電解海水制次氯酸鈉發(fā)生裝置在海洋平臺(tái)上的應(yīng)用研究

萬(wàn)建信 溫佳京 李 洋 陳方連 馬玉斐

電解海水制次氯酸鈉發(fā)生裝置在海洋平臺(tái)上的應(yīng)用研究

萬(wàn)建信 溫佳京 李 洋 陳方連 馬玉斐

（青島雙瑞海洋環(huán)境工程股份有限公司，山東 青島 266101）

本文首先介紹電解海水的發(fā)生原理，然后分析電解海水制次氯酸鈉工藝流程特點(diǎn)，并總結(jié)出海洋平臺(tái)上制次氯酸鈉的一些技術(shù)要點(diǎn)，旨在最大程度地優(yōu)化電解過(guò)程的技術(shù)參數(shù)，提高整個(gè)系統(tǒng)的電流效率。

防污；電解海水；次氯酸鈉

目前為止，電解海水是防止冷卻水系統(tǒng)免遭生物污損最有效的方法，并已在國(guó)內(nèi)外各海濱電站廣泛應(yīng)用［1］。了解電解海水中影響制氯效率的因素和規(guī)律，對(duì)優(yōu)化電解海水制次氯酸鈉裝置的運(yùn)行參數(shù)，提高系統(tǒng)運(yùn)行效率具有重要意義。

1 電解海水的發(fā)生原理

電解海水制氯工作原理如圖1所示。

如圖1所示，海水在發(fā)生電解反應(yīng)的過(guò)程中，H2O和Cl-首先被電解，然后發(fā)生混合反應(yīng)產(chǎn)生NaClO［2］。

2 電解海水制次氯酸鈉工藝流程

電解海水制次氯酸鈉工藝流程示意如圖2所示。在發(fā)生裝置中，海水按照穩(wěn)定的流速注入電解池中，池中恒定地通入直流電，而海水中NaCl的存在方式為Na+、Cl-正負(fù)離子，然后在直流電產(chǎn)生的電場(chǎng)中，分別在正負(fù)兩級(jí)產(chǎn)生Cl2、H2和NaOH，進(jìn)而生成NaClO［3］。

在整個(gè)過(guò)程中，電解池的海水取自我國(guó)渤海某海港，該海域海水平均溫度較低，海水淡化產(chǎn)出淡水和濃海水，這種海水中鹽的質(zhì)量分?jǐn)?shù)高達(dá)4%～5%，為平通海水的一到兩倍，這些濃海水一般最后被直接排放入海，不僅污染了海域，還造成了資源的浪費(fèi)［4］。該過(guò)程的工藝流程為：電解產(chǎn)生的潮濕氯氣，其溫度一般在85～95℃，經(jīng)過(guò)冷卻池初步冷卻后，與次氯酸鈉吸收塔的循環(huán)堿液發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，并發(fā)出大量熱；接著未被吸收的氯氣在吸收塔抽吸的作用下進(jìn)去中間貯罐；同時(shí)，吸收塔中的吸收液通過(guò)換熱器進(jìn)入吸收器進(jìn)口處，開(kāi)始下一程序的吸收。

圖1 電解海水制氯工作原理

圖2 電解海水制次氯酸鈉工藝流程示意圖

3 電解海水發(fā)生裝置的設(shè)計(jì)

3.1 電解制氯理論值計(jì)算

計(jì)算海水電解制次氯酸鈉效率的高低，一般采用有效氯濃度進(jìn)行判別。通過(guò)化學(xué)方程式計(jì)算，次氯酸鈉分子量是氯氣的1.05倍，而在發(fā)生化學(xué)反應(yīng)期間，同樣的NaClO與Cl2分子轉(zhuǎn)移的電荷數(shù)量相同，因此，在電解過(guò)程中，產(chǎn)生1.05g的次氯酸鈉，等同于產(chǎn)生1g氯氣。

電解海水制次氯酸鈉發(fā)生裝置內(nèi)產(chǎn)量一般以Cl2產(chǎn)生率為標(biāo)準(zhǔn)，計(jì)算公式為：

其中，G為有效氯產(chǎn)率，單位為g/h；C為有效氯濃度；Q為次氯酸鈉溶液流量。

電解池中持續(xù)一定時(shí)間的通電后，有效生成Cl2和理論計(jì)算比值為電解池生成Cl2的電流效率。根據(jù)法拉第電解原理計(jì)算，電解池每小時(shí)產(chǎn)生的Cl2為1.323g。電流效率h計(jì)算公式為：

其中，I為電解電流；n為電極串聯(lián)級(jí)數(shù)。在海上平臺(tái)上，電力資源有限，因此，在選擇電解海水發(fā)生裝置時(shí)往往選用功率比較小的次氯酸鈉發(fā)生裝置。對(duì)于平臺(tái)電流消耗情況，一般通過(guò)計(jì)算交流電耗（PAC）值的方法來(lái)衡量，PAC表示在裝置工作正常的情況下生成1kg Cl2所耗費(fèi)的交流電，計(jì)算表達(dá)式為：

