離子膜槽電壓升高的原因分析及思考

王奮斗，孟憲忠，王記孝，席引尚

（陜西金泰氯堿化工有限公司，陜西 榆林 718100）

鹽水質量的好壞，直接影響到離子膜的使用壽命，而進電解槽的其他介質，如鹽酸、純水的質量同樣對離子膜有著重要的影響，一旦出現超標，離子膜將受到污染，因此，對進電解槽各種物料進行管理以及指標出現超標時，在最短時間內發現并處理，對延長離子膜的使用壽命有著重要的意義。

1 運行經過

該企業有兩套離子膜電解裝置，電解槽采用加酸工藝，鹽酸全部為二線鹽酸吸收生產，進入專用鹽酸儲槽供電解使用。2018年1月1日，電解工段當班人員發現進電解槽鹽酸顏色發黃，于是立即停止一二線電解槽加酸，并從電解槽加酸口、鹽酸吸收器下酸口以及供電解鹽酸出口取樣分析，分析結果全部合格，但為確保離子膜安全運行，對顏色發黃的鹽酸進行了置換，分析結果分別見表1、表2、表3。

從表1-3看出，無論是顏色發黃的鹽酸還是置換合格的鹽酸，質量分析全部合格。在確認鹽酸質量合格后，1月1日下午恢復二線電解槽加酸，15時50分恢復一線電解槽加酸，運行至17時左右，發現一二線槽電壓出現整體同步快速上升，槽電壓升高了約5～7 V。數據分別見表4、表5。

表1 顏色發黃后鹽酸分析結果10-6

表2 鹽酸分析結果10-6

表3 顏色恢復正常后鹽酸分析結果10-6

表4 一線加酸前后電壓變化趨勢V

表5 二線加酸前后電壓變化趨勢V

2 排查經過

針對兩套裝置槽電壓短時間內同時出現快速升高現象，判斷為系統共性問題，由于分析鹽酸是合格的，暫時排除了鹽酸質量超標的可能性。

2.1 二次鹽水質量排查

運行至1月2日對一二線二次鹽水進行分析，分析結果見表6，二次鹽水質量全部合格，可以排除。

表6 1月2日一二線二次鹽水質量分析10-6

2.2 純水質量排查

在一二線電解界區內純水總管取樣分析，純水質量合格，所以可以排除，數據見表7。

表7 1月2日一二線電解槽配酸用純水質量分析數據10-6

2.3 鹽酸分析

針對之前對鹽酸質量的分析，1月2日再次對鹽酸取樣進行分析，質量合格，見表8。

運行至1月3日8時30分在電解取樣分析鹽酸，分析結果超標，見表9。

于是立即停止一二線電解槽加酸，在電解槽停止加酸后，發現一二線電解槽電壓出現同步下降，并逐步恢復至正常，下降幅度見表10和表11。

表8 1月2日鹽酸分析結果10-6

表9 1月3日鹽酸分析結果10-6

表10 一線電槽停酸前后槽電壓變化趨勢V

表11 二線電槽停酸前后槽電壓變化趨勢V

由于之前槽電壓出現升高后，分析鹽酸質量一直合格，為進一步確認鹽酸質量是否超標，再次從鹽酸儲槽出口取樣分析，結果鈣鎂鐵含量嚴重超標，分析結果見表12。

表12 1月3日鹽酸分析結果10-6

由此判斷槽電壓升高的原因應該還是鹽酸質量超標造成的，因為在槽電壓出現升高前后，鹽酸工序并未進行任何操作，一直采用二線吸收做酸，由此判斷可能是石墨吸收器泄漏，但從吸收下酸處分析鹽酸濃度來看，與之前無明顯變化。隨后對吸收消耗純水進行排查，發現吸收水從1月1日開始單耗出現降低，這與槽電壓開始升高的時間吻合，所以進一步確定了鹽酸超標是由石墨吸收器泄漏，循環水漏入鹽酸造成的二線石墨吸收純水消耗見表 13、圖 1。

表13 槽電壓出現升高前后二線石墨吸收器消耗純水對比

圖1 槽電壓升高前后D吸收水單耗趨勢圖（V）

根據上述分析，立即停止吸收做酸，進行查漏確認，當吸收停止做酸后，發現石墨吸收器Ⅰ段下酸視鏡中有大量水流下，判斷為Ⅰ段吸收器泄漏，第二天對二線石墨吸收器進行解體檢查，將拆下的石墨塊進行打壓試漏，發現從底部向上第3塊石墨塊孔氣孔與水孔串通。

與此同時，為保證公司自用酸量，將二線氯化氫通過點爐分配臺進入一線吸收做酸，并分析吸收下酸質量，合格后直接進入鹽酸儲槽進行反復置換，直至合格，分別見表14和表15。

