進電解槽鹽水管道的泄漏及解決

董祥德

(濰坊亞星化學(xué)股份有限公司，山東 濰坊 261100)

【材料與設(shè)備】

進電解槽鹽水管道的泄漏及解決

董祥德*

(濰坊亞星化學(xué)股份有限公司，山東 濰坊 261100)

電解槽：電化學(xué)腐蝕：鈦材質(zhì)；鹽水管；接地：極網(wǎng)

分析鈦材質(zhì)鹽水管道泄漏的原因，提出為防止電化學(xué)腐蝕而采取接地以及極網(wǎng)面積調(diào)整的具體實施方案，確保離子膜電解裝置正常運行。

1 改造過程

濰坊亞星化學(xué)股份有限公司氯堿分公司(以下簡稱“濰坊亞星”)燒堿生產(chǎn)能力為12萬t/a，電解槽采用伍德(伍迪)公司第3代BM-2.7 電解槽。濰坊亞星原自鹽水高位槽至電解槽分配閥段純鹽水管道的材質(zhì)為CPVC，因使用年限較長，泄漏頻繁，處理漏點需裝置停車，且漏點處理難度大。為穩(wěn)定生產(chǎn)，借鑒了同行業(yè)的經(jīng)驗，于2016年5月大修期間，將該段鹽水管道由CPVC材質(zhì)更換為鈦材質(zhì)，施工單位選擇了為同行企業(yè)成功進行過相同項目施工的單位。

為防止鈦管道的電化學(xué)腐蝕[1-3]，鈦管就位后安裝了4處接地(如圖1所示)，分別為：①進電解廠房前總管，②進電解廠房后總管，③單槽流量計后，④單槽各鹽水分配閥前。圖1中①接地于A(原設(shè)計接地點)；②③④并聯(lián)后接地于B(新增接地點)。

圖1 鹽水管道接地安裝示意圖

一期電解槽于2016年5月9日23：58檢修完畢后開車，5月11日11：00 B槽南組鹽水分配閥前鈦管法蘭泄漏，打開檢查，發(fā)現(xiàn)接地極網(wǎng)和鈦管法蘭腐蝕；二期電解槽于5月10日4：30開車，5月12日F槽南組鈦管法蘭泄漏，打開檢查，同樣是接地極網(wǎng)和鈦管法蘭腐蝕。測量檢查接地點，發(fā)現(xiàn)一二期新增B接地點不符合接地要求[4]，一期接地電阻140 Ω，二期接地電阻130 Ω。立即重新進行了接地處理，使接地電阻符合要求；同時對接地極網(wǎng)進行了改造，用鈦焊條代替了原接地極網(wǎng)。5月13—15日，南組鹽水分配管法蘭仍連續(xù)出現(xiàn)泄漏，經(jīng)外出考察及分析后，于5月16日恢復(fù)并加大了南組鹽水分配管接地極網(wǎng)，5月17日檢查后，發(fā)現(xiàn)極網(wǎng)和鈦管法蘭完好。為保證接地極網(wǎng)的可靠性，濰坊亞星定制了一批加大尺寸的成品極網(wǎng)，極網(wǎng)到貨后進行了更換。

2 原因分析

2.1 鈦的抗腐蝕原理

鈦屬于化學(xué)性質(zhì)比較活潑的金屬，但鈦表面極易形成一層致密的氧化物保護膜，該氧化膜使鈦具有良好的穩(wěn)定性、抗腐蝕性能。

2.2 南組鈦管腐蝕原因

濰坊亞星每臺電解槽分3組，電解槽北組對地電壓為正，南組對地電壓為負，如圖2所示。

圖2 電解槽對地電壓示意圖

Fig. 2 Diagram of voltage of electrolyzer relative to earth

第1次腐蝕原因：因接地點B不符合要求，接地極網(wǎng)不能將電流導(dǎo)出，在鹽水的導(dǎo)電作用下，在鈦管法蘭與鹽水之間形成雜散電流，電流方向從鈦法蘭表面流向鹽水介質(zhì)。該雜散電流的電流密度達到一定強度，就會引起鈦法蘭的腐蝕。在該腐蝕作用下鈦法蘭表面氧化膜被還原，鈦法蘭失去氧化膜保護發(fā)生電化學(xué)腐蝕而被迅速溶解，發(fā)生泄漏。

