迪諾拉30DD- 350電槽運(yùn)行情況介紹

曹鳳民，潘　杰，金翔宇（沈陽化工股份有限公司，遼寧沈陽110026）

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迪諾拉30DD- 350電槽運(yùn)行情況介紹

曹鳳民，潘杰，金翔宇
（沈陽化工股份有限公司，遼寧沈陽110026）

摘要：介紹了迪諾拉30DD-350電槽在沈陽化工股份有限公司運(yùn)行過程中出現(xiàn)的主要問題及應(yīng)對(duì)措施。

關(guān)鍵詞：30DD-350離子膜電解裝置；運(yùn)行與維護(hù)；費(fèi)用；技術(shù)改造；材質(zhì)的選擇

1995年3月21日，沈陽化工股份有限公司5萬t/a迪諾拉30DD-350離子膜電解裝置投產(chǎn)運(yùn)行，該裝置具有單元有效面積大，電槽占地面積小，一次投資較低的優(yōu)勢(shì)。該公司是中國第一家引進(jìn)意大利DE NORA公司電解槽技術(shù)的廠家，引進(jìn)部分包括電氣、儀表、設(shè)備、工藝技術(shù)專利等。本裝置離子膜界區(qū)內(nèi)采用DCS控制、選用德國西門子公司OS520及AS235H系統(tǒng)，確保裝置的自動(dòng)化水平及平穩(wěn)可靠運(yùn)行。至今已經(jīng)連續(xù)運(yùn)行20年，運(yùn)行電流強(qiáng)度11 kA，平均單元槽電壓3.28 V。該裝置投產(chǎn)至今，生產(chǎn)運(yùn)行穩(wěn)定，也遇到過諸多問題，其中，有公司相關(guān)生產(chǎn)單元之間存在的自身缺陷、也存在裝置本身在設(shè)計(jì)、材質(zhì)選擇等方面的許多問題，運(yùn)行前5年，通過與迪諾拉技術(shù)服務(wù)團(tuán)隊(duì)進(jìn)行交流，如實(shí)反映了裝置在運(yùn)行過程中發(fā)現(xiàn)的各種問題，同時(shí)也提出了很多的解決方案并逐步完善，裝置運(yùn)行逐漸穩(wěn)定?，F(xiàn)將該裝置的運(yùn)行情況以及運(yùn)行過程中發(fā)現(xiàn)的主要問題做簡(jiǎn)要介紹。

1　單元槽結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

（1）該電槽為零極距電槽，采用帶彈性元件的陰極包和雙陽極結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，電極開孔面積大，有助于形成槽內(nèi)氣體提升效果。但作為自然循環(huán)電槽，3.5 m2的電極面積顯得略大一些，雖然在電槽頂部設(shè)置了氣液分離器，但電槽內(nèi)部循環(huán)仍然不好。從拆檢情況看，電槽的上部100 mm寬度范圍內(nèi)，尤其靠近出口附近，電極表面腐蝕嚴(yán)重，底板穿孔較多，說明陰陽極室氣體無法順利排出，槽內(nèi)充氣率較高，膜出現(xiàn)針孔的幾率高。尤其運(yùn)行前兩三年，由于電槽停車較頻繁，每月平均2次，電槽反復(fù)升降溫以及壓力波動(dòng)，在膜的上部甚至發(fā)現(xiàn)較大的裂口，因此，對(duì)膜強(qiáng)度要求很高，通過對(duì)旭硝子和杜邦各種型號(hào)離子膜的多次應(yīng)用對(duì)比，認(rèn)為杜邦N966使用壽命較長(zhǎng)，同時(shí)在2001年，將運(yùn)行電流強(qiáng)度從12.5 kA降到11 kA運(yùn)行，單元槽及膜腐蝕泄漏情況得到有效緩解。

（2）在第三個(gè)膜使用周期，發(fā)現(xiàn)更換新膜后的新槽運(yùn)行電壓平均在3.25～3.35 V，個(gè)別更高，甚至在更換陰陽極面網(wǎng)后也不見明顯的好轉(zhuǎn)。后來通過對(duì)電極表面測(cè)量發(fā)現(xiàn)，由于電槽長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行，陰極彈性網(wǎng)彈性減弱，使膜無法緊緊壓向陽極表面從而形成零極距，增加單元電耗。對(duì)此，經(jīng)過拆檢陰極彈性網(wǎng)，發(fā)現(xiàn)彈性網(wǎng)為6層，于是將舊彈性網(wǎng)拆開，每?jī)扇龑?片，在電槽陰極原有彈性網(wǎng)的下面再增加一片彈性網(wǎng)，使電槽陰極具有八九層彈性網(wǎng)，另外，也適當(dāng)降低了國產(chǎn)槽框墊片的厚度，這樣電槽更換新膜后的電壓可以降到3.2 V以下，電耗大幅降低。

