電解槽零極距改造總結(jié)

孔 亮，郭春輝

（山東鋁業(yè)公司氯堿廠，山東 淄博255052）

山東鋁業(yè)公司氯堿廠二期裝置2008 年6 月建成投產(chǎn)，核心設(shè)備為日本旭化成公司生產(chǎn)的NCH 型高電密電解槽，到2013 年7 月已使用5 年，期間未進行過離子膜更換，槽電壓在4.8 kA/m2電流密度下約3.17 V，電解電耗較高，離子膜以及墊片的壽命均已到期。

通常離子膜以及墊片到期應(yīng)重新更換，鑒于當前氯堿行業(yè)電解槽零極距節(jié)能改造技術(shù)，特別是旭化成電解槽已經(jīng)有多家進行了改造，并且NCZ 型電解槽在國內(nèi)也已經(jīng)有多家投產(chǎn)，該廠2011 年1 月引進了日本旭化成公司生產(chǎn)的NCZ 型零極距電解槽，投產(chǎn)運行后節(jié)能效果良好。電解槽運行5 年，陰、陽極涂層壽命約8 年，決定只對陰極側(cè)進行改造，陽極側(cè)不做變動，同時對工藝系統(tǒng)、極化整流及控制系統(tǒng)進行相應(yīng)改造。2013 年6 月底至8 月底，對二期5 臺NCH 型電解槽逐臺進行零極距改造，離子膜采用了旭化成F6801、旭硝子8080 以及杜邦2030 離子膜，逐臺改造電解槽均一次開車成功，時間最長的D 槽已經(jīng)運行10 個月。

1 改造前裝置運行基本情況

1.1 改造前槽電壓情況

改造前電解槽A、B、C、D、E 負荷及槽電壓曲線圖見圖1。

旭化成F6801 離子膜在2013 年6 月5 臺電解槽槽電壓在13 kA 運行情況下，槽電壓上漲趨勢加快，平均槽電壓為3.17 V，同時電解槽墊片出現(xiàn)一定程度的泄漏，運行成本增加，不穩(wěn)定因素增多，急需進行改造。

1.2 改造前主要工藝指標情況

改造前主要工藝指標情況見圖2。

2013 年2 月至3 月間，電解槽出槽氯氣純度出現(xiàn)明顯下降，次氯酸含量較高，氯中含氧較高，電流效率下降，離子膜在運行5 年后性能下降明顯。2013 年4 月，電解槽開始加酸，出槽氯氣純度略有恢復。

2 單元槽改造內(nèi)容

（1）使用與原基材一致的維修材料對單元槽陰、陽極密封面損壞處進行修復、整平。對原陰極網(wǎng)進行整平，對有缺陷的原陽極網(wǎng)進行修補整平。對有內(nèi)漏的單元槽用負壓、探傷劑探傷等方法查找，用補焊或貼補法修復漏點；

圖1 電解槽A、B、C、D、E負荷及槽電壓曲線圖

（2）在原陰極底網(wǎng)上鋪N6 針織彈性網(wǎng)，上邊留8 mm，下邊留5 mm，兩側(cè)稍拉伸，將網(wǎng)端塞進底網(wǎng)5mm 左右， 與底網(wǎng)碰焊時采取先壓實焊點再焊方式，避免產(chǎn)生焊接斷絲；在彈性網(wǎng)上鋪N6 鎳編織面網(wǎng)，彈性網(wǎng)鋪裝鎳基材活性網(wǎng)，采用塞入底網(wǎng)的方式， 改造后的單元槽陰極側(cè)網(wǎng)表面平整，彈性均勻，網(wǎng)面無可觸摸到的斷絲，平均極高為4.2（+0.3/-0.5）mm。

陰極面網(wǎng)材質(zhì)：N6 鎳編織網(wǎng) （絲徑0.16 mm，40目，采用進口電解鎳拉絲）+熱氧化貴金屬涂層。

圖2 電解槽A、B、C、D、E工藝指標曲線圖

性能：析氫電位小于1.25 V，電密4 kA/m2，堿濃度32%，溫度（90±1）℃；

陰極彈性網(wǎng)：1 135 mm×2 350 mm×4 mm （厚度），雙絲雙層壓波紋；

材質(zhì)：N6 針織網(wǎng)（絲徑0.1 6 mm，采用進口電解鎳拉絲）；

期待壽命：≥8 年。

3 單元槽組裝過程中注意事項

通過與多家旭化成電解槽零極距改造廠家交流，相同改造廠家的電解槽，改造方式以及槽型相同，但改造后運行效果差別較大，改造后單元槽的檢查組裝是關(guān)鍵的一環(huán)。

3.1 單元槽組裝

零極距電解槽改造完畢后，早投用一天就多產(chǎn)生一天的效益，根據(jù)單元槽組裝的人力、物力以及現(xiàn)場情況，制定合理的進度計劃，并形成高效的組裝流程以及組裝標準，同時監(jiān)督組裝人員按照組裝標準進行組裝。

