電解槽零極距改造總結(jié)

孔 亮，郭春輝

（山東鋁業(yè)公司氯堿廠(chǎng)，山東 淄博255052）

山東鋁業(yè)公司氯堿廠(chǎng)二期裝置2008 年6 月建成投產(chǎn)，核心設(shè)備為日本旭化成公司生產(chǎn)的NCH 型高電密電解槽，到2013 年7 月已使用5 年，期間未進(jìn)行過(guò)離子膜更換，槽電壓在4.8 kA/m2電流密度下約3.17 V，電解電耗較高，離子膜以及墊片的壽命均已到期。

通常離子膜以及墊片到期應(yīng)重新更換，鑒于當(dāng)前氯堿行業(yè)電解槽零極距節(jié)能改造技術(shù)，特別是旭化成電解槽已經(jīng)有多家進(jìn)行了改造，并且NCZ 型電解槽在國(guó)內(nèi)也已經(jīng)有多家投產(chǎn)，該廠(chǎng)2011 年1 月引進(jìn)了日本旭化成公司生產(chǎn)的NCZ 型零極距電解槽，投產(chǎn)運(yùn)行后節(jié)能效果良好。電解槽運(yùn)行5 年，陰、陽(yáng)極涂層壽命約8 年，決定只對(duì)陰極側(cè)進(jìn)行改造，陽(yáng)極側(cè)不做變動(dòng)，同時(shí)對(duì)工藝系統(tǒng)、極化整流及控制系統(tǒng)進(jìn)行相應(yīng)改造。2013 年6 月底至8 月底，對(duì)二期5 臺(tái)NCH 型電解槽逐臺(tái)進(jìn)行零極距改造，離子膜采用了旭化成F6801、旭硝子8080 以及杜邦2030 離子膜，逐臺(tái)改造電解槽均一次開(kāi)車(chē)成功，時(shí)間最長(zhǎng)的D 槽已經(jīng)運(yùn)行10 個(gè)月。

1 改造前裝置運(yùn)行基本情況

1.1 改造前槽電壓情況

改造前電解槽A、B、C、D、E 負(fù)荷及槽電壓曲線(xiàn)圖見(jiàn)圖1。

旭化成F6801 離子膜在2013 年6 月5 臺(tái)電解槽槽電壓在13 kA 運(yùn)行情況下，槽電壓上漲趨勢(shì)加快，平均槽電壓為3.17 V，同時(shí)電解槽墊片出現(xiàn)一定程度的泄漏，運(yùn)行成本增加，不穩(wěn)定因素增多，急需進(jìn)行改造。

1.2 改造前主要工藝指標(biāo)情況

改造前主要工藝指標(biāo)情況見(jiàn)圖2。

2013 年2 月至3 月間，電解槽出槽氯氣純度出現(xiàn)明顯下降，次氯酸含量較高，氯中含氧較高，電流效率下降，離子膜在運(yùn)行5 年后性能下降明顯。2013 年4 月，電解槽開(kāi)始加酸，出槽氯氣純度略有恢復(fù)。

2 單元槽改造內(nèi)容

（1）使用與原基材一致的維修材料對(duì)單元槽陰、陽(yáng)極密封面損壞處進(jìn)行修復(fù)、整平。對(duì)原陰極網(wǎng)進(jìn)行整平，對(duì)有缺陷的原陽(yáng)極網(wǎng)進(jìn)行修補(bǔ)整平。對(duì)有內(nèi)漏的單元槽用負(fù)壓、探傷劑探傷等方法查找，用補(bǔ)焊或貼補(bǔ)法修復(fù)漏點(diǎn)；

圖1 電解槽A、B、C、D、E負(fù)荷及槽電壓曲線(xiàn)圖

（2）在原陰極底網(wǎng)上鋪N6 針織彈性網(wǎng)，上邊留8 mm，下邊留5 mm，兩側(cè)稍拉伸，將網(wǎng)端塞進(jìn)底網(wǎng)5mm 左右， 與底網(wǎng)碰焊時(shí)采取先壓實(shí)焊點(diǎn)再焊方式，避免產(chǎn)生焊接斷絲；在彈性網(wǎng)上鋪N6 鎳編織面網(wǎng)，彈性網(wǎng)鋪裝鎳基材活性網(wǎng)，采用塞入底網(wǎng)的方式， 改造后的單元槽陰極側(cè)網(wǎng)表面平整，彈性均勻，網(wǎng)面無(wú)可觸摸到的斷絲，平均極高為4.2（+0.3/-0.5）mm。

