零極距電解槽淡鹽水保護(hù)鈦管的方式探索

周學(xué)虎

（新疆天業(yè)集團(tuán)有限公司，新疆 石河子 832000）

新疆天業(yè)集團(tuán)下屬公司天偉化工有限公司（以下簡稱天偉化工）自2014年4月投產(chǎn)以來，通過技術(shù)改造，實(shí)現(xiàn)成本降低，贏得了廣闊的市場。

1 背景

（1）電解槽精鹽水管線的保護(hù)方式

離子膜法制燒堿工藝中，部分精鹽水總管及電解槽陽極入口總管為鈦材。由于在電解過程中，陰極室的氫氧根離子通過離子膜移動到陽極室，需在陽極室連續(xù)不斷的添加鹽酸以中和移動過來的氫氧根離子。為防止鹽酸對鈦材的腐蝕，需對精鹽水總管及入口總管加以保護(hù)，改造前工藝中的保護(hù)方式為精鹽水電解后的返回淡鹽水，在淡鹽水總管處分15%的鹽水量進(jìn)入精鹽水總管及陽極入口總管進(jìn)行保護(hù)。

（2）腐蝕及保護(hù)機(jī)理

鈦材在高溫、高氯化物，尤其是存在強(qiáng)酸和Cl－的介質(zhì)中[1]，在密封面或焊接縫隙處易產(chǎn)生腐蝕[2]。為了防止鹽酸對鈦材的腐蝕，在進(jìn)入電解槽的精鹽水中必須混合一部分電解后的返回淡鹽水。該鹽水中溶有700～800 mg/L Cl2。Cl2溶于水中生成強(qiáng)氧化性ClO－，在鈦材的表面生成氧化膜使得其表面變化為鈍化狀態(tài)，阻止管線內(nèi)的腐蝕。

2 淡鹽水保護(hù)鈦管的方式

2.1 電解槽部分返回淡鹽水

電解槽部分淡鹽水直接進(jìn)入精鹽水總管用于鈦管保護(hù)，其工藝流程示意圖見圖1。

圖1 返回淡鹽水保護(hù)鈦管工藝流程示意圖

保護(hù)鈦管的淡鹽水的流量為串級控制，其流量為各電解槽電流之和乘以0.33，根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)需要調(diào)節(jié)偏差控制淡鹽水流量。用于鈦管保護(hù)的淡鹽水流量=I電流總×0.33±偏差

2.2 氯酸鹽分解槽分解后的淡鹽水進(jìn)入精鹽水管

氯酸鹽分解槽分解后的淡鹽水送入淡鹽水脫氯系統(tǒng)前調(diào)節(jié)pH值，因受控制參數(shù)pH值的限制，氯酸鹽分解槽的分解流量無法達(dá)到滿負(fù)荷，為優(yōu)化工藝控制，分析氯酸鹽分解槽分解后淡鹽水保護(hù)鈦管的可行性，其工藝流程示意圖見圖2。

圖2 氯酸鹽分解槽分解后淡鹽水用于保護(hù)鈦管流程示意圖

2.2.1 不同淡鹽水參數(shù)

氯酸鹽分解槽淡鹽水中溶解氯氣量的核算在不考慮氯根影響的情況下，根據(jù)表1的數(shù)據(jù)[3]，酸度為0.5 mol/L，溫度為70℃時，氯氣在酸度為0.5 mol/L時的淡鹽水中溶解度為0.011 mol/L。

表1 溶液酸度為0.5 mol/L時不同溫度下氯氣的溶解度

溶氯氣量=溶解度×摩爾質(zhì)量

=0.008 mol/L×71 g/mol=0.568 g/L

返回及分解槽淡鹽水部分參數(shù)對照，見表2。

表2 返回淡鹽水和分解槽淡鹽水的部分參數(shù)

2.2.2 工藝變更后需要變更的參數(shù)

（1）氯酸鹽分解槽流量控制

天偉化工電解槽滿負(fù)荷生產(chǎn)時用于保護(hù)鈦管的淡鹽水量為24.5 m3/h，氯酸鹽分解槽中淡鹽水需在分解槽內(nèi)停留至少1 h，以便于提高分解率。根據(jù)設(shè)備條件氯酸鹽分解槽鹽水流量控制不超過15 m3/h，現(xiàn)場試驗(yàn)數(shù)據(jù)見表3。

表3 氯酸鹽分解槽流量及對應(yīng)分解率

變更后氯酸鹽分解槽的流量不能全部代替返回淡鹽水來保護(hù)鈦管，因此還需要部分返回淡鹽水通過LCV－265調(diào)節(jié)合適流量與氯酸鹽分解槽淡鹽水共同參與保護(hù)鈦管。LCV－265控制的返回淡鹽水流量通過減偏差來降低。

為保證用于保護(hù)鈦管鹽水流量的穩(wěn)定性，需將用于保護(hù)鈦管的淡鹽水流量與返回淡鹽水調(diào)節(jié)閥LCV－265設(shè)置聯(lián)鎖，在氯酸鹽分解槽異常停車或者氯酸鹽分解淡鹽水泵故障等緊急情況時，能夠及時補(bǔ)充用于保護(hù)鈦管的返回淡鹽水流量。

（2）進(jìn)電解槽加高純酸量控制

計(jì)算氯酸鹽分解槽流量為15 m3/h時進(jìn)入精鹽水總管，可代替高純鹽酸的加入量。出口酸度平均值為0.0031 mol/L，檢測氯酸鹽分解槽22天的酸度數(shù)據(jù)平均值為0.4971 mol/L，分解槽淡鹽水中攜帶的鹽酸量為272162.25 g/h。

天偉化工離子膜運(yùn)行3年，電解槽加31%高純酸量為899000 g/h。在離子膜運(yùn)行前期，可相應(yīng)減少氯酸鹽分解槽淡鹽水量來適應(yīng)電解槽加酸需求。

電解槽總加酸量減去氯酸鹽分解槽攜帶鹽酸量，平均分配至5臺電解槽。根據(jù)以上計(jì)算，氯酸鹽分解槽分解后的淡鹽水可代替返回淡鹽水使用。

3 總結(jié)

運(yùn)用氯酸鹽分解槽分解后的淡鹽水代替電解槽返回淡鹽水保護(hù)鈦管，解除了氯酸鹽分解槽受淡鹽水脫氯系統(tǒng)pH值的限制，使其分解裝置分解功能實(shí)現(xiàn)最大化，在離子膜后期副反應(yīng)增加，鹽水及堿中氯酸鹽上升時有極大的應(yīng)用價值，可有效提高固堿設(shè)備、螯合樹脂使用壽命。