tǒng)正常循環(huán)，保護(hù)陰陽(yáng)極涂層不受損害。

（4）槽溫控制。a.改變槽溫控制點(diǎn)位置。原電槽測(cè)溫點(diǎn)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(zhǔn)確的情況。將測(cè)溫點(diǎn)位置改在單槽陰極液出口二樓平臺(tái)處，方便儀表人員校正，保證了槽溫的準(zhǔn)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(yùn)行期間表面的溫度比高電密有極距時(shí)會(huì)升高，溫度較高會(huì)影響離子膜的電流效率及膜的壽命，因此，需降低電槽運(yùn)行溫度。目前，控制低于87℃。

（5）改造電槽聯(lián)鎖。a.降低陰陽(yáng)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(tái)槽開(kāi)停車期間人為的誤操作及電槽運(yùn)行期間關(guān)鍵進(jìn)出口閥門的質(zhì)量問(wèn)題，為保護(hù)離子膜及單元槽極網(wǎng)不受大的損傷，單臺(tái)電槽增加氣相壓差連鎖。

1.3 設(shè)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(yáng)極間的距離非常小，對(duì)離子膜的運(yùn)行容易造成傷害，導(dǎo)致離子膜出現(xiàn)針孔，造成電流效率下降，對(duì)電槽穩(wěn)定安全運(yùn)行造成隱患。為此，將陰極墊片厚度增加0.7 mm，雖然對(duì)單元槽電壓會(huì)有微量上升的影響，但保證了電槽的穩(wěn)定運(yùn)行，降低了離子膜出現(xiàn)針孔的機(jī)率。

（2）檢測(cè)陰極液循環(huán)系統(tǒng)設(shè)備、管道材質(zhì)。膜極距改造后，對(duì)陰極液循環(huán)系統(tǒng)的設(shè)備、管道材質(zhì)提出了標(biāo)號(hào)不低于310S的要求。在停車期間，對(duì)使用的陰極循環(huán)系統(tǒng)設(shè)備、管道材質(zhì)進(jìn)行了檢測(cè)，滿足膜極距改造后的使用要求。

2 試運(yùn)行過(guò)程中的問(wèn)題及整改措施

（1）單槽氣相壓差波動(dòng)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?yàn)閱尾蹥庀鄩翰畛鲞B鎖值，導(dǎo)致單槽跳停，對(duì)離子膜及電槽穩(wěn)定經(jīng)濟(jì)運(yùn)行不利且影響安全生產(chǎn)。經(jīng)過(guò)檢查單槽氣相壓差歷史記錄，發(fā)現(xiàn)壓差波動(dòng)頻繁且不規(guī)律。對(duì)出現(xiàn)氣相壓差波動(dòng)的電槽壓力表、變送器及傳輸線路進(jìn)行校準(zhǔn)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(dòng)現(xiàn)象。

經(jīng)過(guò)認(rèn)真分析，認(rèn)為陰陽(yáng)極液循環(huán)槽液位控制不合理，液面高于電槽陰陽(yáng)極液下液總管高度，造成該總管內(nèi)氣體不能順利排出，是導(dǎo)致各臺(tái)電槽氣相壓差波動(dòng)的根本原因。在現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量高度后，將原陰陽(yáng)極液循環(huán)槽液位由40%調(diào)整至30%，未再出現(xiàn)電槽氣相壓差波動(dòng)的問(wèn)題。

（2）備用槽框出現(xiàn)陰極網(wǎng)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(kāi)電解槽進(jìn)行檢查時(shí)，發(fā)現(xiàn)陰極面網(wǎng)出現(xiàn)白色斑點(diǎn)，特別是電槽下部腐蝕更為嚴(yán)重，已經(jīng)出現(xiàn)陰極面網(wǎng)破損現(xiàn)象。陰極面網(wǎng)出現(xiàn)的腐蝕結(jié)晶物的XRF測(cè)定分析結(jié)果見(jiàn)圖1。

分析結(jié)果表明，陰極表面綠色附著物為Ni（OH）2，說(shuō)明該腐蝕是由于水洗電槽后殘存在槽框內(nèi)的純水對(duì)陰極網(wǎng)面產(chǎn)生腐蝕造成的。針對(duì)備用電槽槽框腐蝕問(wèn)題，制定了備用槽框管理措施。

a.采取對(duì)單元槽在未使用前的貯存保護(hù)措施。電解槽在未使用前應(yīng)采取防護(hù)措施，盡量避免露天存放，尤其在陰雨和降雪季節(jié)，應(yīng)放置防雨、干燥、通風(fēng)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(guò)程中，采取如下保護(hù)措施。

安裝現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)保持干燥清潔。廠房?jī)?nèi)不要進(jìn)行焊接、鉆眼、打磨等產(chǎn)生粉塵的作業(yè)，必要時(shí)，采取臨時(shí)隔離防護(hù)措施后方可安裝。

