離子膜槽電壓升高的原因分析及思考

王奮斗，孟憲忠，王記孝，席引尚

（陜西金泰氯堿化工有限公司，陜西 榆林 718100）

鹽水質(zhì)量的好壞，直接影響到離子膜的使用壽命，而進電解槽的其他介質(zhì)，如鹽酸、純水的質(zhì)量同樣對離子膜有著重要的影響，一旦出現(xiàn)超標，離子膜將受到污染，因此，對進電解槽各種物料進行管理以及指標出現(xiàn)超標時，在最短時間內(nèi)發(fā)現(xiàn)并處理，對延長離子膜的使用壽命有著重要的意義。

1 運行經(jīng)過

該企業(yè)有兩套離子膜電解裝置，電解槽采用加酸工藝，鹽酸全部為二線鹽酸吸收生產(chǎn)，進入專用鹽酸儲槽供電解使用。2018年1月1日，電解工段當班人員發(fā)現(xiàn)進電解槽鹽酸顏色發(fā)黃，于是立即停止一二線電解槽加酸，并從電解槽加酸口、鹽酸吸收器下酸口以及供電解鹽酸出口取樣分析，分析結(jié)果全部合格，但為確保離子膜安全運行，對顏色發(fā)黃的鹽酸進行了置換，分析結(jié)果分別見表1、表2、表3。

從表1-3看出，無論是顏色發(fā)黃的鹽酸還是置換合格的鹽酸，質(zhì)量分析全部合格。在確認鹽酸質(zhì)量合格后，1月1日下午恢復(fù)二線電解槽加酸，15時50分恢復(fù)一線電解槽加酸，運行至17時左右，發(fā)現(xiàn)一二線槽電壓出現(xiàn)整體同步快速上升，槽電壓升高了約5～7 V。數(shù)據(jù)分別見表4、表5。

表1 顏色發(fā)黃后鹽酸分析結(jié)果10-6

表2 鹽酸分析結(jié)果10-6

表3 顏色恢復(fù)正常后鹽酸分析結(jié)果10-6

表4 一線加酸前后電壓變化趨勢V

表5 二線加酸前后電壓變化趨勢V

2 排查經(jīng)過

針對兩套裝置槽電壓短時間內(nèi)同時出現(xiàn)快速升高現(xiàn)象，判斷為系統(tǒng)共性問題，由于分析鹽酸是合格的，暫時排除了鹽酸質(zhì)量超標的可能性。

2.1 二次鹽水質(zhì)量排查

運行至1月2日對一二線二次鹽水進行分析，分析結(jié)果見表6，二次鹽水質(zhì)量全部合格，可以排除。

表6 1月2日一二線二次鹽水質(zhì)量分析10-6

2.2 純水質(zhì)量排查

在一二線電解界區(qū)內(nèi)純水總管取樣分析，純水質(zhì)量合格，所以可以排除，數(shù)據(jù)見表7。

表7 1月2日一二線電解槽配酸用純水質(zhì)量分析數(shù)據(jù)10-6

2.3 鹽酸分析

針對之前對鹽酸質(zhì)量的分析，1月2日再次對鹽酸取樣進行分析，質(zhì)量合格，見表8。

運行至1月3日8時30分在電解取樣分析鹽酸，分析結(jié)果超標，見表9。

于是立即停止一二線電解槽加酸，在電解槽停止加酸后，發(fā)現(xiàn)一二線電解槽電壓出現(xiàn)同步下降，并逐步恢復(fù)至正常，下降幅度見表10和表11。

表8 1月2日鹽酸分析結(jié)果10-6

表9 1月3日鹽酸分析結(jié)果10-6

表10 一線電槽停酸前后槽電壓變化趨勢V

表11 二線電槽停酸前后槽電壓變化趨勢V

由于之前槽電壓出現(xiàn)升高后，分析鹽酸質(zhì)量一直合格，為進一步確認鹽酸質(zhì)量是否超標，再次從鹽酸儲槽出口取樣分析，結(jié)果鈣鎂鐵含量嚴重超標，分析結(jié)果見表12。

