電解槽單槽的操作管理及優化

郝明松，劉慶芳

（江蘇揚農化工集團有限公司，江蘇揚州225000）

電解槽單槽的操作管理及優化

郝明松，劉慶芳

（江蘇揚農化工集團有限公司，江蘇揚州225000）

鑒于在伍迪公司BM-2.7復極式電解槽的項目設計中考慮了單槽的開、停車，在生產過程中改進了開、停車的操作方法，對連鎖單槽停車的控制進行了優化，保證了單槽的平穩操作。

伍迪電解槽；單槽；操作優化

1 單槽開、停車

揚農集團的離子膜燒堿電解裝置產能6萬t/a。一期于2003年9月投產，產量為3萬t/a，A、B兩組電槽；二期于2004年11月投產，產量為3萬t/a，C、D兩組電槽。采用伍迪公司BM-2.7復極式電解槽，每只電解槽有112個單元。電解槽的直流電由單臺整流器提供，設置極化整流器，4臺單槽形成6萬t/a的生產能力。項目設計過程中確定了在日后的生產中要能夠實現單槽的開、停車，所以在設計配管時，考慮了單槽的進出、循環管線、單槽鹽水換熱器及單槽陰極液換熱器等環節。

在正常生產過程中，因為單元槽泄漏或相應單槽的配管泄漏需要檢修時，要進行單槽的停車、檢修和再開車。為了保證安全生產，在控制方案中設置了單槽停車的連鎖控制。在伍迪電解工藝中，單槽連鎖停車主要有以下幾種情況。

（1）電槽的陰極液流量低于正常操作量20%，在2min內整流負荷以每秒1%的速率降低，且最后不低于4 kA，超過2min停車。

（2）電槽進槽鹽水流量低于正常操作量20%，在2min內整流負荷以每秒1%的速率降低，且最后不低于4 kA，超過2min停車。

（3）電槽的陰極液溫度最高設置為92℃，在2 min內整流負荷以每秒1%的速率降低，且最后不低于4 kA，超過2min停車。

（4）電槽中心點電壓差最高設置為1.6 V，延時3 s，電槽連鎖停車。

（5）電解槽的陰、陽極出口閥門沒有完全打開，電槽停車。

2 伍迪工藝中原有的開停車方案

在原操作手冊中，單槽開、停車的操作比較簡單，尤其是單槽并網和脫網的內容描述，可操作性較差，在單槽并網的過程中沒有考慮到氯氣和氫氣的壓力，容易導致裝置因氯氣、氫氣失壓致使氫氯壓差波動而連鎖停車，并且在國內采用的伍迪工藝中，沒有成功進行單槽開停車的操作經驗。

3 改進后的操作方法

經過實踐操作，該公司首先細化了各步驟的操作法，提高了單槽開停車的可操作性。將單槽開停車的操作納入到崗位正常操作中，能根據操作規程進行規范作業，同時保證其余電槽的穩定運行。為保證操作的安全性，使用氮氣作為電槽升壓的載體，既保證了電槽陰陽極室的壓差，也對整個系統的穩定運行起到至關重要的作用。

3.1 單槽開車操作

單槽開車時，關鍵操作是對電槽的升壓及并網，操作過程中要確保氫氣、氯氣的總管壓力不會有大的波動、壓差平穩、保證裝置的正常運行。單槽升溫結束后，將電槽的鹽水、陰極液循環停止，關閉單槽的循環管線閥門，利用電槽充氮管線，通過氮氣對電槽進行升壓，待開車單槽的陽、陰極側的壓力與總管壓力一致后，再打開單槽的氯氣、氫氣隔斷閥，將單槽并入大系統后，開始鹽水、陰極液循環，此時，單槽具備了送電開車的條件。

3.2 單槽停車操作

單槽停車的操作比較簡單，重點是在脫網時，保證氫氣、氯氣的壓力穩定，防止氯氣、氫氣進入單槽管線而引發總管的壓力波動。在負荷降為1 kA時，關閉充氮氣前的隔離閥，將氯氣總管單槽停車的連鎖屏蔽。待電流降到零后，極化整流器電流降為零，停止電槽陰、陽極液循環，慢慢關閉陰、陽極液管道上的出口隔離閥，打開陰、陽極液出口旁通閥，通過單槽進料管線進行電解液循環，單槽加水2m3、并進行電槽氮氣的沖洗、投極化。單槽脫網結束，可以進行降溫、排液等操作。電槽周邊的相關閥門見圖1。

4 連鎖單槽停車的控制優化

在離子膜裝置一期時，裝置只有2臺單槽，裝置發生異常而導致單槽停車時，由于瞬間氯氣、氫氣量都下降為原有氣量的50%，在正常生產過程中的控制值波動后，自動調節恢復的可能性非常小，所以會引起整個裝置的停車。

