迪諾拉30DD- 350電槽運行情況介紹

曹鳳民，潘　杰，金翔宇（沈陽化工股份有限公司，遼寧沈陽110026）

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迪諾拉30DD- 350電槽運行情況介紹

曹鳳民，潘杰，金翔宇
（沈陽化工股份有限公司，遼寧沈陽110026）

摘要：介紹了迪諾拉30DD-350電槽在沈陽化工股份有限公司運行過程中出現的主要問題及應對措施。

關鍵詞：30DD-350離子膜電解裝置；運行與維護；費用；技術改造；材質的選擇

1995年3月21日，沈陽化工股份有限公司5萬t/a迪諾拉30DD-350離子膜電解裝置投產運行，該裝置具有單元有效面積大，電槽占地面積小，一次投資較低的優勢。該公司是中國第一家引進意大利DE NORA公司電解槽技術的廠家，引進部分包括電氣、儀表、設備、工藝技術專利等。本裝置離子膜界區內采用DCS控制、選用德國西門子公司OS520及AS235H系統，確保裝置的自動化水平及平穩可靠運行。至今已經連續運行20年，運行電流強度11 kA，平均單元槽電壓3.28 V。該裝置投產至今，生產運行穩定，也遇到過諸多問題，其中，有公司相關生產單元之間存在的自身缺陷、也存在裝置本身在設計、材質選擇等方面的許多問題，運行前5年，通過與迪諾拉技術服務團隊進行交流，如實反映了裝置在運行過程中發現的各種問題，同時也提出了很多的解決方案并逐步完善，裝置運行逐漸穩定。現將該裝置的運行情況以及運行過程中發現的主要問題做簡要介紹。

1　單元槽結構設計

（1）該電槽為零極距電槽，采用帶彈性元件的陰極包和雙陽極結構設計，電極開孔面積大，有助于形成槽內氣體提升效果。但作為自然循環電槽，3.5 m2的電極面積顯得略大一些，雖然在電槽頂部設置了氣液分離器，但電槽內部循環仍然不好。從拆檢情況看，電槽的上部100 mm寬度范圍內，尤其靠近出口附近，電極表面腐蝕嚴重，底板穿孔較多，說明陰陽極室氣體無法順利排出，槽內充氣率較高，膜出現針孔的幾率高。尤其運行前兩三年，由于電槽停車較頻繁，每月平均2次，電槽反復升降溫以及壓力波動，在膜的上部甚至發現較大的裂口，因此，對膜強度要求很高，通過對旭硝子和杜邦各種型號離子膜的多次應用對比，認為杜邦N966使用壽命較長，同時在2001年，將運行電流強度從12.5 kA降到11 kA運行，單元槽及膜腐蝕泄漏情況得到有效緩解。

（2）在第三個膜使用周期，發現更換新膜后的新槽運行電壓平均在3.25～3.35 V，個別更高，甚至在更換陰陽極面網后也不見明顯的好轉。后來通過對電極表面測量發現，由于電槽長時間運行，陰極彈性網彈性減弱，使膜無法緊緊壓向陽極表面從而形成零極距，增加單元電耗。對此，經過拆檢陰極彈性網，發現彈性網為6層，于是將舊彈性網拆開，每兩三層1片，在電槽陰極原有彈性網的下面再增加一片彈性網，使電槽陰極具有八九層彈性網，另外，也適當降低了國產槽框墊片的厚度，這樣電槽更換新膜后的電壓可以降到3.2 V以下，電耗大幅降低。

2　電槽附件使用情況

（1）電槽配套的分離器與分配臺陽極材質為CPVC+FRP，陰極為PP+FRP材質，陰極分離器壽命可以達到5年以上；陽極分離器壽命較短，一般兩三年。主要問題是與電槽連接的鹽水和氯氣接口處，這里C-PVC層較薄，而且與罐體為焊接，外面雖然有FRP增強，但隨著運行中含氯鹽水的腐蝕，在電槽停車或檢修，尤其冬季溫差變化較大時，襯里容易開裂，出現滲漏，導致強度降低，甚至在檢修拆卸過程中，極易將其扭斷，斷后極難焊接修復等現象。由于整臺價格較高，每年都需要大量資金進行更換，但受其結構特殊影響，雖然也嘗試采用價格較低的FRP內襯防腐涂層的分離器，因耐氯效果差，使用壽命均不理想，最終還是選擇采用C-PVC+FRP材質略好一些。

（2）由于膜漏或電槽內漏，每年都需要多次使用跳槽開關進行除、并槽檢修作業。由于配套跳槽開關暴漏在電解室內，室內的酸氣、堿氣對開關的觸點腐蝕比較大，每次使用，開關都會產生一定的弧光，對觸點傷害較大，尤其使用三四次后，弧光非常大，多次發生開關閉合后由于觸頭接觸不好，開關過熱發生自燃等現象。加上開關的控制系統過于復雜，每次使用跳槽開關都需要電工、儀表以及技術員和檢修人員配合參加，需要很長時間才能將電槽從單列除下。將開關的控制系統改造、簡化，同時降低操作開關時的電流運行強度，并在操作前通過用氮氣吹掃觸點，用細砂紙打磨觸頭的方法，提高了跳槽開關的使用壽命，但根本問題沒有解決，每年投入的費用也是很大。

3　二次鹽水精制指標

離子膜界區內配套采用3臺? 3 000×6 000，V= 42.5 m3，重力式白煤過濾器以及2臺? 2 200×4 830，V=17 m3螯合樹脂塔進行鹽水二次精制。

