氯酸鹽電解槽爆炸原因分析

孫永泰

（遼寧省遼中縣水利化工設(shè)備廠，遼寧 遼中 110200）

我國氯酸鹽電解槽型號(hào)多，大部分為單室型。雙室電解槽近年才得以開發(fā)。單室型電解槽在生產(chǎn)過程中常發(fā)生著火、爆鳴和爆炸現(xiàn)象，嚴(yán)重威脅安全生產(chǎn)。

1 電解槽爆炸的主要條件

（1）電解生成氣體的主要成分是氫氣(占總量的92%~96%)，在正常條件下，一旦遇火源則發(fā)生爆鳴、著火。

（2）電解槽運(yùn)行時(shí)間長，槽蓋密封失效產(chǎn)生漏氣(微負(fù)壓向槽內(nèi)漏氣)，空氣進(jìn)入槽內(nèi)后改變組分，含氧量增加。空氣中含氫的體積分?jǐn)?shù)為4%~75%時(shí)，就構(gòu)成了混合型爆炸氣體，遇有火源則發(fā)生爆炸。

（3）氯酸鹽電解槽系無隔膜槽，所生成的氣體均混合于電解槽的空間部分。此空間的氣體構(gòu)成第（1）、（2）條時(shí)，遇有火源就會(huì)造成爆炸。

（4）電解槽火源的來源主要是陰極與陽極的接觸、短路及搭接時(shí)所產(chǎn)生的火花。

（5）氯酸鹽電解槽(單室型)的空間(氣相部分)有幾種情況：①有陽極、陰極浸沒于電解液中；②有陽極也有陰極；③雙室型空間不同于單室型。第①與第③種情況比較安全，一般不發(fā)生爆炸，但第②種情況多發(fā)生爆鳴、著火和爆炸。

2 電解槽爆炸的現(xiàn)象、原因及采取的措施

2.1 爬鹽

石墨陽極槽、二氧化鉛陽極槽和金屬陽極槽氣相部分的陰陽極縫隙中常發(fā)現(xiàn)有淡黃色結(jié)晶存在。這是因?yàn)殡娊庖罕砻嫠植粩嗾舭l(fā)，氯酸鹽濃度增高，結(jié)晶不斷析出。當(dāng)結(jié)晶增大到一定程度時(shí)，其陰極與陽極發(fā)生連接。晶體本身是導(dǎo)電體，當(dāng)電流、電壓適宜時(shí)便產(chǎn)生放電火花，提供了火源，電解槽立即爆炸。當(dāng)以氯酸鉀母液和氯化鉀溶液做為電解質(zhì)時(shí)，因其氯酸鉀濃度不斷提高，最易發(fā)生這種現(xiàn)象。解決這個(gè)問題的辦法是提高電解溫度達(dá)到80℃，改石墨陽極為金屬陽極；把2種電極人為地遮蔽1種，防止短路。

2.2 錯(cuò)接

目前，氯酸鹽電解槽采用籠式電極組結(jié)構(gòu)仍然很多，其陰極導(dǎo)線與陽極導(dǎo)線均分別連接在槽蓋的母線上，1個(gè)槽多則七八十支，少則二三十支。安裝操作中誤把陰極連接到陽極上，造成2極接觸，通電后錯(cuò)接的電極導(dǎo)線立即被燒紅，形成明火引起電解槽中氣體著火，甚至是爆炸。因此要求安裝完電解槽要有專人認(rèn)真檢查有無錯(cuò)接現(xiàn)象，確認(rèn)無錯(cuò)接現(xiàn)象后，再通知送電。當(dāng)發(fā)現(xiàn)錯(cuò)接燒紅現(xiàn)象后，應(yīng)立即停電重接。

2.3 遮蔽

目前，我國還有一部分石墨陽極和二氧化鉛陽極電解槽，它們的氣相空間中有陰極和陽極同時(shí)存在。正常情況下，2種電極中有1種電極必須進(jìn)行遮蔽，與相對(duì)應(yīng)的電極實(shí)行保護(hù)，電解便安全地進(jìn)行。但沒有遮蔽或遮蔽物破裂脫落等，因產(chǎn)生放電火花，仍能引起龜解槽爆炸。國內(nèi)多采用陰極遮蔽，簡單易行，安全可靠。

2.4 雷擊

我國氯酸鹽電解槽副產(chǎn)氫氣，大部分生產(chǎn)廠家均經(jīng)過吸收處理，除掉少量氯氣后排放。也有再做進(jìn)一步處理后應(yīng)用于做燃料燒掉，或用于合成雙氧水。氫氣排空的方法基本有2種：（1）一種是每個(gè)電解槽上都有1個(gè)排氣管直接放空；（2）另一種是由1根總管集中排放。這些方法在雷雨季節(jié)極不安全。某廠因雷擊造成電解槽連鎖爆炸，損失嚴(yán)重。所以，電解室要設(shè)避雷裝置，嚴(yán)格考慮保護(hù)角度。應(yīng)逐步改變放空方法，盡量回收利用，節(jié)約能源，保證安全。

2.5 放槽

氯酸鹽生產(chǎn)的電解過程分為連續(xù)電解及間歇電解，國內(nèi)一些小型廠仍實(shí)行間歇電解。間歇電解是周期性放槽，其放槽程序是先通知停電，停電后由放槽工人逐個(gè)槽放液，放完為止。

