ML-32NCH型電解槽零極距改造后開車方案的探討

常 剛，孫 靜，張擁軍，孫云峰

（濟寧金威煤電有限公司，山東 濟寧 272350）

ML-32NCH型電解槽零極距改造后開車方案的探討

常 剛，孫 靜，張擁軍，孫云峰

（濟寧金威煤電有限公司，山東 濟寧 272350）

介紹了ML-32NCH型電解槽在進行零極距改造后，在操作方面發(fā)生的一些變化，主要包括增加了極化電流的操作、充液流量進行了部分調整、送電前槽溫需要升至75℃等。

電解槽；離子膜；極化電流；充液；陽極出口軟管

濟寧金威煤電有限公司化工分公司一期燒堿生產裝置采用的是日本旭化成公司生產的ML－32NCH型復極式離子膜電解槽，共有4臺電解槽，每臺電解槽裝有110個單元槽，產能為6萬t/a，單元槽尺寸1 289 mm×2 400 mm，有效電解面積為2.7 m2。正常運行電流密度為4.5 kA/m2，最大運行電流密度為5.7 kA/m2。2005年9月21日正式投入生產，初次使用的離子膜型號為旭化成F-4401，2009年4月更換離子膜，更換后的離子膜型號為旭化成F-6801。2013年8-11月進行了零極距改造，改造后的電解槽使用的離子膜的型號為杜邦Nafion-2030，正常運行電流密度可達5 kA/m2，最大運行電流密度可達6.0 kA/m2，單元槽電壓下降約200 mV。改造后的電解槽在開車操作方面也發(fā)生了一些變化，現(xiàn)進行初步探討。

1 極化整流器

零極距電解槽的陰極活性涂層對逆向電流比較敏感，在其作用下很容易受到損害，為了保護活性涂層，零極距電解槽需要配套新增極化整流器，極化電流設置為130 A（110個單元槽），極化整流器的投用情況如下。

1.1 電解槽送電之前應注意事項

取消EDIZA-230連鎖，設置接地繼電器的指針在±30 V。向電解槽提供極化電流，持續(xù)時間，不超過8 min，防止電解槽陽極室產生爆炸性氣體。

1.2 主整流器停車后注意事項

主整流器停車后立刻向電解槽提供極化電流，具體步驟如下。

步驟0：啟動連鎖動作；

步驟1：步驟0的同時，1＃計時器啟動計時并持續(xù)15 min；

步驟2：1＃計時器達到15 min時，2＃計時器啟動計時并持續(xù)50 min；

步驟3：2＃計時器時間到。

每個步驟需要注意電解槽物料流量的變化，情況如下：

步驟1：

a.主整流器停止并且DCDS啟動；

b.ZV-241電磁閥自動打開，ZV-231電磁閥關閉，向電解槽供應200 g/L的的新鮮稀釋鹽水，同時停止向電解槽加入鹽酸；

c.入槽燒堿流量（FI-232）由0.3 m3/h，降至0.1 m3/h，主要目的是減小陰極液出口軟管堿液流量的橫截面積，提高表觀電阻，防止極化電流的泄漏。

步驟2：

a.1#計時器和極化電流啟動；

b.調整入電解槽新鮮稀釋鹽水的流量在0.2m3/h；

c.1#計時器持續(xù)15 min，但是不要超過15 min，防止產生的Cl2過多地溶解在淡鹽水中。如果發(fā)生其他的緊急情況，可以利用停止按鈕，迅速將極化電流停止。

步驟3：

a.極化整流器停止；

b.調整入電解槽新鮮稀釋鹽水流量在0.25 m3/h，對電解槽陽極進行大流量的置換，降低Cl2及ClO-在電解槽內滯留；

c.調整入電解槽燒堿流量（FI-232）由0.1 m3/h降至0，主要是為了避免陰極液帶給電解槽雜散電流，損害單元槽陰極網活性涂層和離子膜；

d.2#計時器持續(xù)時間50 min。陽極新鮮稀釋鹽水的流量調高至0.25 m3/h，對陽極室進行徹底置換，流量調高的主要原因是為了減少置換時間。

步驟4：

a.入電解槽新鮮稀釋鹽水的流量調至0.056 m3/h；

b.入電解槽燒堿流量（FI-232）由0調至0.3m3/h。在這個階段可以進行手動操作，應注意以下事項。當電解槽停車后，如果極化電流不能馬上正常工作或電解液的流量不能正常調節(jié)，那么陰極涂層將被不同程度的損壞，單元槽的電壓不久將會升高；如果極化整流器步驟混亂，單元槽的電壓不久也會升高，陰極壽命變短、電耗增加。