表12 1月3日鹽酸分析結(jié)果10-6

由此判斷槽電壓升高的原因應(yīng)該還是鹽酸質(zhì)量超標造成的，因為在槽電壓出現(xiàn)升高前后，鹽酸工序并未進行任何操作，一直采用二線吸收做酸，由此判斷可能是石墨吸收器泄漏，但從吸收下酸處分析鹽酸濃度來看，與之前無明顯變化。隨后對吸收消耗純水進行排查，發(fā)現(xiàn)吸收水從1月1日開始單耗出現(xiàn)降低，這與槽電壓開始升高的時間吻合，所以進一步確定了鹽酸超標是由石墨吸收器泄漏，循環(huán)水漏入鹽酸造成的二線石墨吸收純水消耗見表 13、圖 1。

表13 槽電壓出現(xiàn)升高前后二線石墨吸收器消耗純水對比

圖1 槽電壓升高前后D吸收水單耗趨勢圖（V）

根據(jù)上述分析，立即停止吸收做酸，進行查漏確認，當吸收停止做酸后，發(fā)現(xiàn)石墨吸收器Ⅰ段下酸視鏡中有大量水流下，判斷為Ⅰ段吸收器泄漏，第二天對二線石墨吸收器進行解體檢查，將拆下的石墨塊進行打壓試漏，發(fā)現(xiàn)從底部向上第3塊石墨塊孔氣孔與水孔串通。

與此同時，為保證公司自用酸量，將二線氯化氫通過點爐分配臺進入一線吸收做酸，并分析吸收下酸質(zhì)量，合格后直接進入鹽酸儲槽進行反復(fù)置換，直至合格，分別見表14和表15。

表14 一線B吸收下酸分析結(jié)果10-6

表15 一線B槽鹽酸分析結(jié)果10-6

在確認鹽酸儲槽鹽酸合格后，再次開始向一線電解槽ABC開始加酸，流量500 L/h，加酸后槽電壓未出現(xiàn)之前上漲現(xiàn)象，加酸后槽電壓變化見表16。

表16 1月10日一線ABC槽加酸后槽電壓變化趨勢V

加酸連續(xù)運行至24 h后，對D、E、F槽開始加酸，加酸后槽電壓也未出現(xiàn)升高現(xiàn)象，見表17。

表17 一線DEF槽加酸后槽電壓變化趨勢V

隨后對二線4臺電解槽也開始加酸，加酸后槽電壓也未出現(xiàn)升高現(xiàn)象，見表18。

表18 二線4臺電解槽加酸后槽電壓變化趨勢V

1月12日二線石墨吸收器堵漏完成后，開始安裝，并開始做酸，從下酸口分析鹽酸合格后直接切換進入鹽酸B槽，并開始供電解，槽電壓未出現(xiàn)升高現(xiàn)象，見表19。

表19 二線D吸收下酸分析結(jié)果10-6

3 原因分析

綜合上述，造成一二線電解槽槽電壓急劇升高原因是D吸收Ⅰ段吸收器泄漏，循環(huán)水漏入鹽酸中造成鹽酸質(zhì)量超標引起的，質(zhì)量不合格的鹽酸污染了離子膜。但根據(jù)離子膜電解原理、結(jié)構(gòu)及金屬雜質(zhì)在膜中的沉積機理，并結(jié)合實際運行經(jīng)驗，離子膜一旦被鈣鎂等金屬離子污染后，通過水洗，會出現(xiàn)一定的降低，但不能恢復(fù)到正常值。而此次槽電壓升高后并未進行洗槽，只是停止加酸后，槽電壓便出現(xiàn)下降并恢復(fù)至正常值。因此，造成本次槽電壓升高的原因有可能是循環(huán)水中的有機物（循環(huán)水中加有各種藥劑）超標引起的，當其與鹽酸進入電解槽后，會產(chǎn)生以下影響。

（1）在陽極液中產(chǎn)生泡沫，從而造成陽極室中氣液比增加、陽極液電阻增大、電流分布不均勻，最終造成槽電壓升高。

（2）有機物進入電解槽后覆蓋了陽極涂層，降低陽極的活性區(qū)域，電流分布變差，限制氯離子接近陽極，造成槽電壓升高。

（3）有機物進入離子膜，被離子膜吸收被氧化后，造成離子膜溶脹，其排斥陰離子的能力將下降，從而導致電流效率下降。

當停止加酸后，有機物對電極及離子膜的影響消失，可能是有機物作用的時間短，沒有對離子膜造成損傷，所以在停止加酸后出現(xiàn)槽電壓降低并恢復(fù)正常的現(xiàn)象。

