電解裝置異常情況的處理

柯娟娟

(萬華化學(寧波)氯堿有限公司，浙江 寧波 315812)

2021 年1月，萬華化學(寧波)氯堿有限公司( 以下簡稱“萬華氯堿”) 離子膜C線2.75萬t/a項目開車，32%堿直供成品罐區，無需32%堿中間罐，采用直供工藝，生產穩定；既節約了成本，又減少了危險源。本文主要針對C線開車電解槽壓差波動大闡述如何優化C線平穩開車參數的控制。

1 生產情況概述

1.1 離子膜電解工藝流程

鹽水在螯合樹脂塔中除去一次精制過程中未反應完全的鈣鎂離子，充分吸附鈣鎂離子后的二次鹽水進入鹽水高位槽。鹽水在液位差的作用下自流進入陽極入口總管，并在單槽進口管線上進行加酸，通過陽極入口軟管進入電解槽進行電解。電解槽排出含有飽和氯氣的淡鹽水，經氣液分離器進入陽極循環槽，由泵打到脫氯崗位，進一步脫除淡鹽水中的氯氣，達到工藝要求后去一次精制鹽水崗位化鹽。電解槽出來的32%堿液經氣液分離器進入陰極循環槽，由泵打出，一路作為成品堿液去成品罐區，另一路去堿液高位槽經純水稀釋后在液位差作用下，作為電解液進入陰極入口總管，再通過陰極入口軟管進入電解槽進行電解。電解槽出來的濕氯氣經過氯處理送往氯氫處理崗位。

1.2 C線二次鹽水精制單元

一次鹽水精制工序來的一次精鹽水用泵加壓送至鹽水二次精制工序過濾鹽水貯槽，再用泵加壓將過濾鹽水送入2級離子交換樹脂塔進一步將鹽水中微量Ca2+、Mg2+等多價陽離子除去，使其質量分數小于規定值(20×10-9)。從離子交換樹脂塔出來的二次精鹽水進入鹽水高位槽，然后由鹽水高位槽流入電解單元的電解槽。

1.3 C線電解單元

二次精鹽水由鹽水高位槽流入電解槽的陽極室進行電解。鹽水經電解被分解產生氯氣。電解后的低濃度鹽水稱為淡鹽水流入淡鹽水受槽，然后用泵送至淡鹽水脫氯單元的脫氯塔脫氯。

在電解陰極室，水被分解產生氫氣、OH-，OH-與由陽極室遷移來的Na+結合生成32%堿溶液。

電解槽生成的32%堿液流到堿液受槽。一部分與純水混合后返回電解槽的陰極室，而另一部分經冷卻后經輸送泵送至次氯酸鈉消毒劑裝置使用。

電解槽陽極室和陰極室產生的Cl2和H2被分別送至氯氫處理工序處理。

1.4 C線離子膜電解槽運行的重要參數

二次鹽水要求指標如表1所示。

表1 二次鹽水要求指標

1.5 A/B線與C線的設備容積對比

A/B線與C線的設備容積對比如表2所示。

表2 A/B線與C線的設備容積對比

2 C線電解的特點及運行情況

(1)有機膜替代凱膜、無機膜進行鹽水精制。C線一次鹽水采用有機膜制備精鹽水，有機膜產水量大且占地面積小。

(2)系統小。根據表2的數據對比可以看出C線系統非常小，但整套系統設備具備齊全。

(3)鹽泥流量小。因為有機膜處理能力強，采用雙向過濾，在相同的處理能力時，排放的鹽泥液流量低。

(4)全自動控制。裝置可以實現自動化控制，可由一次鹽水中控直接進行監控和操作， 減少了人員的勞動強度，提高了生產效率。

如圖1所示，配水桶淡鹽水來源有電解脫氯、純水補充以及精鹽水回流，無污染。

圖1 C線有機膜工藝簡圖

3 C線控制存在的問題

3.1 C線系統波動大

C線氣相控制過程中單槽壓差及總管壓差，猶豫C線陰陽極體積小受液相液位調節氣相壓力波動呈現線性波動，主要表現為LIC_2C260陽極液儲槽液位調節時陽極側總管壓力隨液位上升而壓力上升 ，LIC_2C260陽極液儲槽液位下降PICA_2C216壓力下降，單槽壓差及總管壓差頻繁波動，而總管壓差PID_2C200聯鎖值0～9 kPa，C線電解槽在負荷調整時游走于系統聯鎖的邊緣。因此C線氣相受液相液位調節影響大。

