離子膜電解槽的管理工作

范亞妮，沙　劍，善忠芳，張妮妮，王有科（金川集團股份有限責任公司化工廠，甘肅金昌737100）

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離子膜電解槽的管理工作

范亞妮，沙劍，善忠芳，張妮妮，王有科
（金川集團股份有限責任公司化工廠，甘肅金昌737100）

摘要：介紹了金川集團股份有限公司化工廠根據離子膜電解裝置的管理經驗提出的一套有效、系統(tǒng)的離子膜電解槽管理方式。

關鍵詞：離子膜電解槽；電解槽管理；離子膜；管理

金川集團股份有限公司化工廠（以下簡稱金川化工）現有2套離子膜燒堿裝置，設計能力40萬t/a，分兩期建成，均為引進藍星（北京）化工機械公司成套技術和關鍵設備。從目前來看，各企業(yè)都比較重視電解槽的管理工作，成立了專職的電解槽管理小組，因此，以金川化工電槽管理經驗為例，供各離子膜電解槽廠家討論。

1　電解槽簡介

金川公司的2套離子膜電解槽分別為ZMBCH-2.7型和NBZ-2.7型。

ZMBCH-2.7型是2009年引進的高電流密度復極式電解槽，裝置能力20萬t/a，電解槽數10臺，146單元/臺，單元有效面積2.7 m2，設計電流密度4.5 kA/m2。技術特點：陰、陽極自然循環(huán)；電流分布均勻，膜利用率高；結構緊湊，維修方便。

NBZ-2.7型是2012年引進的膜極距復極式電解槽，裝置能力20萬t/a，電解槽數8臺，150單元/臺，單元有效面積2.7 m2，設計電流密度5.5 kA/m2。技術特點：陰、陽極自然循環(huán)；電流分布均勻，運行風險低，噸堿耗能低、運行電密高、膜利用率高；結構緊湊，維修方便。

2　電解槽管理

離子膜電解槽的管理是圍繞離子交換膜和電解單元槽框的運行展開，讓離子交換膜達到最佳運行狀態(tài)，電解單元槽框達到設計使用壽命，使電解裝置長期高效運行。

2.1成立電槽管理小組

目前，國內離子交換膜全部要從國外進口，在使用之前又沒有可靠的技術手段去檢測膜的性能，只能在使用過程中對電解槽進行全分析檢測，根據數據判斷膜的性能。

為了管理和檢修工作的需要，成立電解槽管理組，對電解槽進行專項管理。把購進的離子膜電解槽單極槽、復極槽、單元槽片、端框進行及時電子建檔登記。建檔編號可按其出廠銘牌上的編號，也可自行編號，以記錄該單元槽出廠日期、投產日期、更換日期檢修內容等。以便使用和檢修時作參考。離子膜作為電解槽的另一重要部件，一張離子膜的價格在1萬元以上，使用壽命為3年或更長一些，按照每張離子交換膜的出廠編號進行建檔，可以追尋到其使用蹤跡，以便查看離子交換膜的使用狀況。統(tǒng)計并整理與電解槽相關的數據，通過分析這些數據的變化，得出結論，再去指導生產。這里以電解槽溫為例［1］：理論上說槽溫升高1℃，槽電壓下降10 mV，可以通過實踐去驗證［1］。同時槽溫控制在多少最合適，既節(jié)約電解電耗又不影響離子膜的壽命，這就需要長期的數據統(tǒng)計才能得出結論。電解槽管理組負責修槽和運轉的交接，對電解槽出槽和送電要進行全分析數據統(tǒng)計和記錄，對開停電槽進行確認。新槽進行72 h考核驗收，記錄清楚各項數據，誰出問題誰負責任。

2.2保證電解裝置連續(xù)穩(wěn)定運行

保證電解裝置連續(xù)、穩(wěn)定的運行，盡可能不停車，這是個硬指標。這不僅體現了電解槽的管理水平，更體現了各企業(yè)的全面管理水平需要各環(huán)節(jié)，包括工藝、設備、電氣、儀表、分析等都有可靠的保證。

反復停車，不管是緊急停車還是計劃停車，電解槽內都會產生“電池效應”，會使陽極發(fā)生還原反應、陰極發(fā)生氧化反應，涂層受損，并導致槽電壓升高；產生的反向電流也可以使水分反向遷移，導致膜起泡，引起離子膜的物理性能破壞，造成不可逆的電流效率下降，氯氣純度下降；經常開、停車還會導致電解槽溫度頻繁變化，使膜膨脹和收縮，很容易產生褶皺；開、停車時氣相壓差不穩(wěn)，極易使膜出現針孔或物理性的損壞。國外先進企業(yè)的離子膜平均運行壽命都達到3～5年，個別到8年，而國內僅三年左右甚至更少；國外的企業(yè)年平均停車僅幾次或更少，國內少則十幾次，多則達到幾十次。在這方面，差距是明顯的。