其中，P1為整個(gè)裝置額定功率。

3.2 發(fā)生裝置設(shè)計(jì)

海水平臺(tái)上海水電解制次氯酸鈉發(fā)生裝置主要核心包括海水自動(dòng)過(guò)濾器、海水除沙器、次氯酸鈉發(fā)生器、次氯酸鈉貯存罐、水泵、風(fēng)機(jī)、酸洗裝置和其他儀器儀表。制次氯酸鈉流程如圖3所示。

如圖3所示，該裝置循環(huán)水量為70 000t/h，次氯酸鈉加藥量為1mg/L，并且可以根據(jù)海生物滋生快慢情況，選擇使用3mg/L的沖擊式投加方式，時(shí)間間隔為0.5h。裝置系統(tǒng)主要核心部件的技術(shù)要求如下：

①自動(dòng)過(guò)濾器。該過(guò)濾器精度為40mm，反洗過(guò)程由海水出入口壓差智能調(diào)節(jié)器控制，當(dāng)壓差超過(guò)閥門(mén)閾值，機(jī)器自動(dòng)對(duì)過(guò)濾網(wǎng)上的污物進(jìn)行沖洗。

圖3 制次氯酸鈉流程圖

②除沙器。為了防止海水中的沙粒進(jìn)入電解池，損害或磨損電極極片，在海水升壓泵后設(shè)置一臺(tái)除沙器。

③次氯酸鈉電解池。該電解池采用美國(guó)Seven-Trend De Nora公司生產(chǎn)的SC330/1海水電解池，電解作為整個(gè)系統(tǒng)的核心，可以將海水直接電解為Cl2，因此，該部件的生產(chǎn)效率直接決定整套裝置的性能。

④次氯酸鈉貯存罐。次氯酸鈉貯存罐出入口分別設(shè)置了手、動(dòng)一體的隔膜閥，且膜的材質(zhì)采用ABS，安全性較高。貯存罐安裝有磁翻柱液位計(jì)，用來(lái)指示次氯酸鈉存儲(chǔ)量。

⑤酸洗裝置。酸洗裝置采用玻璃制作，該裝置和次氯酸鈉貯存罐一樣，在出入口分別設(shè)置了手、動(dòng)一體的隔膜閥，膜使用的也是ABS材質(zhì)。酸洗裝置配備有磁翻柱液位計(jì)，用來(lái)顯示酸儲(chǔ)量。酸洗裝置的體積可以保證兩次清洗所需的酸量，結(jié)構(gòu)采用組合框架。

4 結(jié)語(yǔ)

本文首先描述了海上作業(yè)平臺(tái)上電解海水制氯的原理，接著分析了制次氯酸鈉工藝流程，最后根據(jù)電解制氯理論值計(jì)算方法設(shè)計(jì)了一套電解海水發(fā)生裝置。該裝置對(duì)了解電解海水中影響制氯效率的因素和規(guī)律，對(duì)優(yōu)化電解海水制次氯酸鈉裝置的運(yùn)行參數(shù)，提高整個(gè)系統(tǒng)的電流效率具有重要意義。

［1］王屹，薛峰，蘆存財(cái)，等.海洋平臺(tái)上次氯酸鈉發(fā)生裝置的設(shè)計(jì)應(yīng)用［J］.應(yīng)用能源技術(shù)，2012（5）：4-7.

［2］宋揚(yáng)，汪曉軍.次氯酸鈉生產(chǎn)工藝的安全設(shè)計(jì)［J］.氯堿工業(yè)，2007（10）：7-9.

［3］王玲利.直接電解海水防污用陽(yáng)極的制備及性能研究［D］.大連：大連理工大學(xué)，2007.

［4］陳佼驕.電解海水防污系統(tǒng)中有效氯的研究［D］.青島：中國(guó)海洋大學(xué)，2006.

Study on the Application of Sodium Hypochlorite in Electrolysis Seawater in Offshore Platform

Wan Jianxin Wen Jiajing Li Yang Chen Fanglian Ma Yufei
（Qingdao SunRui Marine Environmental Engineering Co.,Ltd.，Qingdao Shandong 266101）

This paper first introduced the principle of electrolysis of seawater,and then analyzed the process characteristics of electrolytic seawater sodium hypochlorite,and summarized some technical points of sodium hypochlorite on offshore platform.It aims to optimize the technical parameters of electrolysis process and improve the whole system of the current efficiency.

antifouling；electrolyzed seawater；sodium hypochlorite

TM621.8

A

103-5168（2017）09-0145-02

2017-08-03

萬(wàn)建信（1986-），男，工程師，碩士，研究方向：電廠化學(xué)水處理。