陰極面網(wǎng)材質(zhì)：N6 鎳編織網(wǎng) （絲徑0.16 mm，40目，采用進(jìn)口電解鎳?yán)z）+熱氧化貴金屬涂層。

圖2 電解槽A、B、C、D、E工藝指標(biāo)曲線(xiàn)圖

性能：析氫電位小于1.25 V，電密4 kA/m2，堿濃度32%，溫度（90±1）℃；

陰極彈性網(wǎng)：1 135 mm×2 350 mm×4 mm （厚度），雙絲雙層壓波紋；

材質(zhì)：N6 針織網(wǎng)（絲徑0.1 6 mm，采用進(jìn)口電解鎳?yán)z）；

期待壽命：≥8 年。

3 單元槽組裝過(guò)程中注意事項(xiàng)

通過(guò)與多家旭化成電解槽零極距改造廠(chǎng)家交流，相同改造廠(chǎng)家的電解槽，改造方式以及槽型相同，但改造后運(yùn)行效果差別較大，改造后單元槽的檢查組裝是關(guān)鍵的一環(huán)。

3.1 單元槽組裝

零極距電解槽改造完畢后，早投用一天就多產(chǎn)生一天的效益，根據(jù)單元槽組裝的人力、物力以及現(xiàn)場(chǎng)情況，制定合理的進(jìn)度計(jì)劃，并形成高效的組裝流程以及組裝標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)監(jiān)督組裝人員按照組裝標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行組裝。

3.2 單元槽檢查

改造完成的單元槽拆封后需要檢查單元槽槽體及密封面有無(wú)缺陷，同時(shí)檢查極網(wǎng)平整度以及顏色。應(yīng)檢查陰、陽(yáng)極極網(wǎng)有無(wú)凸出部分和陰極網(wǎng)是否存毛刺，特別是陰、陽(yáng)極網(wǎng)周邊凸起或毛刺，避免離子膜出現(xiàn)針孔，導(dǎo)致出現(xiàn)空洞腐蝕極網(wǎng)，在氣相區(qū)空洞會(huì)造成極板被擊穿的事故。對(duì)發(fā)現(xiàn)的凸起或毛刺要徹底進(jìn)行處理，并作好記錄。

3.3 墊片粘貼

（1）要用棉布及丙酮擦拭單元槽密封面，使之干燥清潔（潮濕的表面或有雜質(zhì)附著將會(huì)大大降低墊片粘貼的牢固程度）；

（2）確認(rèn)墊片表面特別是角部沒(méi)有變形、斷裂、防腐薄膜破損、脫離等缺陷。新的墊片小于粘貼尺寸，根據(jù)密封面尺寸完成墊片的拉伸；

（3）目前，墊片粘貼最常用的是日本生產(chǎn)的G11Z 型粘接劑。要用環(huán)已烷調(diào)配，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，粘接劑與環(huán)已烷（分析純）的配比要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)氣溫及濕度情況，用毛刷蘸起時(shí)要有拖掛感為宜；

（4）用毛刷將粘接劑均勻涂刷在平放的單元槽密封面上，盡量使各密封邊同時(shí)涂刷。一般在涂刷后，手感粘接力最大時(shí)將涂刷合格的墊片粘上，切忌過(guò)干或不干就粘貼墊片，密封面與墊片刷膠要有時(shí)間間隔，為節(jié)省時(shí)間，墊片粘貼過(guò)程中，可根據(jù)各道工序所用時(shí)間，將幾組墊片的粘接工序交錯(cuò)進(jìn)行。但應(yīng)注意粘接劑風(fēng)干時(shí)間必須以粘接力最大時(shí)為準(zhǔn)，氣溫高、濕度大時(shí)，可以用風(fēng)扇縮短粘接劑風(fēng)干時(shí)間，提高效率；

（5）涂刷粘接劑時(shí)注意避免將粘接劑涂到電極網(wǎng)上，如果不慎涂在電極網(wǎng)上，應(yīng)及時(shí)用棉布丙酮擦凈。

3.4 管道及附屬結(jié)構(gòu)清理

對(duì)于電解槽的進(jìn)出口總管要打開(kāi)端部法蘭，用棉紗清洗管道內(nèi)壁的銹跡以及雜物，同時(shí)對(duì)單元槽的進(jìn)出口軟管、電解槽承重框架以及非金屬端板和接線(xiàn)銅牌進(jìn)行表面清理。

3.5 假膜的安裝

（1）準(zhǔn)備好假膜（厚度為0.2～0.3 mm），確認(rèn)單元槽陰、陽(yáng)極進(jìn)出口軟管安裝完畢。從陰極終端槽處開(kāi)始安裝假膜，注意破損的假膜不能再次使用，且安裝時(shí)四周均需要有假膜露出；