某廠一操作工人在放槽前沒弄清楚是否停電，就搬動(dòng)放液閥門放出電解液，當(dāng)放至25%，電解槽發(fā)生劇烈爆炸，電極紛飛，電解槽變形、溶液四濺。分析是沒停電放槽造成的后果。因?yàn)椴煌ｋ姺挪郏娊獠蹥庀嗫臻g擴(kuò)大，且大量空氣進(jìn)入電解槽已構(gòu)成混合型爆炸性氣體。當(dāng)電解液面下降后，電極上的遮蔽物保護(hù)部分已不夠用，在電流正常輸入的作用下，陰陽極仍放電不止，出現(xiàn)火花，立即爆炸。由于空間增大，所以威力大、破壞性強(qiáng)。不停電放槽是電解運(yùn)行的大忌，切不可疏忽大意，應(yīng)做到以下幾點(diǎn)：建立停電通知單，接單放槽；提倡連續(xù)電解；加強(qiáng)安全知識(shí)教育，提高放槽工人的安全觀念和操作水平。

2.6 外界

某廠為解決電解生成氣的排放，曾利用埋入地下的管路由引風(fēng)機(jī)抽出、通過水封排放。維修人員將排放口設(shè)在平整地面，由于施工器具的撞擊產(chǎn)生火花，立即引起排放口氫氣燃燒，并順回路返入電解槽，造成一批電解槽爆炸。

排放口設(shè)在地平面上不符合安全要求，理想的辦法是回收氫氣用于燃燒或用于加氫產(chǎn)品的生產(chǎn)。

2.7 加酸

氯酸鹽生產(chǎn)廠為調(diào)節(jié)電解液酸性，保持酸度適中，特別是停電后再開電和剛開電的電解槽，要向電解液中加濃鹽酸，以便盡快恢復(fù)液性。但實(shí)際操作中加酸速度快，鹽酸濃度高，促使發(fā)生化學(xué)反應(yīng)：

產(chǎn)生易燃、易爆氣體二氧化氯，此時(shí)有噼叭聲，實(shí)際上是二氧化氯爆鳴，具備了引爆條件，電解槽隨時(shí)可能爆炸，是很危險(xiǎn)的。應(yīng)控制加酸量，其濃度應(yīng)不大于4 mol/L，電解過程中要減少停電次數(shù)，最好不停電，防止液性變化，降低電流效率。

2.8 靜電

電解槽密封不好，隨生成氣體的排出，部分空氣進(jìn)入電解生成氣系統(tǒng)，改變了排氣系統(tǒng)的氣體組分，成為混合型爆炸性氣體。這種氣體在塑料排氣管中流動(dòng)、摩擦產(chǎn)生靜電，引起管路爆炸，同時(shí)引爆電解槽，損失慘重。國內(nèi)發(fā)生過2次類似的爆炸事故，造成了較大的損失。要解決靜電問題，難度較大，需從電解槽密封著手，采用合適的電流密度，防止氧含量增加，使氣體不在爆炸極限之內(nèi)。排氣塑料管應(yīng)設(shè)有接地線，以消除靜電的產(chǎn)生，保證生產(chǎn)的安全進(jìn)行。

2.9 液面

電解槽運(yùn)行時(shí)，液面控制在一定的位置上，保持一定容量會(huì)得到應(yīng)有的電解產(chǎn)物，同時(shí)也是保證電解槽安全運(yùn)行的措施。但是，由于電解蒸發(fā)液面的下降，在電解過程要不斷補(bǔ)入酸鹽水，并保持一定的液面。有時(shí)電解槽漏液、忘記補(bǔ)液等造成的液面下降，同樣會(huì)使陰陽極產(chǎn)生火花而發(fā)生爆炸。事實(shí)上在同行業(yè)中因液面下降造成的電解槽爆鳴、爆炸現(xiàn)象較其他原因多，都是因檢查不夠、責(zé)任心不強(qiáng)造成的。因此，要嚴(yán)格控制液面、及時(shí)補(bǔ)液，最好實(shí)現(xiàn)連續(xù)補(bǔ)液，使蒸發(fā)量與補(bǔ)液量平衡，以免液面降低到一定程度而來不及補(bǔ)液。

2.10 斷裂

石墨和二氧化鉛陽極都有斷裂現(xiàn)象，特別是石墨陽極，斷電極倒伏于陰極之上，開始可能因陰極表面附著大量沉積物而不會(huì)立即短路。但在特定條件下，石墨陽極嚴(yán)重倒向陰極，在液態(tài)中發(fā)生接觸，也會(huì)發(fā)生爆炸。

3 小結(jié)

電解槽爆炸原因錯(cuò)綜復(fù)雜、因素很多，上述爆炸原因估計(jì)可占90%以上。為避免爆炸發(fā)生，除上述一些對(duì)策外，還應(yīng)在以下幾個(gè)方面進(jìn)行加強(qiáng)：

（1）加強(qiáng)對(duì)電解槽的密封，選擇好的封料(如瀝清、涂料、桐油泥、石灰泥等)可起到良好的密封作用，減少空氣進(jìn)入槽內(nèi)，杜絕混合型爆炸氣體產(chǎn)生；

（2）嚴(yán)格控制液面，液面計(jì)上應(yīng)設(shè)有標(biāo)志，便于檢查時(shí)可以發(fā)現(xiàn)液面的變化；

（3）為防止連鎖爆炸，在電解槽設(shè)計(jì)時(shí)，單槽可設(shè)防爆器、防爆膜；

（4）石墨陽極和二氧化鉛陽極的電流密度不能太大(根據(jù)電解槽的結(jié)構(gòu)確定適宜的電流密度)，防止電解生成氣中的氧含量增加。