離子膜電解槽的管理工作

范亞妮，沙　劍，善忠芳，張妮妮，王有科（金川集團(tuán)股份有限責(zé)任公司化工廠，甘肅金昌737100）

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離子膜電解槽的管理工作

范亞妮，沙劍，善忠芳，張妮妮，王有科
（金川集團(tuán)股份有限責(zé)任公司化工廠，甘肅金昌737100）

摘要：介紹了金川集團(tuán)股份有限公司化工廠根據(jù)離子膜電解裝置的管理經(jīng)驗(yàn)提出的一套有效、系統(tǒng)的離子膜電解槽管理方式。

關(guān)鍵詞：離子膜電解槽；電解槽管理；離子膜；管理

金川集團(tuán)股份有限公司化工廠（以下簡(jiǎn)稱金川化工）現(xiàn)有2套離子膜燒堿裝置，設(shè)計(jì)能力40萬t/a，分兩期建成，均為引進(jìn)藍(lán)星（北京）化工機(jī)械公司成套技術(shù)和關(guān)鍵設(shè)備。從目前來看，各企業(yè)都比較重視電解槽的管理工作，成立了專職的電解槽管理小組，因此，以金川化工電槽管理經(jīng)驗(yàn)為例，供各離子膜電解槽廠家討論。

1　電解槽簡(jiǎn)介

金川公司的2套離子膜電解槽分別為ZMBCH-2.7型和NBZ-2.7型。

ZMBCH-2.7型是2009年引進(jìn)的高電流密度復(fù)極式電解槽，裝置能力20萬t/a，電解槽數(shù)10臺(tái)，146單元/臺(tái)，單元有效面積2.7 m2，設(shè)計(jì)電流密度4.5 kA/m2。技術(shù)特點(diǎn)：陰、陽(yáng)極自然循環(huán)；電流分布均勻，膜利用率高；結(jié)構(gòu)緊湊，維修方便。

NBZ-2.7型是2012年引進(jìn)的膜極距復(fù)極式電解槽，裝置能力20萬t/a，電解槽數(shù)8臺(tái)，150單元/臺(tái)，單元有效面積2.7 m2，設(shè)計(jì)電流密度5.5 kA/m2。技術(shù)特點(diǎn)：陰、陽(yáng)極自然循環(huán)；電流分布均勻，運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)低，噸堿耗能低、運(yùn)行電密高、膜利用率高；結(jié)構(gòu)緊湊，維修方便。

2　電解槽管理

離子膜電解槽的管理是圍繞離子交換膜和電解單元槽框的運(yùn)行展開，讓離子交換膜達(dá)到最佳運(yùn)行狀態(tài)，電解單元槽框達(dá)到設(shè)計(jì)使用壽命，使電解裝置長(zhǎng)期高效運(yùn)行。

2.1成立電槽管理小組

目前，國(guó)內(nèi)離子交換膜全部要從國(guó)外進(jìn)口，在使用之前又沒有可靠的技術(shù)手段去檢測(cè)膜的性能，只能在使用過程中對(duì)電解槽進(jìn)行全分析檢測(cè)，根據(jù)數(shù)據(jù)判斷膜的性能。

為了管理和檢修工作的需要，成立電解槽管理組，對(duì)電解槽進(jìn)行專項(xiàng)管理。把購(gòu)進(jìn)的離子膜電解槽單極槽、復(fù)極槽、單元槽片、端框進(jìn)行及時(shí)電子建檔登記。建檔編號(hào)可按其出廠銘牌上的編號(hào)，也可自行編號(hào)，以記錄該單元槽出廠日期、投產(chǎn)日期、更換日期檢修內(nèi)容等。以便使用和檢修時(shí)作參考。離子膜作為電解槽的另一重要部件，一張離子膜的價(jià)格在1萬元以上，使用壽命為3年或更長(zhǎng)一些，按照每張離子交換膜的出廠編號(hào)進(jìn)行建檔，可以追尋到其使用蹤跡，以便查看離子交換膜的使用狀況。統(tǒng)計(jì)并整理與電解槽相關(guān)的數(shù)據(jù)，通過分析這些數(shù)據(jù)的變化，得出結(jié)論，再去指導(dǎo)生產(chǎn)。這里以電解槽溫為例［1］：理論上說槽溫升高1℃，槽電壓下降10 mV，可以通過實(shí)踐去驗(yàn)證［1］。同時(shí)槽溫控制在多少最合適，既節(jié)約電解電耗又不影響離子膜的壽命，這就需要長(zhǎng)期的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)才能得出結(jié)論。電解槽管理組負(fù)責(zé)修槽和運(yùn)轉(zhuǎn)的交接，對(duì)電解槽出槽和送電要進(jìn)行全分析數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)和記錄，對(duì)開停電槽進(jìn)行確認(rèn)。新槽進(jìn)行72 h考核驗(yàn)收，記錄清楚各項(xiàng)數(shù)據(jù)，誰出問題誰負(fù)責(zé)任。

