C-DCDS直流刀開(kāi)關(guān)在NCZ型電解槽中的應(yīng)用

郭成軍，周學(xué)虎，侯 偉

（新疆天業(yè)天偉化工有限公司，新疆 石河子 832012）

C-DCDS直流刀開(kāi)關(guān)在NCZ型電解槽中的應(yīng)用

郭成軍，周學(xué)虎，侯 偉

（新疆天業(yè)天偉化工有限公司，新疆 石河子 832012）

介紹了NCZ型離子膜電解槽產(chǎn)生反向電流的原因、C-DCDS直流刀開(kāi)關(guān)裝置以及該裝置減少反向電流的原理，并對(duì)C-DCDS直流刀開(kāi)關(guān)裝置的實(shí)際運(yùn)用效果進(jìn)行了分析。

C-DCDS直流刀開(kāi)關(guān)裝置；NCZ型離子膜電解槽；反向電流

新疆天業(yè)集團(tuán)天偉化工公司2014年4月17日15萬(wàn)t/a離子膜燒堿項(xiàng)目順利開(kāi)車(chē)。離子膜電解槽引進(jìn)的是日本旭化成公司NCZ型高電流密度自然循環(huán)零極距電解槽。NCZ型離子膜電解槽改善了陰極涂層的性能，在離子膜電解槽的陰極面使用了活性涂層RuO2，但是該涂層有較低的溶解電位。在離子膜電解槽停車(chē)后該涂層很容易被電解液因原電池反應(yīng)產(chǎn)生的反向電流所腐蝕而導(dǎo)致其脫落。新疆天業(yè)集團(tuán)天偉化工公司決定在15萬(wàn)t/a離子膜燒堿項(xiàng)目中的離子膜電解槽中使用C-DCDS直流刀開(kāi)關(guān)裝置來(lái)減少反向電流對(duì)陰極涂層的危害。

1 反向電流的產(chǎn)生及危害

由于淡鹽水中的游離氯有2種存在形式，其一是氯氣溶解在淡鹽水中成為溶解氯。氯氣在淡鹽水中的溶解量與管線(xiàn)氣液比率、鹽水溫度、壓力、pH值有關(guān)，其中淡鹽水pH影響最為明顯，這一指標(biāo)根據(jù)旭化成要求控制在2.0～3.0為宜。這是由于該pH值范圍可有效降低溶解氯在淡鹽水中的溶解量；其二是以ClO-形式存在。在電解槽停車(chē)以后游離氯會(huì)在陽(yáng)極放電，發(fā)生原電池反應(yīng)。主整流器運(yùn)行時(shí)電解槽處于極化狀態(tài)，停止時(shí)電解槽電離平衡與極化狀態(tài)相反，方程式如下：

陽(yáng)極：Cl2+2e→Cl-

陰極：H2+2OH--2e→2H2O

反向電流在電解槽中的流動(dòng)情況見(jiàn)圖1。

由圖1可以看出，游離氯在陽(yáng)極放電后推動(dòng)原電池效應(yīng)發(fā)生。而總管電位與單元槽電位形成電位差，電解液通過(guò)軟管循環(huán)形成回路，也就是反向電流的回路。因單元槽為串聯(lián)形式，且通過(guò)軟管的反向電流與單元槽電位成比例。電解槽中間部位的單元槽所流經(jīng)的反向電流為最大，其綜合了各個(gè)軟管的反向電流，隨著單元槽數(shù)的增多而變大。

由于NCZ型零極距電解槽的陰極活性涂層為RuO2，溶解電位較低。因此反向電流的危害就主要

體現(xiàn)在對(duì)電解槽陰極涂層的腐蝕上。

圖1 離子膜電解槽反向電流示意圖

2 C-DCDS直流刀開(kāi)關(guān)裝置及注意事項(xiàng)

2.1 C-DCDS直流開(kāi)關(guān)裝置介紹

C-DCDS直流刀開(kāi)關(guān)主要由連接銅板、氣缸、觸點(diǎn)裝置、滅弧裝置、控制柜、調(diào)節(jié)用手柄等組成見(jiàn)圖2。

