電解槽打火的原因及控制

蘇亞玲，申強(qiáng)

(陜西北元化工集團(tuán)股份有限公司化工分公司，陜西 榆林 719319)

陜西北元化工集團(tuán)股份有限公司(以下簡(jiǎn)稱“北元化工”)現(xiàn)有80萬t/a燒堿生產(chǎn)裝置，分為A、B、C、D共4條生產(chǎn)線。共有24臺(tái)進(jìn)口高電流密度自然循環(huán)復(fù)極式離子膜電解槽，每臺(tái)電解槽配有200個(gè)單元槽，目前運(yùn)行穩(wěn)定。但受操作因素、原料品質(zhì)、開停車次數(shù)及整體環(huán)境的影響，電解槽的性能逐漸下降，離子膜電解槽的陰陽極打火司空見慣。

1 引起電解槽打火的原因

正常的情況下，因陰極出液管中含有氫離子，2個(gè)正價(jià)的金屬離子結(jié)合會(huì)形成靜電釋放[1]，不會(huì)對(duì)電解槽的安全性能造成威脅。但近幾年越來越多地發(fā)現(xiàn)陰極打火區(qū)域集中在單元槽溢流波紋管的上下部分，陽極側(cè)也偶爾出現(xiàn)打火現(xiàn)象，通過對(duì)單元槽的停車解剖來看，基本上都是內(nèi)伸管被擊穿，或溢流管的法蘭面不平整，有凹痕。下面就簡(jiǎn)單地分析幾種可以引起電解槽打火的原因。

1.1 陰極液循環(huán)不暢引起打火

無論是陰陽極極液循環(huán)總量的不足，陰極液進(jìn)料管的堵塞，還是陰極分布器的不平整，出液軟管的折疊，都會(huì)引起電解槽內(nèi)部的液體不能連續(xù)地進(jìn)入或流出電解槽，在出料的過程中產(chǎn)生電解液斷流現(xiàn)象，電解液的斷流就會(huì)自然引起電解槽和外部的電位差，較大的電位差引發(fā)尖端放電產(chǎn)生電火花。電解槽系統(tǒng)開停車或者操作幅度過大時(shí)，氣相系統(tǒng)析出不穩(wěn)定，造成陰極液的循環(huán)量不穩(wěn)定，出口波紋管的兩端電位差偏離過大，也會(huì)形成打火。一般通過加大對(duì)應(yīng)的流量，或者調(diào)整出液軟管的方向就能夠避免上述原因造成的打火。

1.2 陰陽極液中的金屬離子引起打火

北元化工的離子膜電解槽的進(jìn)出口管線全部使用金屬材質(zhì)鈦鎳和316不銹鋼，這些管線中富含金屬離子，隨著大系統(tǒng)循環(huán)進(jìn)入電解液中形成單質(zhì)或者與其他氧化性強(qiáng)的負(fù)價(jià)離子結(jié)合形成化合物。這些金屬離子會(huì)優(yōu)先于H+放電。一般情況下，金屬離子的放電發(fā)生在電解槽的氣液分離區(qū)，順著陰陽極半殼溢流至出液總管形成電火花。特別需要說明的是2014年北元化工采用堿性冷凝液代替純水進(jìn)行燒堿溶液的稀釋，實(shí)際上是部分的金屬離子占比調(diào)整，引起打火，溫度的適當(dāng)提高也加速了反應(yīng)的進(jìn)行。

1.3 電解槽的絕緣不良引起打火

這種情況比較少見，伍迪電解槽每次開車前，檢測(cè)電解槽的槽對(duì)框、框?qū)Φ?、銅板對(duì)地的絕緣要在0.5 MΩ以上。產(chǎn)生雜散電流的主要原因是電解槽的進(jìn)出料管道和電解槽本身的絕緣不良，伍迪公司也建議進(jìn)出液管線不采用金屬材質(zhì)。電解槽在正常的狀態(tài)下與管道和地面的電阻由于電解槽電壓的緣故，兩端存在較大的電壓差異。當(dāng)電解槽絕緣大于0.5 MΩ時(shí)，由于槽電壓的影響，電解槽內(nèi)幾乎不存在雜散電流，但是當(dāng)電解槽絕緣不良時(shí)，電解槽的電勢(shì)不是均勻地從槽頭到槽尾逐漸下降，而是在絕緣不良處產(chǎn)生一個(gè)較低的電勢(shì)點(diǎn)，這種電勢(shì)會(huì)引起整臺(tái)電解槽或部分單元槽內(nèi)存在雜散電流，帶來電火花。

