離子膜電解槽泄漏著火原因分析

韓 松

（中國石化股份有限公司齊魯分公司氯堿廠，山東淄博255411）

近年來，隨著電解槽技術(shù)的不斷進步，零極距電解槽在各燒堿生產(chǎn)廠已全面普及，進行零極距改造后的電解槽運行電密有了不同程度的提升，全新零極距電解槽基本都運行在6 kA/m2。自2005 年氯堿行業(yè)較集中的產(chǎn)能擴張算起，多數(shù)氯堿廠的電解槽都已運行10 年甚至15 年以上，大多都進行過一輪或者數(shù)輪的電極更新、零極距改造。隨著裝置運行年限的延長，裝置內(nèi)設(shè)備、管線、閥門、墊片材質(zhì)劣化等帶來的問題逐年增多，在高電流密度的運行條件下，電解槽安全穩(wěn)定長周期運行面臨的問題越來越多。其中的電解槽泄漏問題困擾著不少氯堿企業(yè)，也是電解裝置最危險的事故之一，電解槽泄漏將引發(fā)連電著火、氯氣泄漏甚至爆炸事故的發(fā)生，在當(dāng)前安全、環(huán)保要求越來越高的態(tài)勢下，需要重點關(guān)注和預(yù)防電解槽的泄漏問題。

本文以旭化成和北化機這2 種電解槽為例，重點對電解槽泄漏原因進行分析，并對泄漏的處置和如何預(yù)防進行探討。

1 泄漏原因分析

1.1 墊片方面的問題

（1）軟管O 型墊片的泄漏

旭化成電解槽陰陽極入口、出口的O 型墊片是通用的，要求墊片能同樣耐受氯氣、堿和電化學(xué)腐蝕。在某裝置，曾出現(xiàn)O 型墊片生產(chǎn)廠家配方失當(dāng)，上線后短短幾天就發(fā)生大面積泄漏的情況。拆檢發(fā)現(xiàn)陰極側(cè)出口O 型墊片腐蝕明顯，橡膠發(fā)粘，一些帶堿的O 型墊片因掉落在掛臂之間沒有清理干凈，在送電時還出現(xiàn)連電拉弧的情況。

（2）槽框墊片

一是橡膠墊材質(zhì)和配方的問題，不同廠家的墊片在使用壽命上有明顯差距的。部分廠家生產(chǎn)的陽極槽框墊片在使用到2 年半以上時，四氟層包覆的橡膠已腐蝕殆盡，在陽極出口和槽框底部位置，因電化學(xué)腐蝕的原因，腐蝕情況格外嚴重；二是粘貼位置誤差太大，正確的粘貼位置見表1。

槽框墊片粘貼位置不當(dāng)，對應(yīng)位置的離子膜容易出現(xiàn)鹽泡損傷，后期陽極墊片腐蝕到一定程度時，也會對頂部氣泡的釋放造成影響。

表1 正確的粘貼位置

因旭化成槽框墊片在粘貼前需要人工抻拉，力度不好把握，同時陽極墊片粘貼位置不當(dāng)?shù)那闆r也比較普遍。這會造成日后運行過程中，墊片密封位置腐蝕加劇，離子膜的泄漏也多在這些部位發(fā)生。

1.2 軟管螺母

在旭化成電解槽操作手冊中，要求每次長期停車時都要對全槽螺母進行緊固。實際現(xiàn)場管理中對此容易疏忽，當(dāng)電解槽運行五六年以上時，問題逐漸顯現(xiàn)。陽極出口螺母外觀上普遍出現(xiàn)銹點，嚴重的螺母會出現(xiàn)裂紋、滲漏液；陰極出口螺母在絲扣處會有結(jié)堿。這種問題巡檢比較容易發(fā)現(xiàn)，雖然需短停處理造成負荷波動，但一般不會發(fā)展成大的問題。

1.3 電極問題

（1）電極改造/更新的施工質(zhì)量

當(dāng)電極使用7 年左右時，因活性涂層的損耗電壓會有明顯的上升，各廠都會選擇在這個時機進行電極更新。此時廠家的施工質(zhì)量尤其是在細節(jié)的處理上非常重要。陽極比較容易出現(xiàn)的問題是：不平整，因焊接應(yīng)力問題極網(wǎng)在肋條間出現(xiàn)波浪起伏；焊點過大有明顯凸起。陰極出現(xiàn)問題主要是：彈性網(wǎng)厚薄不均、活性網(wǎng)與彈性網(wǎng)貼合不緊密、在四周邊緣處彈性網(wǎng)未鋪滿、電極四周的折邊處有折痕不平整尤其是四個角的位置。以上施工缺陷在日后的運行中，將會造成電流分布不均勻、膜局部受力大、局部過熱等問題，進而造成離子膜損傷。

（2）新槽投用前電極的檢查

新槽投用前，除檢查（1）所述問題外，還要用手稍稍用力撫摸電極表面，感受并檢查陽極網(wǎng)的毛刺和陰極網(wǎng)的斷絲，并予以磨平和剔除。此項工作需逐片檢查，且不能漏過極網(wǎng)的每一個部位。

1.4 單元槽擊穿

這種情況最為危險，也曾在電解槽上多次發(fā)生。但事故發(fā)生后電解槽經(jīng)過停車、水洗，已無法復(fù)原到原始狀態(tài)，打開后檢查除了能看到擊穿的孔洞，難以查到根本性的問題。但綜合各種現(xiàn)象，確定

