電解海水制氯裝置在惠州天然氣發(fā)電公司的應(yīng)用

夏文武

(廣東惠州天然氣發(fā)電有限公司，廣東 惠州 516082)

0 引言

我國(guó)擁有漫長(zhǎng)的海岸線和豐富的海洋資源，隨著濱海電廠、海洋石油、海洋礦產(chǎn)等行業(yè)的迅速發(fā)展，在開發(fā)利用海洋資源的同時(shí)，因海洋生物污損帶來(lái)的損失非常嚴(yán)重，海洋生物污損也越來(lái)越受到關(guān)注。若海洋生物不能被有效抑制，會(huì)導(dǎo)致海水系統(tǒng)運(yùn)行不穩(wěn)定。濱海電廠的冷卻循環(huán)系統(tǒng)和發(fā)動(dòng)機(jī)經(jīng)常因此維修或大修，不僅浪費(fèi)時(shí)間及金錢，而且嚴(yán)重影響安全生產(chǎn)和設(shè)備正常運(yùn)行。目前，電解海水制氯技術(shù)是防止循環(huán)冷卻水系統(tǒng)海洋生物污損最安全、有效、經(jīng)濟(jì)的辦法，已在國(guó)內(nèi)外各海濱電站得到廣泛應(yīng)用。

廣東惠州天然氣發(fā)電有限公司(以下簡(jiǎn)稱惠州天然氣發(fā)電公司)汽輪機(jī)凝汽器循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的介質(zhì)為海水。為防止海洋生物在系統(tǒng)管道和設(shè)備內(nèi)大量生長(zhǎng)繁殖，惠州天然氣發(fā)電公司采用了電解海水制次氯酸鈉系統(tǒng)設(shè)備。這套設(shè)備利用電解海水產(chǎn)生具有毒性的有效氯，擊暈或殺死海洋生物的幼蟲或孢子，達(dá)到防止海洋生物附著和生長(zhǎng)的目的。自2006年至今，該套制氯設(shè)備已正常運(yùn)行8年，保證了惠州天然氣發(fā)電公司循環(huán)水系統(tǒng)安全、穩(wěn)定運(yùn)行。

1 工作原理

海水通過電解槽會(huì)發(fā)生一系列電化學(xué)反應(yīng)。

(1)

(2)

極間化學(xué)反應(yīng)：

(3)

(4)

(5)

(6)

平衡反應(yīng)(3)～(5)的反應(yīng)方向主要取決于pH值和環(huán)境溫度。海水的pH值為8.0～8.5，且溫度在15 ℃時(shí)，所有的分子態(tài)消失，有效氯由次氯酸鈉(NaClO)(約80%)和次氯酸(HClO)(約20%)形態(tài)出現(xiàn)的次氯酸根離子混合物組成。

除上述反應(yīng)外，由于海水中存在鈣、鎂離子，長(zhǎng)時(shí)間電解后，這些離子會(huì)在陰極上形成鈣和鎂的沉淀物，增加電能的消耗，因此，必須通過酸洗的方法定期消除這些沉淀物。

2 技術(shù)條件

SC300/1型電解槽(1組)運(yùn)行特性參數(shù)：額定有效氯產(chǎn)量，85 kg/h；電壓，0～70 V；電流，0～6 050 A；直流電耗，3.72 (kW·h)/kg；海水流量，2×27 m3/h；次氯酸鈉出口質(zhì)量分?jǐn)?shù)，1.37‰；最大承受壓力，36.3 kPa；流速，0.6 m/s。SC300/1型電解槽(1組)安裝特征參數(shù)：總質(zhì)量，128 kg；安裝尺寸，1 270 mm×403 mm×270 mm；陽(yáng)極材料，鈦涂多元貴金屬氧化物陽(yáng)極；陰極材料，哈氏合金(Hastelloy C-276)；進(jìn)/出口法蘭，DN80 mm；槽蓋材料，有機(jī)玻璃(亞克力)；殼體材料，聚氯乙烯(PVC)；密封圈材料，氟橡膠；導(dǎo)電桿材料，鈦-銅；緊固螺栓材料，316不銹鋼；電連接材料，紫銅。