供電系統(tǒng)異常停車，如動力電不能及時恢復，機泵不能運轉，電解槽不能及時排液、洗槽，陰、陽電極活性涂層和離子膜受嚴重影響，造成不可逆損傷，導致明顯的電壓上升，電流效率下降，氯氣純度下降。

2.3加強工藝控制

電解槽工藝指標的重要性不言而喻，可是在電解槽的工藝控制上仍會出現各種各樣的問題，導致離子膜或電解槽運行壽命縮短。

離子膜電解工藝控制指標有鹽水質量、陰極液NaOH濃度和陽極液淡鹽水濃度。這些指標因離子膜不同而稍有區(qū)別，但原理是相通的。

要強調的是必須保證二次精制鹽水的質量，不能出現偏差，即使出現一次不合格鹽水進槽，后果都是很嚴重的。鹽水質量出現異常時，一定要按操作規(guī)程降電流或緊急停車，避免鹽水中的雜質對離子膜產生不可逆的損傷。鹽水中鈣、鎂離子等雜質含量增加時，可明顯觀察到電流效率下降。

現在國內能源緊張，電價上漲，在工藝控制上應盡量降低電解槽電壓，減少液堿電耗。電解槽溫度每升高1℃，單元電壓降低0.01 V；堿質量分數每降低1%，單元電壓降低0.014 V。在保證不超過控制指標的情況下，槽溫控制在88～90℃，堿質量分數控制在32%左右，電解槽電壓明顯降低，減少了電解電耗，經濟效益可觀。

在離子膜電解工藝控制指標中，電解槽壓力和壓差是一項非常重要的指標，裝置運行中，陰、陽極氯、氫氣的壓差過大或反壓差，會造成膜的損傷和陰、陽極極網的凹陷變形，更有甚者，還會發(fā)生爆炸［2］。壓差過高或過低還會使離子膜與電極反復摩擦受到機械損傷，形成針孔或變薄，導致離子膜運行壽命縮短。在現場生產中，部分槽解體后發(fā)現離子膜變黑，可能是因為陽極室壓力升高，使平時貼向陽極側的膜移向陰極，陰極表面鐵銹或鎳涂層和其他沉淀物沉積在膜中，使膜受到污染。

2.4提高分析準確性

生產過程中，關鍵工藝指標的控制尤其重要，企業(yè)在做好關鍵指標控制的同時，要確保數據分析的可靠性、準確性。不準確的分析數據無法指導生產，甚至造成生產事故。這就要求電氣、儀表、分析檢測機構定期校驗儀表設備、電氣，定期配置更換分析所用的標準溶液，定期做好數據的分析整理。例如，電解槽氣體樣中氯含氫、氫含氧指標，每天做好統(tǒng)計分析，指標異常及時處理，并形成統(tǒng)一的管理臺賬。例如，每天做1次單臺氯氣純度、氫氣純度分析，若氯氣純度低于98%、氯中含氧高于0.5%時必須停產檢修；每天監(jiān)測單臺電槽出口淡鹽水的NaCl含量、pH值、游離氯、陰極液出口NaOH濃度和氫氣純度；每天監(jiān)測1臺電槽的堿中含鹽量（微量分析）。以上的指標分析要求準確，才能對生產作出正確指導，否則會造成嚴重的生產事故。

3　結語

離子膜制堿裝置運行4年來，對離子膜電解槽的維護管理做了大量工作，也積累了一些經驗，但離子膜制堿技術還有很多不夠完善的地方，越是先進的技術更需要消化吸收，也更需要不斷提高維護和管理的能力和水平。

參考文獻：

［1］錢永純.討論離子膜電解槽的管理工作.氯堿工業(yè)，2006，（10）：19-20.

［2］刑家悟.離子膜法制燒堿操作問答.北京：化學工業(yè)出版社，2009. 190-191.

Management of ion-exchange membrane electrolysis cell

FAN Ya-ni，SHA Jian，SHAN Zhong-fang，ZHANG Ni-ni，WANG You-ke
（Jinchuan Group Co.，Ltd.，Chemical plant，Jinchang 737100，China）

Abstract：The management style and management experience of ion-exchange membrane electrolysis cell were introduced.

Key words：ion membrane electrolysis cell；management

中圖分類號：TQ114.26

文獻標識碼：B

文章編號：1009-1785（2016）04-0045-02

收稿日期：2015-05-10