第2次腐蝕原因：重新做接地后，接地電阻符合要求，在當(dāng)時沒有接地極網(wǎng)的條件下，工藝人員對管道內(nèi)極網(wǎng)進行自制改造，用鈦焊絲代替了接地極網(wǎng)。該自制極網(wǎng)有效面積大大減小，鈦焊絲極網(wǎng)表面電流密度偏大，極網(wǎng)與電解液電位差偏大，鈦極網(wǎng)表面氧化膜被還原，造成二次腐蝕泄漏。

2.3 中組、北組鈦管未腐蝕原因

中組、北組對地電壓為正，鈦極網(wǎng)、鈦管法蘭電勢低于電解液，形成的電位差加速鈦金屬表面形成氧化膜，起到保護作用。

2.4 南組恢復(fù)極網(wǎng)并加大后，極網(wǎng)和鈦管未腐蝕原因

因網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)增大了極網(wǎng)與電解液的接觸面積，大大降低了極網(wǎng)表面的電流密度，降低了極網(wǎng)與電解液的電位差，該電位差不足以破壞極網(wǎng)涂層，還原鈦表面氧化膜。保證了接地極網(wǎng)的完整和接地性能，鈦法蘭與電解液實現(xiàn)了等電勢，從而保護了鈦管道不受腐蝕。

更換接地極網(wǎng)后，接地電流測量數(shù)據(jù)見表1。

表1 更換接地極網(wǎng)后接地電流測量數(shù)據(jù)Table 1 Measured grounding current after grounding electrode net is changed A

3 降低接地電流的試驗

從理論上分析，增大電解槽至鹽水加料鈦管之間的電阻，可以降低接地電流，從而降低電流對接地極網(wǎng)的腐蝕。增大電解槽至鈦管之間的距離是增大電解槽至鹽水加料鈦管之間電阻的可行方法。對此，濰坊亞星從以下2方面進行了試驗探索。

3.1 增加加料軟管長度

因重復(fù)加工，濰坊亞星電解槽鹽水加料軟管長度由1.5 m縮短至1.4 m，借此將A槽鹽水加料軟管全部更換足夠長度的新軟管。

測量后發(fā)現(xiàn)，接地電流并無變化，因此小幅度增加鹽水加料軟管長度對降低接地電流并無明顯效果。

3.2 在鈦管至電解槽之間增加非金屬管道

在電解槽南組鈦管至電解槽之間增加了一段60 cm非金屬管道，接地電流測量數(shù)據(jù)如表2所示。

表2 增加60 cm非金屬管道后接地電流測量數(shù)據(jù)Table 2 Measured grounding current after a 60-cm-length nonmetal pipe is added A

增加60 cm非金屬管道后，接地電流降低約0.4 A。雖然接地電流有所降低，但仍處于同一數(shù)量級。

4 結(jié)語

(1)入槽電解液管道應(yīng)用金屬材質(zhì)，必須充分接地，接地點必須符合要求，才能防止電化學(xué)腐蝕。

(2)接地極網(wǎng)結(jié)構(gòu)要充分考慮接地電流的大小及電流方向等因素，使其足夠承受所需的接地電流。

[1] 李可.金屬管道的電化學(xué)腐蝕與防護[J].油氣田地面工程，2013,32(5):118.

[2] 趙慧萍，趙文娟，張曉芳.金屬電化學(xué)腐蝕與防腐淺析[J].化學(xué)工程與裝備，2013(10):135-136.

[3] 萬強，劉輝東，王如意，等.接地網(wǎng)防護涂層材料的電化學(xué)腐蝕特性[J]. 武漢大學(xué)學(xué)報(工學(xué)版).2015,48(6):873-877.

[4] 沈大偉.接地網(wǎng)的接地電阻和接觸電勢計算[J].建筑電氣，1983(4)：153-156.

[編輯：董紅果]

Leak of pipes for feeding brine into electrolyzers and solutions

DONGXiangde,LIUZhaolei

(Weifang Yaxing Chemistry Co., Ltd., Weifang 261100,China)

electrolyzer; electrochemical corrosion; titanium material; brine pipe; grounding; electrode net

The leak reasons of brine pipes made of titanium material were analyzed. Concrete implementation plans, i.e. grounding and pole net area adjustment, were put forward in order to prevent electrochemical corrosion. Thus, normal operation of ion-exchange membrane electrolysis device was ensured.

2017-04-10，劉召雷

TQ114.15

B

1008-133X(2017)06-0039-03

*[作者簡介] 董祥德(1972—)，男，工程師，1996年畢業(yè)于青島科技大學(xué)，現(xiàn)任濰坊亞星化學(xué)股份有限公司總經(jīng)理助理、總調(diào)度室主任。