郝明松，劉慶芳

（江蘇揚(yáng)農(nóng)化工集團(tuán)有限公司，江蘇揚(yáng)州225000）

電解槽單槽的操作管理及優(yōu)化

郝明松，劉慶芳

（江蘇揚(yáng)農(nóng)化工集團(tuán)有限公司，江蘇揚(yáng)州225000）

鑒于在伍迪公司BM-2.7復(fù)極式電解槽的項(xiàng)目設(shè)計(jì)中考慮了單槽的開(kāi)、停車(chē)，在生產(chǎn)過(guò)程中改進(jìn)了開(kāi)、停車(chē)的操作方法，對(duì)連鎖單槽停車(chē)的控制進(jìn)行了優(yōu)化，保證了單槽的平穩(wěn)操作。

伍迪電解槽；單槽；操作優(yōu)化

1 單槽開(kāi)、停車(chē)

揚(yáng)農(nóng)集團(tuán)的離子膜燒堿電解裝置產(chǎn)能6萬(wàn)t/a。一期于2003年9月投產(chǎn)，產(chǎn)量為3萬(wàn)t/a，A、B兩組電槽；二期于2004年11月投產(chǎn)，產(chǎn)量為3萬(wàn)t/a，C、D兩組電槽。采用伍迪公司BM-2.7復(fù)極式電解槽，每只電解槽有112個(gè)單元。電解槽的直流電由單臺(tái)整流器提供，設(shè)置極化整流器，4臺(tái)單槽形成6萬(wàn)t/a的生產(chǎn)能力。項(xiàng)目設(shè)計(jì)過(guò)程中確定了在日后的生產(chǎn)中要能夠?qū)崿F(xiàn)單槽的開(kāi)、停車(chē)，所以在設(shè)計(jì)配管時(shí)，考慮了單槽的進(jìn)出、循環(huán)管線、單槽鹽水換熱器及單槽陰極液換熱器等環(huán)節(jié)。

在正常生產(chǎn)過(guò)程中，因?yàn)閱卧坌孤┗蛳鄳?yīng)單槽的配管泄漏需要檢修時(shí)，要進(jìn)行單槽的停車(chē)、檢修和再開(kāi)車(chē)。為了保證安全生產(chǎn)，在控制方案中設(shè)置了單槽停車(chē)的連鎖控制。在伍迪電解工藝中，單槽連鎖停車(chē)主要有以下幾種情況。

（1）電槽的陰極液流量低于正常操作量20%，在2min內(nèi)整流負(fù)荷以每秒1%的速率降低，且最后不低于4 kA，超過(guò)2min停車(chē)。

（2）電槽進(jìn)槽鹽水流量低于正常操作量20%，在2min內(nèi)整流負(fù)荷以每秒1%的速率降低，且最后不低于4 kA，超過(guò)2min停車(chē)。

（3）電槽的陰極液溫度最高設(shè)置為92℃，在2 min內(nèi)整流負(fù)荷以每秒1%的速率降低，且最后不低于4 kA，超過(guò)2min停車(chē)。

（4）電槽中心點(diǎn)電壓差最高設(shè)置為1.6 V，延時(shí)3 s，電槽連鎖停車(chē)。

（5）電解槽的陰、陽(yáng)極出口閥門(mén)沒(méi)有完全打開(kāi)，電槽停車(chē)。

2 伍迪工藝中原有的開(kāi)停車(chē)方案

在原操作手冊(cè)中，單槽開(kāi)、停車(chē)的操作比較簡(jiǎn)單，尤其是單槽并網(wǎng)和脫網(wǎng)的內(nèi)容描述，可操作性較差，在單槽并網(wǎng)的過(guò)程中沒(méi)有考慮到氯氣和氫氣的壓力，容易導(dǎo)致裝置因氯氣、氫氣失壓致使氫氯壓差波動(dòng)而連鎖停車(chē)，并且在國(guó)內(nèi)采用的伍迪工藝中，沒(méi)有成功進(jìn)行單槽開(kāi)停車(chē)的操作經(jīng)驗(yàn)。

3 改進(jìn)后的操作方法

經(jīng)過(guò)實(shí)踐操作，該公司首先細(xì)化了各步驟的操作法，提高了單槽開(kāi)停車(chē)的可操作性。將單槽開(kāi)停車(chē)的操作納入到崗位正常操作中，能根據(jù)操作規(guī)程進(jìn)行規(guī)范作業(yè)，同時(shí)保證其余電槽的穩(wěn)定運(yùn)行。為保證操作的安全性，使用氮?dú)庾鳛殡姴凵龎旱妮d體，既保證了電槽陰陽(yáng)極室的壓差，也對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行起到至關(guān)重要的作用。

