零極距電解槽改造運行分析

李學偉，李凌云，曹戰國，王 磊

（唐山三友氯堿有限責任公司，河北唐山063305）

零極距電解槽改造運行分析

李學偉，李凌云，曹戰國，王 磊

（唐山三友氯堿有限責任公司，河北唐山063305）

介紹了氯堿企業離子膜電解槽零極距改造的時代背景和施工方案的選擇，并通過自身改造方案及運行情況的案例指出在零極距改造項目中的問題與改進方向。

零極距電解槽；改造方案；對比；探討

1 離子膜電解槽零極距改造的原因

唐山三友氯堿有限責任公司改造主要是離子膜裝置的電極進入預期運行壽命末期，直流電耗高，與新建氯堿裝置在成本上處于競爭劣勢，而此時，膜極距技術得到生產上的完美驗證，競爭壓力讓企業求新求變必須實施；從技術上講，自然循環電解槽很容易通過增加彈性網、更換陰極面網的方式改造成零極距電解槽，得益于技術獲得容易、資金投入較少且降耗效果明顯等驅動著公司對離子膜電解槽進行零極距改造。

2 零極距改造方案的多樣選擇

零極距改造的施工，最大的工作量是對所有單元槽的陰極網進行拆除更換，增加彈性氈網及面網，部分作業可以由專業的電解槽維修廠家承擔，也可以自己進行施工完成；而工藝方面的設計改造，可以交由設計單位完成，也可以根據自身情況靈活選擇，由此形成多樣的改造方案。

（1）指定專業電解槽維修單位負責電解槽改造施工，所有材料由維修單位采購使用，氯堿廠家接收完工單元槽，安裝開車，并由雙方負責后期運行情況的責任界定和效果評定。工藝流程改造方案可由施工廠家根據資質自己或委托設計完成后交由企業進行按圖施工，滿足改造設計需要。

（2）指定專業電解槽維修單位負責電解槽改造施工，但所需材料由氯堿廠家采購提供轉交使用，施工完成接收后安裝開車，但施工單位根據責任范圍負責后期運行情況責任界定和效果評定。流程工藝改造方案由材料供應單位設計完成后交由企業進行按圖施工，滿足改造設計需要。

（3）氯堿企業采購改造所需材料并自己施工完成，施工過程中材料供應單位負責指導施工作業，并由雙方根據責任范圍負責后期運行情況界定和效果評價。流程工藝改造方案由材料供應廠家設計交由企業進行按圖施工，滿足改造設計需要。

（4）氯堿企業采購改造所需材料并自己施工完成，施工過程中材料供應單位負責指導施工作業，并由雙方根據責任范圍負責后期運行情況界定和效果評價。工藝流程改造方案氯堿廠家自己按需設計，滿足改造設計需要，比如考慮自身供電穩定性，不設置應急電源；為減少投資，在循環系統不設置自動閥，僅在關鍵部分按最低要求進行設置。

以上4種改造方案的不同，主要是氯堿企業在施工中承擔責任不同、財務能力不同，參與程度不同影響項目定位不同，也是企業真實實力的不同所決定的。如有實力的公司就是自行采購材料，結合材料供應廠家指導進行施工，運行情況良好，體現了公司在項目操作上的自信和自立。

一般來說，由專業維修單位負責改造施工是大多數企業的選擇，這主要是對施工工期、自身能力、運行費用、操作風險綜合考量結果。施工工期影響裝置產量、效益發揮，操作風險影響企業對改造結果預估的決策。

材料選擇也是改造施工需要注意的地方，由于材料生產廠家不同，在使用中表現的運行結果也會不同，有的初期電壓低，效果明顯，但后期上漲較多；有的初期電壓高，但后期運行穩定，遠期效益明顯。氯堿廠家初期投入預想與企業財務承擔能力左右對施工材料的選擇。

流程改造方案的問題雖不是投入重點，但卻是后期運行保證的關鍵。在電解槽停槽期間因“電池效應”形成的反向電流會對陰極涂層材料產生嚴重腐蝕，這點需要特殊注意，要在多方面考慮采取用于消除或減少反向電流危害的措施，比如采用不同的陰陽極液循環步驟和循環流量，增加極化整流器或槽間隔離器，設置陽極出液溢流避免反壓差等。

3 改造方案及運行情況對比

3.1 改造方案對比

自2012年開始，該公司對于將小極距電解槽改零極距電解槽，共采取了以下2種方案施工。

（1）彈性網、陰極的等材料和技術均由國內專業維修廠家提供；

（2）采用自己采購進口彈性網及陰極網，加工技術依靠國內專業公司完成。最開始的7臺電解槽（R-230A～C、E～H）改造，均采用了第一種方案，剩余的9臺槽（R-230D、2R-230I～P）改造，采用了第二種方案對電解槽進行改造。

