电流波动对隔膜电槽的影响分析

王远君，江新成

（自贡鸿鹤化工股份公司氯碱厂，四川自贡643000）

电流波动对隔膜电槽的影响分析

王远君，江新成

（自贡鸿鹤化工股份公司氯碱厂，四川自贡643000）

隔膜质量影响安全、电耗、槽龄等，频繁升降电流会恶化电解槽运行状况，对电槽隔膜造成不可逆转的损伤，电流波动幅度过大会造成氯、氢压力波动，危及系统安全。

电流变化；隔膜电解槽；槽龄

自贡鸿鹤化工股份公司氯碱厂现运行30型金属阳极电解槽190台，其中扩张阳极、改性隔膜105台，普通槽85台。190台电槽串联成1个电路，由2台整流串联供直流电，形成10万t/a的产能装置。

1 电流波动对电槽隔膜的损伤

隔膜是隔膜电解槽中的一种多孔性隔层，由多种不同长度的石棉绒苛化，通过真空吸附制作而成，是隔膜电解槽的关键部分。在一定的电流强度及盐水渗透压的条件下，紧贴在阴极网袋上的隔膜具有一定的机械强度和溶胀性。

隔膜的阳极侧为盐水和湿氯气，呈弱酸性；阴极侧为淡碱液和氢气，呈碱性；阴阳极之间为很窄的中性区。中性区在膜内时，隔膜性能最佳，电流效率最高。

新槽在运行时，在盐水、碱液的浸泡和一定电流及温度下，隔膜溶胀，膜的渗透率逐步增大，运行10 h左右时，达到最大值（恒定渗透率的两三倍），运行7～10 d后，溶胀后的膜受阴、阳极液位差的压力，膜的空隙率在膜层分布均匀、渗透率稳定，电槽运行的各项工艺指标符合要求。

在生产过程中，随着电槽运行时间的延长，盐水中的钙、镁等杂质随盐水的流向进入隔膜内，堵塞隔膜的空隙，降低隔膜的渗透率，使电槽中NaOH浓度升高。石棉隔膜的石棉在电解生产过程中，电槽的阳极液呈酸性，在酸性条件下，石棉被溶解出Mg2+和OH-，生成的Mg（OH）2随电解液的迁移沉积在膜内，堵塞膜的流体通道，降低流速，使电槽NaOH浓度升高。

隔膜阴极侧的SiO2在高温、高浓度的NaOH溶液中也微量溶解成硅酸盐的凝胶层，增大了隔膜的电压降和阴极液中的NaOH浓度，为使电槽生产中阴极淡碱NaOH浓度控制在工艺要求的范围，随电流波动而调整阳极液位，升高或降低膜的渗透率，造成隔膜的中性区移位。频繁的电流波动，造成隔膜的中性区反复移动，使隔膜“疲劳”，隔膜性能受损，特别是电流波动大于运行电流的10%，无法调节电槽水位时，隔膜产生一紧一松的变化。隔膜在低电流、高液位的压差下趋紧，隔膜的空隙率和渗透率降低，造成不可逆转的损伤，加快隔膜性能的恶化，使电槽NaOH质量浓度升高并大于临界质量浓度（140 g/L），电槽的副反应加大，电流效率降低，电槽运行周期缩短，2006年电槽平均槽龄仅185.6 d。

2006年6月，自贡鸿鹤化工股份公司因外供生产平衡的需要和整流设备故障，电解运行电流波动频繁，波动幅度大，统计如表1。

电流波动过大，造成氯、氢压力波动大，对电解安全生产极为不利，电流波动1 kA，电槽NaOH淡碱的质量浓度升降2.5～3.0 g/L，因此要求电流最好在不大于5%的范围波动。低电流负荷时，电解液淡碱浓度低，增大了蒸发的生产强度，影响整个生产的平衡。

表1 电流波动情况kA

该厂运行隔膜是以50 kA电流为基准吸附制作，当电流降至30型标准电流45 kA后，首先是恢复至45 kA，由槽管组监测单槽NaOH淡碱浓度后，重新标注水位线，控制单槽淡碱质量浓度为120 g/L，4～6 h后，升电流至48 kA，4 h后测单槽淡碱浓度，视总管NaOH浓度和单槽淡碱浓度（满水位大于150 g/L）升电流至50 kA。

2 避免电流波动的措施

（1）电流稳定是相对的，电流波动是不可避免的，因外供电或生产的需要降电流，最好是一二小时降低1 kA，如电流需降至正常生产的10%且时间大于一周，可减少运行电槽数量来保证运行电流的稳定。