3 SC300/1型電解槽主要部件

(1)電解槽蓋。蓋板采用透明有機(jī)玻璃(亞克力)加工制造，操作人員在運(yùn)行過程中可以透過蓋板直接觀察槽內(nèi)反應(yīng)情況，有利于直觀地判斷和掌握電解槽維修和酸洗時(shí)機(jī)。

(2)電解槽殼體。殼體采用極耐次氯酸鈉腐蝕的PVC材料，進(jìn)、出水口采用法蘭連接。該結(jié)構(gòu)具備更高的安全性和穩(wěn)定性，消除了液體泄漏問題。

(3)陽(yáng)極。陽(yáng)極采用鈦涂貴金屬氧化物涂層的DSA?陽(yáng)極，該陽(yáng)極在0～45 ℃內(nèi)均有良好的電化學(xué)性能，具有長(zhǎng)壽命的使用特性。陽(yáng)極為板網(wǎng)形狀，增加了海水湍流，提高了電解效率。板網(wǎng)狀陽(yáng)極比板式陽(yáng)極的有效活性面積大，提高了產(chǎn)氯量。陽(yáng)極和陰極用聚偏氟乙烯(PVDF)隔離釘保持2.5 mm間距。

(4)陰極。陰極所采用的哈氏合金具有以下特點(diǎn)：在海水和次氯酸鈉介質(zhì)中具有更強(qiáng)的耐蝕性；比鈦陰極析氫電位低0.45 V；拋光表面，減少了鈣、鎂沉淀物的沉積；不會(huì)產(chǎn)生氫脆腐蝕。

(5)密封。槽內(nèi)導(dǎo)電件的密封采用氟橡膠O型圈，殼體和蓋的密封用硅橡膠O型圈。

(6)金屬零件。槽內(nèi)緊固件和結(jié)構(gòu)件的材料均為鈦，外部緊固件材質(zhì)為316不銹鋼。所有緊固件均用扭力扳手按規(guī)定力矩?cái)Q緊，保證密封的可靠性。

(7)導(dǎo)電。電解槽陰極或陽(yáng)極的導(dǎo)電連接件為鈦-銅復(fù)合棒，復(fù)合棒在槽內(nèi)部分為鈦，在槽外部分為銅，槽間電連接采用銅板。

4 設(shè)備運(yùn)行維護(hù)和維修

4.1 運(yùn)行維護(hù)

每個(gè)月都要對(duì)電解槽進(jìn)行酸洗，酸洗時(shí)要求有操作員在場(chǎng)，正常情況下酸滲漏量很少，若出現(xiàn)極限情況(如酸管破損)，可用工業(yè)水沖洗稀釋后排放。酸洗時(shí)，首先將自來(lái)水注入酸洗罐內(nèi)，達(dá)到設(shè)定高度，然后通過酸洗泵使罐內(nèi)自來(lái)水高速流過配比器，在配比器內(nèi)利用流體對(duì)氣體的裹帶作用造成負(fù)壓，從而將鹽酸抽至儲(chǔ)酸罐，使稀鹽酸的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為8%～10%。而后啟動(dòng)酸洗泵，使稀鹽酸在酸洗罐和電解槽組間循環(huán)，以清除陰極上的沉淀物。酸洗結(jié)束后，酸洗泵再把積存在電解槽組內(nèi)的廢酸溶液抽回儲(chǔ)酸罐，中和后排放，酸洗結(jié)束。

4.2 設(shè)備維修

鑒于設(shè)備運(yùn)行已超過廠家推薦的5年檢修周期，惠州天然氣發(fā)電公司在2013年7月在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)對(duì)個(gè)別電解槽進(jìn)行預(yù)防性的解體檢查。在廠家技術(shù)人員的指導(dǎo)下拆卸一個(gè)電解槽時(shí)，發(fā)現(xiàn)電解槽內(nèi)部有一片陽(yáng)極網(wǎng)出現(xiàn)長(zhǎng)5 cm 、寬1 cm的涂層脫落，其他陽(yáng)極網(wǎng)、陰極板、銅鈦導(dǎo)電桿狀況良好。為保證電解槽性能和系統(tǒng)長(zhǎng)久正常運(yùn)行，惠州天然氣發(fā)電公司決定對(duì)2組共28塊電解槽進(jìn)行大修。2013年11月和12月對(duì)所有電解槽進(jìn)行了為期2個(gè)月的返廠維修。在不影響廠區(qū)循環(huán)水加次氯酸鈉處理系統(tǒng)正常運(yùn)行的情況下，維修工作分2批進(jìn)行：先返廠1組電解槽，完成維修并安裝、調(diào)試至正常運(yùn)行后，再進(jìn)行另一組電解槽維修。

