离子膜电解槽运行中出现的问题及解决方法

李兆源，董 雷

（黑龙江昊华化工有限公司，黑龙江 齐齐哈尔161033）

黑龙江昊华化工有限公司2009 年建的氯碱厂产能为25 万t/a 离子膜烧碱。 自2010 年11 月装置开车以来， 装置运行平稳。 电解槽采用北化机NBZ—2.7 型膜极距电解槽，共10 台，现投产8 台。每台电解槽有150 个单元槽， 其中有6 台电槽使用日本旭化成F-6801 离子膜、2 台电槽使用美国杜邦N-2030 离子膜。2010 年11 月4 日，装置初始开车，4 台使用日本旭化成离子膜的电解槽最先投用，其余4 台电解槽分别于2011 年6 月及10 月投产。 现将2010 年至2012 年离子膜电解装置运行中出现的问题及解决方案详细介绍以供业内借鉴。

1 钙和镁离子超标污染离子膜

2011 年11 月， 因盐水质量不合格， 其中的Ca2+、Mg2+离子超标致使离子膜污染。

1.1 现象及经过

2011 年11 月28 日， 氯碱电解单元DCS 显示pH-264 值超出正常控制指标2.0～2.5 的2.5 上限并且快速上升， 主控人员立刻检查电槽加酸量及盐酸浓度等影响pH-264 上升的指标， 发现均在正常控制范围内。大约半小时后电槽电压开始上升。影响槽电压的因素有很多，除膜及电槽因素外，工艺方面有槽温、碱浓度、盐水质量、电流密度、阳极液浓度及电槽加酸量。 在检查完除盐水质量外的各项工艺指标因素正常后， 电解负责人协调分析人员用ICP 方法分析盐水质量。 树脂塔出口盐水分析结果显示盐水中钙、镁离子严重超标，钙、镁离子之和＞90×10-9。 此时电解槽槽电压比原来槽电压高出近9 V。

1.2 处理措施

确定电压上升的原因是盐水中钙、 镁离子严重超标后， 电槽负责人员对电槽进行了紧急停车处理并对电解槽进行了水温为40 ℃以内的2 遍纯水洗槽处理。开车后，槽电压有所下降，但电流效率（即膜效率）由95%下降至92%。 为此，水洗电槽开车后将电槽槽温由87.5 ℃降至85 ℃，（若纯水温度过高，会使离子膜受热膨涨， 使电流效率下降或因膜的皱纹发生针孔）。 并将烧碱浓度由31.5%～32.5%提升至33.0%～33.5%， 槽温及烧碱浓度均在1 天内呈梯度均匀调控。 在新指标运行1 周后,电槽槽电压恢复至未污染前、电流效率恢复至94.85%，较污染前效率下降0.15%。降低电槽运行槽温，提高碱浓度的处理取得了显著效果，避免了经济损失。

1.3 处理依据

因电槽紧急停车水洗2 遍， 造成离子膜物理性松弛，膜间距增加，从而使OH-反渗透量增加，电流效率下降。 采用降低电解槽温度及提高阴极液浓度的方法，使离子膜收缩；提高碱液浓度后，可使阴极侧膜的含水率减小，固定离子浓度增大，电流效率提高。

2 电槽氯气主管阀门不严，氯气酸化离子膜

2.1 现象及经过

受市场滞销及原料成本上涨等多项因素制约该公司2012 年4 月投运的8 台电槽负荷改为6 台运行，2 台停车维护。 4 月28 日春检前， 开1～6 号电槽，7、8 号电解槽处于停车维护状态。 春检过后5 月初，开3～8 号电槽，1、2 号电槽停车维护。由于12 年7 月3 日凌晨系统跳闸停车，造成废氯系统正压，由于1、2 号槽的氯气主管蝶阀不严， 但是停车后未加设盲板，2 道阀门虽已关死，氯气仍串入1、2 号电解槽，致使7 月3 日晚1、2 号电槽投入生产后，发现该2 台电解槽电压较停车前运行时槽电压分别上涨10 V 和13.5 V。 1、2 号电槽发生事故前后变化情况见表1。

表1 1、2号槽事故前后变化情况

2.2 处理措施

1、2 号电槽电压大幅上涨后， 电解人员立即对1、2 号电槽进行紧急停车处理并进行2 遍纯水洗槽处理。水洗电槽开车后，对1、2 号电槽阳极用新鲜的浓度为205 g/L 的盐水；阴极用32%NaOH，仍按正常循环量循环8 h， 循环处理后开车时，1 号槽电压为452 V，2 号槽电压为445 V （主控DCS 仪表显示），电槽电压均有大幅下降。

