朱江軍，張正江，羅金剛

（新疆天業(yè)化工有限責(zé)任公司，新疆石河子832000）

新疆天業(yè)化工公司進(jìn)口日本旭化成株式會(huì)社的雙頭擠壓高電流密度復(fù)極式自然循環(huán)離子膜電解槽（型號(hào)為ML32NCH）從2004年運(yùn)行至2011年底，運(yùn)行時(shí)間接近電解槽陰、陽極壽命（8年）后，確定將高電流密度自然循環(huán)電解槽（NCH）改造成零極距電解槽（NCHZ）。同時(shí)，對(duì)現(xiàn)有裝置的工藝進(jìn)行部分變更、對(duì)電氣設(shè)備進(jìn)行改造，以配套零極距電解槽的安全運(yùn)行。

1 NCH電解槽電極改造的原因

（1）新疆天業(yè)NCH電解槽從2004年開車至今，電解槽陰、陽極涂層局部脫落，單元槽的電壓上升。為保證電解槽下一周期的安全運(yùn)行，必須考慮更換電解槽電極。

（2）NCH電解槽直流電耗是氯堿系統(tǒng)的能耗大項(xiàng)，約占離子膜液堿成本的55%。隨著電解槽的繼續(xù)運(yùn)行，后期電壓將會(huì)不斷上升，該部分能耗所占的比例會(huì)逐漸增高。

（3）因NCH電解槽更換為原有電極與改造為零極距電極的生產(chǎn)周期、材料費(fèi)用基本相同，但性能不如零極距電極，尤其是在電耗方面不及零極距電極。

（4）國家“十二五”期間對(duì)企業(yè)降低能耗方面有明確的要求，公司也制定了“十二五”期間的節(jié)能降耗計(jì)劃。通過對(duì)NCH電解槽電極改造，可以降低單元槽的電壓、降低直流電耗。

（5）經(jīng)過對(duì)部分工藝管線及聯(lián)鎖控制系統(tǒng)的改進(jìn)和優(yōu)化，可以提高電解系統(tǒng)運(yùn)行的安全可靠性。

2 NCH電解槽改造為零極距的技術(shù)方案

2.1 電解槽改造

（1）陰極改造方案

NCZ零極距電解槽的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是將原陰極作為集電板，在原陰極上加裝鎳絲材質(zhì)的彈性體、保護(hù)網(wǎng)，再加裝活性陰極，通過鎳帶固定，實(shí)現(xiàn)彈性體將陰極與相鄰單元槽陽極間隙完全填充，兩電極之間的距離僅為離子膜的厚度。從而確定在現(xiàn)有NCH電解槽的基礎(chǔ)上進(jìn)行陰極改造成為零極距電解槽（NCHZ）的方案。

（2）陽極焊接更換

通過購買和制作如：剝離器、修邊器、高度測(cè)定器、變形修正機(jī)、氣密試驗(yàn)機(jī)等輔助設(shè)備，通過培訓(xùn)內(nèi)部員工，使氬弧焊接技術(shù)達(dá)到陽極焊接要求。

2.2 氣相壓力變更到最佳值

電解槽經(jīng)過零極距改造后，氯、氫氣壓力控制尤為重要。NCH電解槽在原氣相壓力下在整套電解裝置異常停車時(shí)氫氣放空失壓過快，氯氣去除害降壓較慢，極易產(chǎn)生氣相大負(fù)壓，離子膜會(huì)受力偏向陰極損傷陰極彈性體，不能使彈性體恢復(fù)原形。同時(shí)，零極距電解槽要求負(fù)壓差不能超過2 m，為避免類似情況發(fā)生，將氯、氫氣壓力變更（降壓）的方案。

方案1：氯氣壓力由4 m水柱變更為0 m、氫氣壓力由4.4 m水柱變更為0.4 m。該方案優(yōu)點(diǎn)是經(jīng)調(diào)研使用此壓力控制的廠家，零極距電解槽系統(tǒng)壓力控制平穩(wěn)，未出現(xiàn)停車大負(fù)壓現(xiàn)象。缺點(diǎn)：氣相壓力降低后，工藝管線需要擴(kuò)大，此項(xiàng)改造內(nèi)容及投資較多，周期較長。