圖2 D-DCDS直流刀開(kāi)關(guān)裝置示意圖

該裝置完成開(kāi)關(guān)操作分為氣動(dòng)與電動(dòng)2種，氣動(dòng)通過(guò)氣缸來(lái)驅(qū)動(dòng)完成，天偉化工離子膜電解槽安裝的是氣動(dòng)裝置，與DCS程序連鎖，DCS得到斷電信號(hào)時(shí)打開(kāi)電磁閥，電磁閥放氣來(lái)驅(qū)動(dòng)C-DCDS直流刀開(kāi)關(guān)打開(kāi)。氣動(dòng)無(wú)法打開(kāi)時(shí)則通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)控制柜手動(dòng)完成開(kāi)關(guān)操作?，F(xiàn)場(chǎng)操作手柄是用來(lái)裝置試用或調(diào)試使用，不推薦以此種方式進(jìn)行C-DCDS裝置的開(kāi)關(guān)操作。因?yàn)槭謩?dòng)操作手柄時(shí)不能保證觸點(diǎn)分離時(shí)火花及時(shí)消除，而電解槽區(qū)域?yàn)榧准?jí)防爆區(qū)，存在嚴(yán)重的安全隱患。

裝置的觸點(diǎn)裝置分為主觸點(diǎn)裝置與輔觸點(diǎn)裝置。主觸點(diǎn)裝置為1個(gè)，上部連接有工藝空氣管線(xiàn)，用耐熱不導(dǎo)電材料與外部隔離，在主觸點(diǎn)分離時(shí)及時(shí)消除觸點(diǎn)分離時(shí)產(chǎn)生的火花。輔觸點(diǎn)裝置為2個(gè)，分別置于主觸點(diǎn)裝置兩邊，觸點(diǎn)分離時(shí)主觸點(diǎn)延時(shí)分離，觸點(diǎn)接觸時(shí)輔觸點(diǎn)延時(shí)接觸，這樣保證產(chǎn)生的火花始終集中在主觸點(diǎn)以便工藝空氣及時(shí)消除火花。

滅弧裝置由連接在本裝置連接銅板的電線(xiàn)、線(xiàn)盒、保險(xiǎn)絲等組成。主要作用是電解槽停電時(shí)，本裝置啟動(dòng)過(guò)程消除電弧用。每次停車(chē)本裝置啟動(dòng)完成后必須更換線(xiàn)盒中的保險(xiǎn)絲。

2.2 注意事項(xiàng)

該裝置的連接銅板存在氧化問(wèn)題，在裝置的連接銅板上置有溫度顯示貼，銅板溫度超過(guò)120℃，則裝置運(yùn)行出現(xiàn)異常。電解槽送電以后，C-DCDS連接銅板有發(fā)黑跡象，因此定時(shí)對(duì)連接銅板保養(yǎng)也顯得尤為重要。

3 C-DCDS直流刀開(kāi)關(guān)裝置的作用原理

由于溶解氯在陽(yáng)極室放電產(chǎn)生原電池反應(yīng)，每個(gè)單元槽相當(dāng)于一個(gè)原電池，電解槽中所有單元槽在串聯(lián)的情況下，流經(jīng)電解槽中間部分單元槽的反向電流為最大，基于這一點(diǎn)，將C-DCDS刀開(kāi)關(guān)安裝于電解槽中間部位的終端槽框銅端上，見(jiàn)圖3。

圖3 C-DCDS刀開(kāi)關(guān)在電解槽中安裝位置

流經(jīng)電解槽中間部位反向電流的總電流是各單元槽反向電流之和，因此可以由等差數(shù)列求和公式推算出反向電流總和為（1+N）N/2，和值約等于單元槽數(shù)的平方除以二。根據(jù)圖3可以得出：在電解槽停車(chē)時(shí)，C-DCDS刀開(kāi)關(guān)將電解槽從中間一分為二，將電解槽內(nèi)所產(chǎn)生的反向電流最終降為原來(lái)的四分之一極大地減輕了反向電流對(duì)陰極涂層的傷害見(jiàn)圖4。

由圖4可以看出使用C-DCDS刀開(kāi)關(guān)后反向電流降為原來(lái)的1/4，而根據(jù)旭化成提供的數(shù)據(jù)，此時(shí)的反向電流值低于陰極涂層RuO2的溶解電位，已達(dá)到保護(hù)電解槽陰極涂層的目的，從而可以保障電解槽的正常運(yùn)行。