3.2 單元槽檢查

改造完成的單元槽拆封后需要檢查單元槽槽體及密封面有無缺陷，同時檢查極網(wǎng)平整度以及顏色。應(yīng)檢查陰、陽極極網(wǎng)有無凸出部分和陰極網(wǎng)是否存毛刺，特別是陰、陽極網(wǎng)周邊凸起或毛刺，避免離子膜出現(xiàn)針孔，導致出現(xiàn)空洞腐蝕極網(wǎng)，在氣相區(qū)空洞會造成極板被擊穿的事故。對發(fā)現(xiàn)的凸起或毛刺要徹底進行處理，并作好記錄。

3.3 墊片粘貼

（1）要用棉布及丙酮擦拭單元槽密封面，使之干燥清潔（潮濕的表面或有雜質(zhì)附著將會大大降低墊片粘貼的牢固程度）；

（2）確認墊片表面特別是角部沒有變形、斷裂、防腐薄膜破損、脫離等缺陷。新的墊片小于粘貼尺寸，根據(jù)密封面尺寸完成墊片的拉伸；

（3）目前，墊片粘貼最常用的是日本生產(chǎn)的G11Z 型粘接劑。要用環(huán)已烷調(diào)配，根據(jù)經(jīng)驗，粘接劑與環(huán)已烷（分析純）的配比要根據(jù)現(xiàn)場氣溫及濕度情況，用毛刷蘸起時要有拖掛感為宜；

（4）用毛刷將粘接劑均勻涂刷在平放的單元槽密封面上，盡量使各密封邊同時涂刷。一般在涂刷后，手感粘接力最大時將涂刷合格的墊片粘上，切忌過干或不干就粘貼墊片，密封面與墊片刷膠要有時間間隔，為節(jié)省時間，墊片粘貼過程中，可根據(jù)各道工序所用時間，將幾組墊片的粘接工序交錯進行。但應(yīng)注意粘接劑風干時間必須以粘接力最大時為準，氣溫高、濕度大時，可以用風扇縮短粘接劑風干時間，提高效率；

（5）涂刷粘接劑時注意避免將粘接劑涂到電極網(wǎng)上，如果不慎涂在電極網(wǎng)上，應(yīng)及時用棉布丙酮擦凈。

3.4 管道及附屬結(jié)構(gòu)清理

對于電解槽的進出口總管要打開端部法蘭，用棉紗清洗管道內(nèi)壁的銹跡以及雜物，同時對單元槽的進出口軟管、電解槽承重框架以及非金屬端板和接線銅牌進行表面清理。

3.5 假膜的安裝

（1）準備好假膜（厚度為0.2～0.3 mm），確認單元槽陰、陽極進出口軟管安裝完畢。從陰極終端槽處開始安裝假膜，注意破損的假膜不能再次使用，且安裝時四周均需要有假膜露出；

（2）假膜安裝完畢后將擠壓機擠上，將油壓調(diào)至1 MPa，陰極要求用弱堿性水（0.4%），通過循環(huán)清潔管道系統(tǒng)，發(fā)現(xiàn)和消除儀表、閥門管路以及電解單元槽存在的問題。重點查看原電解槽在運行過程中出現(xiàn)泄漏的單元槽消漏情況；

（3）假膜循環(huán)完畢后，要再次認真檢查陰、陽極表面的凸起以及陰極側(cè)的毛刺情況，對于凸起以及毛刺要徹底處理并做好記錄；

（4）假膜拆除后，要檢查密封面墊片粘附情況，發(fā)現(xiàn)松動或變形的墊片要及時更換。

3.6 離子膜安裝

（1）確認所有單元槽全部正確安裝在側(cè)桿上，電極方向、導向槽無誤；

（2）仔細檢查電極表面、陰極室、陽極室，同時在進行離子膜安裝時要佩戴鞋套，確保無雜質(zhì)進入到離子膜中間；

（3）單元槽墊片粘結(jié)正確，表面無外物。抗粘劑已均勻涂在單元槽墊片表面。確認潤滑脂已涂在側(cè)桿上；

（4）離子膜壓向陽極面時，用手輕輕地拉住離子膜的邊。離子膜表面沒有褶皺。不要將離子膜夾在固定銷和固定孔之間；

（5）嚴格分清離子膜陰、陽極面，切勿發(fā)生離子膜安裝錯向情況，離子膜安裝錯向會在運行時很快造成離子膜出現(xiàn)氣泡破裂。

4 配套系統(tǒng)改造

由于是在原旭化成NCH 型電解槽基礎(chǔ)上進行改造，相關(guān)配套工藝、電氣、控制儀表等均需做小幅度的變動。

4.1 工藝系統(tǒng)

（1）零極距電解槽運行中不允許出現(xiàn)離子膜負壓差，以保證陰極彈性網(wǎng)的使用壽命，在電解槽陽極側(cè)出槽氯氣管線進入陽極液罐管道上增加溢流管線并增設(shè)水封，確保電解槽出槽氯氣管線出現(xiàn)突發(fā)壓力變化時，保護電解槽離子膜以及彈性網(wǎng)不受負壓差的損壞；

