劉心怡，張景瑞，高新華

（1.山東財(cái)經(jīng)大學(xué)，山東 濟(jì)南 250014； 2.萬(wàn)華化學(xué)（煙臺(tái)）氯堿熱電有限公司，山東 煙臺(tái) 264006）

萬(wàn)華化學(xué)（煙臺(tái)）氯堿熱電有限公司（以下簡(jiǎn)稱萬(wàn)華氯堿熱電）成立于2013 年，是萬(wàn)華化學(xué)集團(tuán)控股子公司， 主要承擔(dān)萬(wàn)華煙臺(tái)生產(chǎn)基地?zé)崃ιa(chǎn)與供應(yīng)，以及燒堿、氯氣、氫氣等基礎(chǔ)化工原料生產(chǎn)與供應(yīng)。公司生產(chǎn)裝置分為氯堿裝置和熱電裝置，其中燒堿產(chǎn)能60 萬(wàn)t/a，液氯54 萬(wàn)t/a。 目前既是國(guó)家“兩高一低”企業(yè)，也是區(qū)域內(nèi)存有一級(jí)重大危險(xiǎn)源的?；飞a(chǎn)企業(yè)， 公司立足于萬(wàn)華煙臺(tái)工業(yè)園和自身發(fā)展實(shí)踐， 一直致力于持續(xù)提升生產(chǎn)裝置運(yùn)行質(zhì)量及現(xiàn)代化水平，持續(xù)提升本質(zhì)安全管理水平，保障園區(qū)和公司的安全及高質(zhì)量發(fā)展。

氯堿裝置產(chǎn)能以折百燒堿計(jì)， 目前一二三期共計(jì)60 萬(wàn)t/a 產(chǎn)能的零極距電槽28 臺(tái)， 包括11 臺(tái)藍(lán)星北化機(jī) （以下簡(jiǎn)稱北化機(jī)） 自然循環(huán)式膜極距（NBZ） 電解槽、17 臺(tái)旭化成自然循環(huán)零極距電槽（其中1 臺(tái)由旭化成高電密NCH 電槽經(jīng)藍(lán)星北化機(jī)陰極附著鎳材絲網(wǎng)改造為零極距電槽，16 臺(tái)旭化成原裝西格瑪電槽）。 一二三期裝置分別于2014 年、2017 年、2020 年投產(chǎn)，總體運(yùn)行狀況安全穩(wěn)定。2021年對(duì)氯堿裝置電槽及其附屬設(shè)備進(jìn)行了升級(jí)、 整體換膜、國(guó)產(chǎn)替代等多種方式的升級(jí)改造，從而降低了電槽電壓，提高了電流效率，降低了直流電耗，降本增效效果明顯。

1 增加單元槽改造

一期和三期電解增加單元槽改造， 通過(guò)增加單元槽，均衡電槽產(chǎn)量，降低電流密度，從而降低電耗，其中16 臺(tái)電槽分別增加了36 個(gè)單元槽， 在保證燒堿產(chǎn)品產(chǎn)量均衡而不增加的情況下， 電槽運(yùn)行負(fù)荷由14.85 kA 降至14.46 kA，電流密度從5.5 kA/m2調(diào)整至5.39kA/m2，直流電耗下降了約14kW·h/t 折百堿；在同一產(chǎn)能下，按照交直流變效95%、0.62 元/kW·h 電費(fèi)計(jì)算，直流電耗下降可節(jié)省生產(chǎn)成本9.13 元/t 折百堿，16 臺(tái)電槽共計(jì)35 萬(wàn)t/a 產(chǎn)能，年可降低生產(chǎn)成本319 萬(wàn)元。

2 電解槽及離子膜更換

用旭化成最新型NCZ-∑電解槽替換二期裝置現(xiàn)有在線運(yùn)行滿12～15 年的6 臺(tái)旭化成NCZ 電解槽，并進(jìn)行整體換膜，從而降低電耗。