2.2保證電解裝置連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行

保證電解裝置連續(xù)、穩(wěn)定的運(yùn)行，盡可能不停車，這是個(gè)硬指標(biāo)。這不僅體現(xiàn)了電解槽的管理水平，更體現(xiàn)了各企業(yè)的全面管理水平需要各環(huán)節(jié)，包括工藝、設(shè)備、電氣、儀表、分析等都有可靠的保證。

反復(fù)停車，不管是緊急停車還是計(jì)劃停車，電解槽內(nèi)都會(huì)產(chǎn)生“電池效應(yīng)”，會(huì)使陽(yáng)極發(fā)生還原反應(yīng)、陰極發(fā)生氧化反應(yīng)，涂層受損，并導(dǎo)致槽電壓升高；產(chǎn)生的反向電流也可以使水分反向遷移，導(dǎo)致膜起泡，引起離子膜的物理性能破壞，造成不可逆的電流效率下降，氯氣純度下降；經(jīng)常開、停車還會(huì)導(dǎo)致電解槽溫度頻繁變化，使膜膨脹和收縮，很容易產(chǎn)生褶皺；開、停車時(shí)氣相壓差不穩(wěn)，極易使膜出現(xiàn)針孔或物理性的損壞。國(guó)外先進(jìn)企業(yè)的離子膜平均運(yùn)行壽命都達(dá)到3～5年，個(gè)別到8年，而國(guó)內(nèi)僅三年左右甚至更少；國(guó)外的企業(yè)年平均停車僅幾次或更少，國(guó)內(nèi)少則十幾次，多則達(dá)到幾十次。在這方面，差距是明顯的。

供電系統(tǒng)異常停車，如動(dòng)力電不能及時(shí)恢復(fù)，機(jī)泵不能運(yùn)轉(zhuǎn)，電解槽不能及時(shí)排液、洗槽，陰、陽(yáng)電極活性涂層和離子膜受嚴(yán)重影響，造成不可逆損傷，導(dǎo)致明顯的電壓上升，電流效率下降，氯氣純度下降。

2.3加強(qiáng)工藝控制

電解槽工藝指標(biāo)的重要性不言而喻，可是在電解槽的工藝控制上仍會(huì)出現(xiàn)各種各樣的問題，導(dǎo)致離子膜或電解槽運(yùn)行壽命縮短。

離子膜電解工藝控制指標(biāo)有鹽水質(zhì)量、陰極液NaOH濃度和陽(yáng)極液淡鹽水濃度。這些指標(biāo)因離子膜不同而稍有區(qū)別，但原理是相通的。

要強(qiáng)調(diào)的是必須保證二次精制鹽水的質(zhì)量，不能出現(xiàn)偏差，即使出現(xiàn)一次不合格鹽水進(jìn)槽，后果都是很嚴(yán)重的。鹽水質(zhì)量出現(xiàn)異常時(shí)，一定要按操作規(guī)程降電流或緊急停車，避免鹽水中的雜質(zhì)對(duì)離子膜產(chǎn)生不可逆的損傷。鹽水中鈣、鎂離子等雜質(zhì)含量增加時(shí)，可明顯觀察到電流效率下降。