（2）假膜安裝完畢后將擠壓機(jī)擠上，將油壓調(diào)至1 MPa，陰極要求用弱堿性水（0.4%），通過(guò)循環(huán)清潔管道系統(tǒng)，發(fā)現(xiàn)和消除儀表、閥門(mén)管路以及電解單元槽存在的問(wèn)題。重點(diǎn)查看原電解槽在運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)泄漏的單元槽消漏情況；

（3）假膜循環(huán)完畢后，要再次認(rèn)真檢查陰、陽(yáng)極表面的凸起以及陰極側(cè)的毛刺情況，對(duì)于凸起以及毛刺要徹底處理并做好記錄；

（4）假膜拆除后，要檢查密封面墊片粘附情況，發(fā)現(xiàn)松動(dòng)或變形的墊片要及時(shí)更換。

3.6 離子膜安裝

（1）確認(rèn)所有單元槽全部正確安裝在側(cè)桿上，電極方向、導(dǎo)向槽無(wú)誤；

（2）仔細(xì)檢查電極表面、陰極室、陽(yáng)極室，同時(shí)在進(jìn)行離子膜安裝時(shí)要佩戴鞋套，確保無(wú)雜質(zhì)進(jìn)入到離子膜中間；

（3）單元槽墊片粘結(jié)正確，表面無(wú)外物。抗粘劑已均勻涂在單元槽墊片表面。確認(rèn)潤(rùn)滑脂已涂在側(cè)桿上；

（4）離子膜壓向陽(yáng)極面時(shí)，用手輕輕地拉住離子膜的邊。離子膜表面沒(méi)有褶皺。不要將離子膜夾在固定銷(xiāo)和固定孔之間；

（5）嚴(yán)格分清離子膜陰、陽(yáng)極面，切勿發(fā)生離子膜安裝錯(cuò)向情況，離子膜安裝錯(cuò)向會(huì)在運(yùn)行時(shí)很快造成離子膜出現(xiàn)氣泡破裂。

4 配套系統(tǒng)改造

由于是在原旭化成NCH 型電解槽基礎(chǔ)上進(jìn)行改造，相關(guān)配套工藝、電氣、控制儀表等均需做小幅度的變動(dòng)。

4.1 工藝系統(tǒng)

（1）零極距電解槽運(yùn)行中不允許出現(xiàn)離子膜負(fù)壓差，以保證陰極彈性網(wǎng)的使用壽命，在電解槽陽(yáng)極側(cè)出槽氯氣管線(xiàn)進(jìn)入陽(yáng)極液罐管道上增加溢流管線(xiàn)并增設(shè)水封，確保電解槽出槽氯氣管線(xiàn)出現(xiàn)突發(fā)壓力變化時(shí)，保護(hù)電解槽離子膜以及彈性網(wǎng)不受負(fù)壓差的損壞；

（2）停車(chē)后電解槽陰、陽(yáng)極液流量發(fā)生改變，為了確保流量能夠及時(shí)進(jìn)行調(diào)節(jié)，在電解槽進(jìn)槽堿管道上增設(shè)堿液自動(dòng)調(diào)節(jié)閥，進(jìn)槽堿的調(diào)節(jié)由手動(dòng)改為自動(dòng)，同時(shí)實(shí)現(xiàn)連鎖控制，解決了多臺(tái)電解槽同時(shí)停車(chē)時(shí)人員緊張的問(wèn)題；

（3）要求陰極液中Fe 離子質(zhì)量分?jǐn)?shù)≤0.1×10-6。鐵是陰極的催化毒物，會(huì)附著在陰極上損壞陰極活性，引起電壓上升，因此要求堿中含F(xiàn)e 離子必須小于0.1×10-6。同時(shí)，進(jìn)槽鹽水含鐵指標(biāo)要小于0.05×10-6，含鐵超標(biāo)時(shí)不能進(jìn)行電解槽加酸操作。

4.2 電氣和控制系統(tǒng)

（1）單元槽零極距改造后需要增加極化整流系統(tǒng)抑制反向電流，在電槽主整流器負(fù)荷小于2 kA時(shí)，極化電流自動(dòng)投入，電流120～150 A，極化電流投用15 min；

（2）極化整流器應(yīng)配置應(yīng)急電源供電，實(shí)現(xiàn)極化電源雙回路控制；

（3）如果在電解槽的主供電斷電期間，未能按上述要求運(yùn)行，陰極涂層可能被損壞，且不可修復(fù)。其余電氣以及自動(dòng)控制、報(bào)警連鎖系統(tǒng)等與原NCH 型電解槽控制系統(tǒng)相同。

