C-DCDS直流刀开关在NCZ型电解槽中的应用

郭成军，周学虎，侯 伟

（新疆天业天伟化工有限公司，新疆 石河子 832012）

C-DCDS直流刀开关在NCZ型电解槽中的应用

郭成军，周学虎，侯 伟

（新疆天业天伟化工有限公司，新疆 石河子 832012）

介绍了NCZ型离子膜电解槽产生反向电流的原因、C-DCDS直流刀开关装置以及该装置减少反向电流的原理，并对C-DCDS直流刀开关装置的实际运用效果进行了分析。

C-DCDS直流刀开关装置；NCZ型离子膜电解槽；反向电流

新疆天业集团天伟化工公司2014年4月17日15万t/a离子膜烧碱项目顺利开车。离子膜电解槽引进的是日本旭化成公司NCZ型高电流密度自然循环零极距电解槽。NCZ型离子膜电解槽改善了阴极涂层的性能，在离子膜电解槽的阴极面使用了活性涂层RuO2，但是该涂层有较低的溶解电位。在离子膜电解槽停车后该涂层很容易被电解液因原电池反应产生的反向电流所腐蚀而导致其脱落。新疆天业集团天伟化工公司决定在15万t/a离子膜烧碱项目中的离子膜电解槽中使用C-DCDS直流刀开关装置来减少反向电流对阴极涂层的危害。

1 反向电流的产生及危害

由于淡盐水中的游离氯有2种存在形式，其一是氯气溶解在淡盐水中成为溶解氯。氯气在淡盐水中的溶解量与管线气液比率、盐水温度、压力、pH值有关，其中淡盐水pH影响最为明显，这一指标根据旭化成要求控制在2.0～3.0为宜。这是由于该pH值范围可有效降低溶解氯在淡盐水中的溶解量；其二是以ClO-形式存在。在电解槽停车以后游离氯会在阳极放电，发生原电池反应。主整流器运行时电解槽处于极化状态，停止时电解槽电离平衡与极化状态相反，方程式如下：

阳极：Cl2+2e→Cl-

阴极：H2+2OH--2e→2H2O

反向电流在电解槽中的流动情况见图1。

由图1可以看出，游离氯在阳极放电后推动原电池效应发生。而总管电位与单元槽电位形成电位差，电解液通过软管循环形成回路，也就是反向电流的回路。因单元槽为串联形式，且通过软管的反向电流与单元槽电位成比例。电解槽中间部位的单元槽所流经的反向电流为最大，其综合了各个软管的反向电流，随着单元槽数的增多而变大。

由于NCZ型零极距电解槽的阴极活性涂层为RuO2，溶解电位较低。因此反向电流的危害就主要

体现在对电解槽阴极涂层的腐蚀上。

图1 离子膜电解槽反向电流示意图

2 C-DCDS直流刀开关装置及注意事项

2.1 C-DCDS直流开关装置介绍

C-DCDS直流刀开关主要由连接铜板、气缸、触点装置、灭弧装置、控制柜、调节用手柄等组成见图2。

图2 D-DCDS直流刀开关装置示意图

该装置完成开关操作分为气动与电动2种，气动通过气缸来驱动完成，天伟化工离子膜电解槽安装的是气动装置，与DCS程序连锁，DCS得到断电信号时打开电磁阀，电磁阀放气来驱动C-DCDS直流刀开关打开。气动无法打开时则通过现场控制柜手动完成开关操作。现场操作手柄是用来装置试用或调试使用，不推荐以此种方式进行C-DCDS装置的开关操作。因为手动操作手柄时不能保证触点分离时火花及时消除，而电解槽区域为甲级防爆区，存在严重的安全隐患。

装置的触点装置分为主触点装置与辅触点装置。主触点装置为1个，上部连接有工艺空气管线，用耐热不导电材料与外部隔离，在主触点分离时及时消除触点分离时产生的火花。辅触点装置为2个，分别置于主触点装置两边，触点分离时主触点延时分离，触点接触时辅触点延时接触，这样保证产生的火花始终集中在主触点以便工艺空气及时消除火花。

灭弧装置由连接在本装置连接铜板的电线、线盒、保险丝等组成。主要作用是电解槽停电时，本装置启动过程消除电弧用。每次停车本装置启动完成后必须更换线盒中的保险丝。

2.2 注意事项

该装置的连接铜板存在氧化问题，在装置的连接铜板上置有温度显示贴，铜板温度超过120℃，则装置运行出现异常。电解槽送电以后，C-DCDS连接铜板有发黑迹象，因此定时对连接铜板保养也显得尤为重要。

3 C-DCDS直流刀开关装置的作用原理

由于溶解氯在阳极室放电产生原电池反应，每个单元槽相当于一个原电池，电解槽中所有单元槽在串联的情况下，流经电解槽中间部分单元槽的反向电流为最大，基于这一点，将C-DCDS刀开关安装于电解槽中间部位的终端槽框铜端上，见图3。

图3 C-DCDS刀开关在电解槽中安装位置

流经电解槽中间部位反向电流的总电流是各单元槽反向电流之和，因此可以由等差数列求和公式推算出反向电流总和为（1+N）N/2，和值约等于单元槽数的平方除以二。根据图3可以得出：在电解槽停车时，C-DCDS刀开关将电解槽从中间一分为二，将电解槽内所产生的反向电流最终降为原来的四分之一极大地减轻了反向电流对阴极涂层的伤害见图4。

由图4可以看出使用C-DCDS刀开关后反向电流降为原来的1/4，而根据旭化成提供的数据，此时的反向电流值低于阴极涂层RuO2的溶解电位，已达到保护电解槽阴极涂层的目的，从而可以保障电解槽的正常运行。