2　電槽附件使用情況

（1）電槽配套的分離器與分配臺(tái)陽極材質(zhì)為CPVC+FRP，陰極為PP+FRP材質(zhì)，陰極分離器壽命可以達(dá)到5年以上；陽極分離器壽命較短，一般兩三年。主要問題是與電槽連接的鹽水和氯氣接口處，這里C-PVC層較薄，而且與罐體為焊接，外面雖然有FRP增強(qiáng)，但隨著運(yùn)行中含氯鹽水的腐蝕，在電槽停車或檢修，尤其冬季溫差變化較大時(shí)，襯里容易開裂，出現(xiàn)滲漏，導(dǎo)致強(qiáng)度降低，甚至在檢修拆卸過程中，極易將其扭斷，斷后極難焊接修復(fù)等現(xiàn)象。由于整臺(tái)價(jià)格較高，每年都需要大量資金進(jìn)行更換，但受其結(jié)構(gòu)特殊影響，雖然也嘗試采用價(jià)格較低的FRP內(nèi)襯防腐涂層的分離器，因耐氯效果差，使用壽命均不理想，最終還是選擇采用C-PVC+FRP材質(zhì)略好一些。

（2）由于膜漏或電槽內(nèi)漏，每年都需要多次使用跳槽開關(guān)進(jìn)行除、并槽檢修作業(yè)。由于配套跳槽開關(guān)暴漏在電解室內(nèi)，室內(nèi)的酸氣、堿氣對(duì)開關(guān)的觸點(diǎn)腐蝕比較大，每次使用，開關(guān)都會(huì)產(chǎn)生一定的弧光，對(duì)觸點(diǎn)傷害較大，尤其使用三四次后，弧光非常大，多次發(fā)生開關(guān)閉合后由于觸頭接觸不好，開關(guān)過熱發(fā)生自燃等現(xiàn)象。加上開關(guān)的控制系統(tǒng)過于復(fù)雜，每次使用跳槽開關(guān)都需要電工、儀表以及技術(shù)員和檢修人員配合參加，需要很長(zhǎng)時(shí)間才能將電槽從單列除下。將開關(guān)的控制系統(tǒng)改造、簡(jiǎn)化，同時(shí)降低操作開關(guān)時(shí)的電流運(yùn)行強(qiáng)度，并在操作前通過用氮?dú)獯祾哂|點(diǎn)，用細(xì)砂紙打磨觸頭的方法，提高了跳槽開關(guān)的使用壽命，但根本問題沒有解決，每年投入的費(fèi)用也是很大。

3　二次鹽水精制指標(biāo)

離子膜界區(qū)內(nèi)配套采用3臺(tái)? 3 000×6 000，V= 42.5 m3，重力式白煤過濾器以及2臺(tái)? 2 200×4 830，V=17 m3螯合樹脂塔進(jìn)行鹽水二次精制。

（1）在裝置運(yùn)行的最初階段，由于白煤過濾器本身過濾效果不好，進(jìn)槽鹽水質(zhì)量并不理想，預(yù)過濾鹽水懸浮物超標(biāo)較多，增加了樹脂塔的負(fù)載，對(duì)樹脂的離子交換效果影響較大，進(jìn)槽鹽水鎂鈣含量平均可達(dá)30×10-9。對(duì)此，該公司組織技術(shù)人員針對(duì)鹽水二次精制系統(tǒng)進(jìn)行了認(rèn)真的跟蹤取樣分析，發(fā)現(xiàn)單臺(tái)樹脂塔運(yùn)行16 h后，進(jìn)槽鹽水鎂鈣含量開始超標(biāo)，尤其另一臺(tái)樹脂塔在再生過程中，鹽水精制效果無法達(dá)到工藝要求。經(jīng)過與迪諾拉公司溝通，決定再安裝1臺(tái)螯合樹脂塔，以增大離子交換容量，使二次鹽水精制始終保持雙塔運(yùn)行。同時(shí)，還對(duì)樹脂再生酸洗和堿洗最后時(shí)刻的濃度進(jìn)行了取樣分析，發(fā)現(xiàn)再生酸洗及堿洗量略顯不足。通過適當(dāng)延長(zhǎng)樹脂再生酸洗堿洗時(shí)間，同時(shí)嚴(yán)格控制進(jìn)樹脂塔鹽水pH值在8～11范圍內(nèi)。另外，每年定期對(duì)樹脂塔進(jìn)行拆塔檢查，每年平均補(bǔ)充置換5%～8%的螯合樹脂，保證樹脂塔的離子交換效果。經(jīng)過一段時(shí)間的運(yùn)行，進(jìn)槽鹽水指標(biāo)得到很大程度的改善，鎂鈣離子總量基本可以控制在15×10-9以內(nèi)。

（2）白煤過濾器采用的填料是日本的白煤，實(shí)際就是經(jīng)過特殊酸、堿處理后的活性炭，填料層高度2.5 m，分5個(gè)層級(jí)分別填裝0.8～20 mm不同粒徑的填料。隨著裝置運(yùn)行時(shí)間的延長(zhǎng)，由于不斷的反洗，填料與填料之間發(fā)生不停的摩擦與碰撞，造成填料慢慢由大粒徑，變成小粒徑，小粒徑變成粉末隨著反洗鹽水帶出過濾器，造成過濾床層高度逐漸降低。