2004年下半年，離子膜項目二期工程投運，整個裝置的電槽數增加為4臺，一臺單槽的氣量占比只有25%，為單槽連鎖停車后整個裝置不停車提供了可能。但在離子膜正常生產過程中，氯氣、氫氣總管上的調節閥都處于自動控制狀態，單槽連鎖停車后，會因為頻繁調節導致氯氣、氫氣總管壓力及氫氯壓差大幅度波動，引發氯氫壓差達到最低，連鎖停車。并且在此情況下，無法進行人為干預，避免在操作過程中調節不及時，引起氯氫壓差過大，對電槽及膜產生損傷，進而再發生安全風險。在發生單槽突然停車后，實行監控，無法進行手動調節，只能自動控制。從二期工程投運后的情況來看，能夠恢復的比例約為25%，多數情況下仍會因為單槽的停車，系統氯氫壓差調節滯后而引發整個裝置停車，給裝置本身以及后續精細化工生產的安全性與穩定性帶來風險。

根據單槽停車后引發整個裝置停車的DCS過程報告進行分析，同時在總管上的2個主調節閥的PID參數不同，氯氫壓差控制主要區別在于比例積分（PI）控制規律。比例控制的作用是普遍常用的調節控制，能夠迅速克服干擾的影響，使系統恢復穩定，但是由于輸入信號與輸出信號比例固定，系統達到穩定后還存在殘值；積分控制的作用滯后于偏差的存在，不能及時克服干擾的影響，使得調節過程緩慢、不易穩定；微分調節的好處在于，偏差盡管不大，但在偏差開始劇烈變化的時刻能自動產生一個強大的調節作用，但微分調節與偏差的變化速度有關，所以不單獨使用[1]。主調節閥的PID參數見表1。氯、氫調節閥的參數不同，主要是為了適應壓力波動時的穩定性與調節過程中的靈敏性。

表1 主調節閥的PID參數

從PID數據來看，氯氣的調節閥更加強調的是調節的穩定性，不會過多、過快地進行調節；而氫氣總管的調節閥主要調節的參數是氫氯壓差，是保證裝置穩定及電槽與膜安全的重要參數。

分析結論是，在單槽連鎖停車后，氯氣壓力、氫氣壓力都下降，氯氣壓力下降幅度大于氫氣壓力下降的幅度，氫氯壓差加大，同時由于氯氣調節閥所設置的SV正常為20 kPa，氫氯壓差的SV為4 kPa，所以，氯氣調節閥與氫氣調節閥同時作用，分別對氯氣總管壓力和氫氯壓差進行調節。如果在調節過程中，使調節幅度一致或接近，能夠將參數調節正常，保證裝置不會連鎖停車，否則，裝置會因為壓差的連鎖而停車。

針對這一分析，提出在DCS的控制邏輯中增加一個控制。單槽連鎖停車后，由DCS直接控制將氯氣總管的壓力控制值SV設置為16 kPa，這一指標的確定也是根據多次停車過程中的DCS記錄報告總結出來的，而氫氯壓差的控制不變。當單槽停車穩定后，再緩慢地將氯氣總管壓力提升到20 kPa，并在此過程中保證氫氯壓差的穩定。

經過優化，在單槽停車后，氯氣總管與氫氣總管的調節閥能夠基本保持原有的閥門開度，不會發生調節無效的情況。當4臺電槽同時運行發生單槽連鎖停車時，再也沒有發生過整個裝置因調節不佳連鎖停車的現象。如果是計劃性停單槽，則可將這一內部邏輯控制進行屏蔽，避免對系統的干擾。

5 單槽開、停車管理優化的意義

（1）節約了裝置開車恢復的時間。

（2）減少了運行成本，避免了整個裝置停車。

（3）單槽連鎖停車后，穩定壓力控制，減少氫氯壓差的波動，減少膜與極網之間的摩擦，保證了電槽與膜的安全。

（4）伍迪電槽換膜時間較長，控制優化后，在電槽換膜時可以一臺電槽停車換膜，其余電槽開車，大大減少了停車時間。

[1]張毅，等.自動檢測技術及儀表控制系統.北京：化學工業出版社，2004.

Operaionmanagementand optim ization of single cellUhde ionic membraneelectrolyzer

HAOMing-song,LIUQing-fang
(Jiangsu Yangnong ChemicalGroup Co.,Ltd.,Yangzhou 225000,China)

According to running and stop of single cell of BM-2.7 Uhde bipolar type ionic membrane electrolyzer,the operation method of running and stop was innovated.The single cell interlock stopping controlwasoptimized for stable operation ofsingle cell.

Uhde ionicmembraneelectrolyzer;single cell;optimization operation

book=6,ebook=127

TQ151.1+5

B

1009－1785(2010)08－0006-02

2010-02-01