電解槽維修主要針對(duì)陽(yáng)極網(wǎng)使用壽命到期和導(dǎo)電組件損壞老化等問題的機(jī)械維修。該類型電解槽陽(yáng)極網(wǎng)正常使用情況下壽命為5年，陰極板永不損壞，其他導(dǎo)電組件視運(yùn)行狀況更換，成套密封件每次拆卸均需全部更換。

第1組拆卸的14個(gè)電解槽126片陽(yáng)極網(wǎng)中有2片陽(yáng)極網(wǎng)有較明顯損壞擊穿現(xiàn)象(如圖1所示)，其他極板外觀良好，少數(shù)涂層略微脫落，對(duì)有瑕疵的陽(yáng)極網(wǎng)進(jìn)行全部更換，并將新陽(yáng)極網(wǎng)集中組裝于3個(gè)電解槽中方便以后區(qū)分維護(hù)。陽(yáng)極網(wǎng)擊穿是因?yàn)槎搪吩斐删植块L(zhǎng)時(shí)間發(fā)熱燒毀，電解槽長(zhǎng)時(shí)間未酸洗，或酸洗不徹底導(dǎo)致沉淀物堆積是造成短路的主要原因；粒徑較大的異物進(jìn)入電解槽也是導(dǎo)致短路的原因之一。

圖1 極板擊穿現(xiàn)象

其他電解槽配件根據(jù)損壞情況更換，銅排、托架等整體翻新。組裝好的電解槽經(jīng)過絕緣試驗(yàn)、水壓試驗(yàn)等一系列性能試驗(yàn)后才能出廠。經(jīng)過2天的安裝調(diào)試后，發(fā)現(xiàn)槽壓等關(guān)鍵數(shù)據(jù)有了明顯改善，而且電解槽再也沒有出現(xiàn)跳機(jī)現(xiàn)象，對(duì)制氯電解槽的特殊修理達(dá)到了預(yù)期效果，保證了汽輪機(jī)凝汽器鈦管等設(shè)備的可靠、穩(wěn)定運(yùn)行。

5 結(jié)論

惠州天然氣發(fā)電公司所使用的電解海水次氯酸鈉發(fā)生裝置，是一種防止電站海洋生物污損的有效裝置。加上檢修和運(yùn)行人員定期檢查電解槽并酸洗，能有效清除電解槽內(nèi)部沉淀物，延長(zhǎng)了陽(yáng)極網(wǎng)使用壽命；同時(shí)利用可編程控制(PLC)系統(tǒng)進(jìn)行控制，自動(dòng)化程度高，安全及可靠性好，減少了運(yùn)行人員的工作量。該裝置的透明板式電解槽安裝、維護(hù)方便，使用壽命長(zhǎng)，啟動(dòng)速度快，完全適應(yīng)惠州天然氣發(fā)電公司作為調(diào)峰電站白天運(yùn)行、晚上停機(jī)的兩班制運(yùn)行規(guī)律，制氯對(duì)循環(huán)水冷卻海水中攜帶的海洋生物能有效抑制和殺滅，對(duì)汽輪機(jī)凝汽器的鈦管起了很好的保護(hù)作用?？傊?，電解海水加氯裝置和惠州天然氣發(fā)電公司一期同時(shí)投產(chǎn)運(yùn)行至今8年，運(yùn)行總體可靠、安全、穩(wěn)定。雖然2013年年底的大修中發(fā)現(xiàn)了一些問題，但相比使用壽命、穩(wěn)定性及經(jīng)濟(jì)性，電解海水制氯裝置不失為濱海電廠抑制和殺滅循環(huán)冷卻海水中的海洋生物，保護(hù)主機(jī)凝汽器鈦管的一種好辦法。