李曉杰，王建紅

（1.天津樂金渤?；瘜W(xué)有限公司，天津 300452；2.宏澤（江蘇）科技股份有限公司 江蘇 江陰 214400）

1 離子膜電解槽運行現(xiàn)狀

天津樂金渤?；瘜W(xué)有限公司 （以下簡稱為LG 渤海）燒堿裝置于2007 年4 月投產(chǎn)，生產(chǎn)能力為25 萬t/a，共8 個回路16 臺槽，其中1#-14# 電解槽為原高電密槽改造的膜極距槽 （于2014 年由原廠家進行改造），15#、16# 槽為原裝膜極距槽。 整個裝置至今已運行近16 年，長期高負(fù)荷運行（電流密度5.64 kA/m2），并且初始進行膜極距改造時，更換過陽極密封面，電解槽運行狀況不太理想。 改造后的膜極距槽運行電壓過高，現(xiàn)已達(dá)3.25 V，噸堿交流電耗為2 450 kW·h 以上（電流密度5.5 kA/m2，槽溫90 ℃，燒堿濃度32%），已經(jīng)超出了離子膜電解槽的標(biāo)準(zhǔn)電耗指標(biāo)，運行成本大大升高，一些工藝指標(biāo)達(dá)不到要求，特別是電槽泄漏率高，跑冒滴漏嚴(yán)重。因此考慮逐步更換新電槽，LG 渤海經(jīng)過考察，綜合對比，引進宏澤（江蘇）科技股份有限公司生產(chǎn)的JHM-3V 型電解槽，進行升級換代，達(dá)到節(jié)能降耗的目的。

2 JHM-3V 電解槽的規(guī)格及主要技術(shù)指標(biāo)

2.1 電解槽規(guī)格及技術(shù)指標(biāo)

單元槽規(guī)格2 402 mm×1 562 mm×42 mm；

有效面積3.276 m2；

設(shè)計運行電流密度5.5 kA/m2（最大電流密度6.0 kA/m2）；

直流電耗：

5.5 kA/m2，槽溫90 ℃，燒堿濃度32%，噸堿直流電耗≤1 995 kW·h；

6.0 kA/m2，槽溫90 ℃，燒堿濃度32%，噸堿直流電耗≤2 040 kW·h。

單元槽電壓：

5.5 kA/m2，槽溫90 ℃，燒堿濃度32%，單元槽電壓≤2.88 V；

6.0 kA/m2，槽溫90 ℃，燒堿濃度32%，單元槽電壓≤2.94 V。

電極性能：

陰極析氫電位1.221 V（電流密度4 kA/m2，參比電極Vs.SEC，試驗溫度（90±1） ℃）；

陽極析氯電位≤1.12 V（電流密度4 kA/m2，參比電極Vs.SEC，飽和鹽水溫度（90±2） ℃）；

析氫極化率69 mV（參比電極Vs.SEC，試驗溫度（90±1） ℃）；

電解失重≤13.4 mg （電解液450 g/L NaOH，電流密度4 500 A/m2，試驗溫度（90±1） ℃）。

2.2 二次精制鹽水質(zhì)量要求（見表1）

表1 二次精制鹽水質(zhì)量要求

2.3 產(chǎn)品指標(biāo)（見表2）

表2 產(chǎn)品指標(biāo)

3 電槽更新轉(zhuǎn)換方案

對現(xiàn)有運行電槽進行綜合評估，比較每個回路電解槽的電壓、效率、電耗；對各回路的單元槽泄漏、單元槽平整度情況進行評估；其中一個回路仍然采用直接更換陽陰極網(wǎng)及彈性網(wǎng)（利用周轉(zhuǎn)槽）；確定置換方案與順序（見表3）。

表3 置換方案與順序

4 JHM-3V 電槽的主要創(chuàng)新點

JHM-3V 電槽與舊槽相比， 在結(jié)構(gòu)上作了很多改進，更加安全，具有更高的電流密度。 基于其低結(jié)構(gòu)電壓降、更好的陰陽極內(nèi)部循環(huán)、更高效的氣液分離和更大的出液通道， 可以達(dá)到更高的電流密度，可在6 kA/m2的電流密度下安全運行，在生產(chǎn)過程中操作更加靈活。JHM-3V 電槽的主要特點如下。

4.1 低電耗

JHM-3V 最顯著的特點是低能耗， 這是因為電槽內(nèi)部有了更好的電解液分布、 均勻的電流分布、較低結(jié)構(gòu)電壓降和膜極距、高性能的活性陰極及抗反向電流結(jié)構(gòu)。