2.3 处理依据

膜酸化原因有：电解停止、排液后，氯气进入电解槽；电解停止后，氯气未排出；盐酸添加过剩；盐水浓度下降。

膜易酸化的可能性有：（1）氯气截止阀问题。 在电解槽水洗后排液时由于氯气截止阀故障导致氯气泄漏，氯气进入电解槽使电压上升。 （2）未关闭盐酸手动阀。 在电解停止时，由于未关闭盐酸手动阀、盐酸滞留在电槽进口总管，产生氯气。 再次起动时，电压上升。 （3）由于误操作，添加盐酸量为正常锁定量的10 倍，使电压上升。 （4）由于盐水供给分散管堵塞，盐水浓度下降，膜产生水泡，使电压上升。

膜酸化时阳极液用新鲜的205 g/L 的盐水、阴极液用32%NaOH，循环8 h，使膜的离子交换基返回到Na 型，可使槽电压下降。

但是，水泡发生程度严重及膜发热、膜的树脂发泡时，膜的性能则不易恢复。

3 电槽阳极气体压力超标

3.1 现象经过

2012 年2 月28 日，4 号、5 号电槽气体压力波动。 氯气压力PI-233D、PI-233E 超高至65 kPa、68 kPa，单槽气体压差PDI-230 达-45 kPa、-60 kPa，使4 号、5 号电槽跳闸停车 （正常氯气压力PI-233控制值为20 kPa ， 跳闸值为30 kPa；PDI-230 高限跳闸值为9 kPa、低限跳闸值为零）。2 月29 日，4号电槽气体氯气压力PI-233D 又出现28 日的现象，氯气压力PI-233D 高达95 kPa,PDI-230 达-70 kPa，由于控制人员将单槽气体压差连锁解除， 避免了一次跳闸停车。与此同时，检查4 号电槽软管流动状态及4 号电槽单元槽电压均没有明显变化；DCS 显示PDIA-230-1（电槽液相压差）无变化，系统总管氯氢气体压差等各项指标均正常。

3.2 处理措施

发生电槽气体氯气压力超高时， 解除单槽气体压差连锁，现场用U 型水银压力计实测阴阳极出口压力，U 型水银压力计测量结果显示4 号电槽阴阳极压力和其他电槽正常控制气体指标一致， 并未达到气体跳闸值。 由此，可确定28 日的4、5 号电槽跳闸事故原因应是显示氯氢气体值的仪表故障所致。用U 型压力计实测单台槽气体压力正常后，仪表部门对氯氢气体值的显示仪表进行处理后， 电槽气体压力值显示正常， 且再未出现因气体压力超高致使电槽跳闸事故。

3.3 处理依据

电槽气体压力超高的原因可能有：气体主管堵；单槽阀门膜片坏；人为关错阀门；显示氯氢气体值的仪表故障。 在出现气体压差超高时确认排除前三项原因外，则应断定为氯氢气体仪表故障。

4 电槽软管断流打火

4.1 现象经过

2011 年4 月3 日，电槽阴极液进口软管堵塞造成断流，出现火花，进行停车处理。

4.2 处理措施

发现电槽软管出现火花，首先，应检查软管内液体的流量是否异常。流量减量一般会有个过程，而不是突然断流，因此，按时巡检电槽软管流动状态尤其是软管流量是预防事故发生的有效途径。 发现流量异常，应排查是电槽进口堵塞还是出口堵塞（依据经验，多数是电槽进口堵塞造成断流。因为出口软管孔径大，进口软管比较细且有滤网，进口软管堵塞的概率更高），确定原因后及时联系调度停车处理。 如不能立即停车处理，应加强巡检，确保出口软管液体不断流。 以免断流对电解槽、离子膜造成更大损害。

阴极液出口软管前区对地电压较高，出现火花的概率会更高，严重时，会引燃聚四氟乙烯软管。 出现火花不必太紧张，但要密切观察火花的量和持续时间；如果火花间断出现，可继续运行，否则，应立即停车处理。

4.3 处理依据

软管打火原因有： 电槽出口软管发生电解水反应；电槽出口软管内电子运动产生静电火花；铁附着在阴极液出口，发生氧化还原反应。