5 改造后的運(yùn)行情況

5.1 槽電壓情況

改造后A、B、C、D、E 各槽槽電壓情況見(jiàn)圖3，3種離子膜槽電壓曲線(xiàn)圖見(jiàn)圖4。

從圖3 可以看出，不同廠(chǎng)家改造的效果不同，槽電壓上升幅度也不盡相同。A、B、C、D 槽由一家單位改造，E 槽由另外一廠(chǎng)家改造。2014 年3 月由于設(shè)備故障造成二期電解槽逐臺(tái)急停，極化電流在單臺(tái)槽逐臺(tái)停車(chē)過(guò)程中因極化電源負(fù)荷過(guò)載造成極化電源未能及時(shí)投用，槽電壓在3 月有明顯上升，事實(shí)證明極化電流及時(shí)投用對(duì)零極距電解槽的重要性。槽電壓比改造前下降明顯，但有上升趨勢(shì)，在槽溫88 ℃左右運(yùn)行時(shí)的情況下上升加快，所以槽溫應(yīng)控制在87 ℃以下。

圖3 改造后電解槽A、B、C、D、E負(fù)荷及槽電壓曲線(xiàn)圖

圖4 改造后電解槽3種離子膜槽電壓曲線(xiàn)圖

從圖4 可以看出旭化成F-6801 與杜邦2030在相近負(fù)荷下槽電壓相差不大，旭硝子8080 在負(fù)荷較低情況下槽電壓也較低，電解槽改造完畢后，2013 年10 月至2014 年2 月，二期電解槽裝置運(yùn)行非常平穩(wěn)，3 種離子膜單元槽電壓運(yùn)行平穩(wěn)。2014年3月，電解槽急停且極化電源未及時(shí)投用，旭化成F-6801 與杜邦2030 離子膜槽電壓上漲5～7 mV，旭硝子8080 槽電壓上漲10 mV，在抗外在因素方面，F(xiàn)-6801 與杜邦2030 離子膜要略好于旭硝子8080，3 種離子膜后續(xù)穩(wěn)定性需要運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行驗(yàn)證。

5.2 主要工藝指標(biāo)情況及評(píng)價(jià)

改造后電解槽A、B、C、D、E 工藝指標(biāo)曲線(xiàn)圖見(jiàn)圖5。

零極距改造后，氯氣純度、氯中含氧、陽(yáng)極液pH、陽(yáng)極液次氯酸等各項(xiàng)化學(xué)指標(biāo)在進(jìn)槽鹽水不加酸的情況下表現(xiàn)出下滑趨勢(shì)，2013 年10 月加酸操作正常后指標(biāo)趨于穩(wěn)定，所以零極距改造后的電解槽必須進(jìn)行鹽水酸化。2014 年4 月由于鹽酸質(zhì)量問(wèn)題，中旬暫停了電解槽加酸，因而純度出現(xiàn)下降，鹽酸質(zhì)量也是保證電解槽安全運(yùn)行的重要因素。

6 節(jié)能情況

零極距電解槽投用后節(jié)能效果較為顯著。1 臺(tái)電解槽150 個(gè)單元槽、電流13 kA、每個(gè)單元槽槽電壓降低0.22V、電價(jià)0.6 元/kW·h 計(jì)算，1 臺(tái)電解槽每年可以節(jié)約電費(fèi)：0.22×13×150×0.6×8 000=2 059 200（元）。

7 總結(jié)

從2013 年7 月第一臺(tái)電解槽零極距改造完成并投入運(yùn)行，在運(yùn)行中，對(duì)鹽水進(jìn)行了酸化，保護(hù)了陰陽(yáng)極涂層不受損傷，確保了陽(yáng)極的電流效率與氯氣純度。對(duì)極化電源鋪設(shè)專(zhuān)門(mén)的電源線(xiàn)路，確保了電解槽停車(chē)時(shí)能夠及時(shí)投上極化電流， 實(shí)現(xiàn)了極化電流的雙回路控制。 在日常運(yùn)行中不斷優(yōu)化電解槽指標(biāo)，加強(qiáng)對(duì)職工操作的培訓(xùn)，保證了改造后電解槽的安全穩(wěn)定長(zhǎng)周期運(yùn)行， 電解槽零極距改造后穩(wěn)定運(yùn)行是提高企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力， 創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)價(jià)值的關(guān)鍵。

圖5 改造后電解槽A、B、C、D、E工藝指標(biāo)曲線(xiàn)圖