强制循环电解槽极板泄漏原因及预防措施

袁辉

(中石化江汉油田分公司盐化工总厂，湖北 潜江 433121)



【电 解】

强制循环电解槽极板泄漏原因及预防措施

袁辉*

(中石化江汉油田分公司盐化工总厂，湖北 潜江 433121)

离子交换膜电解槽；极板；泄漏；原因；预防措施

简要介绍中石化江汉油田分公司盐化工总厂电解装置的运行情况。重点分析强制循环槽极板泄漏的原因有：电池效应，槽温影响，槽内压力，极板老化及维修不到位。通过制定预防措施，极板泄漏数量明显减少。

中国石化江汉油田分公司(以下简称“江汉油田”)盐化工总厂于2002年建成氯碱厂，引进国外强制循环离子膜电解槽，包括单极式电解槽和复极式电解槽。装置投产至今，运行情况良好，烧碱生产能力为20万t/a。

1 问题提出

强制循环电解槽投产至今已有15年之久，根据现场生产情况反映，电解槽出现不同程度的泄漏问题。对强制循环槽部分单元槽进行了更新和维修后，装置生产运行情况得到很大改善，但依旧存在泄漏情况。强制循环电解槽经常因为极板泄漏而停车，影响装置的平稳运行，同时，极板泄漏容易引起接地打火，造成电解槽着火，有很大的安全隐患。本文中通过原因分析及现场处理等几方面，探索减少强制循环槽泄漏极板数量的方法。

2 泄漏情况分析

2014年强制循环槽泄漏极板数量曲线如图1所示。

分析图1可以看出：2014年各月强制循环槽泄漏极板的数量依次为4，6，6，1，2，0，5，1，3，3，2，2；平均每月2.92块。其中6个月泄漏极板数超过平均值，2、3月泄漏极板的数量最多，达6块。

根据现场经验，极板泄漏一般发生在槽框与垫片之间、垫片与膜之间、阴阳极室间隔板、槽框结合处等位置。究其原因，主要总结为以下几种。

2.1 电池效应

电池效应是指：电解槽停车后，槽内形成原电池结构，阴极为原电池的正极，阳极为负极，由此产生反相电流。阳极室内的氯原子得电子还原成氯离子；阴极室内的金属失电子氧化成金属离子。

由于停车而导致的“电池效应”不仅会导致电解槽极板腐蚀，也会由于产生的反相电流引起离子膜分层和鼓泡，导致膜泄漏。同时，由于“电池效应”产生的电流短时间内无法消耗完，由此导致电解槽极板温度升高。停车检修时曾发现极板由于温度过高而发红。

图1 2014年强制循环槽泄漏极板数量曲线图Fig.1 Curve of the number of plate leakin forced circulation electrolyzers in 2014

2.2 槽温影响

电解槽槽温是生产控制的重要工艺指标之一，根据江汉油田盐化工总厂《电解装置工艺技术规程》，装置正常运行时，电解槽槽温为80～88 ℃。槽温波动的原因是多方面的。

装置电流总负荷的控制指标为5～9.5 kA，频繁大幅升降电流会引起电解槽温度反复大幅度波动。槽温波动会引起热胀冷缩现象，使槽框结合部、隔板与槽框间形成缝隙导致泄漏[1]。

同时，由于升降电流而引起的电解槽温度变化也会影响离子膜的使用，槽温低于正常操作温度时，电导率下降至最大值的50%左右，生产效率下降；槽温过高时，电解液趋于沸腾，汽化量加剧，会造成局部过热和槽压上升，导致膜气泡，加速膜的损伤老化。

2.3 槽内压力

电解槽槽内压力是生产控制的重要工艺指标之一，根据江汉油田盐化工总厂《电解装置工艺技术规程》，锁定油压为7.0 MPa，未锁定油压为10.0 MPa，装置正常运行时，压差为10～15 kPa。装置运行中出现大压差的原因是多方面的，影响最大的是升降电流、停车、清洗电解槽，以及槽温未稳前锁槽。

2.3.1 升降电流、停车及清洗电解槽

在升电流、停车及清洗电解槽的过程中，由于操作不当会出现大压差，大压差会压弯隔板、极板，使隔板裂伤或在隔板与槽框之间形成裂缝使膜受损，同时副反应增加、腐蚀垫片和槽框，从而引起泄漏。

2.3.2 槽温未稳前锁槽

开车后，槽温仍在上升，油压为10 MPa，若此时锁定电解槽，当槽温稳定后，由于热膨胀，在单元槽间形成很高的密封压，会造成槽框变形、开缝，引起泄漏。

2.4 极板老化及维修不到位

(1)电解装置投产于2002年，已使用15年。维修电解槽时发现有部分隔板被腐蚀得很薄。

(2)极板泄漏后送电解槽极板维修厂家维修，经常出现修好的极板装在电解槽上投运就出现泄漏，这种情况2016年一共出现过5次。

(3)在电解槽的运行过程中，如果离子膜泄漏，停车时拆下，用补膜机打补丁后继续使用。旧膜受垫片挤压的位置容易出现裂纹。补好的旧膜重新安装，如果安装错位，裂纹会泄漏并腐蚀极板，引起极板泄漏。

