范亞妮，沙　劍，善忠芳，張妮妮，王有科（金川集團股份有限責任公司化工廠，甘肅金昌737100）

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離子膜電解槽的管理工作

范亞妮，沙劍，善忠芳，張妮妮，王有科
（金川集團股份有限責任公司化工廠，甘肅金昌737100）

摘要：介紹了金川集團股份有限公司化工廠根據(jù)離子膜電解裝置的管理經(jīng)驗提出的一套有效、系統(tǒng)的離子膜電解槽管理方式。

關鍵詞：離子膜電解槽；電解槽管理；離子膜；管理

金川集團股份有限公司化工廠（以下簡稱金川化工）現(xiàn)有2套離子膜燒堿裝置，設計能力40萬t/a，分兩期建成，均為引進藍星（北京）化工機械公司成套技術和關鍵設備。從目前來看，各企業(yè)都比較重視電解槽的管理工作，成立了專職的電解槽管理小組，因此，以金川化工電槽管理經(jīng)驗為例，供各離子膜電解槽廠家討論。

1　電解槽簡介

金川公司的2套離子膜電解槽分別為ZMBCH-2.7型和NBZ-2.7型。

ZMBCH-2.7型是2009年引進的高電流密度復極式電解槽，裝置能力20萬t/a，電解槽數(shù)10臺，146單元/臺，單元有效面積2.7 m2，設計電流密度4.5 kA/m2。技術特點：陰、陽極自然循環(huán)；電流分布均勻，膜利用率高；結構緊湊，維修方便。

NBZ-2.7型是2012年引進的膜極距復極式電解槽，裝置能力20萬t/a，電解槽數(shù)8臺，150單元/臺，單元有效面積2.7 m2，設計電流密度5.5 kA/m2。技術特點：陰、陽極自然循環(huán)；電流分布均勻，運行風險低，噸堿耗能低、運行電密高、膜利用率高；結構緊湊，維修方便。

2　電解槽管理

離子膜電解槽的管理是圍繞離子交換膜和電解單元槽框的運行展開，讓離子交換膜達到最佳運行狀態(tài)，電解單元槽框達到設計使用壽命，使電解裝置長期高效運行。

2.1成立電槽管理小組

目前，國內離子交換膜全部要從國外進口，在使用之前又沒有可靠的技術手段去檢測膜的性能，只能在使用過程中對電解槽進行全分析檢測，根據(jù)數(shù)據(jù)判斷膜的性能。

為了管理和檢修工作的需要，成立電解槽管理組，對電解槽進行專項管理。把購進的離子膜電解槽單極槽、復極槽、單元槽片、端框進行及時電子建檔登記。建檔編號可按其出廠銘牌上的編號，也可自行編號，以記錄該單元槽出廠日期、投產(chǎn)日期、更換日期檢修內容等。以便使用和檢修時作參考。離子膜作為電解槽的另一重要部件，一張離子膜的價格在1萬元以上，使用壽命為3年或更長一些，按照每張離子交換膜的出廠編號進行建檔，可以追尋到其使用蹤跡，以便查看離子交換膜的使用狀況。統(tǒng)計并整理與電解槽相關的數(shù)據(jù)，通過分析這些數(shù)據(jù)的變化，得出結論，再去指導生產(chǎn)。這里以電解槽溫為例［1］：理論上說槽溫升高1℃，槽電壓下降10 mV，可以通過實踐去驗證［1］。同時槽溫控制在多少最合適，既節(jié)約電解電耗又不影響離子膜的壽命，這就需要長期的數(shù)據(jù)統(tǒng)計才能得出結論。電解槽管理組負責修槽和運轉的交接，對電解槽出槽和送電要進行全分析數(shù)據(jù)統(tǒng)計和記錄，對開停電槽進行確認。新槽進行72 h考核驗收，記錄清楚各項數(shù)據(jù)，誰出問題誰負責任。

2.2保證電解裝置連續(xù)穩(wěn)定運行

保證電解裝置連續(xù)、穩(wěn)定的運行，盡可能不停車，這是個硬指標。這不僅體現(xiàn)了電解槽的管理水平，更體現(xiàn)了各企業(yè)的全面管理水平需要各環(huán)節(jié)，包括工藝、設備、電氣、儀表、分析等都有可靠的保證。

反復停車，不管是緊急停車還是計劃停車，電解槽內都會產(chǎn)生“電池效應”，會使陽極發(fā)生還原反應、陰極發(fā)生氧化反應，涂層受損，并導致槽電壓升高；產(chǎn)生的反向電流也可以使水分反向遷移，導致膜起泡，引起離子膜的物理性能破壞，造成不可逆的電流效率下降，氯氣純度下降；經(jīng)常開、停車還會導致電解槽溫度頻繁變化，使膜膨脹和收縮，很容易產(chǎn)生褶皺；開、停車時氣相壓差不穩(wěn)，極易使膜出現(xiàn)針孔或物理性的損壞。國外先進企業(yè)的離子膜平均運行壽命都達到3～5年，個別到8年，而國內僅三年左右甚至更少；國外的企業(yè)年平均停車僅幾次或更少，國內少則十幾次，多則達到幾十次。在這方面，差距是明顯的。