4 結(jié)語

電槽管理主要數(shù)據(jù)有槽電壓、電流效率、電耗、鹽水質(zhì)量、鹽酸質(zhì)量、純水質(zhì)量、出槽鹽水質(zhì)量、成品堿質(zhì)量等，這些數(shù)據(jù)基本靠現(xiàn)場實測或取樣人工分析，然后進行人工記錄或DCS采集后進行計算得出。而鹽水質(zhì)量、鹽酸質(zhì)量、純水質(zhì)量一旦出現(xiàn)超標，最終通過槽電壓、電流效率、電耗表現(xiàn)出來，而這也只能在參數(shù)出現(xiàn)大的異常變化時才能發(fā)現(xiàn)，對于在短時間出現(xiàn)微小異常不易及時發(fā)現(xiàn)，不能準確快速查找到原因，例如電壓短時間內(nèi)上漲、電效突然下降等，且存在滯后性，并受分析誤差、技術(shù)人員工作能力及經(jīng)驗限制，分析判斷問題存在局限性。

如果將影響槽電壓、電流效率、電耗等直接或間接的指標例如二次鹽水質(zhì)量、純水質(zhì)量、鹽酸質(zhì)量、鹽酸吸收水單耗等數(shù)據(jù)導入數(shù)據(jù)庫中，實現(xiàn)DCS、PLC等數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)同步記錄。并對具備電槽運行數(shù)據(jù)異常預(yù)警，數(shù)據(jù)對比分析，異常工況原因快速分析等功能，根據(jù)不同負荷情況，對影響電解運行的參數(shù)設(shè)定正常波動范圍，并設(shè)置上下限報警值，起到異常狀態(tài)下提前預(yù)警的作用

吸收器出現(xiàn)輕微泄漏時，最早出現(xiàn)變化的參數(shù)應(yīng)該是吸收水的消耗量，由于變化較小，操作人員在短時間內(nèi)是無法發(fā)現(xiàn)的，但如果通過數(shù)據(jù)庫管理，對吸收水的單耗設(shè)定在線實時計算報警，當吸收水出現(xiàn)降低趨勢時，系統(tǒng)立即發(fā)出報警，判斷為吸收器漏水，操作人員可立即停止吸收做酸，進而停止電解槽加酸，接下來再對鹽酸質(zhì)量進行分析，這樣的話，就可以避免上述問題的發(fā)生或?qū)栴}限制在最短的時間內(nèi)發(fā)現(xiàn)、處理，不至于造成嚴重的影響。

收稿日期：2018-05-22

湖北嚴控新上煤電項目化工項目須進園區(qū)

近日，湖北省發(fā)改委（省能源局）印發(fā)污染防治攻堅戰(zhàn)工作實施方案，提出到2020年完成國家下達的鋼鐵、煤炭、小火電等行業(yè)過剩產(chǎn)能壓減任務(wù)，燃煤火電機組基本完成超低排放改造，能源消費總量控制在1.89億t標準煤以內(nèi)，單位生產(chǎn)總值能耗比2015年下降16%。

該實施方案提出，嚴禁新增粗鋼冶煉產(chǎn)能；鋼鐵、水泥、玻璃等產(chǎn)能過剩行業(yè)的新、改、擴建項目，必須實行等量或減量置換。建立違法違規(guī)鋼鐵項目有獎舉報制度，加大查處力度，嚴防退出產(chǎn)能恢復(fù)生產(chǎn)，嚴厲打擊取締地條鋼。

嚴格新建工業(yè)項目布局，不符合政府核準的投資項目目錄的項目，一律不予核準或備案。長江干流及主要支流岸線一公里范圍內(nèi)不再新建重化工及造紙行業(yè)項目，一公里外的石油化工和煤化工項目必須進園區(qū)，按照程序批復(fù)后實施。加快推進老工業(yè)區(qū)151家工業(yè)企業(yè)搬遷改造工作。

優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)，嚴控新上煤電項目，全省市州城市建成區(qū)嚴禁新建除上大壓小、熱電聯(lián)產(chǎn)外的燃煤電廠。嚴格執(zhí)行國家標準，對達不到當年國家標準的煤電機組予以關(guān)停。及時關(guān)停拆除“僵尸機組”，兩年以上不運行的機組不再安排優(yōu)先發(fā)電量計劃；三年以上仍不運行機組，動員企業(yè)主動申請關(guān)停并核銷容量。鼓勵小型供熱機組盡早退出運行，加快推進火電機組超低排放改造，全省新建燃煤火電機組全部執(zhí)行超低排放標準，到2020年，全省燃煤火電機組基本完成超低排放改造。