1.3 采取的措施

為了避免上述情況的發(fā)生可采取的措施。

（1）極化整流器、鹽水泵、燒堿循環(huán)泵要配備應急電源；（2）在每次電解槽送電之前對極化電流及工藝聯(lián)鎖程序進行試驗，發(fā)現(xiàn)故障及時處理，確定聯(lián)鎖信號正常后方可送電開車；（3）電解槽停車后，整流人員與工藝主控操作人員密切配合，發(fā)現(xiàn)異常情況及時改為手動調節(jié)，確保各步驟順利進行。

2 充液過程

電解槽開車前，陽極室充滿鹽水，陰極室充滿32%的燒堿溶液，主要目的一是提供生產原料，二是清除電解槽內的空氣，防止升電流過程中產生的H2與空氣混合發(fā)生爆炸。如果是長期停車再開車，充液前必須進行膜試漏、槽試漏，電解陰極系統(tǒng)及H2管道必須用N2徹底置換，直至O2/N2小于1%。

2.1 需要確認的項目

（1）陰極室空氣清除完成；

（2）通過調節(jié)FICA-242的串級系數使鹽水和純水的流量之比為2：1，向電解槽充入新鮮稀釋鹽水（200 g/L），防止離子膜在沒有通電狀態(tài)下長時間處在高濃度鹽水環(huán)境中發(fā)生收縮，破壞離子膜的結構與性能；

（3）所充電解液的溫度最好在65℃以上，適當的溫度使離子膜陰極側的孔隙增大，使Na+遷移數增加，有助于送電后陰極電流效率的提高。

2.2 充液時需注意事項

充液時，先充陰極室，陰極燒堿（32%）的流量在20 m3/h，陽極鹽水（200 g/L）的流量在30 m3/h，同時要保持陰陽極室的液相壓差（LG230）在0~1 mH2O，這個可以通過電解槽前的 “U”形透明塑料管觀察到。充液過程中要多次開關“U”形透明塑料下方的排污閥門，將管內的純水排盡，用電解液置換干凈，如果管內有殘留純水，會因為純水和電解液的密度不同造成指示不準確。

為了保持壓差的穩(wěn)定，可適當調節(jié)降低陰陽極液的流量。但是陰極不能超過20 m3/h，陽極不能超過30 m3/h，以防止流量過大對離子膜造成沖擊，流量一定要穩(wěn)且陰極液位始終要高于陽極。當陰陽極液分別從電解槽兩端上方的出口軟管流出時，說明電解槽內液體已滿，這時可將陰陽極液的流量調至5 m3/h，直至陰陽極液從槽后的溢流管溢出，電解槽內的空氣完全清除，充液完成，可以進行并管操作了。

3 電解液的循環(huán)

用新鮮稀釋鹽水（200 g/L）循環(huán)一段時間后，改為精鹽水（300 g/L）循環(huán)，陰極液流量為33 m3/h，陽極液極液流量為6.9 m3/h，循環(huán)40 min后，稀鹽水基本上被精鹽水置換完，這時取樣分析電解槽出口陽極液的濃度，若鹽水的濃度偏低（低于295 g/L），繼續(xù)循環(huán)置換，將槽內稀鹽水徹底置換。在循環(huán)過程中

逐漸提升循環(huán)堿的溫度，使槽溫逐漸上升至75℃。

4 電解槽送電

整流人員慢慢提升電流，最大提升速度為1kA/min，電流升至3 kA時，可明顯觀察到陽極液出口軟管變?yōu)辄S綠色，若個別軟管仍為無色或黃綠色較淺，這時可以繼續(xù)提升電流至4 kA。停留5 min之后檢查陽極液出口軟管變色情況，如果此時仍有個別軟管不變色，說明該軟管對應的離子膜發(fā)生了膜漏，測量該單元槽電壓會發(fā)現(xiàn)明顯偏低，對該單元槽做好標識，然后停下該電解槽更換離子膜并仔細檢查陽極網表面是否發(fā)生腐蝕，若腐蝕穿孔很小，面積約在3 mm× 3 mm以下，可以使用小銅錘敲擊小孔的邊緣，除掉毛刺光滑平整后，再更換離子膜，檢查槽墊片是否破損，如有破損一并更換。如果小孔面積較大且內部筋板發(fā)生部分腐蝕，必須更換此單元槽。

