离子膜电解槽故障分析

刘存玉

（淄博职业学院，山东 淄博 255013）

1 电解槽故障概述

某公司30 000 t/a 离子膜烧碱生产装置采用原英国帝国化学公司生产的FM21-SP 型单极电解槽，共有36台。在运行总电流74 300 A 时，正常单槽电压为3.20～3.30 V。该装置投产后几年内，总体运行比较正常，但也因发生过几次大的故障而停车检修。其中较为严重的一次出现在投产约2年后。当时发现5# 槽出槽淡盐水pH 值最高达11.5，随后多次测量仍保持在5.0～6.0，明显高于正常值。氯气纯度不足90%，其中，氧/氯比高达0.108。出槽淡盐水中次氯酸钠含量则在4.4 kg/m3左右，也严重超标,于是停车检修。

2 检查

按照标准检查程序。用窥镜对5#电解槽检漏，发现有3个位置出现漏点。然后拆解电解槽，对其内部进行检查。

（1）第八、第十二片阳极板两侧的4张离子膜的中部偏上部位出现一些大小不一的鼓泡，其中大的有0.02 m 见方。这些气泡壁薄而脆，容易用手刮破。膜表面有的部位较正常偏白，有的则颜色较深。

（2）第十二片阳极板上有许多白色盐的结晶，部分涂层已经脱落，且极板腐蚀严重。在淡盐水平衡口位置上阳极垫片也出现严重腐蚀。

（3）尤其是第四十七块阳极板的橡胶垫片，在位于出槽淡盐水平衡口处的部分几乎全被腐蚀掉，以至于极板几乎完全被暴露出来。其他极板上的垫片许多也存在淡盐水平衡口位置附近不同程度的腐蚀，严重的与第47块阳极板出现的情况相似。

3 分析与讨论

为了找出5#电解槽的故障原因，首先查看了该台电槽自首次开车以来完整的运行记录。发现在本次故障前3个月就已出现淡盐水中NaClO 和NaClO3含量明显偏高的现象，其他数据也有异常。以上各月5# 电解槽与全部电解槽平均运行数据比较情况见表1。

表1 5#电解槽-全部槽平均运行数据比较

从表1可见，期间5#电解槽的出槽淡盐水指标如pH、次氯酸钠含量m（NaClO）等一直明显高于全部36台槽的平均值，其氯气纯度也一直偏低，氯气中氧的相对含量偏高明显。尽管碱液及盐水的出槽温度还处于正常范围，但也是高于全部电解槽均值。这说明5# 电解槽已有较长时间运行失常了。

综合上述现象，分析故障原因，主要应该是碱液泄漏进入阳极室造成的。离子膜出现针眼、垫片泄漏都能使碱液进入阳极室内。出槽淡盐水pH 增加且波动较大就是碱液泄漏的证据之一，这和观察到的现象相符。推断最初的泄漏应该是由上述第八和第十二块阳极板上的几片膜上的针眼引起。由于此前该电解槽的部分膜曾更换过，这几片膜上出现针眼的原因可能是物理损伤，并在运行过程中逐渐发展为水泡。

碱液透过针眼进入阳极室，能够和阳极室内的Cl2作用产生次氯酸盐和氯酸盐，使二者在阳极液中的含量增加：

次氯酸有强氧化性，具有漂白能力，可使离子膜表面脱色变白。这和八、十二块阳极膜上看到的情况一致，说明该电解槽存在碱液透过离子膜针眼泄漏的现象。至于膜表面有些部位颜色较深，应该和盐水中有些杂质含量超标有关：曾经较长时间盐水中含铅和含铁一直超标，其中，含铅0.30×10-6～0.40×10-6（标准为≤0.05×10-6），含铁1.4×10-6～2.8×10-6（标准为≤0.7×10-6）。

氯气中氧气增加的途径主要有2个。

（1）在稀溶液中适宜条件下，NaClO 能分解并产生氧气：

（2）OH-在阳极上也可被氧化释放出原生态氧：

碱液泄漏进入阳极室的越多，产生氧的量就越多，Cl2中氧的含量也就越高，相应Cl2纯度就下降越明显。对5# 电解槽来说，上述状况均存在。

更严重的是碱和氧还能与阳极涂层材料发生复杂化学反应，使涂层强度变低甚至变脆、脱落，第四十七块极板看到的现象原因就在这里。

垫片的腐蚀也主要是由次氯酸引起的，因为橡胶对次氯酸之类强氧化剂的耐受力较差，环境温度高于80 ℃时更是如此。尤其是平衡口周围因结构原因，垫片不如其他位置来的厚，更容易遭到腐蚀。电解槽的工作温度较高（＞80 ℃），再加上次氯酸的长期作用，橡胶垫片会逐渐被侵蚀损毁，第四十七片阳极板垫片在位于出槽淡盐水平衡口处的部分就是这样被腐蚀掉的。这种侵蚀还可经平衡口逐渐向其他电极室蔓延，造成连锁效应。进而使碱液渗漏进入其他阳极室，引起其他垫片与极板的腐蚀，如此恶性循环。这和在5# 电解槽其他垫片和极板上观察到的事实相一致。所以及时发现并排除故障隐患十分重要。

此外，操作规程要求在正常运行期间需定期对电解槽进行紧固，如果未严格去做，那么时间长了碱液也会从垫片和极板的结合处发生渗漏，但对于此次故障，这一原因可以排除。当然，如果垫片本身存在质量问题，其被腐蚀的可能性也会增大。

4 结语

作为电解槽的关键部件，垫片、膜和极板对电解槽的正常运行起着十分重要的作用。因此，为减少和避免因泄漏等原因造成垫片和极板等腐蚀，以及其它故障甚至事故而带来不必要的经济损失，应当密切监视电解槽的运行情况。一旦发现操作指标出现异常，必须及时查找原因、正确处理，还要总结经验，吸取教训，防患于未然，从而最大限度地保证不再出现类似故障或事故。