零極距電解槽改造運(yùn)行分析

李學(xué)偉，李凌云，曹戰(zhàn)國，王 磊

（唐山三友氯堿有限責(zé)任公司，河北唐山063305）

零極距電解槽改造運(yùn)行分析

李學(xué)偉，李凌云，曹戰(zhàn)國，王 磊

（唐山三友氯堿有限責(zé)任公司，河北唐山063305）

介紹了氯堿企業(yè)離子膜電解槽零極距改造的時代背景和施工方案的選擇，并通過自身改造方案及運(yùn)行情況的案例指出在零極距改造項(xiàng)目中的問題與改進(jìn)方向。

零極距電解槽；改造方案；對比；探討

1 離子膜電解槽零極距改造的原因

唐山三友氯堿有限責(zé)任公司改造主要是離子膜裝置的電極進(jìn)入預(yù)期運(yùn)行壽命末期，直流電耗高，與新建氯堿裝置在成本上處于競爭劣勢，而此時，膜極距技術(shù)得到生產(chǎn)上的完美驗(yàn)證，競爭壓力讓企業(yè)求新求變必須實(shí)施；從技術(shù)上講，自然循環(huán)電解槽很容易通過增加彈性網(wǎng)、更換陰極面網(wǎng)的方式改造成零極距電解槽，得益于技術(shù)獲得容易、資金投入較少且降耗效果明顯等驅(qū)動著公司對離子膜電解槽進(jìn)行零極距改造。

2 零極距改造方案的多樣選擇

零極距改造的施工，最大的工作量是對所有單元槽的陰極網(wǎng)進(jìn)行拆除更換，增加彈性氈網(wǎng)及面網(wǎng)，部分作業(yè)可以由專業(yè)的電解槽維修廠家承擔(dān)，也可以自己進(jìn)行施工完成；而工藝方面的設(shè)計(jì)改造，可以交由設(shè)計(jì)單位完成，也可以根據(jù)自身情況靈活選擇，由此形成多樣的改造方案。

（1）指定專業(yè)電解槽維修單位負(fù)責(zé)電解槽改造施工，所有材料由維修單位采購使用，氯堿廠家接收完工單元槽，安裝開車，并由雙方負(fù)責(zé)后期運(yùn)行情況的責(zé)任界定和效果評定。工藝流程改造方案可由施工廠家根據(jù)資質(zhì)自己或委托設(shè)計(jì)完成后交由企業(yè)進(jìn)行按圖施工，滿足改造設(shè)計(jì)需要。

（2）指定專業(yè)電解槽維修單位負(fù)責(zé)電解槽改造施工，但所需材料由氯堿廠家采購提供轉(zhuǎn)交使用，施工完成接收后安裝開車，但施工單位根據(jù)責(zé)任范圍負(fù)責(zé)后期運(yùn)行情況責(zé)任界定和效果評定。流程工藝改造方案由材料供應(yīng)單位設(shè)計(jì)完成后交由企業(yè)進(jìn)行按圖施工，滿足改造設(shè)計(jì)需要。

（3）氯堿企業(yè)采購改造所需材料并自己施工完成，施工過程中材料供應(yīng)單位負(fù)責(zé)指導(dǎo)施工作業(yè)，并由雙方根據(jù)責(zé)任范圍負(fù)責(zé)后期運(yùn)行情況界定和效果評價(jià)。流程工藝改造方案由材料供應(yīng)廠家設(shè)計(jì)交由企業(yè)進(jìn)行按圖施工，滿足改造設(shè)計(jì)需要。

（4）氯堿企業(yè)采購改造所需材料并自己施工完成，施工過程中材料供應(yīng)單位負(fù)責(zé)指導(dǎo)施工作業(yè)，并由雙方根據(jù)責(zé)任范圍負(fù)責(zé)后期運(yùn)行情況界定和效果評價(jià)。工藝流程改造方案氯堿廠家自己按需設(shè)計(jì)，滿足改造設(shè)計(jì)需要，比如考慮自身供電穩(wěn)定性，不設(shè)置應(yīng)急電源；為減少投資，在循環(huán)系統(tǒng)不設(shè)置自動閥，僅在關(guān)鍵部分按最低要求進(jìn)行設(shè)置。

以上4種改造方案的不同，主要是氯堿企業(yè)在施工中承擔(dān)責(zé)任不同、財(cái)務(wù)能力不同，參與程度不同影響項(xiàng)目定位不同，也是企業(yè)真實(shí)實(shí)力的不同所決定的。如有實(shí)力的公司就是自行采購材料，結(jié)合材料供應(yīng)廠家指導(dǎo)進(jìn)行施工，運(yùn)行情況良好，體現(xiàn)了公司在項(xiàng)目操作上的自信和自立。