3.1 單槽開(kāi)車(chē)操作

單槽開(kāi)車(chē)時(shí)，關(guān)鍵操作是對(duì)電槽的升壓及并網(wǎng)，操作過(guò)程中要確保氫氣、氯氣的總管壓力不會(huì)有大的波動(dòng)、壓差平穩(wěn)、保證裝置的正常運(yùn)行。單槽升溫結(jié)束后，將電槽的鹽水、陰極液循環(huán)停止，關(guān)閉單槽的循環(huán)管線閥門(mén)，利用電槽充氮管線，通過(guò)氮?dú)鈱?duì)電槽進(jìn)行升壓，待開(kāi)車(chē)單槽的陽(yáng)、陰極側(cè)的壓力與總管壓力一致后，再打開(kāi)單槽的氯氣、氫氣隔斷閥，將單槽并入大系統(tǒng)后，開(kāi)始鹽水、陰極液循環(huán)，此時(shí)，單槽具備了送電開(kāi)車(chē)的條件。

3.2 單槽停車(chē)操作

單槽停車(chē)的操作比較簡(jiǎn)單，重點(diǎn)是在脫網(wǎng)時(shí)，保證氫氣、氯氣的壓力穩(wěn)定，防止氯氣、氫氣進(jìn)入單槽管線而引發(fā)總管的壓力波動(dòng)。在負(fù)荷降為1 kA時(shí)，關(guān)閉充氮?dú)馇暗母綦x閥，將氯氣總管單槽停車(chē)的連鎖屏蔽。待電流降到零后，極化整流器電流降為零，停止電槽陰、陽(yáng)極液循環(huán)，慢慢關(guān)閉陰、陽(yáng)極液管道上的出口隔離閥，打開(kāi)陰、陽(yáng)極液出口旁通閥，通過(guò)單槽進(jìn)料管線進(jìn)行電解液循環(huán)，單槽加水2m3、并進(jìn)行電槽氮?dú)獾臎_洗、投極化。單槽脫網(wǎng)結(jié)束，可以進(jìn)行降溫、排液等操作。電槽周邊的相關(guān)閥門(mén)見(jiàn)圖1。

4 連鎖單槽停車(chē)的控制優(yōu)化

在離子膜裝置一期時(shí)，裝置只有2臺(tái)單槽，裝置發(fā)生異常而導(dǎo)致單槽停車(chē)時(shí)，由于瞬間氯氣、氫氣量都下降為原有氣量的50%，在正常生產(chǎn)過(guò)程中的控制值波動(dòng)后，自動(dòng)調(diào)節(jié)恢復(fù)的可能性非常小，所以會(huì)引起整個(gè)裝置的停車(chē)。

2004年下半年，離子膜項(xiàng)目二期工程投運(yùn)，整個(gè)裝置的電槽數(shù)增加為4臺(tái)，一臺(tái)單槽的氣量占比只有25%，為單槽連鎖停車(chē)后整個(gè)裝置不停車(chē)提供了可能。但在離子膜正常生產(chǎn)過(guò)程中，氯氣、氫氣總管上的調(diào)節(jié)閥都處于自動(dòng)控制狀態(tài)，單槽連鎖停車(chē)后，會(huì)因?yàn)轭l繁調(diào)節(jié)導(dǎo)致氯氣、氫氣總管壓力及氫氯壓差大幅度波動(dòng)，引發(fā)氯氫壓差達(dá)到最低，連鎖停車(chē)。并且在此情況下，無(wú)法進(jìn)行人為干預(yù)，避免在操作過(guò)程中調(diào)節(jié)不及時(shí)，引起氯氫壓差過(guò)大，對(duì)電槽及膜產(chǎn)生損傷，進(jìn)而再發(fā)生安全風(fēng)險(xiǎn)。在發(fā)生單槽突然停車(chē)后，實(shí)行監(jiān)控，無(wú)法進(jìn)行手動(dòng)調(diào)節(jié)，只能自動(dòng)控制。從二期工程投運(yùn)后的情況來(lái)看，能夠恢復(fù)的比例約為25%，多數(shù)情況下仍會(huì)因?yàn)閱尾鄣耐＼?chē)，系統(tǒng)氯氫壓差調(diào)節(jié)滯后而引發(fā)整個(gè)裝置停車(chē)，給裝置本身以及后續(xù)精細(xì)化工生產(chǎn)的安全性與穩(wěn)定性帶來(lái)風(fēng)險(xiǎn)。

根據(jù)單槽停車(chē)后引發(fā)整個(gè)裝置停車(chē)的DCS過(guò)程報(bào)告進(jìn)行分析，同時(shí)在總管上的2個(gè)主調(diào)節(jié)閥的PID參數(shù)不同，氯氫壓差控制主要區(qū)別在于比例積分（PI）控制規(guī)律。比例控制的作用是普遍常用的調(diào)節(jié)控制，能夠迅速克服干擾的影響，使系統(tǒng)恢復(fù)穩(wěn)定，但是由于輸入信號(hào)與輸出信號(hào)比例固定，系統(tǒng)達(dá)到穩(wěn)定后還存在殘值；積分控制的作用滯后于偏差的存在，不能及時(shí)克服干擾的影響，使得調(diào)節(jié)過(guò)程緩慢、不易穩(wěn)定；微分調(diào)節(jié)的好處在于，偏差盡管不大，但在偏差開(kāi)始劇烈變化的時(shí)刻能自動(dòng)產(chǎn)生一個(gè)強(qiáng)大的調(diào)節(jié)作用，但微分調(diào)節(jié)與偏差的變化速度有關(guān)，所以不單獨(dú)使用[1]。主調(diào)節(jié)閥的PID參數(shù)見(jiàn)表1。氯、氫調(diào)節(jié)閥的參數(shù)不同，主要是為了適應(yīng)壓力波動(dòng)時(shí)的穩(wěn)定性與調(diào)節(jié)過(guò)程中的靈敏性。