在粘貼墊片時(shí)，避免粘結(jié)劑及離型劑、油污等污物污染陰、陽(yáng)極電極。

清洗電解槽進(jìn)出口總管、槽頭過(guò)濾器、氣液分離器，對(duì)出口純水進(jìn)行電導(dǎo)分析合格后，方可進(jìn)行電槽安裝。

墊片粘貼完成安裝假膜，如果沒(méi)有確定開(kāi)車計(jì)劃，調(diào)整擠壓機(jī)油壓為5 MPa進(jìn)行擠壓，不要進(jìn)行清洗，保持單元槽干燥；如果馬上執(zhí)行開(kāi)車計(jì)劃，在假膜狀態(tài)水洗后，及時(shí)拆除假膜并在2天內(nèi)進(jìn)行毛刺檢查和真膜安裝，然后，再進(jìn)行堿性水洗和開(kāi)車。在假膜狀態(tài)進(jìn)行堿性水洗時(shí)必須保證假膜無(wú)漏點(diǎn)。

安裝離子膜時(shí)，要特別注意防止外來(lái)雜物進(jìn)入離子膜表面，對(duì)離子膜造成損傷。

電解槽安裝離子膜后，需立刻潤(rùn)濕電解槽。陽(yáng)極采用純水進(jìn)行濕潤(rùn)，陰極采用3%NaOH水溶液進(jìn)行濕潤(rùn)。

安裝時(shí)，保護(hù)好陰陽(yáng)極電極，確保不遭受機(jī)械損傷。

c.在單元槽在開(kāi)車過(guò)程中，采取如下保護(hù)措施。

離子膜安裝后，應(yīng)盡快開(kāi)車。如短期內(nèi)（一周之內(nèi)）不能開(kāi)車，需要對(duì)電解槽采取密封保存及防止酸性物質(zhì)進(jìn)入的防范措施。

保持電解槽油壓為6.0 MPa，保持陰極尾部氮?dú)馑獬涞瑲庀鄩翰顬?～5 kPa。電槽尾部陰極總管溢流閥打開(kāi)，對(duì)空閥關(guān)閉，并通過(guò)氮?dú)馑鈱?duì)電解槽充氮保壓，壓力穩(wěn)定后，保持氮?dú)饬髁繛? m3/h。

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

d.在單元槽在停車過(guò)程中，采取如下保護(hù)措施。

避免電解槽長(zhǎng)期停車，否則，會(huì)對(duì)離子膜效率及電極壽命造成嚴(yán)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(shí)。特別注意在排液或排水時(shí)，要及時(shí)補(bǔ)充氮?dú)狻?/p>

停車以后，將電槽尾部陽(yáng)極總管對(duì)空閥打開(kāi)并利用槽頭除害管道充分抽除殘留在電解槽內(nèi)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(biāo)識(shí)。

停車以后，將電槽尾部陰極總管溢流閥打開(kāi)，對(duì)空閥關(guān)閉，并通過(guò)氮?dú)馑鈱?duì)電解槽充氮保壓，壓力穩(wěn)定后保持氮?dú)饬髁? m3/h。如設(shè)備密封性較好，可停止充入氮?dú)猓ㄟ^(guò)水封保壓，通過(guò)觀察電解槽壓差決定補(bǔ)充氮?dú)狻ｊ帢O其他閥門必須關(guān)閉，防止氮?dú)庠陔娊獠蹆?nèi)流通，離子膜被吹干。

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

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

解體后長(zhǎng)期不開(kāi)車的電解槽應(yīng)進(jìn)行干燥處理并密封包裝，可以利用氣墊膜或?qū)﹃帢O面進(jìn)行密封保護(hù)。下邊用透明膠帶封口，保證電解槽陰極在一定時(shí)間內(nèi)安全存放。

e.備品備件應(yīng)采取如下貯存保護(hù)措施。

開(kāi)箱后的電解槽，應(yīng)保證陽(yáng)極網(wǎng)不與陰極網(wǎng)接觸，避免陰極網(wǎng)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?jī)?nèi)，電解槽最好采用原包裝，放置應(yīng)干燥，無(wú)氯氣，無(wú)酸性氣體，無(wú)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(jìn)入。

3 膜極距電槽運(yùn)行效果

電解槽改造投運(yùn)時(shí)間表見(jiàn)表1。運(yùn)行效果見(jiàn)表2。造前后對(duì)比情況見(jiàn)表3。

表1 膜極距電槽改造運(yùn)行時(shí)間

表2 膜極距電槽運(yùn)行效果

表3 膜極距電槽改造前后對(duì)比情況

4 結(jié)束語(yǔ)

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(wàn)t/a燒堿生產(chǎn)裝置計(jì)，可降低生產(chǎn)成本1 210萬(wàn)元/a。改造后，性能數(shù)據(jù)穩(wěn)定，達(dá)到了節(jié)能降耗、降本增效的目標(biāo)，證明了膜極距改造是投資少、見(jiàn)效快、收益高的節(jié)能改造技術(shù)。