氯酸鹽電解槽爆炸原因分析

孫永泰

（遼寧省遼中縣水利化工設備廠，遼寧 遼中 110200）

我國氯酸鹽電解槽型號多，大部分為單室型。雙室電解槽近年才得以開發。單室型電解槽在生產過程中常發生著火、爆鳴和爆炸現象，嚴重威脅安全生產。

1 電解槽爆炸的主要條件

（1）電解生成氣體的主要成分是氫氣(占總量的92%~96%)，在正常條件下，一旦遇火源則發生爆鳴、著火。

（2）電解槽運行時間長，槽蓋密封失效產生漏氣(微負壓向槽內漏氣)，空氣進入槽內后改變組分，含氧量增加。空氣中含氫的體積分數為4%~75%時，就構成了混合型爆炸氣體，遇有火源則發生爆炸。

（3）氯酸鹽電解槽系無隔膜槽，所生成的氣體均混合于電解槽的空間部分。此空間的氣體構成第（1）、（2）條時，遇有火源就會造成爆炸。

（4）電解槽火源的來源主要是陰極與陽極的接觸、短路及搭接時所產生的火花。

（5）氯酸鹽電解槽(單室型)的空間(氣相部分)有幾種情況：①有陽極、陰極浸沒于電解液中；②有陽極也有陰極；③雙室型空間不同于單室型。第①與第③種情況比較安全，一般不發生爆炸，但第②種情況多發生爆鳴、著火和爆炸。

2 電解槽爆炸的現象、原因及采取的措施

2.1 爬鹽

石墨陽極槽、二氧化鉛陽極槽和金屬陽極槽氣相部分的陰陽極縫隙中常發現有淡黃色結晶存在。這是因為電解液表面水分不斷蒸發，氯酸鹽濃度增高，結晶不斷析出。當結晶增大到一定程度時，其陰極與陽極發生連接。晶體本身是導電體，當電流、電壓適宜時便產生放電火花，提供了火源，電解槽立即爆炸。當以氯酸鉀母液和氯化鉀溶液做為電解質時，因其氯酸鉀濃度不斷提高，最易發生這種現象。解決這個問題的辦法是提高電解溫度達到80℃，改石墨陽極為金屬陽極；把2種電極人為地遮蔽1種，防止短路。

2.2 錯接

目前，氯酸鹽電解槽采用籠式電極組結構仍然很多，其陰極導線與陽極導線均分別連接在槽蓋的母線上，1個槽多則七八十支，少則二三十支。安裝操作中誤把陰極連接到陽極上，造成2極接觸，通電后錯接的電極導線立即被燒紅，形成明火引起電解槽中氣體著火，甚至是爆炸。因此要求安裝完電解槽要有專人認真檢查有無錯接現象，確認無錯接現象后，再通知送電。當發現錯接燒紅現象后，應立即停電重接。

2.3 遮蔽

目前，我國還有一部分石墨陽極和二氧化鉛陽極電解槽，它們的氣相空間中有陰極和陽極同時存在。正常情況下，2種電極中有1種電極必須進行遮蔽，與相對應的電極實行保護，電解便安全地進行。但沒有遮蔽或遮蔽物破裂脫落等，因產生放電火花，仍能引起龜解槽爆炸。國內多采用陰極遮蔽，簡單易行，安全可靠。

2.4 雷擊

我國氯酸鹽電解槽副產氫氣，大部分生產廠家均經過吸收處理，除掉少量氯氣后排放。也有再做進一步處理后應用于做燃料燒掉，或用于合成雙氧水。氫氣排空的方法基本有2種：（1）一種是每個電解槽上都有1個排氣管直接放空；（2）另一種是由1根總管集中排放。這些方法在雷雨季節極不安全。某廠因雷擊造成電解槽連鎖爆炸，損失嚴重。所以，電解室要設避雷裝置，嚴格考慮保護角度。應逐步改變放空方法，盡量回收利用，節約能源，保證安全。

