電解槽離子膜運行后期的優化控制

李 莉，劉 凱

（新疆圣雄氯堿有限公司，新疆 吐魯番838100）

新疆圣雄氯堿有限公司（以下簡稱“圣雄氯堿”）主導產品為50 萬t/a PVC 和40 萬t/a 離子膜燒堿，該公司電解槽為意大利迪諾拉電解槽，1# 裝置自2012 年3 月開車以來， 離子膜運行了將近5 年更換，2# 裝置自2016 年10 月開車至今已運行4 年以上，一般在離子膜運行后期，隨著膜的老化，需要更加精細的進行操作和控制， 才能使膜在最佳電流效率下和最佳膜使用壽命周期內實現經濟效益最大化，現對膜運行后期的一些管控方法進行探討。

1 開車前準備工作的優化

在裝置異常停車后，例如停儀表氣、停水等情況后，電解槽由高負荷運行瞬間電流變為0，離子膜在單元槽內波動，尤其是對于運行后期的離子膜造成的傷害更大， 此時如果壓差大于6 kPa 或小于-2 kPa時，必須對每個電解槽進行離子膜試漏，確保有被損壞離子膜能及時找到，以免影響開車進程。電解槽充液時將堿液及鹽水溫度控制在50.0～55.0 ℃，鹽水濃度控制在210.0～230.0 g/L， 充液期間重點檢查陽極是否有提前溢流的單元槽、 陰極是否有不溢流的單元槽，有異常及時進行處理。要求升溫過程中確認所需要開車的電解槽都充液完成且并入系統循環，尤其是要求升溫速率保證不要太高，緩慢升溫，保證離子膜伸縮量在最小范圍內。 由于鹽水系統采用的是閉路大循環，通過在實踐中的不斷總結和分析，無論采用海鹽或湖鹽， 特別是對于高電流密度零極距自然循環離子膜電解槽， 必須再次確認開車前進槽鹽水質量必須保證在指標范圍內， 否則會造成離子膜不可逆的損傷。

2 開車過程的優化

對于初始升電流過程， 將升電流速率設定為1.5 A/s，盡量做到速率最低，每到1 kA 時暫停升電流，操作員查看指標參數無異常后再繼續升電流。而且在電流為2.7 kA 時候必須做低負荷測試，通過槽電壓評估器檢查單元槽槽電壓， 對槽電壓上漲較慢的單元槽進行重點關注。 如果電流達到2.7 kA 后有單元槽槽電壓仍未達到2.4 V，則停電解槽更換該單元槽。

3 正常運行的管理優化

運行到后期的電解槽每臺中有部分更換新膜后，將該臺電解槽電流保持10.8 kA 運行24 h，也就是最大負荷的68%，要求質量檢測中心每班對出槽氯氣純度、氯氣中含氧、含氫、次氯酸鈉、pH 值進行分析，技術管理人員對其每日進行分析。現場槽工每小時對單元槽溢流進行檢查， 有溢流量減小和泄漏的情況及時匯報。 中控人員每小時對評估器電壓進行巡檢， 每臺槽隨機抽取幾片單元槽進行對照監控槽電壓，是否有異常升降。

依據伍德電解槽工藝要求進槽鹽水和堿溫度兩側溫差不宜超過3 ℃， 這種設計很好的降低兩側介質溫差較高對離子膜引起的一系列影響， 相較旭化成、氯工程工藝體現出了優勢，更利于離子膜的長周期運行。尤其到膜使用后期更應做到精細化控制，盡量做到溫差小于3 ℃， 以免離子膜因溫差變化大出現褶皺。

4 降電流及停車后的控制優化

在降電流時按照1.5 A/s 的速率進行，在此過程中現場巡檢對每個單元槽溢流進行觀察， 并對槽電壓有異常單元槽進行檢測，每降1 kA 電流，中控查看指標參數無異常后再繼續進行， 將電解槽切出系統對電解槽泄壓要求現場需3 人配合進行， 操作人員一人在電解槽槽頭前關注槽壓差， 另外兩人分別操作控制泄壓閥，根據壓差緩慢進行調節，保證電解槽壓差在1.5～2.0 kPa，從陽極電解液中去除游離氯時，將槽溫度控制在78.0～82.0 ℃經過約2 h 熱循環后，在關閉極化整流器之前，應檢查所有的電解槽的陽極電解液出口是否含有氯， 如果電解槽仍然含有氯，不得關閉極化整流器。在此過程中盡量保證高溫循環時間足夠， 而且在游離氯除去后氮氣不能即時關閉，保證持續供應吹掃。

高溫除氯結束后將進槽鹽水濃度調節為270.0～290.0 g/L，因為隨著電解槽后續溫度降低，如果不稀釋飽和鹽水的話， 可能鹽水中會析出晶體劃傷離子膜，電解槽槽溫按較小的速率（3.0～5.0 ℃/h），電解槽槽溫冷卻到65 ℃時，將進槽鹽水濃度調節為250.0～270.0 g/L，此狀態停電槽循環僅可以維持6 h，如果超過6 h 則要繼續降溫，至55 ℃時將進槽鹽水濃度調節為210.0～230.0 g/L。 在槽溫45.0～50.0 ℃下的電解槽狀態最多維持24 h，如超過24 h，則要對電解槽進行排液然后充入脫鹽水進行保護， 以保證電解槽內離子膜的濕潤。

5 避免頻繁開停車升降電流

隨著電流負荷的變化， 槽溫也在發生十幾度溫差的變化，電解槽本身發生熱脹冷縮，離子膜和槽框墊片等都相應地隨著溫度變化發生變形， 若發生變化則影響更大（1）對離子膜的影響：膜頻繁膨脹和收縮，使膜產生疲勞反應，造成膜物理松弛，起褶皺，影響膜的使用壽命，加速膜的老化。 （2）對槽框墊片的影響：頻繁升降電流，電解槽框墊片也頻繁收縮膨脹，如果槽框墊片彈性較好有一定的形變范圍，在槽頭壓緊裝置作用下不至于發生泄漏。 但如果墊片使用時間較長， 即墊片的彈性在升降溫度的情況下達不到伸縮變形量。 在此情況下頻繁升降電流，就會發生墊片滲漏甚至泄漏。 因此一方面要求后期電解槽升降負荷速率盡量最低， 且一定生產負荷下平穩運行避免頻繁升降電流都是后期優化控制的最好方式。

6 結語

依據公司現有裝置運行情況分析， 尤其是在離子膜使用后期，要想延長離子膜的使用壽命，需要更加精細化管理， 這樣才能盡量保證電解槽在較高的電流效率下使用，一方面通過提高裝置的穩定性，盡量減少電解槽的開停車次數， 減少異常停車壓差的波動對離子膜造成的損傷。其次，要保證在最優的電流效率下運行離子膜，通過計算得知，膜運行后期電流效率由最初的98%左右降到93%左右，此時必須要有計劃的組織更換離子膜， 因為在后期低電流效率運行，電耗將大大增加導致生產成本提高，而整體更換一批離子膜的成本相比電效引起的成本低，所以在一定程度上后期更換離子膜可為更優化的方案，不但是為了節約生產增加效益，也能保證電解槽更加穩定安全運行。