供電系統(tǒng)異常停車，如動力電不能及時恢復，機泵不能運轉，電解槽不能及時排液、洗槽，陰、陽電極活性涂層和離子膜受嚴重影響，造成不可逆損傷，導致明顯的電壓上升，電流效率下降，氯氣純度下降。

2.3加強工藝控制

電解槽工藝指標的重要性不言而喻，可是在電解槽的工藝控制上仍會出現(xiàn)各種各樣的問題，導致離子膜或電解槽運行壽命縮短。

離子膜電解工藝控制指標有鹽水質量、陰極液NaOH濃度和陽極液淡鹽水濃度。這些指標因離子膜不同而稍有區(qū)別，但原理是相通的。

要強調的是必須保證二次精制鹽水的質量，不能出現(xiàn)偏差，即使出現(xiàn)一次不合格鹽水進槽，后果都是很嚴重的。鹽水質量出現(xiàn)異常時，一定要按操作規(guī)程降電流或緊急停車，避免鹽水中的雜質對離子膜產(chǎn)生不可逆的損傷。鹽水中鈣、鎂離子等雜質含量增加時，可明顯觀察到電流效率下降。

現(xiàn)在國內能源緊張，電價上漲，在工藝控制上應盡量降低電解槽電壓，減少液堿電耗。電解槽溫度每升高1℃，單元電壓降低0.01 V；堿質量分數(shù)每降低1%，單元電壓降低0.014 V。在保證不超過控制指標的情況下，槽溫控制在88～90℃，堿質量分數(shù)控制在32%左右，電解槽電壓明顯降低，減少了電解電耗，經(jīng)濟效益可觀。

在離子膜電解工藝控制指標中，電解槽壓力和壓差是一項非常重要的指標，裝置運行中，陰、陽極氯、氫氣的壓差過大或反壓差，會造成膜的損傷和陰、陽極極網(wǎng)的凹陷變形，更有甚者，還會發(fā)生爆炸［2］。壓差過高或過低還會使離子膜與電極反復摩擦受到機械損傷，形成針孔或變薄，導致離子膜運行壽命縮短。在現(xiàn)場生產(chǎn)中，部分槽解體后發(fā)現(xiàn)離子膜變黑，可能是因為陽極室壓力升高，使平時貼向陽極側的膜移向陰極，陰極表面鐵銹或鎳涂層和其他沉淀物沉積在膜中，使膜受到污染。

2.4提高分析準確性

生產(chǎn)過程中，關鍵工藝指標的控制尤其重要，企業(yè)在做好關鍵指標控制的同時，要確保數(shù)據(jù)分析的可靠性、準確性。不準確的分析數(shù)據(jù)無法指導生產(chǎn)，甚至造成生產(chǎn)事故。這就要求電氣、儀表、分析檢測機構定期校驗儀表設備、電氣，定期配置更換分析所用的標準溶液，定期做好數(shù)據(jù)的分析整理。例如，電解槽氣體樣中氯含氫、氫含氧指標，每天做好統(tǒng)計分析，指標異常及時處理，并形成統(tǒng)一的管理臺賬。例如，每天做1次單臺氯氣純度、氫氣純度分析，若氯氣純度低于98%、氯中含氧高于0.5%時必須停產(chǎn)檢修；每天監(jiān)測單臺電槽出口淡鹽水的NaCl含量、pH值、游離氯、陰極液出口NaOH濃度和氫氣純度；每天監(jiān)測1臺電槽的堿中含鹽量（微量分析）。以上的指標分析要求準確，才能對生產(chǎn)作出正確指導，否則會造成嚴重的生產(chǎn)事故。

3　結語

離子膜制堿裝置運行4年來，對離子膜電解槽的維護管理做了大量工作，也積累了一些經(jīng)驗，但離子膜制堿技術還有很多不夠完善的地方，越是先進的技術更需要消化吸收，也更需要不斷提高維護和管理的能力和水平。

參考文獻：

［1］錢永純.討論離子膜電解槽的管理工作.氯堿工業(yè)，2006，（10）：19-20.

［2］刑家悟.離子膜法制燒堿操作問答.北京：化學工業(yè)出版社，2009. 190-191.

Management of ion-exchange membrane electrolysis cell

FAN Ya-ni，SHA Jian，SHAN Zhong-fang，ZHANG Ni-ni，WANG You-ke
（Jinchuan Group Co.，Ltd.，Chemical plant，Jinchang 737100，China）

Abstract：The management style and management experience of ion-exchange membrane electrolysis cell were introduced.

Key words：ion membrane electrolysis cell；management

中圖分類號：TQ114.26

文獻標識碼：B

文章編號：1009-1785（2016）04-0045-02

收稿日期：2015-05-10