2.5 放槽

氯酸鹽生產的電解過程分為連續電解及間歇電解，國內一些小型廠仍實行間歇電解。間歇電解是周期性放槽，其放槽程序是先通知停電，停電后由放槽工人逐個槽放液，放完為止。

某廠一操作工人在放槽前沒弄清楚是否停電，就搬動放液閥門放出電解液，當放至25%，電解槽發生劇烈爆炸，電極紛飛，電解槽變形、溶液四濺。分析是沒停電放槽造成的后果。因為不停電放槽，電解槽氣相空間擴大，且大量空氣進入電解槽已構成混合型爆炸性氣體。當電解液面下降后，電極上的遮蔽物保護部分已不夠用，在電流正常輸入的作用下，陰陽極仍放電不止，出現火花，立即爆炸。由于空間增大，所以威力大、破壞性強。不停電放槽是電解運行的大忌，切不可疏忽大意，應做到以下幾點：建立停電通知單，接單放槽；提倡連續電解；加強安全知識教育，提高放槽工人的安全觀念和操作水平。

2.6 外界

某廠為解決電解生成氣的排放，曾利用埋入地下的管路由引風機抽出、通過水封排放。維修人員將排放口設在平整地面，由于施工器具的撞擊產生火花，立即引起排放口氫氣燃燒，并順回路返入電解槽，造成一批電解槽爆炸。

排放口設在地平面上不符合安全要求，理想的辦法是回收氫氣用于燃燒或用于加氫產品的生產。

2.7 加酸

氯酸鹽生產廠為調節電解液酸性，保持酸度適中，特別是停電后再開電和剛開電的電解槽，要向電解液中加濃鹽酸，以便盡快恢復液性。但實際操作中加酸速度快，鹽酸濃度高，促使發生化學反應：

產生易燃、易爆氣體二氧化氯，此時有噼叭聲，實際上是二氧化氯爆鳴，具備了引爆條件，電解槽隨時可能爆炸，是很危險的。應控制加酸量，其濃度應不大于4 mol/L，電解過程中要減少停電次數，最好不停電，防止液性變化，降低電流效率。

2.8 靜電

電解槽密封不好，隨生成氣體的排出，部分空氣進入電解生成氣系統，改變了排氣系統的氣體組分，成為混合型爆炸性氣體。這種氣體在塑料排氣管中流動、摩擦產生靜電，引起管路爆炸，同時引爆電解槽，損失慘重。國內發生過2次類似的爆炸事故，造成了較大的損失。要解決靜電問題，難度較大，需從電解槽密封著手，采用合適的電流密度，防止氧含量增加，使氣體不在爆炸極限之內。排氣塑料管應設有接地線，以消除靜電的產生，保證生產的安全進行。

2.9 液面

電解槽運行時，液面控制在一定的位置上，保持一定容量會得到應有的電解產物，同時也是保證電解槽安全運行的措施。但是，由于電解蒸發液面的下降，在電解過程要不斷補入酸鹽水，并保持一定的液面。有時電解槽漏液、忘記補液等造成的液面下降，同樣會使陰陽極產生火花而發生爆炸。事實上在同行業中因液面下降造成的電解槽爆鳴、爆炸現象較其他原因多，都是因檢查不夠、責任心不強造成的。因此，要嚴格控制液面、及時補液，最好實現連續補液，使蒸發量與補液量平衡，以免液面降低到一定程度而來不及補液。

2.10 斷裂

石墨和二氧化鉛陽極都有斷裂現象，特別是石墨陽極，斷電極倒伏于陰極之上，開始可能因陰極表面附著大量沉積物而不會立即短路。但在特定條件下，石墨陽極嚴重倒向陰極，在液態中發生接觸，也會發生爆炸。

3 小結

電解槽爆炸原因錯綜復雜、因素很多，上述爆炸原因估計可占90%以上。為避免爆炸發生，除上述一些對策外，還應在以下幾個方面進行加強：

（1）加強對電解槽的密封，選擇好的封料(如瀝清、涂料、桐油泥、石灰泥等)可起到良好的密封作用，減少空氣進入槽內，杜絕混合型爆炸氣體產生；

（2）嚴格控制液面，液面計上應設有標志，便于檢查時可以發現液面的變化；

（3）為防止連鎖爆炸，在電解槽設計時，單槽可設防爆器、防爆膜；

（4）石墨陽極和二氧化鉛陽極的電流密度不能太大(根據電解槽的結構確定適宜的電流密度)，防止電解生成氣中的氧含量增加。