夏文武

(廣東惠州天然氣發電有限公司，廣東 惠州 516082)

0 引言

我國擁有漫長的海岸線和豐富的海洋資源，隨著濱海電廠、海洋石油、海洋礦產等行業的迅速發展，在開發利用海洋資源的同時，因海洋生物污損帶來的損失非常嚴重，海洋生物污損也越來越受到關注。若海洋生物不能被有效抑制，會導致海水系統運行不穩定。濱海電廠的冷卻循環系統和發動機經常因此維修或大修，不僅浪費時間及金錢，而且嚴重影響安全生產和設備正常運行。目前，電解海水制氯技術是防止循環冷卻水系統海洋生物污損最安全、有效、經濟的辦法，已在國內外各海濱電站得到廣泛應用。

廣東惠州天然氣發電有限公司(以下簡稱惠州天然氣發電公司)汽輪機凝汽器循環冷卻水系統的介質為海水。為防止海洋生物在系統管道和設備內大量生長繁殖，惠州天然氣發電公司采用了電解海水制次氯酸鈉系統設備。這套設備利用電解海水產生具有毒性的有效氯，擊暈或殺死海洋生物的幼蟲或孢子，達到防止海洋生物附著和生長的目的。自2006年至今，該套制氯設備已正常運行8年，保證了惠州天然氣發電公司循環水系統安全、穩定運行。

1 工作原理

海水通過電解槽會發生一系列電化學反應。

(1)

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極間化學反應：

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(6)

平衡反應(3)～(5)的反應方向主要取決于pH值和環境溫度。海水的pH值為8.0～8.5，且溫度在15 ℃時，所有的分子態消失，有效氯由次氯酸鈉(NaClO)(約80%)和次氯酸(HClO)(約20%)形態出現的次氯酸根離子混合物組成。

除上述反應外，由于海水中存在鈣、鎂離子，長時間電解后，這些離子會在陰極上形成鈣和鎂的沉淀物，增加電能的消耗，因此，必須通過酸洗的方法定期消除這些沉淀物。

2 技術條件

SC300/1型電解槽(1組)運行特性參數：額定有效氯產量，85 kg/h；電壓，0～70 V；電流，0～6 050 A；直流電耗，3.72 (kW·h)/kg；海水流量，2×27 m3/h；次氯酸鈉出口質量分數，1.37‰；最大承受壓力，36.3 kPa；流速，0.6 m/s。SC300/1型電解槽(1組)安裝特征參數：總質量，128 kg；安裝尺寸，1 270 mm×403 mm×270 mm；陽極材料，鈦涂多元貴金屬氧化物陽極；陰極材料，哈氏合金(Hastelloy C-276)；進/出口法蘭，DN80 mm；槽蓋材料，有機玻璃(亞克力)；殼體材料，聚氯乙烯(PVC)；密封圈材料，氟橡膠；導電桿材料，鈦-銅；緊固螺栓材料，316不銹鋼；電連接材料，紫銅。

3 SC300/1型電解槽主要部件

(1)電解槽蓋。蓋板采用透明有機玻璃(亞克力)加工制造，操作人員在運行過程中可以透過蓋板直接觀察槽內反應情況，有利于直觀地判斷和掌握電解槽維修和酸洗時機。

(2)電解槽殼體。殼體采用極耐次氯酸鈉腐蝕的PVC材料，進、出水口采用法蘭連接。該結構具備更高的安全性和穩定性，消除了液體泄漏問題。

(3)陽極。陽極采用鈦涂貴金屬氧化物涂層的DSA?陽極，該陽極在0～45 ℃內均有良好的電化學性能，具有長壽命的使用特性。陽極為板網形狀，增加了海水湍流，提高了電解效率。板網狀陽極比板式陽極的有效活性面積大，提高了產氯量。陽極和陰極用聚偏氟乙烯(PVDF)隔離釘保持2.5 mm間距。

(4)陰極。陰極所采用的哈氏合金具有以下特點：在海水和次氯酸鈉介質中具有更強的耐蝕性；比鈦陰極析氫電位低0.45 V；拋光表面，減少了鈣、鎂沉淀物的沉積；不會產生氫脆腐蝕。