(4)极板表面毛刺会刺穿离子膜，造成离子膜泄漏，腐蚀极板。

3 改进措施及成效

针对以上情形，采取以下措施取得了显著效果。

3.1 避免电池效应

消除发生电池效应的基本条件，避免电池效应发生。电解槽停车后，立即将气相与系统断开，并断开整流刀开关，循环10 min后排液，置换阳极室内氯气，液体排出后用纯水洗槽。以上措施实施后，修槽的过程中极板没有发生发热发红的情况。

3.2 平稳控制各项参数

(1)温度控制在86～88 ℃之间，尽量保持平稳。强制循环槽实施峰谷运行，电流在9 kA时阴极液须用循环水降温，电流在5 kA时阴极液需用蒸汽加热。循环水调节阀是用气动阀调节，而蒸汽是用手动阀调节，管网蒸汽压力经常波动，造成槽温波动幅度较大，在83～89 ℃之间。将蒸汽手动阀改成气动调节阀后，槽温波动幅度降低，在86～88 ℃之间。

(2)平稳控制压差，将压差控制在18 kPa以内。电流升至3 kA时短暂停留，等压差稳定后再继续升电流。停车、水洗时，将流量控制在10 m3/h以内，发现压差上升时及时调节。

3.3 维修与操作

(1)与维修公司沟通，改善试漏方法，提高维修质量，加强维修质量检验，保证维修极板投运后不泄漏。

(2)加强岗位职工培训、提高修槽水平，全体修槽人员熟练掌握电解槽维修操作要领。针对“旧离子膜安装错位”问题，制定了《新离子膜的预处理》《垫片安装的注意事项》《离子膜安装的注意事项》《离子膜修补的注意事项》等培训课程，以理论指导操作实践，取得了较好的效果。

(3)将极网表面毛刺打磨或锤敲，修槽时检查极网表面，发现有毛刺立即处理，使表面光滑[1]。

统计改进后装置的生产运行情况，强制循环电解槽泄漏极板的数量明显减少，2015年各月装置泄漏极板的数量依次为：2，2，3，2，2，0，1，0，1，2，2，1块，平均1.75。2016年各月装置泄漏极板的数量依次为：1，2，2，1，1，1，1，1，1，1，1，1块，平均1.17块。

2014年与2015、2016年强制循环槽泄漏极板的数量对比如图2所示。

从图2可以看出：通过分析电解槽极板泄漏的原因，并针对不同原因采取相应措施后，装置运行1年内极板泄漏数量减少21块，减少停车5次，强制循环槽泄漏极板的平均数量由每月2.92块降到1.14块。

4 结语

通过对电解装置强制循环槽极板泄漏的原因分析，并制定解决措施，电解槽极板泄漏情况得到了有效控制，减少了极板泄漏数量和停车次数，保障了装置的平稳运行。在今后的生产中，应继续加强对电解槽运行情况的监测和分析，不断总结经验，精心维护、认真操作，为电解装置的平稳运行提供保障。

图2 2014年与2015、2016年 强制循环槽泄漏极板的数量对比Fig.2 Comparison of the number of plate leak in forced circulation electrolyzers in 2014, 2015 and 2016 参考文献

[1] 张晓芳.电解槽的泄漏及预防[J].中国氯碱，2012(2)：12-18.

[2] 程殿彬.离子膜法烧碱生产中曾发生的问题及解决办法[J].氯碱工业，2012，48(2)：12-18.

[编辑：蔡春艳]

Cause analysis and preventive measures ofplate leak in forced circulation electrolyzers

YUANHui

(SINOPEC Jianghan Oilfield Salt Chemical Plant, Qianjiang 433121, China)

ion-exchange membrane electrolyzer; plate; leakage; cause; preventive measure

The operation of electrolytic devices in SINOPEC Jianghan Oilfield Salt Chemical Plant was introduced briefly. The causes of plate leak in forced circulation electrolyzers were analyzed emphatically. The causes included cell effect, influence of electrolyzer temperature, electrolyzer pressure, aging and imperfect maintenance. Through the development of preventive measures, the number of leaking plate reduced significantly.

袁辉(1991—)，女，助理工程师，硕士研究生，2015年6月毕业于西南石油大学应用化学专业，现于中石化江汉油田分公司盐化工总厂氯碱分厂工作。

2017-02-02

TQ114.262

B

1008-133X(2017)05-0013-03