表14 一線B吸收下酸分析結果10-6

表15 一線B槽鹽酸分析結果10-6

在確認鹽酸儲槽鹽酸合格后，再次開始向一線電解槽ABC開始加酸，流量500 L/h，加酸后槽電壓未出現之前上漲現象，加酸后槽電壓變化見表16。

表16 1月10日一線ABC槽加酸后槽電壓變化趨勢V

加酸連續運行至24 h后，對D、E、F槽開始加酸，加酸后槽電壓也未出現升高現象，見表17。

表17 一線DEF槽加酸后槽電壓變化趨勢V

隨后對二線4臺電解槽也開始加酸，加酸后槽電壓也未出現升高現象，見表18。

表18 二線4臺電解槽加酸后槽電壓變化趨勢V

1月12日二線石墨吸收器堵漏完成后，開始安裝，并開始做酸，從下酸口分析鹽酸合格后直接切換進入鹽酸B槽，并開始供電解，槽電壓未出現升高現象，見表19。

表19 二線D吸收下酸分析結果10-6

3 原因分析

綜合上述，造成一二線電解槽槽電壓急劇升高原因是D吸收Ⅰ段吸收器泄漏，循環水漏入鹽酸中造成鹽酸質量超標引起的，質量不合格的鹽酸污染了離子膜。但根據離子膜電解原理、結構及金屬雜質在膜中的沉積機理，并結合實際運行經驗，離子膜一旦被鈣鎂等金屬離子污染后，通過水洗，會出現一定的降低，但不能恢復到正常值。而此次槽電壓升高后并未進行洗槽，只是停止加酸后，槽電壓便出現下降并恢復至正常值。因此，造成本次槽電壓升高的原因有可能是循環水中的有機物（循環水中加有各種藥劑）超標引起的，當其與鹽酸進入電解槽后，會產生以下影響。

（1）在陽極液中產生泡沫，從而造成陽極室中氣液比增加、陽極液電阻增大、電流分布不均勻，最終造成槽電壓升高。

（2）有機物進入電解槽后覆蓋了陽極涂層，降低陽極的活性區域，電流分布變差，限制氯離子接近陽極，造成槽電壓升高。

（3）有機物進入離子膜，被離子膜吸收被氧化后，造成離子膜溶脹，其排斥陰離子的能力將下降，從而導致電流效率下降。

當停止加酸后，有機物對電極及離子膜的影響消失，可能是有機物作用的時間短，沒有對離子膜造成損傷，所以在停止加酸后出現槽電壓降低并恢復正常的現象。

4 結語

電槽管理主要數據有槽電壓、電流效率、電耗、鹽水質量、鹽酸質量、純水質量、出槽鹽水質量、成品堿質量等，這些數據基本靠現場實測或取樣人工分析，然后進行人工記錄或DCS采集后進行計算得出。而鹽水質量、鹽酸質量、純水質量一旦出現超標，最終通過槽電壓、電流效率、電耗表現出來，而這也只能在參數出現大的異常變化時才能發現，對于在短時間出現微小異常不易及時發現，不能準確快速查找到原因，例如電壓短時間內上漲、電效突然下降等，且存在滯后性，并受分析誤差、技術人員工作能力及經驗限制，分析判斷問題存在局限性。

如果將影響槽電壓、電流效率、電耗等直接或間接的指標例如二次鹽水質量、純水質量、鹽酸質量、鹽酸吸收水單耗等數據導入數據庫中，實現DCS、PLC等數據與數據庫數據同步記錄。并對具備電槽運行數據異常預警，數據對比分析，異常工況原因快速分析等功能，根據不同負荷情況，對影響電解運行的參數設定正常波動范圍，并設置上下限報警值，起到異常狀態下提前預警的作用

吸收器出現輕微泄漏時，最早出現變化的參數應該是吸收水的消耗量，由于變化較小，操作人員在短時間內是無法發現的，但如果通過數據庫管理，對吸收水的單耗設定在線實時計算報警，當吸收水出現降低趨勢時，系統立即發出報警，判斷為吸收器漏水，操作人員可立即停止吸收做酸，進而停止電解槽加酸，接下來再對鹽酸質量進行分析，這樣的話，就可以避免上述問題的發生或將問題限制在最短的時間內發現、處理，不至于造成嚴重的影響。

收稿日期：2018-05-22

湖北嚴控新上煤電項目化工項目須進園區

近日，湖北省發改委（省能源局）印發污染防治攻堅戰工作實施方案，提出到2020年完成國家下達的鋼鐵、煤炭、小火電等行業過剩產能壓減任務，燃煤火電機組基本完成超低排放改造，能源消費總量控制在1.89億t標準煤以內，單位生產總值能耗比2015年下降16%。

該實施方案提出，嚴禁新增粗鋼冶煉產能；鋼鐵、水泥、玻璃等產能過剩行業的新、改、擴建項目，必須實行等量或減量置換。建立違法違規鋼鐵項目有獎舉報制度，加大查處力度，嚴防退出產能恢復生產，嚴厲打擊取締地條鋼。

嚴格新建工業項目布局，不符合政府核準的投資項目目錄的項目，一律不予核準或備案。長江干流及主要支流岸線一公里范圍內不再新建重化工及造紙行業項目，一公里外的石油化工和煤化工項目必須進園區，按照程序批復后實施。加快推進老工業區151家工業企業搬遷改造工作。

優化能源結構，嚴控新上煤電項目，全省市州城市建成區嚴禁新建除上大壓小、熱電聯產外的燃煤電廠。嚴格執行國家標準，對達不到當年國家標準的煤電機組予以關停。及時關停拆除“僵尸機組”，兩年以上不運行的機組不再安排優先發電量計劃；三年以上仍不運行機組，動員企業主動申請關停并核銷容量。鼓勵小型供熱機組盡早退出運行，加快推進火電機組超低排放改造，全省新建燃煤火電機組全部執行超低排放標準，到2020年，全省燃煤火電機組基本完成超低排放改造。