二期裝置共有12 臺(tái)電槽，其中4 臺(tái)（1#～4#）為旭化成最新型NCZ-∑電解槽，于2017 年首次上線運(yùn)行；另8 臺(tái)電槽（5#～12#）為整體搬遷電解槽，包括1 臺(tái)（10#）北化機(jī)膜極距（NBZ）電槽和7 臺(tái)（5#～9#、11#、12#）旭化成NCZ 電解槽。 7 臺(tái)旭化成NCZ電解槽中的6 臺(tái)（5#～8#、11#、12#）槽齡滿12～15年，利用整體換膜時(shí)機(jī)進(jìn)行了設(shè)備升級(jí)改造， 單元槽由原來(lái)的旭化成零極距（NCZ）電槽升級(jí)為（NCZ-∑）零極距西格瑪電槽（以下簡(jiǎn)稱西格瑪電槽）。

電槽改造升級(jí)完成后，進(jìn)行電槽整體換膜，大幅降低直流電耗。 其中，二期5#、6#、7#、8#、11#、12#6 臺(tái)電槽分別于2021 年5 月-10 月整體更換為目前先進(jìn)的西格瑪電解槽和F7001 離子膜； 二期9#電槽于2010 年10 月上線運(yùn)行旭化成高電密（NCH）電槽， 槽齡11 年有余， 電槽陽(yáng)極涂層良好， 后于2017 年二期工程整體搬遷時(shí)， 由北化機(jī)附著陰極網(wǎng)，電槽實(shí)現(xiàn)零極距（NCZ）模式，運(yùn)行滿4 年后，2021 年10 月整體更換離子膜為旭化成F7001 型號(hào)；10# 電槽為北化機(jī)膜極距（NBZ）電槽，2021 年整體更換為國(guó)產(chǎn)東岳DF2807 離子膜，9#、10# 換膜后，對(duì)國(guó)產(chǎn)膜和進(jìn)口膜進(jìn)行了性能對(duì)比測(cè)試， 直流電耗比較數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。

（1）通過(guò)同一運(yùn)行電流數(shù)據(jù)比較可以看出，9#、10# 更換新膜后，直流電耗下降了約145 kW·h/t；按照交直流變效95%、0.62 元/kW·h 電費(fèi)計(jì)算，降低生產(chǎn)成本94.6 元/t 折百堿，9#、10# 這2 臺(tái)電槽產(chǎn)能4.1 萬(wàn)t/a，年可降低生產(chǎn)成本387 萬(wàn)元。

（2）雖然國(guó)產(chǎn)離子膜的直流電耗高于旭化成離子膜，但是國(guó)產(chǎn)離子膜具有采購(gòu)成本的絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，目前按照折百燒堿60 萬(wàn)t/a 的氯堿裝置， 利用國(guó)產(chǎn)離子膜的成本優(yōu)勢(shì)替代進(jìn)口膜， 作為離子膜在線周期4 年期間的零星換膜約300 張/a，可節(jié)約換膜成本支出145 萬(wàn)元，年可降低成本36 萬(wàn)元。

（3）5#～8#、11#、12# 電槽升級(jí)改造并整體換膜后，直流電耗比較見(jiàn)表2。

整體更換離子膜的電流效率由94%提升至97%， 電槽升級(jí)改造直流電耗下降了約258 kW·h/t折百燒堿。 按照交直流變效95%、0.62 元/kW·h 電費(fèi)計(jì)算， 降低生產(chǎn)成本168 元/t， 該6 臺(tái)電槽產(chǎn)能12.5 萬(wàn)t/a，年度降低生產(chǎn)成本2 100 萬(wàn)元。

（4）升級(jí)改造后的旭化成西格瑪電解槽相比于旭化成零極距電解槽，極化電流運(yùn)行期間的電耗為0。電槽升級(jí)為西格瑪電槽后， 陰陽(yáng)極涂層升級(jí)后極板具備抗原電池效應(yīng)的性能，極化電流無(wú)需投用，消除了電槽陽(yáng)極側(cè)氯內(nèi)含氫高的風(fēng)險(xiǎn)，提升了電槽運(yùn)行的安全性能；電槽停車后無(wú)需進(jìn)行15 min 的120 A 電流極化。 年度單槽停車4 次，目前15 臺(tái)西格瑪電槽每年可節(jié)約電能1185kW·h/臺(tái)， 年度可以節(jié)約因極化電流運(yùn)行期間的0 產(chǎn)量狀態(tài)下的電能消耗1.78 萬(wàn)kW·h，年可節(jié)省電費(fèi)1 萬(wàn)元。除節(jié)省電費(fèi)外，還減少了設(shè)備維護(hù)和維修保養(yǎng)費(fèi)用及人力成本等。

