离子膜电解槽的管理工作

范亚妮，沙　剑，善忠芳，张妮妮，王有科（金川集团股份有限责任公司化工厂，甘肃金昌737100）



离子膜电解槽的管理工作

范亚妮，沙剑，善忠芳，张妮妮，王有科
（金川集团股份有限责任公司化工厂，甘肃金昌737100）

摘要：介绍了金川集团股份有限公司化工厂根据离子膜电解装置的管理经验提出的一套有效、系统的离子膜电解槽管理方式。

关键词：离子膜电解槽；电解槽管理；离子膜；管理

金川集团股份有限公司化工厂（以下简称金川化工）现有2套离子膜烧碱装置，设计能力40万t/a，分两期建成，均为引进蓝星（北京）化工机械公司成套技术和关键设备。从目前来看，各企业都比较重视电解槽的管理工作，成立了专职的电解槽管理小组，因此，以金川化工电槽管理经验为例，供各离子膜电解槽厂家讨论。

1　电解槽简介

金川公司的2套离子膜电解槽分别为ZMBCH-2.7型和NBZ-2.7型。

ZMBCH-2.7型是2009年引进的高电流密度复极式电解槽，装置能力20万t/a，电解槽数10台，146单元/台，单元有效面积2.7 m2，设计电流密度4.5 kA/m2。技术特点：阴、阳极自然循环；电流分布均匀，膜利用率高；结构紧凑，维修方便。

NBZ-2.7型是2012年引进的膜极距复极式电解槽，装置能力20万t/a，电解槽数8台，150单元/台，单元有效面积2.7 m2，设计电流密度5.5 kA/m2。技术特点：阴、阳极自然循环；电流分布均匀，运行风险低，吨碱耗能低、运行电密高、膜利用率高；结构紧凑，维修方便。

2　电解槽管理

离子膜电解槽的管理是围绕离子交换膜和电解单元槽框的运行展开，让离子交换膜达到最佳运行状态，电解单元槽框达到设计使用寿命，使电解装置长期高效运行。

2.1成立电槽管理小组

目前，国内离子交换膜全部要从国外进口，在使用之前又没有可靠的技术手段去检测膜的性能，只能在使用过程中对电解槽进行全分析检测，根据数据判断膜的性能。

为了管理和检修工作的需要，成立电解槽管理组，对电解槽进行专项管理。把购进的离子膜电解槽单极槽、复极槽、单元槽片、端框进行及时电子建档登记。建档编号可按其出厂铭牌上的编号，也可自行编号，以记录该单元槽出厂日期、投产日期、更换日期检修内容等。以便使用和检修时作参考。离子膜作为电解槽的另一重要部件，一张离子膜的价格在1万元以上，使用寿命为3年或更长一些，按照每张离子交换膜的出厂编号进行建档，可以追寻到其使用踪迹，以便查看离子交换膜的使用状况。统计并整理与电解槽相关的数据，通过分析这些数据的变化，得出结论，再去指导生产。这里以电解槽温为例［1］：理论上说槽温升高1℃，槽电压下降10 mV，可以通过实践去验证［1］。同时槽温控制在多少最合适，既节约电解电耗又不影响离子膜的寿命，这就需要长期的数据统计才能得出结论。电解槽管理组负责修槽和运转的交接，对电解槽出槽和送电要进行全分析数据统计和记录，对开停电槽进行确认。新槽进行72 h考核验收，记录清楚各项数据，谁出问题谁负责任。

2.2保证电解装置连续稳定运行

保证电解装置连续、稳定的运行，尽可能不停车，这是个硬指标。这不仅体现了电解槽的管理水平，更体现了各企业的全面管理水平需要各环节，包括工艺、设备、电气、仪表、分析等都有可靠的保证。