（1）膜極距技術(shù)。 擁有特殊的陰極面網(wǎng)和彈性體，彈性體與陰極網(wǎng)的接觸點提高30 倍以上，從而使電流分布更均勻，提高陰極彈性體彈力，使彈性體施加給陰極網(wǎng)的壓力更均勻，同時耐陽極側(cè)的逆壓能力得到加強；

（2）進一步降低電解槽結(jié)構(gòu)上的電阻。 一方面增加陰陽極盤間導(dǎo)電復(fù)合條的寬度， 增加焊點數(shù)量，另一方面增加陰陽極盤內(nèi)導(dǎo)電筋板，焊接陽極網(wǎng)的焊點數(shù)量增加了1.5 倍，使電流分布更加均勻，與上一代槽相比，結(jié)構(gòu)電阻降低了40%；

（3）開發(fā)并使用了更優(yōu)異的、涂層壽命更長的陰極涂層技術(shù)。 采用貴金屬系列活性陰極（鉑系復(fù)合涂層），提高了活性，涂層表面更加光滑，離子膜摩擦小，更加適合膜極距系統(tǒng)的運行。

4.2 電解液溢流方式

JHM-3V 另外一個明顯的特點是溢流方式，提高了離子膜的使用壽命。 氣體和電解液在單元槽陰陽極盤底通過瓦楞板式出液通道進入氣液分離盒，經(jīng)消泡網(wǎng)充分進行消泡分離，這種出液和分離方式使氣液分離時產(chǎn)生很小的壓力波動，并且遠(yuǎn)離離子膜，離子膜得到充分的保護。

4.3 單元槽可與舊槽實現(xiàn)完全互換

由于兩種電解槽單元槽面積相同，并且使用同樣的墊片、出槽軟管、鹽水循環(huán)，并且JHM-3V 插入管槽內(nèi)部分亦為PFA，泄漏電流更小。

4.4 離子膜使用范圍廣

根據(jù)用戶的需求， 能使用各種高性能的離子膜。 每噸燒堿所消耗的電能與電解槽的電壓成正比，與電流效率成反比。 降低電解槽的電壓主要依靠電解槽的設(shè)計，而高的電流效率依靠離子膜的性能。 因此可根據(jù)用戶的鹽水狀況和運行模式選擇合適的離子膜。

4.5 陽極密封面直接采用鈦鈀板

JHM-3V 單元槽的陰陽極主體材料選用高性能的鎳鈦，其中陽極盤采用國內(nèi)最好的鈦板，陰極盤采用日本進口的Ni200， 均具有足夠的機械加工性和耐堿、酸性鹽水+氯的腐蝕性。 另外，由于純鈦在間隙（如墊片的接觸表面）會發(fā)生間隙腐蝕，雖然鈀、釕涂層提供了解決的方法，但是涂層法不具有很長的壽命，提高了用戶的維修成本。JHM-3V 陽極室在整個陽極密封面采用了抗間隙腐蝕的鈦鈀合金材料，離子膜換膜時不需要進行額外的防腐蝕處理，只需將密封面處理干凈，不用擔(dān)心密封面的劃傷會導(dǎo)致間隙腐蝕，大大降低了腐蝕風(fēng)險和維修費用，并縮短了換膜周期。

5 JHM-3V 型膜極距離子膜電解槽的運行情況

第7、4、6 三個回路的JHM-3V 電槽于2023 年2 月14 日、5 月14 日、8 月1 日相繼投入運行， 第2回路更新電極的舊槽于6 月16 日投入運行， 運行非常穩(wěn)定，操作維護簡單。

5.1 自開車以來的產(chǎn)品質(zhì)量比較

經(jīng)過半年左右的運行，JHM-3V 電槽與更換電極的舊槽產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，燒堿濃度為31.0%~32.5%，堿中含鹽量維持在25×10-6以內(nèi)。 符合優(yōu)等品規(guī)格。氯氣純度在98.8%以上， 氯內(nèi)含氧平均在0.7%左右，氫氣純度為99%，JHM-3V 電槽與更換電極的舊槽運行比較數(shù)據(jù)見表4。

表4 改造前后產(chǎn)品質(zhì)量對比表

5.2 槽電壓變化

JHM-3V 電槽運行后總體運行穩(wěn)定， 槽電壓數(shù)據(jù)穩(wěn)定，波動小，各槽自開車以來電壓趨勢見圖1-圖4。

圖1 LG渤海R2001－MN槽電壓趨勢圖（F9010A）

圖2 LG渤海R2001－GH槽電壓趨勢圖（F9010A）

圖3 LG渤海R2001－KL槽電壓趨勢圖（F8080A）

圖4 LG渤海R2001－CD槽電壓趨勢圖（F7001）

5.3 其他運行技術(shù)指標(biāo)