一般來說，由專業(yè)維修單位負(fù)責(zé)改造施工是大多數(shù)企業(yè)的選擇，這主要是對施工工期、自身能力、運(yùn)行費(fèi)用、操作風(fēng)險(xiǎn)綜合考量結(jié)果。施工工期影響裝置產(chǎn)量、效益發(fā)揮，操作風(fēng)險(xiǎn)影響企業(yè)對改造結(jié)果預(yù)估的決策。

材料選擇也是改造施工需要注意的地方，由于材料生產(chǎn)廠家不同，在使用中表現(xiàn)的運(yùn)行結(jié)果也會不同，有的初期電壓低，效果明顯，但后期上漲較多；有的初期電壓高，但后期運(yùn)行穩(wěn)定，遠(yuǎn)期效益明顯。氯堿廠家初期投入預(yù)想與企業(yè)財(cái)務(wù)承擔(dān)能力左右對施工材料的選擇。

流程改造方案的問題雖不是投入重點(diǎn)，但卻是后期運(yùn)行保證的關(guān)鍵。在電解槽停槽期間因“電池效應(yīng)”形成的反向電流會對陰極涂層材料產(chǎn)生嚴(yán)重腐蝕，這點(diǎn)需要特殊注意，要在多方面考慮采取用于消除或減少反向電流危害的措施，比如采用不同的陰陽極液循環(huán)步驟和循環(huán)流量，增加極化整流器或槽間隔離器，設(shè)置陽極出液溢流避免反壓差等。

3 改造方案及運(yùn)行情況對比

3.1 改造方案對比

自2012年開始，該公司對于將小極距電解槽改零極距電解槽，共采取了以下2種方案施工。

（1）彈性網(wǎng)、陰極的等材料和技術(shù)均由國內(nèi)專業(yè)維修廠家提供；

（2）采用自己采購進(jìn)口彈性網(wǎng)及陰極網(wǎng)，加工技術(shù)依靠國內(nèi)專業(yè)公司完成。最開始的7臺電解槽（R-230A～C、E～H）改造，均采用了第一種方案，剩余的9臺槽（R-230D、2R-230I～P）改造，采用了第二種方案對電解槽進(jìn)行改造。

3.1.1 材料對比

（1）平整度。改造完成后的單元槽，從外觀和觸感上來看，采用進(jìn)口材料的極網(wǎng)平整度和顏色均好于國內(nèi)廠家提供材料。

（2）斷絲率。從廠家返回電解槽的檢查情況來看，進(jìn)口彈性網(wǎng)斷絲率、極網(wǎng)表面光滑度優(yōu)于國內(nèi)廠家提供極網(wǎng)。

（3）毛刺。整體采用進(jìn)口彈性網(wǎng)及陰極網(wǎng)的電解槽，在檢查毛刺過程中，存在毛刺的概率低于國產(chǎn)材料，這對后期電解槽運(yùn)行至關(guān)重要，可以減少離子膜損害率，進(jìn)而減少運(yùn)行成本。

3.1.2 投資對比

因進(jìn)口材料存在關(guān)稅等問題，進(jìn)口材料的成本要比國產(chǎn)材料高出很多。

3.1.3 工藝改造方案對比

第一種方案進(jìn)行的電解槽改造，工藝流程修改由改造廠家提供，為抑制反向電流配套增加了極化整流裝置，并針對電解槽可能出現(xiàn)的異?，F(xiàn)象提供了連鎖邏輯圖，但邏輯圖功能簡單，不能完全表現(xiàn)裝置對各種意外問題的處理方案。運(yùn)行中程序沖突，易出小故障，沒有對每個流程節(jié)點(diǎn)梳理考慮，但在應(yīng)急電源保證極化運(yùn)行和循環(huán)系統(tǒng)上做到了關(guān)注。

采用第二種方案進(jìn)行電解槽改造，工藝流程改造由材料供應(yīng)單位提供，對循環(huán)系統(tǒng)按照保護(hù)設(shè)備安全的安全位置。修改流程中每個節(jié)點(diǎn)，要求循環(huán)系統(tǒng)具備可靠性，設(shè)置遠(yuǎn)程啟動，更改閥門故障狀態(tài)，詳細(xì)設(shè)置聯(lián)鎖邏輯，彼此關(guān)聯(lián)互動，減少程序運(yùn)行沖突，確?？刂品€(wěn)定有效。

