电解槽离子膜运行后期的优化控制

李 莉，刘 凯

（新疆圣雄氯碱有限公司，新疆 吐鲁番838100）

新疆圣雄氯碱有限公司（以下简称“圣雄氯碱”）主导产品为50 万t/a PVC 和40 万t/a 离子膜烧碱，该公司电解槽为意大利迪诺拉电解槽，1# 装置自2012 年3 月开车以来， 离子膜运行了将近5 年更换，2# 装置自2016 年10 月开车至今已运行4 年以上，一般在离子膜运行后期，随着膜的老化，需要更加精细的进行操作和控制， 才能使膜在最佳电流效率下和最佳膜使用寿命周期内实现经济效益最大化，现对膜运行后期的一些管控方法进行探讨。

1 开车前准备工作的优化

在装置异常停车后，例如停仪表气、停水等情况后，电解槽由高负荷运行瞬间电流变为0，离子膜在单元槽内波动，尤其是对于运行后期的离子膜造成的伤害更大， 此时如果压差大于6 kPa 或小于-2 kPa时，必须对每个电解槽进行离子膜试漏，确保有被损坏离子膜能及时找到，以免影响开车进程。电解槽充液时将碱液及盐水温度控制在50.0～55.0 ℃，盐水浓度控制在210.0～230.0 g/L， 充液期间重点检查阳极是否有提前溢流的单元槽、 阴极是否有不溢流的单元槽，有异常及时进行处理。要求升温过程中确认所需要开车的电解槽都充液完成且并入系统循环，尤其是要求升温速率保证不要太高，缓慢升温，保证离子膜伸缩量在最小范围内。 由于盐水系统采用的是闭路大循环，通过在实践中的不断总结和分析，无论采用海盐或湖盐， 特别是对于高电流密度零极距自然循环离子膜电解槽， 必须再次确认开车前进槽盐水质量必须保证在指标范围内， 否则会造成离子膜不可逆的损伤。

2 开车过程的优化

对于初始升电流过程， 将升电流速率设定为1.5 A/s，尽量做到速率最低，每到1 kA 时暂停升电流，操作员查看指标参数无异常后再继续升电流。而且在电流为2.7 kA 时候必须做低负荷测试，通过槽电压评估器检查单元槽槽电压， 对槽电压上涨较慢的单元槽进行重点关注。 如果电流达到2.7 kA 后有单元槽槽电压仍未达到2.4 V，则停电解槽更换该单元槽。

3 正常运行的管理优化

运行到后期的电解槽每台中有部分更换新膜后，将该台电解槽电流保持10.8 kA 运行24 h，也就是最大负荷的68%，要求质量检测中心每班对出槽氯气纯度、氯气中含氧、含氢、次氯酸钠、pH 值进行分析，技术管理人员对其每日进行分析。现场槽工每小时对单元槽溢流进行检查， 有溢流量减小和泄漏的情况及时汇报。 中控人员每小时对评估器电压进行巡检， 每台槽随机抽取几片单元槽进行对照监控槽电压，是否有异常升降。

依据伍德电解槽工艺要求进槽盐水和碱温度两侧温差不宜超过3 ℃， 这种设计很好的降低两侧介质温差较高对离子膜引起的一系列影响， 相较旭化成、氯工程工艺体现出了优势，更利于离子膜的长周期运行。尤其到膜使用后期更应做到精细化控制，尽量做到温差小于3 ℃， 以免离子膜因温差变化大出现褶皱。

4 降电流及停车后的控制优化

在降电流时按照1.5 A/s 的速率进行，在此过程中现场巡检对每个单元槽溢流进行观察， 并对槽电压有异常单元槽进行检测，每降1 kA 电流，中控查看指标参数无异常后再继续进行， 将电解槽切出系统对电解槽泄压要求现场需3 人配合进行， 操作人员一人在电解槽槽头前关注槽压差， 另外两人分别操作控制泄压阀，根据压差缓慢进行调节，保证电解槽压差在1.5～2.0 kPa，从阳极电解液中去除游离氯时，将槽温度控制在78.0～82.0 ℃经过约2 h 热循环后，在关闭极化整流器之前，应检查所有的电解槽的阳极电解液出口是否含有氯， 如果电解槽仍然含有氯，不得关闭极化整流器。在此过程中尽量保证高温循环时间足够， 而且在游离氯除去后氮气不能即时关闭，保证持续供应吹扫。

高温除氯结束后将进槽盐水浓度调节为270.0～290.0 g/L，因为随着电解槽后续温度降低，如果不稀释饱和盐水的话， 可能盐水中会析出晶体划伤离子膜，电解槽槽温按较小的速率（3.0～5.0 ℃/h），电解槽槽温冷却到65 ℃时，将进槽盐水浓度调节为250.0～270.0 g/L，此状态停电槽循环仅可以维持6 h，如果超过6 h 则要继续降温，至55 ℃时将进槽盐水浓度调节为210.0～230.0 g/L。 在槽温45.0～50.0 ℃下的电解槽状态最多维持24 h，如超过24 h，则要对电解槽进行排液然后充入脱盐水进行保护， 以保证电解槽内离子膜的湿润。

5 避免频繁开停车升降电流

随着电流负荷的变化， 槽温也在发生十几度温差的变化，电解槽本身发生热胀冷缩，离子膜和槽框垫片等都相应地随着温度变化发生变形， 若发生变化则影响更大（1）对离子膜的影响：膜频繁膨胀和收缩，使膜产生疲劳反应，造成膜物理松弛，起褶皱，影响膜的使用寿命，加速膜的老化。 （2）对槽框垫片的影响：频繁升降电流，电解槽框垫片也频繁收缩膨胀，如果槽框垫片弹性较好有一定的形变范围，在槽头压紧装置作用下不至于发生泄漏。 但如果垫片使用时间较长， 即垫片的弹性在升降温度的情况下达不到伸缩变形量。 在此情况下频繁升降电流，就会发生垫片渗漏甚至泄漏。 因此一方面要求后期电解槽升降负荷速率尽量最低， 且一定生产负荷下平稳运行避免频繁升降电流都是后期优化控制的最好方式。

6 结语

依据公司现有装置运行情况分析， 尤其是在离子膜使用后期，要想延长离子膜的使用寿命，需要更加精细化管理， 这样才能尽量保证电解槽在较高的电流效率下使用，一方面通过提高装置的稳定性，尽量减少电解槽的开停车次数， 减少异常停车压差的波动对离子膜造成的损伤。其次，要保证在最优的电流效率下运行离子膜，通过计算得知，膜运行后期电流效率由最初的98%左右降到93%左右，此时必须要有计划的组织更换离子膜， 因为在后期低电流效率运行，电耗将大大增加导致生产成本提高，而整体更换一批离子膜的成本相比电效引起的成本低，所以在一定程度上后期更换离子膜可为更优化的方案，不但是为了节约生产增加效益，也能保证电解槽更加稳定安全运行。