电解槽打火的原因及控制

苏亚玲，申强

(陕西北元化工集团股份有限公司化工分公司，陕西 榆林 719319)

陕西北元化工集团股份有限公司(以下简称“北元化工”)现有80万t/a烧碱生产装置，分为A、B、C、D共4条生产线。共有24台进口高电流密度自然循环复极式离子膜电解槽，每台电解槽配有200个单元槽，目前运行稳定。但受操作因素、原料品质、开停车次数及整体环境的影响，电解槽的性能逐渐下降，离子膜电解槽的阴阳极打火司空见惯。

1 引起电解槽打火的原因

正常的情况下，因阴极出液管中含有氢离子，2个正价的金属离子结合会形成静电释放[1]，不会对电解槽的安全性能造成威胁。但近几年越来越多地发现阴极打火区域集中在单元槽溢流波纹管的上下部分，阳极侧也偶尔出现打火现象，通过对单元槽的停车解剖来看，基本上都是内伸管被击穿，或溢流管的法兰面不平整，有凹痕。下面就简单地分析几种可以引起电解槽打火的原因。

1.1 阴极液循环不畅引起打火

无论是阴阳极极液循环总量的不足，阴极液进料管的堵塞，还是阴极分布器的不平整，出液软管的折叠，都会引起电解槽内部的液体不能连续地进入或流出电解槽，在出料的过程中产生电解液断流现象，电解液的断流就会自然引起电解槽和外部的电位差，较大的电位差引发尖端放电产生电火花。电解槽系统开停车或者操作幅度过大时，气相系统析出不稳定，造成阴极液的循环量不稳定，出口波纹管的两端电位差偏离过大，也会形成打火。一般通过加大对应的流量，或者调整出液软管的方向就能够避免上述原因造成的打火。

1.2 阴阳极液中的金属离子引起打火

北元化工的离子膜电解槽的进出口管线全部使用金属材质钛镍和316不锈钢，这些管线中富含金属离子，随着大系统循环进入电解液中形成单质或者与其他氧化性强的负价离子结合形成化合物。这些金属离子会优先于H+放电。一般情况下，金属离子的放电发生在电解槽的气液分离区，顺着阴阳极半壳溢流至出液总管形成电火花。特别需要说明的是2014年北元化工采用碱性冷凝液代替纯水进行烧碱溶液的稀释，实际上是部分的金属离子占比调整，引起打火，温度的适当提高也加速了反应的进行。

1.3 电解槽的绝缘不良引起打火

这种情况比较少见，伍迪电解槽每次开车前，检测电解槽的槽对框、框对地、铜板对地的绝缘要在0.5 MΩ以上。产生杂散电流的主要原因是电解槽的进出料管道和电解槽本身的绝缘不良，伍迪公司也建议进出液管线不采用金属材质。电解槽在正常的状态下与管道和地面的电阻由于电解槽电压的缘故，两端存在较大的电压差异。当电解槽绝缘大于0.5 MΩ时，由于槽电压的影响，电解槽内几乎不存在杂散电流，但是当电解槽绝缘不良时，电解槽的电势不是均匀地从槽头到槽尾逐渐下降，而是在绝缘不良处产生一个较低的电势点，这种电势会引起整台电解槽或部分单元槽内存在杂散电流，带来电火花。

1.4 阴阳极涂层的脱落引起打火

一般情况下，电解槽运行稳定1～2年后，涂层的脱落就进入高峰期，大量的钌钛金属及其化合物随着电解液一起流出电解槽，由于金属物质的本身带电性能，遇到法兰接触面的空隙，短暂停留，形成点释放，产生火花。这类打火情况一般不会对系统造成明显的影响。随着时间的推移，阴极液出液管上会覆着大量金属物，颜色发红，打火现象也会逐渐减弱。

1.5 离子膜的泄漏引起打火

由于离子膜的泄漏或压力压差过大，温度过高，OH-都会通过离子膜的泄漏部分或增大的空隙到达阳极半壳。OH-在阳极侧要优先于Cl-放电，这个反应在电解槽气液分离区也可以引起电火花的产生[2]。当氢气进入阳极侧后，会与氯气或少量的氧气发生强烈的光化学反应，形成电弧，击穿内伸管或出液溢流管，这类打火相当危险，一般情况下停车更换单元槽及内伸管，电解槽的相关性能参数也会有明显变化。

2 调整控制电解槽打火的措施

在清楚电解槽阴阳极出液管打火的原因后，根据现有的现象进行科学分析，得出电解槽打火可能产生的后果，进一步采取保证系统安全生产的安全措施，最终通过探讨得出如下操作步骤。

(1)确定阴阳极液软管打火的部位，分上中下三部分，上部打火一般为单元槽内部被击穿，较危险，停车更换单元槽为佳。出液波纹管内部打火不会对电解槽的安全构成威胁，软管的波纹及长度就是用来增加电解液的电阻从而达到断电的目的。若出液软管的下部打火，多为出料总管的内伸管被击穿，可根据火花的大小及频次做出判断。

(2)适度提高阴阳极液的循环量，一般不宜超出3 m3/h，2～5 h后观察运行，不宜过快提高流量，引起系统的波动。

(3)调整出液软管的方向，尽量保持垂直，减少电解液液断面。

(4)测量电解槽和电解槽框架对地绝缘值大于等于0.5 MΩ，分析数值无异常。仔细检查铜排对地之间无异物，确保绝缘值正常。

(5)分析电解槽的氯气和氢气纯度、氯内含氢、氯内含氧、阴极液的碱中含盐，检查氯气和氢气压力、压差及电解槽电压及电流运行情况，确认离子膜无破损撕裂情况。

(6)跟踪观察阴极液出液波纹软管的温度，一般情况下较其他单元槽出液管的温度无明显差异，略微上升1～2 ℃。

3 结语

目前离子膜电解槽技术已趋成熟，电解槽阴阳极打火现象也在各企业普遍存在，处理不慎将直接影响PVC和烧碱的产量，也给电解槽的运行带来较大的安全隐患。