現(xiàn)在國(guó)內(nèi)能源緊張，電價(jià)上漲，在工藝控制上應(yīng)盡量降低電解槽電壓，減少液堿電耗。電解槽溫度每升高1℃，單元電壓降低0.01 V；堿質(zhì)量分?jǐn)?shù)每降低1%，單元電壓降低0.014 V。在保證不超過控制指標(biāo)的情況下，槽溫控制在88～90℃，堿質(zhì)量分?jǐn)?shù)控制在32%左右，電解槽電壓明顯降低，減少了電解電耗，經(jīng)濟(jì)效益可觀。

在離子膜電解工藝控制指標(biāo)中，電解槽壓力和壓差是一項(xiàng)非常重要的指標(biāo)，裝置運(yùn)行中，陰、陽(yáng)極氯、氫氣的壓差過大或反壓差，會(huì)造成膜的損傷和陰、陽(yáng)極極網(wǎng)的凹陷變形，更有甚者，還會(huì)發(fā)生爆炸［2］。壓差過高或過低還會(huì)使離子膜與電極反復(fù)摩擦受到機(jī)械損傷，形成針孔或變薄，導(dǎo)致離子膜運(yùn)行壽命縮短。在現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)中，部分槽解體后發(fā)現(xiàn)離子膜變黑，可能是因?yàn)殛?yáng)極室壓力升高，使平時(shí)貼向陽(yáng)極側(cè)的膜移向陰極，陰極表面鐵銹或鎳涂層和其他沉淀物沉積在膜中，使膜受到污染。

2.4提高分析準(zhǔn)確性

生產(chǎn)過程中，關(guān)鍵工藝指標(biāo)的控制尤其重要，企業(yè)在做好關(guān)鍵指標(biāo)控制的同時(shí)，要確保數(shù)據(jù)分析的可靠性、準(zhǔn)確性。不準(zhǔn)確的分析數(shù)據(jù)無法指導(dǎo)生產(chǎn)，甚至造成生產(chǎn)事故。這就要求電氣、儀表、分析檢測(cè)機(jī)構(gòu)定期校驗(yàn)儀表設(shè)備、電氣，定期配置更換分析所用的標(biāo)準(zhǔn)溶液，定期做好數(shù)據(jù)的分析整理。例如，電解槽氣體樣中氯含氫、氫含氧指標(biāo)，每天做好統(tǒng)計(jì)分析，指標(biāo)異常及時(shí)處理，并形成統(tǒng)一的管理臺(tái)賬。例如，每天做1次單臺(tái)氯氣純度、氫氣純度分析，若氯氣純度低于98%、氯中含氧高于0.5%時(shí)必須停產(chǎn)檢修；每天監(jiān)測(cè)單臺(tái)電槽出口淡鹽水的NaCl含量、pH值、游離氯、陰極液出口NaOH濃度和氫氣純度；每天監(jiān)測(cè)1臺(tái)電槽的堿中含鹽量（微量分析）。以上的指標(biāo)分析要求準(zhǔn)確，才能對(duì)生產(chǎn)作出正確指導(dǎo)，否則會(huì)造成嚴(yán)重的生產(chǎn)事故。

3　結(jié)語

離子膜制堿裝置運(yùn)行4年來，對(duì)離子膜電解槽的維護(hù)管理做了大量工作，也積累了一些經(jīng)驗(yàn)，但離子膜制堿技術(shù)還有很多不夠完善的地方，越是先進(jìn)的技術(shù)更需要消化吸收，也更需要不斷提高維護(hù)和管理的能力和水平。

參考文獻(xiàn)：

［1］錢永純.討論離子膜電解槽的管理工作.氯堿工業(yè)，2006，（10）：19-20.

［2］刑家悟.離子膜法制燒堿操作問答.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2009. 190-191.

Management of ion-exchange membrane electrolysis cell

FAN Ya-ni，SHA Jian，SHAN Zhong-fang，ZHANG Ni-ni，WANG You-ke
（Jinchuan Group Co.，Ltd.，Chemical plant，Jinchang 737100，China）

Abstract：The management style and management experience of ion-exchange membrane electrolysis cell were introduced.

Key words：ion membrane electrolysis cell；management

中圖分類號(hào)：TQ114.26

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：1009-1785（2016）04-0045-02

收稿日期：2015-05-10