強制循環(huán)電解槽極板泄漏原因及預防措施

袁輝

(中石化江漢油田分公司鹽化工總廠，湖北 潛江 433121)

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【電 解】

強制循環(huán)電解槽極板泄漏原因及預防措施

袁輝*

(中石化江漢油田分公司鹽化工總廠，湖北 潛江 433121)

離子交換膜電解槽；極板；泄漏；原因；預防措施

簡要介紹中石化江漢油田分公司鹽化工總廠電解裝置的運行情況。重點分析強制循環(huán)槽極板泄漏的原因有：電池效應，槽溫影響，槽內壓力，極板老化及維修不到位。通過制定預防措施，極板泄漏數量明顯減少。

中國石化江漢油田分公司(以下簡稱“江漢油田”)鹽化工總廠于2002年建成氯堿廠，引進國外強制循環(huán)離子膜電解槽，包括單極式電解槽和復極式電解槽。裝置投產至今，運行情況良好，燒堿生產能力為20萬t/a。

1 問題提出

強制循環(huán)電解槽投產至今已有15年之久，根據現場生產情況反映，電解槽出現不同程度的泄漏問題。對強制循環(huán)槽部分單元槽進行了更新和維修后，裝置生產運行情況得到很大改善，但依舊存在泄漏情況。強制循環(huán)電解槽經常因為極板泄漏而停車，影響裝置的平穩(wěn)運行，同時，極板泄漏容易引起接地打火，造成電解槽著火，有很大的安全隱患。本文中通過原因分析及現場處理等幾方面，探索減少強制循環(huán)槽泄漏極板數量的方法。

2 泄漏情況分析

2014年強制循環(huán)槽泄漏極板數量曲線如圖1所示。

分析圖1可以看出：2014年各月強制循環(huán)槽泄漏極板的數量依次為4，6，6，1，2，0，5，1，3，3，2，2；平均每月2.92塊。其中6個月泄漏極板數超過平均值，2、3月泄漏極板的數量最多，達6塊。

根據現場經驗，極板泄漏一般發(fā)生在槽框與墊片之間、墊片與膜之間、陰陽極室間隔板、槽框結合處等位置。究其原因，主要總結為以下幾種。

2.1 電池效應

電池效應是指：電解槽停車后，槽內形成原電池結構，陰極為原電池的正極，陽極為負極，由此產生反相電流。陽極室內的氯原子得電子還原成氯離子；陰極室內的金屬失電子氧化成金屬離子。

由于停車而導致的“電池效應”不僅會導致電解槽極板腐蝕，也會由于產生的反相電流引起離子膜分層和鼓泡，導致膜泄漏。同時，由于“電池效應”產生的電流短時間內無法消耗完，由此導致電解槽極板溫度升高。停車檢修時曾發(fā)現極板由于溫度過高而發(fā)紅。

圖1 2014年強制循環(huán)槽泄漏極板數量曲線圖Fig.1 Curve of the number of plate leakin forced circulation electrolyzers in 2014

2.2 槽溫影響

電解槽槽溫是生產控制的重要工藝指標之一，根據江漢油田鹽化工總廠《電解裝置工藝技術規(guī)程》，裝置正常運行時，電解槽槽溫為80～88 ℃。槽溫波動的原因是多方面的。

裝置電流總負荷的控制指標為5～9.5 kA，頻繁大幅升降電流會引起電解槽溫度反復大幅度波動。槽溫波動會引起熱脹冷縮現象，使槽框結合部、隔板與槽框間形成縫隙導致泄漏[1]。

同時，由于升降電流而引起的電解槽溫度變化也會影響離子膜的使用，槽溫低于正常操作溫度時，電導率下降至最大值的50%左右，生產效率下降；槽溫過高時，電解液趨于沸騰，汽化量加劇，會造成局部過熱和槽壓上升，導致膜氣泡，加速膜的損傷老化。

2.3 槽內壓力

電解槽槽內壓力是生產控制的重要工藝指標之一，根據江漢油田鹽化工總廠《電解裝置工藝技術規(guī)程》，鎖定油壓為7.0 MPa，未鎖定油壓為10.0 MPa，裝置正常運行時，壓差為10～15 kPa。裝置運行中出現大壓差的原因是多方面的，影響最大的是升降電流、停車、清洗電解槽，以及槽溫未穩(wěn)前鎖槽。

2.3.1 升降電流、停車及清洗電解槽

在升電流、停車及清洗電解槽的過程中，由于操作不當會出現大壓差，大壓差會壓彎隔板、極板，使隔板裂傷或在隔板與槽框之間形成裂縫使膜受損，同時副反應增加、腐蝕墊片和槽框，從而引起泄漏。

2.3.2 槽溫未穩(wěn)前鎖槽

開車后，槽溫仍在上升，油壓為10 MPa，若此時鎖定電解槽，當槽溫穩(wěn)定后，由于熱膨脹，在單元槽間形成很高的密封壓，會造成槽框變形、開縫，引起泄漏。

2.4 極板老化及維修不到位

(1)電解裝置投產于2002年，已使用15年。維修電解槽時發(fā)現有部分隔板被腐蝕得很薄。

(2)極板泄漏后送電解槽極板維修廠家維修，經常出現修好的極板裝在電解槽上投運就出現泄漏，這種情況2016年一共出現過5次。

(3)在電解槽的運行過程中，如果離子膜泄漏，停車時拆下，用補膜機打補丁后繼續(xù)使用。舊膜受墊片擠壓的位置容易出現裂紋。補好的舊膜重新安裝，如果安裝錯位，裂紋會泄漏并腐蝕極板，引起極板泄漏。

