電解海水制次氯酸鈉發生裝置在海洋平臺上的應用研究

萬建信 溫佳京 李 洋 陳方連 馬玉斐

電解海水制次氯酸鈉發生裝置在海洋平臺上的應用研究

萬建信 溫佳京 李 洋 陳方連 馬玉斐

（青島雙瑞海洋環境工程股份有限公司，山東 青島 266101）

本文首先介紹電解海水的發生原理，然后分析電解海水制次氯酸鈉工藝流程特點，并總結出海洋平臺上制次氯酸鈉的一些技術要點，旨在最大程度地優化電解過程的技術參數，提高整個系統的電流效率。

防污；電解海水；次氯酸鈉

目前為止，電解海水是防止冷卻水系統免遭生物污損最有效的方法，并已在國內外各海濱電站廣泛應用［1］。了解電解海水中影響制氯效率的因素和規律，對優化電解海水制次氯酸鈉裝置的運行參數，提高系統運行效率具有重要意義。

1 電解海水的發生原理

電解海水制氯工作原理如圖1所示。

如圖1所示，海水在發生電解反應的過程中，H2O和Cl-首先被電解，然后發生混合反應產生NaClO［2］。

2 電解海水制次氯酸鈉工藝流程

電解海水制次氯酸鈉工藝流程示意如圖2所示。在發生裝置中，海水按照穩定的流速注入電解池中，池中恒定地通入直流電，而海水中NaCl的存在方式為Na+、Cl-正負離子，然后在直流電產生的電場中，分別在正負兩級產生Cl2、H2和NaOH，進而生成NaClO［3］。

在整個過程中，電解池的海水取自我國渤海某海港，該海域海水平均溫度較低，海水淡化產出淡水和濃海水，這種海水中鹽的質量分數高達4%～5%，為平通海水的一到兩倍，這些濃海水一般最后被直接排放入海，不僅污染了海域，還造成了資源的浪費［4］。該過程的工藝流程為：電解產生的潮濕氯氣，其溫度一般在85～95℃，經過冷卻池初步冷卻后，與次氯酸鈉吸收塔的循環堿液發生化學反應，并發出大量熱；接著未被吸收的氯氣在吸收塔抽吸的作用下進去中間貯罐；同時，吸收塔中的吸收液通過換熱器進入吸收器進口處，開始下一程序的吸收。

圖1 電解海水制氯工作原理

圖2 電解海水制次氯酸鈉工藝流程示意圖

3 電解海水發生裝置的設計

3.1 電解制氯理論值計算

計算海水電解制次氯酸鈉效率的高低，一般采用有效氯濃度進行判別。通過化學方程式計算，次氯酸鈉分子量是氯氣的1.05倍，而在發生化學反應期間，同樣的NaClO與Cl2分子轉移的電荷數量相同，因此，在電解過程中，產生1.05g的次氯酸鈉，等同于產生1g氯氣。

電解海水制次氯酸鈉發生裝置內產量一般以Cl2產生率為標準，計算公式為：

其中，G為有效氯產率，單位為g/h；C為有效氯濃度；Q為次氯酸鈉溶液流量。

電解池中持續一定時間的通電后，有效生成Cl2和理論計算比值為電解池生成Cl2的電流效率。根據法拉第電解原理計算，電解池每小時產生的Cl2為1.323g。電流效率h計算公式為：

其中，I為電解電流；n為電極串聯級數。在海上平臺上，電力資源有限，因此，在選擇電解海水發生裝置時往往選用功率比較小的次氯酸鈉發生裝置。對于平臺電流消耗情況，一般通過計算交流電耗（PAC）值的方法來衡量，PAC表示在裝置工作正常的情況下生成1kg Cl2所耗費的交流電，計算表達式為：

其中，P1為整個裝置額定功率。

3.2 發生裝置設計

海水平臺上海水電解制次氯酸鈉發生裝置主要核心包括海水自動過濾器、海水除沙器、次氯酸鈉發生器、次氯酸鈉貯存罐、水泵、風機、酸洗裝置和其他儀器儀表。制次氯酸鈉流程如圖3所示。

如圖3所示，該裝置循環水量為70 000t/h，次氯酸鈉加藥量為1mg/L，并且可以根據海生物滋生快慢情況，選擇使用3mg/L的沖擊式投加方式，時間間隔為0.5h。裝置系統主要核心部件的技術要求如下：

①自動過濾器。該過濾器精度為40mm，反洗過程由海水出入口壓差智能調節器控制，當壓差超過閥門閾值，機器自動對過濾網上的污物進行沖洗。

圖3 制次氯酸鈉流程圖

②除沙器。為了防止海水中的沙粒進入電解池，損害或磨損電極極片，在海水升壓泵后設置一臺除沙器。

③次氯酸鈉電解池。該電解池采用美國Seven-Trend De Nora公司生產的SC330/1海水電解池，電解作為整個系統的核心，可以將海水直接電解為Cl2，因此，該部件的生產效率直接決定整套裝置的性能。

④次氯酸鈉貯存罐。次氯酸鈉貯存罐出入口分別設置了手、動一體的隔膜閥，且膜的材質采用ABS，安全性較高。貯存罐安裝有磁翻柱液位計，用來指示次氯酸鈉存儲量。

⑤酸洗裝置。酸洗裝置采用玻璃制作，該裝置和次氯酸鈉貯存罐一樣，在出入口分別設置了手、動一體的隔膜閥，膜使用的也是ABS材質。酸洗裝置配備有磁翻柱液位計，用來顯示酸儲量。酸洗裝置的體積可以保證兩次清洗所需的酸量，結構采用組合框架。

4 結語

本文首先描述了海上作業平臺上電解海水制氯的原理，接著分析了制次氯酸鈉工藝流程，最后根據電解制氯理論值計算方法設計了一套電解海水發生裝置。該裝置對了解電解海水中影響制氯效率的因素和規律，對優化電解海水制次氯酸鈉裝置的運行參數，提高整個系統的電流效率具有重要意義。

［1］王屹，薛峰，蘆存財，等.海洋平臺上次氯酸鈉發生裝置的設計應用［J］.應用能源技術，2012（5）：4-7.

［2］宋揚，汪曉軍.次氯酸鈉生產工藝的安全設計［J］.氯堿工業，2007（10）：7-9.

［3］王玲利.直接電解海水防污用陽極的制備及性能研究［D］.大連：大連理工大學，2007.

［4］陳佼驕.電解海水防污系統中有效氯的研究［D］.青島：中國海洋大學，2006.

Study on the Application of Sodium Hypochlorite in Electrolysis Seawater in Offshore Platform

Wan Jianxin Wen Jiajing Li Yang Chen Fanglian Ma Yufei
（Qingdao SunRui Marine Environmental Engineering Co.,Ltd.，Qingdao Shandong 266101）

This paper first introduced the principle of electrolysis of seawater,and then analyzed the process characteristics of electrolytic seawater sodium hypochlorite,and summarized some technical points of sodium hypochlorite on offshore platform.It aims to optimize the technical parameters of electrolysis process and improve the whole system of the current efficiency.

antifouling；electrolyzed seawater；sodium hypochlorite

TM621.8

A

103-5168（2017）09-0145-02

2017-08-03

萬建信（1986-），男，工程師，碩士，研究方向：電廠化學水處理。