表1 國(guó)產(chǎn)膜和進(jìn)口膜性能數(shù)據(jù)對(duì)比

表2 電槽改造前后性能對(duì)比

（5）新型進(jìn)口離子膜應(yīng)用。二期1#電槽于2021 年11 月利用限電時(shí)機(jī)進(jìn)行了整體換膜，離子膜更換為目前旭化成在F7001 基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)的新型離子膜F7001E，兩種離子膜的槽電壓比較見(jiàn)表3。

二期1#電槽于2017 年11 月首次上線運(yùn)行，在線離子膜為旭化成F7001，2021 年11 月整體換膜，在線離子膜為F7001E，直流電耗下降了11 kW·h/t，按照交直流變效95%、0.62 元/kW·h 電費(fèi)計(jì)算，降低生產(chǎn)成本7.17 元/t，該電槽產(chǎn)能2.1 萬(wàn)t/a，年度降低生產(chǎn)成本15 萬(wàn)元；4 臺(tái)電槽完成整體換膜后年可節(jié)約成本支出約60 萬(wàn)元。項(xiàng)目改造效果及經(jīng)濟(jì)效益見(jiàn)表4。

表3 兩種離子膜的槽電壓對(duì)比

3 約克離心式冷水機(jī)組替代溴化鋰?yán)渌畽C(jī)組

在2021 年9 月之前，氯堿裝置共配備了3 臺(tái)蒸汽溴化鋰吸收式冷水機(jī)組，其中A、B 兩臺(tái)于2014 年10 月投用，C 臺(tái)于2016 年12 月投用。 自機(jī)組投用以來(lái)， 先后發(fā)生多次系統(tǒng)真空度無(wú)法維持、 溶液泄漏、換熱器泄漏等問(wèn)題；同時(shí)因3 臺(tái)機(jī)組制冷量不一致，無(wú)法實(shí)現(xiàn)相互間的完全互備，進(jìn)一步影響了生產(chǎn)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行， 甚至出現(xiàn)了生產(chǎn)系統(tǒng)被迫降電槽電流或者導(dǎo)致部分停車， 致使下游用氯氣單位降負(fù)荷生產(chǎn)。 氯堿裝置利用2021 年度大修時(shí)機(jī)，用2 臺(tái)約克離心式冷水機(jī)組替代原有3 臺(tái)溴化鋰?yán)渌畽C(jī)組。

表4 項(xiàng)目改造投入效果及效益

（1）安全性效果評(píng)價(jià)

2 臺(tái)約克離心式機(jī)組上線，開(kāi)1 備1，設(shè)備每年只需保養(yǎng)一次（原有溴化鋰機(jī)組每年每臺(tái)保養(yǎng)4次），并且3 臺(tái)溴化鋰機(jī)組運(yùn)行時(shí)， 操作人員需要頻繁關(guān)注3 個(gè)機(jī)組運(yùn)行參數(shù)，而更換成約克離心式機(jī)組后，僅需對(duì)一臺(tái)機(jī)組重點(diǎn)巡檢， 有利于發(fā)現(xiàn)異常并及時(shí)在線倒機(jī)，提高了系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。

（2）生產(chǎn)成本比較（見(jiàn)表5）

由上述表格可以看出， 溴化鋰機(jī)組更換成約克冷水機(jī)組后，制冷費(fèi)用明顯降低，核算單位制冷量成本：按照電價(jià)0.62 元/kW·h、蒸汽價(jià)150 元/t（過(guò)熱蒸汽S10），下降約0.081 元/kW·h，以6 700 kW·h 制冷量，每年運(yùn)行8 000 h 計(jì)算，更換成約克冷水機(jī)組后，每年節(jié)約成本550 萬(wàn)元。