3.1.1 材料對比

（1）平整度。改造完成后的單元槽，從外觀和觸感上來看，采用進口材料的極網平整度和顏色均好于國內廠家提供材料。

（2）斷絲率。從廠家返回電解槽的檢查情況來看，進口彈性網斷絲率、極網表面光滑度優于國內廠家提供極網。

（3）毛刺。整體采用進口彈性網及陰極網的電解槽，在檢查毛刺過程中，存在毛刺的概率低于國產材料，這對后期電解槽運行至關重要，可以減少離子膜損害率，進而減少運行成本。

3.1.2 投資對比

因進口材料存在關稅等問題，進口材料的成本要比國產材料高出很多。

3.1.3 工藝改造方案對比

第一種方案進行的電解槽改造，工藝流程修改由改造廠家提供，為抑制反向電流配套增加了極化整流裝置，并針對電解槽可能出現的異常現象提供了連鎖邏輯圖，但邏輯圖功能簡單，不能完全表現裝置對各種意外問題的處理方案。運行中程序沖突，易出小故障，沒有對每個流程節點梳理考慮，但在應急電源保證極化運行和循環系統上做到了關注。

采用第二種方案進行電解槽改造，工藝流程改造由材料供應單位提供，對循環系統按照保護設備安全的安全位置。修改流程中每個節點，要求循環系統具備可靠性，設置遠程啟動，更改閥門故障狀態，詳細設置聯鎖邏輯，彼此關聯互動，減少程序運行沖突，確保控制穩定有效。

3.2 改造后運行效果對比

圖1 各槽單元槽均電壓變化趨勢圖

為了更加真實的觀察改造電解槽改造后情況，選用第一方案中首臺改造電解槽（R-230A）和運行最好的電解槽（R-230F）與第二方案中首臺改造電解槽（R-230D）進行對比，且R-230A/F與R-230D同在一期電解，屬于一個系統，更具有說服力。進行零極距改造后的效果在短時間內不能完整的表現出來，需經過較長時間生產運行才能進一步考證，且為了更加直觀的比對零極距改造后的效果，選取了自改造后到當前狀態下，電流同為13.5 kA、槽溫均為84℃時，以上3臺電解槽的單元槽均電壓變化總趨勢，具體情況見圖1。

從圖1數據可以看出，采用國內廠家提供材料進行零極距改造的電解槽，初始投用時運行電壓均較低，但經過較短時間運行后槽電壓卻一直呈現穩步上漲趨勢，且上漲速度較快，在經歷2年的運行后改造最好的電解槽單元槽均電壓漲至3.03 V，首臺改造電解槽電壓均值已達至3.1 V。而采用進口材料進行零極距改造的電解槽（R-230D），初期投用時運行電壓雖高，但之后單元槽電壓一直呈現下降趨勢，在經過1個月的運行后電壓出現穩定期，當前電壓雖呈現上漲趨勢，但上漲的速度與第一方案相比較仍不高，運行2年后，單元槽電壓平均值僅為3.02 V，優勢明顯高于國產材料。

首臺改造電解槽因經驗不足，采用第一方案改造效果最好的電解槽仍比采用第二方案進行首臺電解槽改造的電壓高，所以自長遠角度考慮，采用第二方案改造的電解槽在節能等方面優勢會更高。

4 結論

通過自然循環電解槽進行零極距改造的幾種改造方案說明和對公司實際改造案例的介紹，總結以下內容作為結論，僅供同行在下一步進行改造中參考借鑒。

（1）離子膜電解槽作為氯堿裝置核心的生產設備，其技術水平的高低也是氯堿行業發展水平的體現，隨著國內設備生產制造廠家在加工技術上的積累，加之國家在自主創新上的倡導和支持，國產離子膜電解槽的整體制造會逐漸為氯堿企業認可，但是在核心技術上的掌握依然無法滿足高技術水平的要求。

（2）在當前條件下，選擇進口優質材料進行加工，是一個目前可預見的成熟選擇。而企業有足夠實力去承擔的，自行采購電極并施工改造，也是體現企業競爭自信的選擇，而對改造風險無法獨立承擔的考慮專業維修單位施工也是情理之中。

（3）在工藝流程設計方面，企業也應放開手腳，立足自我，在消化吸收國外引進的離子膜制堿工藝技術的前提下，謀求改進與優化，做好國內裝置的集約、精細配置，提高在國際上的競爭力。

Discussion on zpolar distance electrolyzer ofrunning

LIXue-wei，LILing-yun，CAO Zhan-guo，WANG Lei

（Tangshan Sanyou Chlor-Alkali Co.,Ltd.,Tangshan 063305，China）

∶Introduces the chlor-alkali enterprises choose from pole zero transformation background and construction scheme，and through its own transformation program and operation case，pointing out of the domestic enterprises in problem of the zero polar distance transformation project and the direction of improvement.

∶zero-gap membrane cell；retrofitscheme；contrast；discuss

TQ114.26+2

：B

：1009－1785(2017)04-0003-03

2016-05-27