方案2：氯氣壓力由4 m水柱變更為2 m、氫氣壓力由4.4 m水柱變更為2.4 m。該方案的優(yōu)點(diǎn)是不會(huì)產(chǎn)生較大負(fù)壓差，運(yùn)行安全穩(wěn)定。難點(diǎn)是現(xiàn)有工藝管線及閥門是否能滿足高負(fù)荷下氣體的輸送。

通過生產(chǎn)負(fù)荷計(jì)算氯、氫氣調(diào)節(jié)閥的理論開度，另一方面在停車前進(jìn)行了氣相降壓試驗(yàn)（電流12.15 kA，氯氣壓力2 m水柱，氫氣壓力2.4 m水柱），記錄各氣相調(diào)節(jié)閥的開度和系統(tǒng)各指標(biāo)的穩(wěn)定性。依據(jù)理論計(jì)算和試驗(yàn)數(shù)據(jù)相結(jié)合，判斷現(xiàn)有調(diào)節(jié)閥在總管氯、氫氣壓力降低后能滿足高負(fù)荷生產(chǎn)要求，最終確定了方案2。

2.3 與后序氯氫處理工段的氣相銜接控制

為了防止系統(tǒng)在意外停車時(shí)，氫氣放空和氯氣去除害手動(dòng)操作滯后，對(duì)零極距電解槽及離子膜造成損傷，在氯、氫氣總管加裝切斷閥，氫氣放空管線加裝調(diào)節(jié)閥，氯氣去除害管線加裝調(diào)節(jié)閥。DCS自動(dòng)控制系統(tǒng)對(duì)其組態(tài)進(jìn)行聯(lián)鎖控制，降低了勞動(dòng)強(qiáng)度，增加了安全系數(shù)。

2.4 增加極化整流裝置解決反向電動(dòng)勢(shì)

電解槽在主整流器停止時(shí)會(huì)產(chǎn)生反向電動(dòng)勢(shì)，使電解槽形成原電池，會(huì)傷及電解槽陰、陽極涂層。為了防止此現(xiàn)象發(fā)生，故增加配套設(shè)備—極化整流裝置，并配套UPS電源裝置，實(shí)現(xiàn)主整流器停止時(shí)聯(lián)鎖極化整流裝置啟動(dòng)運(yùn)行，為電解槽在停車時(shí)保駕護(hù)航。

另外，該公司根據(jù)自身設(shè)備運(yùn)行情況，選擇內(nèi)部自主改造電解槽。可以節(jié)約改造工期，節(jié)省物流運(yùn)輸費(fèi)用。通過該項(xiàng)目的實(shí)施，使技術(shù)人員熟練掌握該技術(shù)，為后期電解槽的維修打下基礎(chǔ)。

3 NCH電解槽電極改造后的運(yùn)行效果

3.1 改造后NCHZ電解槽運(yùn)行正常

一期4臺(tái)電解槽共504個(gè)單元槽于2012年1月8日全部完成改造，開車后運(yùn)行正常，至今沒有發(fā)現(xiàn)離子膜被損壞的現(xiàn)象，也沒有發(fā)現(xiàn)單元槽電壓異常的情況。

3.2 NCHZ與新NCH、新NCZ的性能數(shù)據(jù)對(duì)比

三類電解槽的單元槽電壓及直流電耗對(duì)比見表1。

表1 NCHZ、新NCH、新NCZ性能對(duì)比

NCH電解槽改造為NCHZ零極距電解槽后節(jié)約直流電單耗：

△U×1 000/(1.492×97/100)=0.188×1 000/(1.492×97)×100=130（kW·h）

15萬t/a燒堿節(jié)約直流電：

130×15×104=1.95×107（kW·h）

折算標(biāo)煤即為：2 396.55 t標(biāo)煤。

每年節(jié)約成本費(fèi)用：

0.357 元×1.95×107=696.15（萬元）

4 結(jié)語

新疆天業(yè)化工公司對(duì)進(jìn)口日本的高電流密度自然循環(huán)離子膜電解槽經(jīng)過自主改造后，生產(chǎn)運(yùn)行良好。在相同工藝條件下，改造后，NCHZ零極距電解槽的電壓和電耗接近NCZ原裝零極距電解槽的數(shù)據(jù)。性能數(shù)據(jù)穩(wěn)定，達(dá)到了設(shè)備節(jié)能降耗的目的，使公司離子膜電解裝置技術(shù)達(dá)到行業(yè)領(lǐng)先水平。