表5 冷水機(jī)組改造效益表

（3）投資維修成本（見(jiàn)表6）

表6 冷水機(jī)組投資維修成本

設(shè)備投用后成本及維護(hù)費(fèi)用見(jiàn)表7。

表7 冷水機(jī)組投用后成本及維護(hù)費(fèi)用 單位：萬(wàn)元

從表5、表6、表7 可以看出，約克機(jī)組設(shè)備投資略高， 但從使用后維修成本來(lái)看， 約克機(jī)組更具優(yōu)勢(shì)，年節(jié)約維修費(fèi)用47 萬(wàn)元，按設(shè)備使用年限12 年計(jì)算，可節(jié)約維修費(fèi)用565 萬(wàn)元。 相關(guān)成本見(jiàn)表8。注：設(shè)備以每三年進(jìn)行一次大修，設(shè)備壽命20 年計(jì)，從長(zhǎng)期運(yùn)行數(shù)據(jù)看，約克機(jī)組更具有成本優(yōu)勢(shì)。

表8 冷水機(jī)組運(yùn)行維修成本 單位：萬(wàn)元

4 鹽泥二次洗滌壓濾干燥

氯堿行業(yè)鹽泥處理是環(huán)保老大難問(wèn)題， 公司經(jīng)過(guò)研究考察后于2020 年進(jìn)行了鹽泥的項(xiàng)目技改工作，新增兩套鹽泥處理設(shè)備實(shí)施，實(shí)現(xiàn)了鹽泥二次洗滌壓濾及鹽泥干燥再利用項(xiàng)目， 并且干燥后的鹽泥送到公司熱電工廠與煤一起摻燒， 徹底實(shí)現(xiàn)了鹽泥零排放，此項(xiàng)鹽泥回收技改項(xiàng)目的實(shí)施，不僅解決了鹽泥的環(huán)保問(wèn)題，而且回收了鹽，實(shí)現(xiàn)了社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益雙豐收。 經(jīng)過(guò)不斷總結(jié)和完善，鹽泥壓濾設(shè)備現(xiàn)已充分發(fā)揮作用，2021 年二級(jí)壓濾后鹽泥內(nèi)氯化鈉含量從13%降至3%，回收原鹽約190 t，依照原鹽價(jià)格400 元/t 計(jì)， 此項(xiàng)減少原鹽采購(gòu)成本支出約7.6 萬(wàn)元。鹽泥再處置利用1 800 t，減少鹽泥的環(huán)保處置費(fèi)用支出約70 萬(wàn)元。

5 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)一系列的增加電解槽改造、 電解槽升級(jí)換代、離子膜國(guó)產(chǎn)替代、進(jìn)口新型離子膜、電解槽整體換膜、新型冷水機(jī)組投用以及鹽泥處置技改等措施，節(jié)支增效3 200 萬(wàn)元/a，整個(gè)改造過(guò)程利用年度大修時(shí)機(jī)而沒(méi)有影響下游用戶， 并且通過(guò)改造減少了計(jì)劃和非計(jì)劃停車次數(shù)，保持了生產(chǎn)系統(tǒng)穩(wěn)定性，降低了安全風(fēng)險(xiǎn)， 也充分證明設(shè)備升級(jí)改造是提高裝置健康運(yùn)轉(zhuǎn)率、 優(yōu)化生產(chǎn)工藝流程、 提高裝置生產(chǎn)效率、促進(jìn)節(jié)能降耗減排、提高經(jīng)濟(jì)效益的重要途徑。

氯堿行業(yè)是一個(gè)存有重大危險(xiǎn)源且高耗能的行業(yè)，探討安全環(huán)保、離子膜電解槽選型、運(yùn)控優(yōu)化對(duì)氯堿企業(yè)有著重要的意義。 在保證安全環(huán)保的前提下，只有從最細(xì)微入手，盡可能降低電耗，選擇優(yōu)質(zhì)電解槽和輔助設(shè)備，精準(zhǔn)調(diào)控各項(xiàng)工藝指標(biāo)，不斷強(qiáng)化技術(shù)改造升級(jí)，集中精力致力于降本節(jié)支增效，獲得更加豐厚的經(jīng)濟(jì)效益，才能在行業(yè)中處于領(lǐng)先，保證企業(yè)與行業(yè)高質(zhì)量穩(wěn)步發(fā)展。