1.4 陰陽極涂層的脫落引起打火

一般情況下，電解槽運(yùn)行穩(wěn)定1～2年后，涂層的脫落就進(jìn)入高峰期，大量的釕鈦金屬及其化合物隨著電解液一起流出電解槽，由于金屬物質(zhì)的本身帶電性能，遇到法蘭接觸面的空隙，短暫停留，形成點(diǎn)釋放，產(chǎn)生火花。這類打火情況一般不會(huì)對(duì)系統(tǒng)造成明顯的影響。隨著時(shí)間的推移，陰極液出液管上會(huì)覆著大量金屬物，顏色發(fā)紅，打火現(xiàn)象也會(huì)逐漸減弱。

1.5 離子膜的泄漏引起打火

由于離子膜的泄漏或壓力壓差過大，溫度過高，OH-都會(huì)通過離子膜的泄漏部分或增大的空隙到達(dá)陽極半殼。OH-在陽極側(cè)要優(yōu)先于Cl-放電，這個(gè)反應(yīng)在電解槽氣液分離區(qū)也可以引起電火花的產(chǎn)生[2]。當(dāng)氫氣進(jìn)入陽極側(cè)后，會(huì)與氯氣或少量的氧氣發(fā)生強(qiáng)烈的光化學(xué)反應(yīng)，形成電弧，擊穿內(nèi)伸管或出液溢流管，這類打火相當(dāng)危險(xiǎn)，一般情況下停車更換單元槽及內(nèi)伸管，電解槽的相關(guān)性能參數(shù)也會(huì)有明顯變化。

2 調(diào)整控制電解槽打火的措施

在清楚電解槽陰陽極出液管打火的原因后，根據(jù)現(xiàn)有的現(xiàn)象進(jìn)行科學(xué)分析，得出電解槽打火可能產(chǎn)生的后果，進(jìn)一步采取保證系統(tǒng)安全生產(chǎn)的安全措施，最終通過探討得出如下操作步驟。

(1)確定陰陽極液軟管打火的部位，分上中下三部分，上部打火一般為單元槽內(nèi)部被擊穿，較危險(xiǎn)，停車更換單元槽為佳。出液波紋管內(nèi)部打火不會(huì)對(duì)電解槽的安全構(gòu)成威脅，軟管的波紋及長(zhǎng)度就是用來增加電解液的電阻從而達(dá)到斷電的目的。若出液軟管的下部打火，多為出料總管的內(nèi)伸管被擊穿，可根據(jù)火花的大小及頻次做出判斷。

(2)適度提高陰陽極液的循環(huán)量，一般不宜超出3 m3/h，2～5 h后觀察運(yùn)行，不宜過快提高流量，引起系統(tǒng)的波動(dòng)。

(3)調(diào)整出液軟管的方向，盡量保持垂直，減少電解液液斷面。

(4)測(cè)量電解槽和電解槽框架對(duì)地絕緣值大于等于0.5 MΩ，分析數(shù)值無異常。仔細(xì)檢查銅排對(duì)地之間無異物，確保絕緣值正常。

(5)分析電解槽的氯氣和氫氣純度、氯內(nèi)含氫、氯內(nèi)含氧、陰極液的堿中含鹽，檢查氯氣和氫氣壓力、壓差及電解槽電壓及電流運(yùn)行情況，確認(rèn)離子膜無破損撕裂情況。

(6)跟蹤觀察陰極液出液波紋軟管的溫度，一般情況下較其他單元槽出液管的溫度無明顯差異，略微上升1～2 ℃。

3 結(jié)語

目前離子膜電解槽技術(shù)已趨成熟，電解槽陰陽極打火現(xiàn)象也在各企業(yè)普遍存在，處理不慎將直接影響PVC和燒堿的產(chǎn)量，也給電解槽的運(yùn)行帶來較大的安全隱患。