在2008年下半年，發(fā)現(xiàn)離子膜電槽槽電壓會(huì)普遍地不定期突然上升25～30 mV，然后運(yùn)行七八天后，槽電壓又會(huì)降低一些，但不會(huì)完全恢復(fù)。對(duì)鹽水二次精制過程進(jìn)行了細(xì)致的檢查分析，最后認(rèn)為是白煤過濾器過濾床層高度逐漸降低造成的，由于床層高度的降低，無法形成有效的濾餅層，鹽水中的懸浮物就會(huì)通過填料層進(jìn)入螯合樹脂塔，而樹脂塔是起不到過濾作用的，這樣就造成懸浮物進(jìn)入電槽；同時(shí)，由于填料床層減少近1 m，這樣就變相增大了過濾器內(nèi)的液體空間近7 m3，而過濾器的再生反洗流量為200 m3/h，時(shí)間是10 min，約合33 m3的鹽水，相當(dāng)于將反洗水降低到只有26 m3，導(dǎo)致部分過濾掉的雜質(zhì)無法通過再生反洗過程帶出系統(tǒng)，積存在過濾器內(nèi)，反洗后重新投入運(yùn)行，造成大量懸浮物直接通過床層，進(jìn)入螯合樹脂塔，進(jìn)入電解槽，吸附在離子膜或陽極表面上，造成單元電壓升高。

4　進(jìn)槽鹽水管路及陽極液管路材質(zhì)的選擇

（1）在裝置運(yùn)行初期，樹脂塔管路采用進(jìn)口PPFRP管，由于管件連接時(shí)塑料焊接質(zhì)量不好，同時(shí)進(jìn)口管件的三通及彎頭也存在一定的質(zhì)量問題，在運(yùn)行過程中經(jīng)常出現(xiàn)管道泄漏，甚至出現(xiàn)管道斷裂的情況，多次造成系統(tǒng)停車，對(duì)泄漏點(diǎn)附近的儀表和控制柜造成極大的傷害。將所有進(jìn)口PP-FRP管路全部更換為鋼襯膠管路。并通過加裝接地裝置，解決了因電槽雜散電流對(duì)設(shè)備及管路的腐蝕問題。

（2）電槽經(jīng)過長(zhǎng)時(shí)間的運(yùn)行，在單元槽拆檢過程中，發(fā)現(xiàn)電槽底部有明顯的細(xì)微的黑色粉末，起初以為是電槽陽極表面脫落造成，后來通過分析，該粉末不是金屬物質(zhì)。通過拆檢部分設(shè)備及管路，最終發(fā)現(xiàn)襯膠表面有黑色粉末脫落，并在設(shè)備的罐底部沉積較多，當(dāng)液位較低時(shí)就會(huì)隨鹽水進(jìn)入電槽。為此，在2002年以后，陸續(xù)將界區(qū)內(nèi)的進(jìn)槽鹽水及陽極液管路全部更換為鋼襯四氟管路，徹底解決了因管路問題造成停車或降負(fù)荷的狀況，同時(shí)也解決了因泄漏而引起的儀表和設(shè)備的腐蝕問題。

隨著該公司搬遷改造項(xiàng)目的竣工投產(chǎn)，迪諾拉30DD-350離子膜電解裝置將在2015年年底全部停產(chǎn)，該套電解裝置在該公司長(zhǎng)達(dá)21年生產(chǎn)運(yùn)行過程中，直流電耗偏高，膜針孔率高，檢修量大，產(chǎn)品含鹽、氯酸鹽較高，配套設(shè)備運(yùn)行壽命短，運(yùn)行后維護(hù)成本高。這與該裝置自身的設(shè)計(jì)原因有關(guān)，也與該公司隔膜、離子膜電解裝置同時(shí)運(yùn)行，氯氣、氫氣壓力不穩(wěn)定，儀表電氣維護(hù)不及時(shí)，控制系統(tǒng)沒有有效發(fā)揮作用，以及上、下游工序運(yùn)行不穩(wěn)定，導(dǎo)致離子膜裝置開停車、升降負(fù)荷比較頻繁，造成單元槽陰陽極測(cè)壓力波動(dòng)較大，有很大的影響。

Operation process of DeNora 30DD-350 electrolyzers

CAO Feng-min，PAN Jie，JIN Xiang-yu
（Shenyang Chemical Co. Ltd. Shenyang 110026，China）

Abstract：The main problems and corresponding measures in the operation process of DeNora 30DD-350 electrolyzers are introduced briefly in Shenyang Co. Ltd.

Key words：ion-exchange membrane eletrolyzer 30DD-350；operation and maintenance；cost；technology reformation；material selection

中圖分類號(hào)：TQ114.26

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：1009-1785（2016）01-0009-02

收稿日期：2015-09-16