(4)極板表面毛刺會刺穿離子膜，造成離子膜泄漏，腐蝕極板。

3 改進措施及成效

針對以上情形，采取以下措施取得了顯著效果。

3.1 避免電池效應

消除發(fā)生電池效應的基本條件，避免電池效應發(fā)生。電解槽停車后，立即將氣相與系統(tǒng)斷開，并斷開整流刀開關，循環(huán)10 min后排液，置換陽極室內氯氣，液體排出后用純水洗槽。以上措施實施后，修槽的過程中極板沒有發(fā)生發(fā)熱發(fā)紅的情況。

3.2 平穩(wěn)控制各項參數

(1)溫度控制在86～88 ℃之間，盡量保持平穩(wěn)。強制循環(huán)槽實施峰谷運行，電流在9 kA時陰極液須用循環(huán)水降溫，電流在5 kA時陰極液需用蒸汽加熱。循環(huán)水調節(jié)閥是用氣動閥調節(jié)，而蒸汽是用手動閥調節(jié)，管網蒸汽壓力經常波動，造成槽溫波動幅度較大，在83～89 ℃之間。將蒸汽手動閥改成氣動調節(jié)閥后，槽溫波動幅度降低，在86～88 ℃之間。

(2)平穩(wěn)控制壓差，將壓差控制在18 kPa以內。電流升至3 kA時短暫停留，等壓差穩(wěn)定后再繼續(xù)升電流。停車、水洗時，將流量控制在10 m3/h以內，發(fā)現壓差上升時及時調節(jié)。

3.3 維修與操作

(1)與維修公司溝通，改善試漏方法，提高維修質量，加強維修質量檢驗，保證維修極板投運后不泄漏。

(2)加強崗位職工培訓、提高修槽水平，全體修槽人員熟練掌握電解槽維修操作要領。針對“舊離子膜安裝錯位”問題，制定了《新離子膜的預處理》《墊片安裝的注意事項》《離子膜安裝的注意事項》《離子膜修補的注意事項》等培訓課程，以理論指導操作實踐，取得了較好的效果。

(3)將極網表面毛刺打磨或錘敲，修槽時檢查極網表面，發(fā)現有毛刺立即處理，使表面光滑[1]。

統(tǒng)計改進后裝置的生產運行情況，強制循環(huán)電解槽泄漏極板的數量明顯減少，2015年各月裝置泄漏極板的數量依次為：2，2，3，2，2，0，1，0，1，2，2，1塊，平均1.75。2016年各月裝置泄漏極板的數量依次為：1，2，2，1，1，1，1，1，1，1，1，1塊，平均1.17塊。

2014年與2015、2016年強制循環(huán)槽泄漏極板的數量對比如圖2所示。

從圖2可以看出：通過分析電解槽極板泄漏的原因，并針對不同原因采取相應措施后，裝置運行1年內極板泄漏數量減少21塊，減少停車5次，強制循環(huán)槽泄漏極板的平均數量由每月2.92塊降到1.14塊。

4 結語

通過對電解裝置強制循環(huán)槽極板泄漏的原因分析，并制定解決措施，電解槽極板泄漏情況得到了有效控制，減少了極板泄漏數量和停車次數，保障了裝置的平穩(wěn)運行。在今后的生產中，應繼續(xù)加強對電解槽運行情況的監(jiān)測和分析，不斷總結經驗，精心維護、認真操作，為電解裝置的平穩(wěn)運行提供保障。

圖2 2014年與2015、2016年 強制循環(huán)槽泄漏極板的數量對比Fig.2 Comparison of the number of plate leak in forced circulation electrolyzers in 2014, 2015 and 2016 參考文獻

[1] 張曉芳.電解槽的泄漏及預防[J].中國氯堿，2012(2)：12-18.

[2] 程殿彬.離子膜法燒堿生產中曾發(fā)生的問題及解決辦法[J].氯堿工業(yè)，2012，48(2)：12-18.

[編輯：蔡春艷]

Cause analysis and preventive measures ofplate leak in forced circulation electrolyzers

YUANHui

(SINOPEC Jianghan Oilfield Salt Chemical Plant, Qianjiang 433121, China)

ion-exchange membrane electrolyzer; plate; leakage; cause; preventive measure

The operation of electrolytic devices in SINOPEC Jianghan Oilfield Salt Chemical Plant was introduced briefly. The causes of plate leak in forced circulation electrolyzers were analyzed emphatically. The causes included cell effect, influence of electrolyzer temperature, electrolyzer pressure, aging and imperfect maintenance. Through the development of preventive measures, the number of leaking plate reduced significantly.

袁輝(1991—)，女，助理工程師，碩士研究生，2015年6月畢業(yè)于西南石油大學應用化學專業(yè)，現于中石化江漢油田分公司鹽化工總廠氯堿分廠工作。

2017-02-02

TQ114.262

B

1008-133X(2017)05-0013-03