3.2 有機膜循環碳酸鈉濃度超標

根據操作法C線碳酸鈉加入量控制是以鹽水產量：FIA_1C204按1∶5.5比例實現，根據分析指標由內操調整串級系數，控制碳酸鈉指標在0.4～1.0 g/L；由于C線系統小，電解槽滿負荷時需精鹽水35 m3/h而C線有機膜為70 m3/h，還有一半的鹽水需循環打至C線配水桶，隨時間的增加粗鹽水碳酸鈉逐漸上升至超標。

4 優化過程

4.1 有機膜出口分流

因C線系統小有機膜產水量大于C線鹽水消耗，有部分精鹽水回收至配水桶嚴重影響C線粗鹽水碳酸鈉指標，現將有機膜出水分一路引至B化鹽池，減少C線有機膜循環量，并結合現場兩堿儀數據實時調整碳酸鈉加入量，以保障碳酸鈉指標控制在合格范圍內。

4.2 電流調整速率及暫停時機優化

通過對壓差波動趨勢進行分析，發現C線電解槽壓差波動控制需要進一步優化，運行過程中內操將C線開車時電解槽壓差受液相波動影響大反饋給專業并要求電解槽負荷3 kA以下電流速率由原來的500 A/min調整至300 A/min，以減小液相波動。通過一段時間測試，發現電流3 kA暫停時氣相壓力變化無規律并且不受液相波動影響，陽極側氣體憋壓將電流調整至4 kA，氣相波動消失，C線電流升至4.0 kA后暫停進行電解槽軟管檢查，避開3.0 kA電流暫停。控制效果良好，壓差控制穩定。

4.3 C線系統的氫氣并網及退出

確認LT-2C2600氫氣水封加水，發生溢流；DCS內操將PV-2C226與陽極側壓力串級，壓力控制在4 kPa，ZV-2C229處于關閉狀態；DCS內操將PV-2C228手動開啟30%，壓力控控制2～5 kPa(如30%閥門開度壓力無法保證可根據實際情況進行調整)；當電解槽電流升至6.0 kA時關閉FICS-2C279，陰極循環罐停止沖入C 氮氣；開啟氫氣水封充氮將PV-2C228手動憋壓至氫壓機進口壓力，開啟ZV_2C229進行并網，氫氣并入系統后緩慢關閉PIC_2C228并打自動SV設定值：3 kPa。

當電流降至6 kA時，解除如下SIS聯鎖：ZV_2C279,ZV_2C218, ZV_2C219,PV_2C228,ZV_2C229；PV-2C228切換自動,SV值設定2.5KPa，關閉ZV-2C229切斷閥。

C線氫氣并網工藝簡圖如圖2所示。

圖2 C線氫氣并網工藝簡圖

4.4 調節閥PID優化

C線電解槽投用LIC_2C260、PIC_2C216調節閥PID參數均為設計院原始數據，內操根據C線開車時LIC_2C260變化實時調節LIC_2C260 、PIC_2C216 PID參數，LIC_2C260原來的P：0.5，I：50整定為P：0.2，I：60；將PIC_2C216 PID參數由原來的P：0.4，I：80整定為P：0.3，I：40。通過一段時間測試，LIC_2C260液位達到穩定控制效果，PIC_2C216自控效果穩定。

5 結語

C線PIC_2C216,LIC_2C260 PID參數優化自2021年1月29日投用至今，經驗證能夠適應C線負荷調整及開停車鹽水流量變化及陽極側壓力變化、C線電流速率優化及電流暫停時機優化于2021年1月29日電解槽壓差波動及氣相總管壓力波動均有明顯改善，基本實現C線開車電解槽壓差平穩，零操作要求。PID參數優化使控制回路長周期運行穩定，提高裝置運行自控率和平穩率。