離子膜電槽安全監控及數據處理管理系統運行總結

李德敏，馬立文，蔣巨兵，周生剛（濱化集團股份有限公司，山東濱州256600）

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離子膜電槽安全監控及數據處理管理系統運行總結

李德敏，馬立文，蔣巨兵，周生剛
（濱化集團股份有限公司，山東濱州256600）

摘要：通過離子膜電槽安全監控及數據處理管理系統提升電槽的安全監控水平，提供完善的監控及運行數據，為優化運行創造條件。

關鍵詞：離子膜電槽；安全監控；數據處理

離子膜電槽的管理是燒堿裝置穩定運行的關鍵，在2007年濱化東瑞公司25萬t/a燒堿裝置設計之初，對電槽單元槽的槽電壓就進行了采集試用并取得的良好的效果。在此基礎上，又對工藝運行數據、槽電壓數據、化驗數據等進行綜合處理，形成了更加完善的電槽安全監控及數據處理管理系統（以下簡稱管理系統）。在該系統的管理及應用下，電槽運行穩定可靠，并積累了大量的實時運行數據。電槽運行6年多，未更換離子膜的情況下電流效率仍保持在95.5%以上。

電解槽是離子膜燒堿生產的最關鍵設備，電解槽中安裝的電解極板和離子膜是整個裝置中最昂貴的部件。東瑞電解裝置有12臺電解槽，每臺電槽由136臺單元槽組成（12#槽由144臺單元槽組成）。影響槽電壓的主要因素有氫氧化鈉濃度、陰/陽極液循環量、操作溫度、鹽水中雜質、陽極液pH值、陽極液中氯化鈉濃度等。電解槽電壓正常與否代表著膜性能好壞以及單元槽陽極陰極活性狀態，為了使離子膜能夠長期穩定地保持較高的電流效率和較低的槽電壓，穩定直流電耗，延長膜的使用壽命，需要對每個單元槽電壓及時監測及記錄，以便加強電槽數據準確分析提高生產管理水平，最大限度提高經濟效益。

濱化東瑞公司在安裝電槽電壓在線監測系統之前，均是進行人工測量，因單元槽數量較多，每天的監測點1 640多個。1人測量，1人記錄，為便于整理分析，還要再將測量數據人工輸入計算機，既耗時又費力，以勞動力強度大，環境惡劣。同時，在后期數據處理時容易出現輸入錯誤，增加人工校正時間。

電槽電壓在線監測系統投用后，一旦DCS上組電壓或電壓偏離信號發出報警，通過該電壓監測系統可馬上了解到電解槽的故障位置，大大縮短了故障點判定時間，減少現場人員逐點測量的工作量，能在最短時間內對影響電解槽的問題做出適時的處理，減少了停車時間，最大程度地避免損失。

電槽管理系統運行后，日常運行中可以及時發現電槽運行中存在的問題。電槽數據形成日報、周報、月報等報表。每天可以及時了解電槽的校正電壓，及時發現每一個單元槽電壓的變化趨勢。及時獲知整個電槽中不同電壓數據的電壓分布情況，便于分析電槽的使用壽命。開停車過程中，電槽投入極化，及時分析每1臺單元槽的電壓變化情況，查找存在針孔或其他異常情況的單元槽。在這幾年的開車過程中發現了3臺存在問題的單元槽，并及時進行了更換，杜絕了因時間延誤而造成事故的可能性。

1　系統組成

1.1需采集的數據

1.1.1工藝數據

（1）堿流量、堿密度；

（2）氯氣產量，PO、TCE、鹽酸的耗氯量；

（3）運行電流、槽電壓、電槽溫度；

（4）進出電槽鹽水的pH值。

1.1.2單元槽數據采集部分

（1）采集單元槽電壓數據（12×144）；

（2）采集單槽進出料管的對地電壓（12×5）；

（3）采集電槽漏電電流（12×1）。

1.1.3化驗數據錄入

（1）堿濃度（包括單槽及A、B 2套）；

（2）氯氣、氫氣純度；

（3）鹽水濃度，Ga2+、Mg2+含量，pH值；

（4）淡鹽水游離氯，pH值；

（5）純水的相關數據等。

1.2形成的報表

報表采用日報、周報、月報形式，分別選取不同的報表格式每天早8：00形成日報，周六早8：00形成周報，月底最后一天的0：00形成月報。報表同時匯總異常數據，并對異常數據進行分類。

1.2.1電槽電壓變化分析表

形成每天的最高電壓、最低電壓、平均電壓。考慮槽溫及堿濃度的校正槽電壓，該槽電壓的變化趨勢。

1.2.2電槽運行效率分析表

該效率應根據化驗分析數據，化驗檢測的單槽堿濃度，總堿液濃度或DCS密度計檢測的數據，進行校準后計算。

1.2.3電槽性能綜合分析表

根據槽電壓、氯氣純度、進槽鹽水pH值、出槽鹽水pH值、出槽淡鹽水的游離氯含量、出槽堿液溫度對電槽性能進行分析

1.2.4異常情況匯總日報

對日常運行中出現的偏離數據進行匯總，或對該數據進行校正

1.3化驗數據的上傳

化驗數據每天中班錄入，數據明確錄入時間，取樣地點等標識，便于與其他數據建立關聯。對錄入的數據進行正確性識別，防止出現對其他數據的計算干擾。

1.4網絡構成（見圖1）

圖1　網絡構成圖

1.5數據中心建立

目前，濱化公司已建立生產運行數據中心，各種運行數據可以長期保存。針對離子膜電槽的運行特點，膜的使用壽命一般在4年以上，單元槽涂層的壽命一般在8年以上。長期大量數據的積累為電槽的維修，離子膜的選用等提供了可靠的數據保證。