（2）停車后電解槽陰、陽極液流量發(fā)生改變，為了確保流量能夠及時進行調(diào)節(jié)，在電解槽進槽堿管道上增設(shè)堿液自動調(diào)節(jié)閥，進槽堿的調(diào)節(jié)由手動改為自動，同時實現(xiàn)連鎖控制，解決了多臺電解槽同時停車時人員緊張的問題；

（3）要求陰極液中Fe 離子質(zhì)量分數(shù)≤0.1×10-6。鐵是陰極的催化毒物，會附著在陰極上損壞陰極活性，引起電壓上升，因此要求堿中含F(xiàn)e 離子必須小于0.1×10-6。同時，進槽鹽水含鐵指標要小于0.05×10-6，含鐵超標時不能進行電解槽加酸操作。

4.2 電氣和控制系統(tǒng)

（1）單元槽零極距改造后需要增加極化整流系統(tǒng)抑制反向電流，在電槽主整流器負荷小于2 kA時，極化電流自動投入，電流120～150 A，極化電流投用15 min；

（2）極化整流器應(yīng)配置應(yīng)急電源供電，實現(xiàn)極化電源雙回路控制；

（3）如果在電解槽的主供電斷電期間，未能按上述要求運行，陰極涂層可能被損壞，且不可修復。其余電氣以及自動控制、報警連鎖系統(tǒng)等與原NCH 型電解槽控制系統(tǒng)相同。

5 改造后的運行情況

5.1 槽電壓情況

改造后A、B、C、D、E 各槽槽電壓情況見圖3，3種離子膜槽電壓曲線圖見圖4。

從圖3 可以看出，不同廠家改造的效果不同，槽電壓上升幅度也不盡相同。A、B、C、D 槽由一家單位改造，E 槽由另外一廠家改造。2014 年3 月由于設(shè)備故障造成二期電解槽逐臺急停，極化電流在單臺槽逐臺停車過程中因極化電源負荷過載造成極化電源未能及時投用，槽電壓在3 月有明顯上升，事實證明極化電流及時投用對零極距電解槽的重要性。槽電壓比改造前下降明顯，但有上升趨勢，在槽溫88 ℃左右運行時的情況下上升加快，所以槽溫應(yīng)控制在87 ℃以下。

圖3 改造后電解槽A、B、C、D、E負荷及槽電壓曲線圖

圖4 改造后電解槽3種離子膜槽電壓曲線圖

從圖4 可以看出旭化成F-6801 與杜邦2030在相近負荷下槽電壓相差不大，旭硝子8080 在負荷較低情況下槽電壓也較低，電解槽改造完畢后，2013 年10 月至2014 年2 月，二期電解槽裝置運行非常平穩(wěn)，3 種離子膜單元槽電壓運行平穩(wěn)。2014年3月，電解槽急停且極化電源未及時投用，旭化成F-6801 與杜邦2030 離子膜槽電壓上漲5～7 mV，旭硝子8080 槽電壓上漲10 mV，在抗外在因素方面，F(xiàn)-6801 與杜邦2030 離子膜要略好于旭硝子8080，3 種離子膜后續(xù)穩(wěn)定性需要運行數(shù)據(jù)進行驗證。

5.2 主要工藝指標情況及評價

改造后電解槽A、B、C、D、E 工藝指標曲線圖見圖5。

零極距改造后，氯氣純度、氯中含氧、陽極液pH、陽極液次氯酸等各項化學指標在進槽鹽水不加酸的情況下表現(xiàn)出下滑趨勢，2013 年10 月加酸操作正常后指標趨于穩(wěn)定，所以零極距改造后的電解槽必須進行鹽水酸化。2014 年4 月由于鹽酸質(zhì)量問題，中旬暫停了電解槽加酸，因而純度出現(xiàn)下降，鹽酸質(zhì)量也是保證電解槽安全運行的重要因素。

6 節(jié)能情況

零極距電解槽投用后節(jié)能效果較為顯著。1 臺電解槽150 個單元槽、電流13 kA、每個單元槽槽電壓降低0.22V、電價0.6 元/kW·h 計算，1 臺電解槽每年可以節(jié)約電費：0.22×13×150×0.6×8 000=2 059 200（元）。

7 總結(jié)

從2013 年7 月第一臺電解槽零極距改造完成并投入運行，在運行中，對鹽水進行了酸化，保護了陰陽極涂層不受損傷，確保了陽極的電流效率與氯氣純度。對極化電源鋪設(shè)專門的電源線路，確保了電解槽停車時能夠及時投上極化電流， 實現(xiàn)了極化電流的雙回路控制。 在日常運行中不斷優(yōu)化電解槽指標，加強對職工操作的培訓，保證了改造后電解槽的安全穩(wěn)定長周期運行， 電解槽零極距改造后穩(wěn)定運行是提高企業(yè)競爭力， 創(chuàng)造經(jīng)濟價值的關(guān)鍵。

圖5 改造后電解槽A、B、C、D、E工藝指標曲線圖