4 C-DCDS刀开关在实际运用中的效果分析

图4 零极距电解槽使用C-DCDS刀开关反向电流示意图

新疆天业天伟化工公司15万t/a离子膜烧碱项目于2014年4月17日顺利开车，开车后设备运行良好，各项工艺指标控制合格，开车后系统发生一次动力电跳停事故。动力电跳停5 min无法送电，因此阴阳极循环主要靠高位槽位差自流。动力电跳停时运行电解槽为1#、4#、5#。盐水高位槽盐水满足停车时大流量冲洗要求。C-DCDS连锁正常打开，计时器1启动2 min的大流量冲洗后计时器2启动50 min的阳极循环。再次开车后通过单元槽电压测试对比，可以得出C-DCDS直流刀开关有效减少反向电流的结论。现将1#、5#电解槽动力电跳停前与跳停后的单元槽电压做以下对比，见图5。

图5中的4张单元槽电压数据表都是在系统原始开车后一周内测量的。从曲线来看，总体走势平稳，但是由于单元槽框垫片是全新的，导致单元槽之间间距增大，单元槽槽压相对上升与不规则。图a与图b对比，反向电流最容易影响的电解槽中间部分单元槽电压未出现大的波动，反而单元槽电压数据显示整体相对平稳，这说明每天对电解槽的有效挤压效果明显，反向电流未对电解槽阴极涂层造成影响；图c和图d对比，单元槽电压较停电前也是相对平稳，电槽中间部分单元槽电压数据未出现异常。由此可以得出，C-DCDS直流刀开关有效的降低了反向电流对阴极涂层的影响，可以保障NCZ型零极距电解槽的正常使用。

5 使用C-DCDS直流刀开关后的开车前确认与停车检查

5.1 开车操作

（1）确认C-DCDS刀开关DCS连锁投入；

（2）电解操作人员检查C-DCDS刀开关是否处于关闭状态；如未关闭，则检查处理使仪表盘处于正常关闭状态，电解槽处于连接状态。后将C-DCDS控制模式切换为远控模式；

（3）电气人员检查C-DCDS刀开关线路连接正常。

5.2 停车操作

（1）主控制室确认DCS连锁打开C-DCDS直流刀开关，如未打开，通过人机界面手动操作按钮打开；如果确定C-DCDS直流刀开关远程未能打开则通知电解人员将控制柜切为本控，立即手动打开；

（2）主整流器停止后，DCS控制连锁C-DCDS在3 s后自动开启。连锁计时器1自动控制阴阳极液大流量冲洗2 min。以尽快降低溶解氯的溶解量；

（3）冲洗2 min后，为了保护阴极涂层不受反向电流腐蚀，在阴极液流量归零后反向电流达到最小值，连锁计时器2自动控制阳极液流的大流量循环，而停止阴极液的循环，持续这种状况50 min。50 min后主控室操作人员确认阴阳极流量恢复至正常流量；

（4）如出现阳极液循环动力设备停止，短时间内动力设备无法送电，则启用备用紧急电源供纯水泵使用，用纯水置换阳极液。此时由于C-DCDS刀开关已打开，反向电流已降为原来的1/4，因此，小流量的纯水做为最为安全的保障方式是能够降低溶解氯的溶解量来减少反向电流对阴极涂层的腐蚀的。

6 使用C-DCDS刀开关需要注意的问题

（1）开车操作时DCS确认连锁投入、电解操作人员确认C-DCDS直流刀开关关闭、电气确认线路、触点良好，以保证停车以后C-DCDS刀开关正常动作；

（2）如停车后C-DCDS刀开关远程操作未能动作，则需现场手动分开。但是在这种情况下，假如其中1台电解槽未分开，手动打开的时间在最短时间上被允许。如果多于1台电解槽C-DCDS刀开关未动作，则现场手动分开的时间极为紧张，因此需要在停车第一时间确认C-DCDS刀开关动作，如有未动作，则班长协助岗位人员在最短时间手动打开未动作的C-DCDS刀开关；

（3）C-DCDS刀开关将原来的反向电流降低为1/4，理论上仍存在反向电流腐蚀阴极涂层的。

7 结语

通过对C-DCDS直流刀开关在NCZ型离子膜电解槽上的实际应用分析，得出C-DCDS可以有效的减少电解槽断电后产生的反向电流，达到保护阴极涂层不被反向电流腐蚀的目的。但是在实际使用过程中还需注意C-DCDS直流刀开关连接铜板的氧化问题，每次停车检修时需对连接铜板保养擦拭以便其更好地与电解槽终端铜板完美契合，保持其良好的通电性。但是不足的是本装置只是将电解槽断电后的反向电流降为原来的1/4，而从根本上消除

NCZ型离子膜电解槽断电后产生的反向电流，需要走的路还很长。

Actual application of adopting C-DCDS DC switches in NCZ type of electrolytic cell.

GUO Cheng-jun，ZHOU Xue-hu，HOU Wei
（Xinjiang Tianye Tianwei Chemical Industry Co.，Ltd.，Shihezi 832000，China）

The article introduced respectively the cause of generating reverse current in NCZ type of electrolytic cell，C-DCDS DC switch device as well as the principle of this device to reduce the reverse current.And analysis on practical application effect of C-DCDS DC switch device.

DC switch device；NCZ type of electrolytic cell；reverse current

图5 系统原始开车一周内测得电流与电压关系图

TQ114.26+2

B

1009－1785（2015）01-0032-04

2014-05-15