2　系統在生產運行方面的作用

（1）在開車過程中能及時發現異常。a.投入極化電流后，通過比較極化電壓，可以快速判斷離子膜是否發生針孔或泄漏（出現針孔者極化電壓偏低）；b.在電槽電流提至2.7 kA進行低負荷測試時，可以快速判斷離子膜是否發生針孔或撕裂；在離子膜開車的過程中必須要做的工作，一般需要幾個人使用萬用表進行多次測量，每測一遍需要三十多分鐘。采用管理系統后，可以實時觀察每個單元槽的變化趨勢，通過設定不同的閥值利用顏色變化發現問題更加直觀。發現問題更加及時，為處理有問題的電槽預防事故發生提供可靠保證。

（2）電槽運行過程中能及時發現異常。一旦某一單元槽發生斷流或進料管發生堵塞均能在電槽電壓監測系統上立即表現出來（堵塞或斷流者電壓急劇升高），能在最短時間內作出適時處理，避免電槽聯鎖停車。一般的DCS系統數據采集8個電槽為1組，電槽電壓偏離更是幾十個單元槽為1組，即使出現報警也必須到現場測量后才能確認是哪個單元槽出現了問題。通過電槽管理系統可以瞬時準確地確定故障單元槽，快速采取處理措施。由于發現及時，已經避免了多次單元槽的跳停。

（3）對電槽電壓數據測量快捷準確，能長期記錄并自動保存，通過對電壓數據分析，能夠更準確的掌握離子膜的性能，便于不同型號離子膜的比較。同時為電槽換膜及維修提供依據。由于數據采集系統的客觀性，杜絕了人工測量、手工記錄、手工錄入等環節出現錯誤的可能性。

（4）電槽管理系統生成的報表可以采用EXCEL 或PDF文件格式自動生成。日報、周報、月報等多種形式來體現電槽的運行狀態，可以為各級管理人員提供每天需要的數據。由于計算機及網絡技術的進一步發展，大量數據的快速處理為電槽運行分析更加及時準確提供保障。同時，網絡傳輸功能的實現使電槽運行狀態的遠程診斷成為可能，企業之間的實時運行數據交流成為可能。

（5）電槽關鍵運行指標的及時控制。電槽的槽電壓、運行電流密度、運行電流效率直接影響電耗。沒有電槽管理系統之前，槽電壓的獲取、數據錄入往往需要幾天的時間才能完成，對生產變化可能幾天后才能發現，然后返回頭來找原因。采用電槽管理系統后，可以及時獲取電槽運行狀況的變化，同時多種數據的變化也同步呈現。管理規范化后及時發現了鹽水質量變化對槽電壓的影響，通過調整原鹽使電槽的運行狀態得到修正。通過多種數據的運行曲線分析可以及時查找影響電流效率的因素。

（6）電槽運行狀況的綜合判斷。電槽管理系統通過實時電槽運行數據、化驗分析數據的分析可以及時了解電槽的運行狀況。通過長期數據的跟蹤分析可以對電槽的運行壽命作出準確判斷。不同離子膜的實時運行數據分析，對不同類型的離子膜的運行數據進行客觀分析成為可能。通過運行的電流密度、電流效率的綜合比對，可以對電槽換膜、電極涂層進行合理規劃。延長電槽的運行周期，為電槽的經濟運行提供可靠保證。

（7）電槽運行故障的預測。電槽管理系統可以及時發現槽電壓的細微變化，同時能夠連續采集。通過運行曲線分析，能夠對電槽存在問題及時發現。電槽管理系統運行后曾經及時發現了1臺單元槽電壓的變化，根據變化趨勢與相鄰單槽的對比發現了電槽存在的問題。及時制定了監控預案，利用停車機會進行更換，通過拆解單元槽發現離子膜存在缺陷，造成電極的局部腐蝕，如果不能及時發現可能會造成更大的事故。

3　功能完善

（1）目前，管理系統的各種數據日報、電槽運行效率分析表、電槽性能綜合分析表、電槽電壓變化分析表等運行正常。但是利用大數據進行分析的不同型號離子膜性能，不同電極涂層的長期運行分析還需要數據的進一步積累。

（2）為保證電槽運行的可靠性，尤其是在每次裝置大修開停車時電槽的接地問題就成為重點關注的對象。電槽接地系統漏電流的監控就是下一步要完善的內容。漏電會造成電耗的上升，電槽的損害，金屬管線的腐蝕，現場人員的傷害等多方面的影響。

該公司通過電槽管理系統的運行使電槽管理提升到一個新的高度，電槽運行過程的監控更加簡潔直觀。對問題的判斷更加快速準確，對電槽后續的運行管理提供了更強有力的數據分析保障。現場操作人員工作量大幅減少，數據準確度獲得了提升。在后續的運行中電槽管理的功能將進一步完善，管理從靜態到動態，從單個數據到大數據分析。從單裝置到多裝置綜合分析將會發揮更大的作用。

Summary of ion-membrane electrolyzer security monitoring and data processing system operation

LI De-min，MA Li-wen，JIANG Ju-bing，ZHOU Sheng-gang
（Befar Group Co.，Ltd，Binzhou 256600，China）

Abstract：Through the ionic membrane electrolyzer security monitoring system and data processes system to improve the safety monitoring of electrolyzer，provide perfect monitoring and operating data，in order to create conditions for the optimal operation.

Key words：ion-exchange membrane electrolyser，security monitoring and contro，data processing

中圖分類號：TQ114.26

文獻標識碼：B

文章編號：1009-1785（2016）02-0036-03

收稿日期：2015-05-07