反复停车，不管是紧急停车还是计划停车，电解槽内都会产生“电池效应”，会使阳极发生还原反应、阴极发生氧化反应，涂层受损，并导致槽电压升高；产生的反向电流也可以使水分反向迁移，导致膜起泡，引起离子膜的物理性能破坏，造成不可逆的电流效率下降，氯气纯度下降；经常开、停车还会导致电解槽温度频繁变化，使膜膨胀和收缩，很容易产生褶皱；开、停车时气相压差不稳，极易使膜出现针孔或物理性的损坏。国外先进企业的离子膜平均运行寿命都达到3～5年，个别到8年，而国内仅三年左右甚至更少；国外的企业年平均停车仅几次或更少，国内少则十几次，多则达到几十次。在这方面，差距是明显的。

供电系统异常停车，如动力电不能及时恢复，机泵不能运转，电解槽不能及时排液、洗槽，阴、阳电极活性涂层和离子膜受严重影响，造成不可逆损伤，导致明显的电压上升，电流效率下降，氯气纯度下降。

2.3加强工艺控制

电解槽工艺指标的重要性不言而喻，可是在电解槽的工艺控制上仍会出现各种各样的问题，导致离子膜或电解槽运行寿命缩短。

离子膜电解工艺控制指标有盐水质量、阴极液NaOH浓度和阳极液淡盐水浓度。这些指标因离子膜不同而稍有区别，但原理是相通的。

要强调的是必须保证二次精制盐水的质量，不能出现偏差，即使出现一次不合格盐水进槽，后果都是很严重的。盐水质量出现异常时，一定要按操作规程降电流或紧急停车，避免盐水中的杂质对离子膜产生不可逆的损伤。盐水中钙、镁离子等杂质含量增加时，可明显观察到电流效率下降。

现在国内能源紧张，电价上涨，在工艺控制上应尽量降低电解槽电压，减少液碱电耗。电解槽温度每升高1℃，单元电压降低0.01 V；碱质量分数每降低1%，单元电压降低0.014 V。在保证不超过控制指标的情况下，槽温控制在88～90℃，碱质量分数控制在32%左右，电解槽电压明显降低，减少了电解电耗，经济效益可观。

在离子膜电解工艺控制指标中，电解槽压力和压差是一项非常重要的指标，装置运行中，阴、阳极氯、氢气的压差过大或反压差，会造成膜的损伤和阴、阳极极网的凹陷变形，更有甚者，还会发生爆炸［2］。压差过高或过低还会使离子膜与电极反复摩擦受到机械损伤，形成针孔或变薄，导致离子膜运行寿命缩短。在现场生产中，部分槽解体后发现离子膜变黑，可能是因为阳极室压力升高，使平时贴向阳极侧的膜移向阴极，阴极表面铁锈或镍涂层和其他沉淀物沉积在膜中，使膜受到污染。

2.4提高分析准确性

生产过程中，关键工艺指标的控制尤其重要，企业在做好关键指标控制的同时，要确保数据分析的可靠性、准确性。不准确的分析数据无法指导生产，甚至造成生产事故。这就要求电气、仪表、分析检测机构定期校验仪表设备、电气，定期配置更换分析所用的标准溶液，定期做好数据的分析整理。例如，电解槽气体样中氯含氢、氢含氧指标，每天做好统计分析，指标异常及时处理，并形成统一的管理台账。例如，每天做1次单台氯气纯度、氢气纯度分析，若氯气纯度低于98%、氯中含氧高于0.5%时必须停产检修；每天监测单台电槽出口淡盐水的NaCl含量、pH值、游离氯、阴极液出口NaOH浓度和氢气纯度；每天监测1台电槽的碱中含盐量（微量分析）。以上的指标分析要求准确，才能对生产作出正确指导，否则会造成严重的生产事故。

3　结语

离子膜制碱装置运行4年来，对离子膜电解槽的维护管理做了大量工作，也积累了一些经验，但离子膜制碱技术还有很多不够完善的地方，越是先进的技术更需要消化吸收，也更需要不断提高维护和管理的能力和水平。

参考文献：

［1］钱永纯.讨论离子膜电解槽的管理工作.氯碱工业，2006，（10）：19-20.

［2］刑家悟.离子膜法制烧碱操作问答.北京：化学工业出版社，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

中图分类号：TQ114.26

文献标识码：B

文章编号：1009-1785（2016）04-0045-02

收稿日期：2015-05-10