（1）在裝置運行的最初階段，由于白煤過濾器本身過濾效果不好，進槽鹽水質量并不理想，預過濾鹽水懸浮物超標較多，增加了樹脂塔的負載，對樹脂的離子交換效果影響較大，進槽鹽水鎂鈣含量平均可達30×10-9。對此，該公司組織技術人員針對鹽水二次精制系統進行了認真的跟蹤取樣分析，發現單臺樹脂塔運行16 h后，進槽鹽水鎂鈣含量開始超標，尤其另一臺樹脂塔在再生過程中，鹽水精制效果無法達到工藝要求。經過與迪諾拉公司溝通，決定再安裝1臺螯合樹脂塔，以增大離子交換容量，使二次鹽水精制始終保持雙塔運行。同時，還對樹脂再生酸洗和堿洗最后時刻的濃度進行了取樣分析，發現再生酸洗及堿洗量略顯不足。通過適當延長樹脂再生酸洗堿洗時間，同時嚴格控制進樹脂塔鹽水pH值在8～11范圍內。另外，每年定期對樹脂塔進行拆塔檢查，每年平均補充置換5%～8%的螯合樹脂，保證樹脂塔的離子交換效果。經過一段時間的運行，進槽鹽水指標得到很大程度的改善，鎂鈣離子總量基本可以控制在15×10-9以內。

（2）白煤過濾器采用的填料是日本的白煤，實際就是經過特殊酸、堿處理后的活性炭，填料層高度2.5 m，分5個層級分別填裝0.8～20 mm不同粒徑的填料。隨著裝置運行時間的延長，由于不斷的反洗，填料與填料之間發生不停的摩擦與碰撞，造成填料慢慢由大粒徑，變成小粒徑，小粒徑變成粉末隨著反洗鹽水帶出過濾器，造成過濾床層高度逐漸降低。

在2008年下半年，發現離子膜電槽槽電壓會普遍地不定期突然上升25～30 mV，然后運行七八天后，槽電壓又會降低一些，但不會完全恢復。對鹽水二次精制過程進行了細致的檢查分析，最后認為是白煤過濾器過濾床層高度逐漸降低造成的，由于床層高度的降低，無法形成有效的濾餅層，鹽水中的懸浮物就會通過填料層進入螯合樹脂塔，而樹脂塔是起不到過濾作用的，這樣就造成懸浮物進入電槽；同時，由于填料床層減少近1 m，這樣就變相增大了過濾器內的液體空間近7 m3，而過濾器的再生反洗流量為200 m3/h，時間是10 min，約合33 m3的鹽水，相當于將反洗水降低到只有26 m3，導致部分過濾掉的雜質無法通過再生反洗過程帶出系統，積存在過濾器內，反洗后重新投入運行，造成大量懸浮物直接通過床層，進入螯合樹脂塔，進入電解槽，吸附在離子膜或陽極表面上，造成單元電壓升高。

4　進槽鹽水管路及陽極液管路材質的選擇

（1）在裝置運行初期，樹脂塔管路采用進口PPFRP管，由于管件連接時塑料焊接質量不好，同時進口管件的三通及彎頭也存在一定的質量問題，在運行過程中經常出現管道泄漏，甚至出現管道斷裂的情況，多次造成系統停車，對泄漏點附近的儀表和控制柜造成極大的傷害。將所有進口PP-FRP管路全部更換為鋼襯膠管路。并通過加裝接地裝置，解決了因電槽雜散電流對設備及管路的腐蝕問題。

（2）電槽經過長時間的運行，在單元槽拆檢過程中，發現電槽底部有明顯的細微的黑色粉末，起初以為是電槽陽極表面脫落造成，后來通過分析，該粉末不是金屬物質。通過拆檢部分設備及管路，最終發現襯膠表面有黑色粉末脫落，并在設備的罐底部沉積較多，當液位較低時就會隨鹽水進入電槽。為此，在2002年以后，陸續將界區內的進槽鹽水及陽極液管路全部更換為鋼襯四氟管路，徹底解決了因管路問題造成停車或降負荷的狀況，同時也解決了因泄漏而引起的儀表和設備的腐蝕問題。

隨著該公司搬遷改造項目的竣工投產，迪諾拉30DD-350離子膜電解裝置將在2015年年底全部停產，該套電解裝置在該公司長達21年生產運行過程中，直流電耗偏高，膜針孔率高，檢修量大，產品含鹽、氯酸鹽較高，配套設備運行壽命短，運行后維護成本高。這與該裝置自身的設計原因有關，也與該公司隔膜、離子膜電解裝置同時運行，氯氣、氫氣壓力不穩定，儀表電氣維護不及時，控制系統沒有有效發揮作用，以及上、下游工序運行不穩定，導致離子膜裝置開停車、升降負荷比較頻繁，造成單元槽陰陽極測壓力波動較大，有很大的影響。

Operation process of DeNora 30DD-350 electrolyzers

CAO Feng-min，PAN Jie，JIN Xiang-yu
（Shenyang Chemical Co. Ltd. Shenyang 110026，China）

Abstract：The main problems and corresponding measures in the operation process of DeNora 30DD-350 electrolyzers are introduced briefly in Shenyang Co. Ltd.

Key words：ion-exchange membrane eletrolyzer 30DD-350；operation and maintenance；cost；technology reformation；material selection

中圖分類號：TQ114.26

文獻標識碼：B

文章編號：1009-1785（2016）01-0009-02

收稿日期：2015-09-16