4 C-DCDS刀開(kāi)關(guān)在實(shí)際運(yùn)用中的效果分析

圖4 零極距電解槽使用C-DCDS刀開(kāi)關(guān)反向電流示意圖

新疆天業(yè)天偉化工公司15萬(wàn)t/a離子膜燒堿項(xiàng)目于2014年4月17日順利開(kāi)車(chē)，開(kāi)車(chē)后設(shè)備運(yùn)行良好，各項(xiàng)工藝指標(biāo)控制合格，開(kāi)車(chē)后系統(tǒng)發(fā)生一次動(dòng)力電跳停事故。動(dòng)力電跳停5 min無(wú)法送電，因此陰陽(yáng)極循環(huán)主要靠高位槽位差自流。動(dòng)力電跳停時(shí)運(yùn)行電解槽為1#、4#、5#。鹽水高位槽鹽水滿(mǎn)足停車(chē)時(shí)大流量沖洗要求。C-DCDS連鎖正常打開(kāi)，計(jì)時(shí)器1啟動(dòng)2 min的大流量沖洗后計(jì)時(shí)器2啟動(dòng)50 min的陽(yáng)極循環(huán)。再次開(kāi)車(chē)后通過(guò)單元槽電壓測(cè)試對(duì)比，可以得出C-DCDS直流刀開(kāi)關(guān)有效減少反向電流的結(jié)論。現(xiàn)將1#、5#電解槽動(dòng)力電跳停前與跳停后的單元槽電壓做以下對(duì)比，見(jiàn)圖5。

圖5中的4張單元槽電壓數(shù)據(jù)表都是在系統(tǒng)原始開(kāi)車(chē)后一周內(nèi)測(cè)量的。從曲線(xiàn)來(lái)看，總體走勢(shì)平穩(wěn)，但是由于單元槽框墊片是全新的，導(dǎo)致單元槽之間間距增大，單元槽槽壓相對(duì)上升與不規(guī)則。圖a與圖b對(duì)比，反向電流最容易影響的電解槽中間部分單元槽電壓未出現(xiàn)大的波動(dòng)，反而單元槽電壓數(shù)據(jù)顯示整體相對(duì)平穩(wěn)，這說(shuō)明每天對(duì)電解槽的有效擠壓效果明顯，反向電流未對(duì)電解槽陰極涂層造成影響；圖c和圖d對(duì)比，單元槽電壓較停電前也是相對(duì)平穩(wěn)，電槽中間部分單元槽電壓數(shù)據(jù)未出現(xiàn)異常。由此可以得出，C-DCDS直流刀開(kāi)關(guān)有效的降低了反向電流對(duì)陰極涂層的影響，可以保障NCZ型零極距電解槽的正常使用。

5 使用C-DCDS直流刀開(kāi)關(guān)后的開(kāi)車(chē)前確認(rèn)與停車(chē)檢查

5.1 開(kāi)車(chē)操作

（1）確認(rèn)C-DCDS刀開(kāi)關(guān)DCS連鎖投入；

（2）電解操作人員檢查C-DCDS刀開(kāi)關(guān)是否處于關(guān)閉狀態(tài)；如未關(guān)閉，則檢查處理使儀表盤(pán)處于正常關(guān)閉狀態(tài)，電解槽處于連接狀態(tài)。后將C-DCDS控制模式切換為遠(yuǎn)控模式；

（3）電氣人員檢查C-DCDS刀開(kāi)關(guān)線(xiàn)路連接正常。

5.2 停車(chē)操作

（1）主控制室確認(rèn)DCS連鎖打開(kāi)C-DCDS直流刀開(kāi)關(guān)，如未打開(kāi)，通過(guò)人機(jī)界面手動(dòng)操作按鈕打開(kāi)；如果確定C-DCDS直流刀開(kāi)關(guān)遠(yuǎn)程未能打開(kāi)則通知電解人員將控制柜切為本控，立即手動(dòng)打開(kāi)；

（2）主整流器停止后，DCS控制連鎖C-DCDS在3 s后自動(dòng)開(kāi)啟。連鎖計(jì)時(shí)器1自動(dòng)控制陰陽(yáng)極液大流量沖洗2 min。以盡快降低溶解氯的溶解量；

