電解海水制取次氯酸鈉過程的氣體安全探討

王樹忠

引言

近年來，我國在濱海建設了一些鋼鐵廠和電廠。在其循環水系統中要采用投加次氯酸鈉溶液的方式，抑制微生物的生長，保持熱交換器或凝汽器系統、冷卻塔等系統的潔凈，保證取水流道的過流斷面，水系統的安全運行。次氯酸鈉溶液有成品采購和電解制取兩種。采購的次氯酸鈉溶液一般是是氯堿化工廠的副產品，濃度較高，雜質較多。次氯酸鈉溶液的主要危險性類別是腐蝕性和氧化性，具有受熱、見光分解的特性，導致次氯酸鈉溶液貯存和運輸不便，貯存時間長了還易失效。因此，濱海鋼鐵廠、電廠通常采用電解制取次氯酸鈉溶液的方式。這種工藝方式成熟，且臨海優勢，就近制取，方便使用，其制取成本較低。但在海水制取次氯酸鈉電解反應過程中，產生次氯酸鈉溶液同時，會產生少量的氫氣及氯氣。氫氣具有可燃性和爆炸性，空氣中氫氣的濃度在4%～70%之間，遇有明火即會發生爆炸。氯氣與氫氣混合達到爆炸極限即氫氣含量在5%～86%時，遇到火花等即可爆炸。氯氣通過吸入或經皮膚吸收可以使人致死。電解海水制取次氯酸鈉工序在工廠里一般是歸屬水專業負責，因此更需要高度重視過程中的氣體安全，使崗位工人知曉有關氣體安全知識。本文僅結合個人工作實際對電解海水制取次氯酸鈉過程氣體安全防護進行探討。

1　電解海水制取次氯酸鈉的反應原理

在電解海水制取次氯酸鈉過程中，主要存在下述化學反應：

陽極反應：2C1-→Cl2+2e

陰極反應：2e+2Na++2H2O→2NaOH+H2↑

極間的化學反應：Cl2+2OH-→ClO-+Cl-+H2O

ClO-→Cl-+[0]

總反應：NaCI+H2O→NaClO+H2↑

從電解反應方程式中，我們看到電解過程中主要有氯氣和氫氣產生。其產生量雖小，但有針對性的做好相關氣體安全工作卻不容忽視。

2　制取過程氣體安全工作要點

2.1　設備裝置安全

2.1.1設備技術要求

如果有氫氣泄露，容易集聚在廠房頂部，所以電解廠房頂部或外墻上部要有排氣孔，排氣孔裝有軸流風扇。設備選型時應參考《氫氣使用安全規程》。次氯酸鈉發生器選用的電極，其應能保證使電解過程中產生的氫氣容易排出。系統中室內的鹽水管道、次氯酸鈉管道、酸液管道、閥門等宜采用UPVC工程塑料材質。室外的次氯酸鈉、風管道采用鋼襯膠管道。水泵的過流部分材質采用聚四氟乙烯襯里。次氯酸鈉溶液儲罐、排氫風機等應布置在室外，且儲罐懸掛相應的安全標志牌。廠房內電機、電源開關、插座等按《爆炸危險場所電氣安全規程》選用防爆產品。系統中管道所有閥門法蘭建議按氫氣站要求采用跨接線防靜電接地。排氫風機采用雙路電源，以確保在停電的情況下，有保安電源保證H2的稀釋與排放。次氯酸鈉溶液儲罐頂部排氫放空管安裝阻火器，并采取靜電接地。

2.1.2檢測報警、連鎖裝置要求

為保證系統安全，應設計必要的報警、連鎖裝置。如，在電解車間廠房內和主控室，分別安裝氫氣、氯氣固定式報警器。廠房內軸流風機與固定式氫氣、氯氣報警器連鎖，當氫氣濃度超過預設值（一般為1%），氯氣濃度超過預設值（一般為0.1%），自動開啟機械排風裝置強制排風。次氯酸鈉溶液儲罐頂部安裝在線氫氣檢測裝置，電解過程中產生的H2，隨次氯酸鈉溶液進入儲罐，經排氫風機稀釋到1%以下排入大氣中。當排氫風機故障停機時，備用風機應連鎖自動投運。當次氯酸鈉溶液儲罐頂部氫氣含量超過1%的時候，整個裝置連鎖停車。當系統停車后，排氫風機仍應繼續運轉，以使貯存箱內H2全部排出。

2.1.3防護裝備要求

應至少有兩套空氣呼吸器，兩套防化服、頭盔等。崗位工應著防靜電工作服和防靜電工作鞋。主控室備有便攜式氯氣、氫氣報警器。廠房安裝洗眼器，備有滅火器等。檢修間備有銅制檢修工具。

2.2　運行安全

操作時應盡量選擇遠程操作。巡檢時應兩人以上，需注意防靜電事項。巡檢中發現任何泄漏必須及時處理。在設備調試階段應采用手動模式。如在排氫風機沒有運行的情況下，啟動整流器的操作不會被執行。設備調試完成投入正常運行時，系統運行宜采用自動模式。如選擇系統自動停車時，崗位工在控制柜上啟動“自動停”按鈕，系統按編制好的程序自動停止運行。此時排氫風機會延時一段時間以全部排盡罐內氫氣（一般需要在10 min以上），然后系統才能停止運行。

2.3　檢修安全

裝置需要檢修時，應嚴格遵守《氫氣使用安全規程》等標準、規范要求，必須辦理檢修工作票和動火票、氣體防護申請票等。檢修需要使用銅制工具或鐵制工具涂抹黃油。對系統管道、儲罐、電解槽檢修時必須檢測氯氣、氫氣含量，系統檢修時，需用氮氣等惰性氣體對管道、設備進行吹掃置換等符合要求。系統內部和動火區域氫氣的最高含量不超過0.4%，氯氣含量不超過0.04%。另外，應按《氫氣使用安全規程》等有關國標、行業標準對固定式報警器、靜電跨接線、防雷接地、聯鎖裝置等定期檢查和試驗。

根據相關經驗，電解海水制取次氯酸鈉系統建議每3～5年為一個大修周期。

3　結語

目前國內對電解海水制取次氯酸鈉過程在氣體安全尚沒有具體的規范要求，但其過程中氯氣、氫氣的產生，確需我們高度重視氣體安全工作，從細節上、基礎工作中做好防范。近年來，國內不斷有電解海水制取次氯酸鈉裝置發生事故，氣體因素是造成事故的主要原因之一，因此，做好電解海水制取次氯酸鈉過程的氣體安全防護工作很有必要，也是企業減少事故損失，規避事故風險的需要。

[參 考 文 獻]

【1】張旭.電解海水制取次氯酸鈉溶液系統的應用[J].城市理論研究.2012(18).

【2】呂偉舜.電解海水制次氯酸鈉系統在印尼北蘇風港燃煤電站中的應用[J].水環境腐蝕與防護學術研討會.2009.

【3】常愛國.大型電解海水次氯酸鈉裝置在火力發電廠中的應用[J].東北電力技術.2002年 第9期.