(5)密封。槽內導電件的密封采用氟橡膠O型圈，殼體和蓋的密封用硅橡膠O型圈。

(6)金屬零件。槽內緊固件和結構件的材料均為鈦，外部緊固件材質為316不銹鋼。所有緊固件均用扭力扳手按規定力矩擰緊，保證密封的可靠性。

(7)導電。電解槽陰極或陽極的導電連接件為鈦-銅復合棒，復合棒在槽內部分為鈦，在槽外部分為銅，槽間電連接采用銅板。

4 設備運行維護和維修

4.1 運行維護

每個月都要對電解槽進行酸洗，酸洗時要求有操作員在場，正常情況下酸滲漏量很少，若出現極限情況(如酸管破損)，可用工業水沖洗稀釋后排放。酸洗時，首先將自來水注入酸洗罐內，達到設定高度，然后通過酸洗泵使罐內自來水高速流過配比器，在配比器內利用流體對氣體的裹帶作用造成負壓，從而將鹽酸抽至儲酸罐，使稀鹽酸的質量分數為8%～10%。而后啟動酸洗泵，使稀鹽酸在酸洗罐和電解槽組間循環，以清除陰極上的沉淀物。酸洗結束后，酸洗泵再把積存在電解槽組內的廢酸溶液抽回儲酸罐，中和后排放，酸洗結束。

4.2 設備維修

鑒于設備運行已超過廠家推薦的5年檢修周期，惠州天然氣發電公司在2013年7月在生產現場對個別電解槽進行預防性的解體檢查。在廠家技術人員的指導下拆卸一個電解槽時，發現電解槽內部有一片陽極網出現長5 cm 、寬1 cm的涂層脫落，其他陽極網、陰極板、銅鈦導電桿狀況良好。為保證電解槽性能和系統長久正常運行，惠州天然氣發電公司決定對2組共28塊電解槽進行大修。2013年11月和12月對所有電解槽進行了為期2個月的返廠維修。在不影響廠區循環水加次氯酸鈉處理系統正常運行的情況下，維修工作分2批進行：先返廠1組電解槽，完成維修并安裝、調試至正常運行后，再進行另一組電解槽維修。

電解槽維修主要針對陽極網使用壽命到期和導電組件損壞老化等問題的機械維修。該類型電解槽陽極網正常使用情況下壽命為5年，陰極板永不損壞，其他導電組件視運行狀況更換，成套密封件每次拆卸均需全部更換。

第1組拆卸的14個電解槽126片陽極網中有2片陽極網有較明顯損壞擊穿現象(如圖1所示)，其他極板外觀良好，少數涂層略微脫落，對有瑕疵的陽極網進行全部更換，并將新陽極網集中組裝于3個電解槽中方便以后區分維護。陽極網擊穿是因為短路造成局部長時間發熱燒毀，電解槽長時間未酸洗，或酸洗不徹底導致沉淀物堆積是造成短路的主要原因；粒徑較大的異物進入電解槽也是導致短路的原因之一。

圖1 極板擊穿現象

其他電解槽配件根據損壞情況更換，銅排、托架等整體翻新。組裝好的電解槽經過絕緣試驗、水壓試驗等一系列性能試驗后才能出廠。經過2天的安裝調試后，發現槽壓等關鍵數據有了明顯改善，而且電解槽再也沒有出現跳機現象，對制氯電解槽的特殊修理達到了預期效果，保證了汽輪機凝汽器鈦管等設備的可靠、穩定運行。

5 結論

惠州天然氣發電公司所使用的電解海水次氯酸鈉發生裝置，是一種防止電站海洋生物污損的有效裝置。加上檢修和運行人員定期檢查電解槽并酸洗，能有效清除電解槽內部沉淀物，延長了陽極網使用壽命；同時利用可編程控制(PLC)系統進行控制，自動化程度高，安全及可靠性好，減少了運行人員的工作量。該裝置的透明板式電解槽安裝、維護方便，使用壽命長，啟動速度快，完全適應惠州天然氣發電公司作為調峰電站白天運行、晚上停機的兩班制運行規律，制氯對循環水冷卻海水中攜帶的海洋生物能有效抑制和殺滅，對汽輪機凝汽器的鈦管起了很好的保護作用。總之，電解海水加氯裝置和惠州天然氣發電公司一期同時投產運行至今8年，運行總體可靠、安全、穩定。雖然2013年年底的大修中發現了一些問題，但相比使用壽命、穩定性及經濟性，電解海水制氯裝置不失為濱海電廠抑制和殺滅循環冷卻海水中的海洋生物，保護主機凝汽器鈦管的一種好辦法。