由于電槽運行比較穩(wěn)定，各項技術(shù)指標(biāo)比較理想，電流效率保持在96.5%以上。 具體指標(biāo)見表5。

表5 其他運行技術(shù)指標(biāo)

6 置換過程經(jīng)驗總結(jié)

6.1 嚴(yán)把新電槽質(zhì)量關(guān)，保證電槽性能的發(fā)揮

（1）公司自計劃對電解槽進行置換改造的同時，成立了電解槽國產(chǎn)化應(yīng)用項目組，其中有電解槽驗收小組，在電解槽未交貨前就提前介入，進行了相關(guān)電解槽理論知識的學(xué)習(xí)， 了解各種電解槽結(jié)構(gòu)、原理及制造過程的相關(guān)質(zhì)量控制點，特別是組織相關(guān)驗收小組成員到各電解槽供應(yīng)商進行現(xiàn)場調(diào)研，真正做到懂結(jié)構(gòu)、懂原理、懂使用和懂維護。

（2）新電解槽到廠后，專門安排人員進行電槽隨車相關(guān)文件接收并存檔，保證電槽在卸車、吊運過程中無損傷，單元槽轉(zhuǎn)移至專用架子上后，驗收小組按預(yù)先制定的檢查方案逐片單元槽進行驗收，對電槽外觀、進出液管嘴、密封面、陰陽極網(wǎng)面質(zhì)量、陰陽極網(wǎng)涂層均勻度等進行逐一檢查驗收。

6.2 單槽鹽水、堿開車循環(huán)系統(tǒng)預(yù)先清洗，所有單元槽都裝假膜進行清洗

（1）為了保證單槽開車管線清潔，避免新電槽貼膜后離子膜受污染，預(yù)先對單槽鹽水、堿充液循環(huán)管線、貯槽進行了清洗，并對清洗水進行分析，直到指標(biāo)合格。

（2）為了熟悉安裝過程，確保萬無一失，培訓(xùn)裝膜人員。 每臺槽貼真膜前都進行了假膜安裝，對安裝了假膜的電槽進行清洗，保證系統(tǒng)清潔，同時進行了假膜電槽試漏， 保證了真膜安裝的一次成功率。

6.3 人員培訓(xùn)全面、技術(shù)交流周密

操作和管理人員的技能和素質(zhì)對保證裝置的穩(wěn)定運行相當(dāng)重要。 管理人員和操作人員對新投入使用的電解槽、離子膜的了解和熟悉，對開車后的穩(wěn)定運行起到重要作用。 此外由電槽供應(yīng)商技術(shù)服務(wù)人員對相關(guān)人員進行了電槽組裝、維護、開車運行等方面的培訓(xùn)，與供應(yīng)商優(yōu)化開車方案，對于技術(shù)細(xì)節(jié)和可能出現(xiàn)的問題提前細(xì)化，針對異常情況編制出處理措施，做好應(yīng)急預(yù)案。

7 經(jīng)濟效益分析

本次電解槽升級維修改造后， 既使公司燒堿裝置性能得到了提升，又保障了下游氯氣的供應(yīng)，公司的生產(chǎn)裝置整體在一個高產(chǎn)穩(wěn)定區(qū)域運行。 本次改造更換了3 臺電槽，1 臺電槽陰陽極更新，這4 臺槽產(chǎn)能達(dá)到了13.8 萬t/a，產(chǎn)能提升3.7 萬t/a，噸堿降耗436.2 kW·h，電價按0.7 元/（kW·h）計算，直接經(jīng)濟效益每年達(dá)4 200 多萬元。

8 結(jié)語

JHM-3V 型國產(chǎn)電解槽能夠在天津LG 渤海使用，同時使用了國產(chǎn)化配件，電槽在安裝、開車、運行時都有廠家技術(shù)人員現(xiàn)場指導(dǎo)， 投入后運行穩(wěn)定，技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)能達(dá)到國內(nèi)外先進水平，同時具有很高的性價比。

通過JHM-3V 近半年的運行情況可以看出，電解槽產(chǎn)品質(zhì)量好，運行穩(wěn)定，電耗相對較低，尤其是在電槽內(nèi)部循環(huán)和氣液分離、結(jié)構(gòu)電壓降上得到了很大的提高，電槽內(nèi)部循環(huán)更充分，濃度和溫度分布更均勻，出液更順暢，無喘流，屬于節(jié)能型電解槽。