3.2 改造后運(yùn)行效果對比

圖1 各槽單元槽均電壓變化趨勢圖

為了更加真實(shí)的觀察改造電解槽改造后情況，選用第一方案中首臺改造電解槽（R-230A）和運(yùn)行最好的電解槽（R-230F）與第二方案中首臺改造電解槽（R-230D）進(jìn)行對比，且R-230A/F與R-230D同在一期電解，屬于一個系統(tǒng)，更具有說服力。進(jìn)行零極距改造后的效果在短時間內(nèi)不能完整的表現(xiàn)出來，需經(jīng)過較長時間生產(chǎn)運(yùn)行才能進(jìn)一步考證，且為了更加直觀的比對零極距改造后的效果，選取了自改造后到當(dāng)前狀態(tài)下，電流同為13.5 kA、槽溫均為84℃時，以上3臺電解槽的單元槽均電壓變化總趨勢，具體情況見圖1。

從圖1數(shù)據(jù)可以看出，采用國內(nèi)廠家提供材料進(jìn)行零極距改造的電解槽，初始投用時運(yùn)行電壓均較低，但經(jīng)過較短時間運(yùn)行后槽電壓卻一直呈現(xiàn)穩(wěn)步上漲趨勢，且上漲速度較快，在經(jīng)歷2年的運(yùn)行后改造最好的電解槽單元槽均電壓漲至3.03 V，首臺改造電解槽電壓均值已達(dá)至3.1 V。而采用進(jìn)口材料進(jìn)行零極距改造的電解槽（R-230D），初期投用時運(yùn)行電壓雖高，但之后單元槽電壓一直呈現(xiàn)下降趨勢，在經(jīng)過1個月的運(yùn)行后電壓出現(xiàn)穩(wěn)定期，當(dāng)前電壓雖呈現(xiàn)上漲趨勢，但上漲的速度與第一方案相比較仍不高，運(yùn)行2年后，單元槽電壓平均值僅為3.02 V，優(yōu)勢明顯高于國產(chǎn)材料。

首臺改造電解槽因經(jīng)驗(yàn)不足，采用第一方案改造效果最好的電解槽仍比采用第二方案進(jìn)行首臺電解槽改造的電壓高，所以自長遠(yuǎn)角度考慮，采用第二方案改造的電解槽在節(jié)能等方面優(yōu)勢會更高。

4 結(jié)論

通過自然循環(huán)電解槽進(jìn)行零極距改造的幾種改造方案說明和對公司實(shí)際改造案例的介紹，總結(jié)以下內(nèi)容作為結(jié)論，僅供同行在下一步進(jìn)行改造中參考借鑒。

（1）離子膜電解槽作為氯堿裝置核心的生產(chǎn)設(shè)備，其技術(shù)水平的高低也是氯堿行業(yè)發(fā)展水平的體現(xiàn)，隨著國內(nèi)設(shè)備生產(chǎn)制造廠家在加工技術(shù)上的積累，加之國家在自主創(chuàng)新上的倡導(dǎo)和支持，國產(chǎn)離子膜電解槽的整體制造會逐漸為氯堿企業(yè)認(rèn)可，但是在核心技術(shù)上的掌握依然無法滿足高技術(shù)水平的要求。

（2）在當(dāng)前條件下，選擇進(jìn)口優(yōu)質(zhì)材料進(jìn)行加工，是一個目前可預(yù)見的成熟選擇。而企業(yè)有足夠?qū)嵙θコ袚?dān)的，自行采購電極并施工改造，也是體現(xiàn)企業(yè)競爭自信的選擇，而對改造風(fēng)險(xiǎn)無法獨(dú)立承擔(dān)的考慮專業(yè)維修單位施工也是情理之中。

（3）在工藝流程設(shè)計(jì)方面，企業(yè)也應(yīng)放開手腳，立足自我，在消化吸收國外引進(jìn)的離子膜制堿工藝技術(shù)的前提下，謀求改進(jìn)與優(yōu)化，做好國內(nèi)裝置的集約、精細(xì)配置，提高在國際上的競爭力。

Discussion on zpolar distance electrolyzer ofrunning

LIXue-wei，LILing-yun，CAO Zhan-guo，WANG Lei

（Tangshan Sanyou Chlor-Alkali Co.,Ltd.,Tangshan 063305，China）

∶Introduces the chlor-alkali enterprises choose from pole zero transformation background and construction scheme，and through its own transformation program and operation case，pointing out of the domestic enterprises in problem of the zero polar distance transformation project and the direction of improvement.

∶zero-gap membrane cell；retrofitscheme；contrast；discuss

TQ114.26+2

：B

：1009－1785(2017)04-0003-03

2016-05-27