通過設備升級改造實現降本節支增效

劉心怡，張景瑞，高新華

（1.山東財經大學，山東 濟南 250014； 2.萬華化學（煙臺）氯堿熱電有限公司，山東 煙臺 264006）

萬華化學（煙臺）氯堿熱電有限公司（以下簡稱萬華氯堿熱電）成立于2013 年，是萬華化學集團控股子公司， 主要承擔萬華煙臺生產基地熱力生產與供應，以及燒堿、氯氣、氫氣等基礎化工原料生產與供應。公司生產裝置分為氯堿裝置和熱電裝置，其中燒堿產能60 萬t/a，液氯54 萬t/a。 目前既是國家“兩高一低”企業，也是區域內存有一級重大危險源的危化品生產企業， 公司立足于萬華煙臺工業園和自身發展實踐， 一直致力于持續提升生產裝置運行質量及現代化水平，持續提升本質安全管理水平，保障園區和公司的安全及高質量發展。

氯堿裝置產能以折百燒堿計， 目前一二三期共計60 萬t/a 產能的零極距電槽28 臺， 包括11 臺藍星北化機 （以下簡稱北化機） 自然循環式膜極距（NBZ） 電解槽、17 臺旭化成自然循環零極距電槽（其中1 臺由旭化成高電密NCH 電槽經藍星北化機陰極附著鎳材絲網改造為零極距電槽，16 臺旭化成原裝西格瑪電槽）。 一二三期裝置分別于2014 年、2017 年、2020 年投產，總體運行狀況安全穩定。2021年對氯堿裝置電槽及其附屬設備進行了升級、 整體換膜、國產替代等多種方式的升級改造，從而降低了電槽電壓，提高了電流效率，降低了直流電耗，降本增效效果明顯。

1 增加單元槽改造

一期和三期電解增加單元槽改造， 通過增加單元槽，均衡電槽產量，降低電流密度，從而降低電耗，其中16 臺電槽分別增加了36 個單元槽， 在保證燒堿產品產量均衡而不增加的情況下， 電槽運行負荷由14.85 kA 降至14.46 kA，電流密度從5.5 kA/m2調整至5.39kA/m2，直流電耗下降了約14kW·h/t 折百堿；在同一產能下，按照交直流變效95%、0.62 元/kW·h 電費計算，直流電耗下降可節省生產成本9.13 元/t 折百堿，16 臺電槽共計35 萬t/a 產能，年可降低生產成本319 萬元。

2 電解槽及離子膜更換

用旭化成最新型NCZ-∑電解槽替換二期裝置現有在線運行滿12～15 年的6 臺旭化成NCZ 電解槽，并進行整體換膜，從而降低電耗。

二期裝置共有12 臺電槽，其中4 臺（1#～4#）為旭化成最新型NCZ-∑電解槽，于2017 年首次上線運行；另8 臺電槽（5#～12#）為整體搬遷電解槽，包括1 臺（10#）北化機膜極距（NBZ）電槽和7 臺（5#～9#、11#、12#）旭化成NCZ 電解槽。 7 臺旭化成NCZ電解槽中的6 臺（5#～8#、11#、12#）槽齡滿12～15年，利用整體換膜時機進行了設備升級改造， 單元槽由原來的旭化成零極距（NCZ）電槽升級為（NCZ-∑）零極距西格瑪電槽（以下簡稱西格瑪電槽）。

電槽改造升級完成后，進行電槽整體換膜，大幅降低直流電耗。 其中，二期5#、6#、7#、8#、11#、12#6 臺電槽分別于2021 年5 月-10 月整體更換為目前先進的西格瑪電解槽和F7001 離子膜； 二期9#電槽于2010 年10 月上線運行旭化成高電密（NCH）電槽， 槽齡11 年有余， 電槽陽極涂層良好， 后于2017 年二期工程整體搬遷時， 由北化機附著陰極網，電槽實現零極距（NCZ）模式，運行滿4 年后，2021 年10 月整體更換離子膜為旭化成F7001 型號；10# 電槽為北化機膜極距（NBZ）電槽，2021 年整體更換為國產東岳DF2807 離子膜，9#、10# 換膜后，對國產膜和進口膜進行了性能對比測試， 直流電耗比較數據見表1。

（1）通過同一運行電流數據比較可以看出，9#、10# 更換新膜后，直流電耗下降了約145 kW·h/t；按照交直流變效95%、0.62 元/kW·h 電費計算，降低生產成本94.6 元/t 折百堿，9#、10# 這2 臺電槽產能4.1 萬t/a，年可降低生產成本387 萬元。

（2）雖然國產離子膜的直流電耗高于旭化成離子膜，但是國產離子膜具有采購成本的絕對優勢，目前按照折百燒堿60 萬t/a 的氯堿裝置， 利用國產離子膜的成本優勢替代進口膜， 作為離子膜在線周期4 年期間的零星換膜約300 張/a，可節約換膜成本支出145 萬元，年可降低成本36 萬元。

（3）5#～8#、11#、12# 電槽升級改造并整體換膜后，直流電耗比較見表2。

整體更換離子膜的電流效率由94%提升至97%， 電槽升級改造直流電耗下降了約258 kW·h/t折百燒堿。 按照交直流變效95%、0.62 元/kW·h 電費計算， 降低生產成本168 元/t， 該6 臺電槽產能12.5 萬t/a，年度降低生產成本2 100 萬元。