單元槽斷流應(yīng)為以下2 種原因。

（1）鹽水中Na2CO3含量偏高，單元槽加酸后氣泡夾帶量增大，而21#、39#閥處排氣不足，造成實際進入單元槽鹽水量?。唬?）雜質(zhì)堵住了鹽水入口軟管或分布管的小孔。堵塞發(fā)生后，發(fā)現(xiàn)有粘稠、團狀物質(zhì)堵在入口軟管接頭處，因堵塞物較大，造成出口不溢流。若該物質(zhì)較小，堵塞單元槽底部進料分布管的小孔，這種問題就無法發(fā)現(xiàn)了。這時，陽極室內(nèi)部鹽水濃度分布極不均勻，局部可能會低于淡鹽水濃度的下限，再碰上有薄弱點的離子膜或者不均勻的電流分布，擊穿事故就會不可避免的發(fā)生了。

上述的電極缺陷，尤其是彈性網(wǎng)的斷絲未被檢出，在某種異常工況時扎透離子膜，造成小的電流短路、高溫使膜的孔洞變大，繼而發(fā)展擴大成擊穿事故。

2 電解槽泄漏后的應(yīng)對

電解槽出現(xiàn)泄漏后，該公司曾在應(yīng)降流除槽還是聯(lián)鎖停槽上出現(xiàn)過爭論，經(jīng)過數(shù)次事件處置和評估后，已形成統(tǒng)一認識：應(yīng)立即聯(lián)鎖停單槽，并盡快將單槽切除。無論泄漏大小，這是隔離風(fēng)險、杜絕火災(zāi)爆炸事故、將影響面縮至最小的最佳方案。具體作法是：現(xiàn)場第一發(fā)現(xiàn)人將情況與中控室簡單溝通后，迅速將單槽鹽水或堿入口手閥關(guān)閉，待聯(lián)鎖發(fā)生后，如果未發(fā)生連電擊穿或者著火，可再打開閥門進行規(guī)定時間的置換，按正常程序停槽水洗，否則應(yīng)繼續(xù)向下操作，關(guān)閉另一側(cè)物料的進口→關(guān)閉陽極、陰極液相出口→關(guān)閉陽極、陰極氣相出口→陽極、陰極同步泄壓→分別加高純水至單元槽陰陽極出口溢流→排液水洗→膜試漏→拆解檢修。

單臺槽的聯(lián)鎖停車，只要控制得當(dāng)，不會造成全裝置的停車。上述步驟，操作時注意控制好陰陽極壓差，不會造成離子膜大面積的損傷。是經(jīng)過優(yōu)化和實際檢驗的可行方法。

3 電解槽泄漏的預(yù)防措施

（1）選用行業(yè)內(nèi)知名廠家的O 型墊片和槽框墊片，經(jīng)數(shù)年運行考查后固定下來，不要輕易更換廠家。如今隨著離子膜性能的提高和鹽水精制技術(shù)的進步，離子膜的使用壽命已超出墊片使用壽命，墊片的選用和正確粘貼是一個非常關(guān)鍵而又容易被忽視的環(huán)節(jié)。

（2）螺母應(yīng)嚴格定期緊固，連續(xù)運行半年以上的電解槽，只要有停槽機會，就應(yīng)進行全槽螺母緊固。使用2 年以上的O 型墊片，只要因檢修等原因拆卸軟管螺母，不管O 型墊片狀態(tài)如何都應(yīng)換新。使用15 年左右的陰陽極出口軟管，因螺母及絲扣或多或少有銹跡，往往緊固時雖然力矩到了，但因絲扣卡澀O 型墊片可能并未緊固到位，應(yīng)視情況進行有計劃的逐批更新。山鋁氯堿廠將舊軟管截斷，更換螺母后重新熱熔再利用，在修舊利廢上是一個可以借鑒的好方法。

（3）在換膜或者電極更新時，陽極入口集管應(yīng)拆下，用專用工具對內(nèi)壁進行徹底的清洗。經(jīng)多年運行后，集管內(nèi)壁會附有黃色粘稠物質(zhì)，集管的入口濾網(wǎng)不能攔截這些物質(zhì)，正常的鹽水循環(huán)、水洗也無法清除，會造成單元槽底部入口分配管甚至鹽水入口軟管堵塞、單元槽鹽水?dāng)嗔鳌?/p>

（4）新電解槽投用前應(yīng)嚴格進行質(zhì)量驗收，檢查每一片單元槽電極的平整度和毛刺、斷絲。電極更新時，拆下舊網(wǎng)后入口集管的檢查和沖洗要列入檢修內(nèi)容。

（5）加強巡檢，尤其是單元槽出口軟管的流動情況，顏色異常、流量異常都應(yīng)檢查單元槽電壓、對應(yīng)入口軟管的溫度并持續(xù)跟蹤。只要巡檢及時、到位，幾乎所有的電解槽泄漏是可以在第一時間發(fā)現(xiàn)的。

（6）建立離子膜定期查漏機制，即便是單元槽各項指標(biāo)看起來都很正常，因為針孔膜在零極距電解槽上運行非常危險。如果裝置運行非常平穩(wěn)，負荷變化和非計劃停車很少，應(yīng)一年查漏一次，否則應(yīng)適當(dāng)增加次數(shù)。查漏可利用裝置低負荷機會或其他機會檢修，這樣能大幅減少裝置生產(chǎn)動態(tài)。

（7）制定電解槽泄漏應(yīng)急處置方案，完善細節(jié)，定期演練和修訂。

4 結(jié)語

零極距離子膜電解槽已在行業(yè)內(nèi)全面普及，相關(guān)的技術(shù)和操作方法也已成熟。保持敬畏之心，把握關(guān)鍵環(huán)節(jié)，持之以恒做好細節(jié)管理，是避免電解槽泄漏事故的根本。