正常情況下，當電流升至2.0~3.0 kA時，陽極出口軟管可全部變?yōu)辄S綠色，電流在3 kA時，開始給陰極室加入適量的純水調節(jié)堿濃度，電流為4 kA時主要做好以下幾方面的工作。

（1）觀察電解槽陰陽極液進出口軟管內液體的流量是否均勻，若不均勻檢查流量計顯示是否波動；

（2）觀察陽極出口軟管變色情況；

（3）檢查電解槽的電解液有無泄漏，若單元槽底部發(fā)生腐蝕泄漏需停車進行處理；若兩單元槽之間的槽墊片的密封面發(fā)生輕微的泄漏，可以繼續(xù)觀察，可能是墊片的收縮造成的，待槽溫上升穩(wěn)定后一般不會再泄漏，若繼續(xù)泄漏且有嚴重趨勢，需停車處理；若陰陽極液進出口軟管的緊固螺母處電解液泄漏，可用FRP專用絕緣扳手進行緊固；

（4）測量所有單元槽的槽電壓，若個別單元槽的電壓不穩(wěn)，電壓比平均電壓高或低0.1 V，此處離子膜有可能發(fā)生膜漏；

（5）分析每臺電解槽的H2/Cl2是否小于0.3%；

（6）利用自動調節(jié)閥（FICA-265）給電解槽加入含氯淡鹽水，目的是調節(jié)入槽鹽水的濃度和保護鈦管道，淡鹽水的加入量按照電解槽總的負載及入槽鹽水濃度的變化調節(jié)，調節(jié)模式為串級調節(jié)，以下關系式作為參考；

式中：F為入電解槽含氯淡鹽水的流量m3/h；k為常數，取值為1/8~1/7；Fi’為每臺電解槽入口精鹽水的流量，m3/h，與電解槽電流串級確定；n為電解槽的臺數，這里取4；

（7）入電解槽陽極液流量改為串級調節(jié)，若升電流過程中調節(jié)閥 （FCV-231）調節(jié)效果不是太好的話，可以將調節(jié)閥調節(jié)模式改為手動，由現(xiàn)場人員通過手動閥進行調節(jié)，當電流升至計劃值時再改為串級調節(jié)模式；

電流由4 kA升至計劃值過程中，每升1 kA的電流分析一次H2/Cl2。當槽溫達到80℃時，如果電解槽使用的是新的槽墊片，那么陰極液最好維持這個溫度大約8 h以上后再往上提槽溫（≤90℃）。若Cl2、H2壓力波動較大，可暫停升電流，槽溫太低情況下，嚴禁強制提升電流。如果電流升至計劃值，將電位差EDIZA-230調為0，連鎖值設為±0.5 V，并投入連鎖；

（8）Cl2壓力設為自動調節(jié)，H2壓力設為串級調節(jié)，使Cl2、H2壓差始終保持在0.40 mH2O，若壓力發(fā)生較大的波動，及時將Cl2壓力改為手動調節(jié)。

5 入槽鹽水質量

入槽鹽水質量控制指標如下：

6 結語

電解槽經過零極距技術改造后，在降低電耗方面取得了重大突破，為節(jié)能增效工作做出了巨大的貢獻，代表著當今制堿工業(yè)發(fā)展的方向。

零極距電解槽的管理工作要從細節(jié)入手，加強控制，對于電解槽的運行情況要進行細致的定量分析，只有這樣才能充分發(fā)揮零極距電解槽的優(yōu)勢，創(chuàng)造更大的經濟效益。

Explore of ML-32NCH electrolyzer zero polar distance transformation driving scheme

CHANG Gang，SUN Jing，ZHANG Yong-jun，SUN Yun-feng
（Jining Jinwei Coal Co.，Ltd.，Jining 272350，China）

Introduced the ML-32NCH type electrolyzers after zero polar distance transformation，some changes have taken place in the operation，mainly to add operation，filling liquid flow were part of the polarization current adjustment，electricity before bath temperature need to rise to 75℃etc..

electrolytic cell；ion exchange membrane；polarization current；liquid filled；anode outlet hose

TQ114.26+2

B

1009－1785（2015）05-0005-03

2014-12-17