（4）升級改造后的旭化成西格瑪電解槽相比于旭化成零極距電解槽，極化電流運行期間的電耗為0。電槽升級為西格瑪電槽后， 陰陽極涂層升級后極板具備抗原電池效應的性能，極化電流無需投用，消除了電槽陽極側氯內含氫高的風險，提升了電槽運行的安全性能；電槽停車后無需進行15 min 的120 A 電流極化。 年度單槽停車4 次，目前15 臺西格瑪電槽每年可節約電能1185kW·h/臺， 年度可以節約因極化電流運行期間的0 產量狀態下的電能消耗1.78 萬kW·h，年可節省電費1 萬元。除節省電費外，還減少了設備維護和維修保養費用及人力成本等。

表1 國產膜和進口膜性能數據對比

表2 電槽改造前后性能對比

（5）新型進口離子膜應用。二期1#電槽于2021 年11 月利用限電時機進行了整體換膜，離子膜更換為目前旭化成在F7001 基礎上開發的新型離子膜F7001E，兩種離子膜的槽電壓比較見表3。

二期1#電槽于2017 年11 月首次上線運行，在線離子膜為旭化成F7001，2021 年11 月整體換膜，在線離子膜為F7001E，直流電耗下降了11 kW·h/t，按照交直流變效95%、0.62 元/kW·h 電費計算，降低生產成本7.17 元/t，該電槽產能2.1 萬t/a，年度降低生產成本15 萬元；4 臺電槽完成整體換膜后年可節約成本支出約60 萬元。項目改造效果及經濟效益見表4。

表3 兩種離子膜的槽電壓對比

3 約克離心式冷水機組替代溴化鋰冷水機組

在2021 年9 月之前，氯堿裝置共配備了3 臺蒸汽溴化鋰吸收式冷水機組，其中A、B 兩臺于2014 年10 月投用，C 臺于2016 年12 月投用。 自機組投用以來， 先后發生多次系統真空度無法維持、 溶液泄漏、換熱器泄漏等問題；同時因3 臺機組制冷量不一致，無法實現相互間的完全互備，進一步影響了生產系統穩定運行， 甚至出現了生產系統被迫降電槽電流或者導致部分停車， 致使下游用氯氣單位降負荷生產。 氯堿裝置利用2021 年度大修時機，用2 臺約克離心式冷水機組替代原有3 臺溴化鋰冷水機組。

表4 項目改造投入效果及效益

（1）安全性效果評價

2 臺約克離心式機組上線，開1 備1，設備每年只需保養一次（原有溴化鋰機組每年每臺保養4次），并且3 臺溴化鋰機組運行時， 操作人員需要頻繁關注3 個機組運行參數，而更換成約克離心式機組后，僅需對一臺機組重點巡檢， 有利于發現異常并及時在線倒機，提高了系統安全穩定運行。

（2）生產成本比較（見表5）

由上述表格可以看出， 溴化鋰機組更換成約克冷水機組后，制冷費用明顯降低，核算單位制冷量成本：按照電價0.62 元/kW·h、蒸汽價150 元/t（過熱蒸汽S10），下降約0.081 元/kW·h，以6 700 kW·h 制冷量，每年運行8 000 h 計算，更換成約克冷水機組后，每年節約成本550 萬元。

表5 冷水機組改造效益表

（3）投資維修成本（見表6）

表6 冷水機組投資維修成本

設備投用后成本及維護費用見表7。

表7 冷水機組投用后成本及維護費用 單位：萬元

從表5、表6、表7 可以看出，約克機組設備投資略高， 但從使用后維修成本來看， 約克機組更具優勢，年節約維修費用47 萬元，按設備使用年限12 年計算，可節約維修費用565 萬元。 相關成本見表8。注：設備以每三年進行一次大修，設備壽命20 年計，從長期運行數據看，約克機組更具有成本優勢。

表8 冷水機組運行維修成本 單位：萬元

4 鹽泥二次洗滌壓濾干燥

氯堿行業鹽泥處理是環保老大難問題， 公司經過研究考察后于2020 年進行了鹽泥的項目技改工作，新增兩套鹽泥處理設備實施，實現了鹽泥二次洗滌壓濾及鹽泥干燥再利用項目， 并且干燥后的鹽泥送到公司熱電工廠與煤一起摻燒， 徹底實現了鹽泥零排放，此項鹽泥回收技改項目的實施，不僅解決了鹽泥的環保問題，而且回收了鹽，實現了社會和經濟效益雙豐收。 經過不斷總結和完善，鹽泥壓濾設備現已充分發揮作用，2021 年二級壓濾后鹽泥內氯化鈉含量從13%降至3%，回收原鹽約190 t，依照原鹽價格400 元/t 計， 此項減少原鹽采購成本支出約7.6 萬元。鹽泥再處置利用1 800 t，減少鹽泥的環保處置費用支出約70 萬元。

5 結語

通過一系列的增加電解槽改造、 電解槽升級換代、離子膜國產替代、進口新型離子膜、電解槽整體換膜、新型冷水機組投用以及鹽泥處置技改等措施，節支增效3 200 萬元/a，整個改造過程利用年度大修時機而沒有影響下游用戶， 并且通過改造減少了計劃和非計劃停車次數，保持了生產系統穩定性，降低了安全風險， 也充分證明設備升級改造是提高裝置健康運轉率、 優化生產工藝流程、 提高裝置生產效率、促進節能降耗減排、提高經濟效益的重要途徑。

氯堿行業是一個存有重大危險源且高耗能的行業，探討安全環保、離子膜電解槽選型、運控優化對氯堿企業有著重要的意義。 在保證安全環保的前提下，只有從最細微入手，盡可能降低電耗，選擇優質電解槽和輔助設備，精準調控各項工藝指標，不斷強化技術改造升級，集中精力致力于降本節支增效，獲得更加豐厚的經濟效益，才能在行業中處于領先，保證企業與行業高質量穩步發展。