表1 主調(diào)節(jié)閥的PID參數(shù)

從PID數(shù)據(jù)來(lái)看，氯氣的調(diào)節(jié)閥更加強(qiáng)調(diào)的是調(diào)節(jié)的穩(wěn)定性，不會(huì)過(guò)多、過(guò)快地進(jìn)行調(diào)節(jié)；而氫氣總管的調(diào)節(jié)閥主要調(diào)節(jié)的參數(shù)是氫氯壓差，是保證裝置穩(wěn)定及電槽與膜安全的重要參數(shù)。

分析結(jié)論是，在單槽連鎖停車(chē)后，氯氣壓力、氫氣壓力都下降，氯氣壓力下降幅度大于氫氣壓力下降的幅度，氫氯壓差加大，同時(shí)由于氯氣調(diào)節(jié)閥所設(shè)置的SV正常為20 kPa，氫氯壓差的SV為4 kPa，所以，氯氣調(diào)節(jié)閥與氫氣調(diào)節(jié)閥同時(shí)作用，分別對(duì)氯氣總管壓力和氫氯壓差進(jìn)行調(diào)節(jié)。如果在調(diào)節(jié)過(guò)程中，使調(diào)節(jié)幅度一致或接近，能夠?qū)?shù)調(diào)節(jié)正常，保證裝置不會(huì)連鎖停車(chē)，否則，裝置會(huì)因?yàn)閴翰畹倪B鎖而停車(chē)。

針對(duì)這一分析，提出在DCS的控制邏輯中增加一個(gè)控制。單槽連鎖停車(chē)后，由DCS直接控制將氯氣總管的壓力控制值SV設(shè)置為16 kPa，這一指標(biāo)的確定也是根據(jù)多次停車(chē)過(guò)程中的DCS記錄報(bào)告總結(jié)出來(lái)的，而氫氯壓差的控制不變。當(dāng)單槽停車(chē)穩(wěn)定后，再緩慢地將氯氣總管壓力提升到20 kPa，并在此過(guò)程中保證氫氯壓差的穩(wěn)定。

經(jīng)過(guò)優(yōu)化，在單槽停車(chē)后，氯氣總管與氫氣總管的調(diào)節(jié)閥能夠基本保持原有的閥門(mén)開(kāi)度，不會(huì)發(fā)生調(diào)節(jié)無(wú)效的情況。當(dāng)4臺(tái)電槽同時(shí)運(yùn)行發(fā)生單槽連鎖停車(chē)時(shí)，再也沒(méi)有發(fā)生過(guò)整個(gè)裝置因調(diào)節(jié)不佳連鎖停車(chē)的現(xiàn)象。如果是計(jì)劃性停單槽，則可將這一內(nèi)部邏輯控制進(jìn)行屏蔽，避免對(duì)系統(tǒng)的干擾。

5 單槽開(kāi)、停車(chē)管理優(yōu)化的意義

（1）節(jié)約了裝置開(kāi)車(chē)恢復(fù)的時(shí)間。

（2）減少了運(yùn)行成本，避免了整個(gè)裝置停車(chē)。

（3）單槽連鎖停車(chē)后，穩(wěn)定壓力控制，減少氫氯壓差的波動(dòng)，減少膜與極網(wǎng)之間的摩擦，保證了電槽與膜的安全。

（4）伍迪電槽換膜時(shí)間較長(zhǎng)，控制優(yōu)化后，在電槽換膜時(shí)可以一臺(tái)電槽停車(chē)換膜，其余電槽開(kāi)車(chē)，大大減少了停車(chē)時(shí)間。

[1]張毅，等.自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)及儀表控制系統(tǒng).北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2004.

Operaionmanagementand optim ization of single cellUhde ionic membraneelectrolyzer

HAOMing-song,LIUQing-fang
(Jiangsu Yangnong ChemicalGroup Co.,Ltd.,Yangzhou 225000,China)

According to running and stop of single cell of BM-2.7 Uhde bipolar type ionic membrane electrolyzer,the operation method of running and stop was innovated.The single cell interlock stopping controlwasoptimized for stable operation ofsingle cell.

Uhde ionicmembraneelectrolyzer;single cell;optimization operation

book=6,ebook=127

TQ151.1+5

B

1009－1785(2010)08－0006-02

2010-02-01