（3）沖洗2 min后，為了保護(hù)陰極涂層不受反向電流腐蝕，在陰極液流量歸零后反向電流達(dá)到最小值，連鎖計(jì)時(shí)器2自動(dòng)控制陽(yáng)極液流的大流量循環(huán)，而停止陰極液的循環(huán)，持續(xù)這種狀況50 min。50 min后主控室操作人員確認(rèn)陰陽(yáng)極流量恢復(fù)至正常流量；

（4）如出現(xiàn)陽(yáng)極液循環(huán)動(dòng)力設(shè)備停止，短時(shí)間內(nèi)動(dòng)力設(shè)備無(wú)法送電，則啟用備用緊急電源供純水泵使用，用純水置換陽(yáng)極液。此時(shí)由于C-DCDS刀開(kāi)關(guān)已打開(kāi)，反向電流已降為原來(lái)的1/4，因此，小流量的純水做為最為安全的保障方式是能夠降低溶解氯的溶解量來(lái)減少反向電流對(duì)陰極涂層的腐蝕的。

6 使用C-DCDS刀開(kāi)關(guān)需要注意的問(wèn)題

（1）開(kāi)車(chē)操作時(shí)DCS確認(rèn)連鎖投入、電解操作人員確認(rèn)C-DCDS直流刀開(kāi)關(guān)關(guān)閉、電氣確認(rèn)線(xiàn)路、觸點(diǎn)良好，以保證停車(chē)以后C-DCDS刀開(kāi)關(guān)正常動(dòng)作；

（2）如停車(chē)后C-DCDS刀開(kāi)關(guān)遠(yuǎn)程操作未能動(dòng)作，則需現(xiàn)場(chǎng)手動(dòng)分開(kāi)。但是在這種情況下，假如其中1臺(tái)電解槽未分開(kāi)，手動(dòng)打開(kāi)的時(shí)間在最短時(shí)間上被允許。如果多于1臺(tái)電解槽C-DCDS刀開(kāi)關(guān)未動(dòng)作，則現(xiàn)場(chǎng)手動(dòng)分開(kāi)的時(shí)間極為緊張，因此需要在停車(chē)第一時(shí)間確認(rèn)C-DCDS刀開(kāi)關(guān)動(dòng)作，如有未動(dòng)作，則班長(zhǎng)協(xié)助崗位人員在最短時(shí)間手動(dòng)打開(kāi)未動(dòng)作的C-DCDS刀開(kāi)關(guān)；

（3）C-DCDS刀開(kāi)關(guān)將原來(lái)的反向電流降低為1/4，理論上仍存在反向電流腐蝕陰極涂層的。

7 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)C-DCDS直流刀開(kāi)關(guān)在NCZ型離子膜電解槽上的實(shí)際應(yīng)用分析，得出C-DCDS可以有效的減少電解槽斷電后產(chǎn)生的反向電流，達(dá)到保護(hù)陰極涂層不被反向電流腐蝕的目的。但是在實(shí)際使用過(guò)程中還需注意C-DCDS直流刀開(kāi)關(guān)連接銅板的氧化問(wèn)題，每次停車(chē)檢修時(shí)需對(duì)連接銅板保養(yǎng)擦拭以便其更好地與電解槽終端銅板完美契合，保持其良好的通電性。但是不足的是本裝置只是將電解槽斷電后的反向電流降為原來(lái)的1/4，而從根本上消除

NCZ型離子膜電解槽斷電后產(chǎn)生的反向電流，需要走的路還很長(zhǎng)。

Actual application of adopting C-DCDS DC switches in NCZ type of electrolytic cell.

GUO Cheng-jun，ZHOU Xue-hu，HOU Wei
（Xinjiang Tianye Tianwei Chemical Industry Co.，Ltd.，Shihezi 832000，China）

The article introduced respectively the cause of generating reverse current in NCZ type of electrolytic cell，C-DCDS DC switch device as well as the principle of this device to reduce the reverse current.And analysis on practical application effect of C-DCDS DC switch device.

DC switch device；NCZ type of electrolytic cell；reverse current

圖5 系統(tǒng)原始開(kāi)車(chē)一周內(nèi)測(cè)得電流與電壓關(guān)系圖

TQ114.26+2

B

1009－1785（2015）01-0032-04

2014-05-15