（2）及时调整运行电槽阳极液位，使之与电流相匹配，严格控制单槽NaOH质量浓度＜140 g/L。

（3）严格控制进槽盐水质量，并定期排出进槽盐水分管内的沉积物。

（4）加快对阴极液NaOH质量浓度＞150 g/L且无法升水调节浓度的电槽的检修。

（5）提高隔膜质量，减少电流波动的影响。

电流波动后，电槽NaOH浓度变化大，副反应增大，Cl2中含O2升高，阴、阳极效率降低，膜电阻升高，使电槽槽压上升，槽龄缩短，这些都是膜性能受损恶化造成的，只有制作高质量的石棉隔膜和减少电流波动，才能延长电槽的运行时间，确保电解的安全平稳运行。

（6）石棉隔膜（改性隔膜）制作工艺大同小异，要制作优质的隔膜，关键是注重制膜过程的细节，主要有以下方面。

a.要制作高质量的隔膜，必须选择优质的石棉绒，该厂从2006年下半年选购了津岩牌石棉绒，并严格执行由公司中心化验室出具抽测合格书后方能使用的规定。

b.底浆制作时采用的电解液较好，对吸附隔膜有利。

ρ（NaCl）=（190±5）g/L，以保持底浆密度和石棉绒在浆液中的悬浮度；

ρ（NaOH）=（130±5）g/L，确保石棉的苛化度，保持石棉绒在浆液中的悬浮度；

ρ（Fe）＜50×10-6；

石棉密度14.0～15.0 kg/m3；

改性剂3 kg/m3；

底浆温度≤30℃，不能直接加高温电解液调整浓度；

苛化时间，首次苛化需48 h；正常吸附需12～24 h；

浆液内无低燃物、金属物及其他机械杂质。

真空倒浆2次，搅拌20min浆液制备完毕。各物料应按比例追加，并按以上操作制取浆液。

c.准备吸附阴极箱。将待使用阴极箱吊入酸洗液中浸泡5～10min（盐酸中HCl质量分数为10%～15%）加缓蚀剂。将酸洗后的阴极箱吊入水洗间进行冲洗，冲洗干净后的阴极箱呈现铅丝本色，网袋无扭曲、变形，网孔无堵塞，箱体无锈蚀、无裂纹，箱内无残留物。

d.隔膜吸附。采用高真空、动态吸附。缓慢打开吸附阀，用秒表计时；阴极箱上下移动，上不露出液面，下不碰底。用液下吸附时间来控制隔膜厚度。当液下吸附成膜后，量取液位，停止计时，做好记录。干吸时间为4 h，干抽真空压力为改性膜≥-0.070MPa，普通膜≥-0.080MPa。

e.烘干塑化。烘房温度控制为85～95℃，时间16h。将干燥好的阴极隔膜放入电烘房烧结。当温度升至160℃、320℃时恒温1 h，后进行升温操作，当温度升至360℃时，进行恒温；隔膜在炉温360℃保持90～120min进行恒温塑化；烧结结束后，尽可能自然冷却至50℃，严禁急剧降温，避免隔膜与阴极网袋的粘接力降低。

3 存在问题

2008年电槽运行周期逐步延长，全年平均槽龄273.6天，但仍存在一些问题，如系统停车，盐水循环30～60min后封槽，重新开车后因总管浓度偏高，电流不能恢复到停车前水平，需要2～4 d才能恢复。新槽或短槽龄电槽在电流波动下，NaOH浓度和槽压上升快，阳极NaOH浓度高，而无法升水调整的电槽，采取阳极加白糖或停槽清洗，效果差，只好作停槽换膜处理。

Analysison influenceof current fluctuation for diaphragm electrolysis cell

WANGYuan-jun,JIANGXin-cheng
(Chlor-alkaliplant,Zigonghonghe chemicalCo.,Ltd.,Zigong643000,China)

Quality of diaphragm was related to safety and power consumption,and electrolytic cell age. Operation status of electrolyzer was worsened by frequently up and down current,which could result in irrevesible injury to diaphragm.Excessive current fluctuation range affected chlorine pressure and hydrogen pressure,and endangered safety system.

current fluctuation;diaphragm electrolyzer;electrolytic cellage

book=8,ebook=198

TQ114.26+2.1

B

1009－1785(2010)06－0008-02

2009-04-28