李 華 李志鋒 王文生

（1.巨化集團(tuán)公司生產(chǎn)運(yùn)營部；2.浙江巨化股份公司電化廠：浙江 衢州324004）

某廠離子膜法電解制堿裝置共有4套離子膜法電解裝置。其中二期電解裝置產(chǎn)能為130 kt/a，共有6臺電解槽，全部采用自然循環(huán)高電密電解槽。目前二期電解槽在整體換膜后的運(yùn)行時間已經(jīng)超過3 a，不僅離子膜運(yùn)行時間達(dá)到使用壽命后期，部分單元槽的使用年限也已經(jīng)達(dá)到了8 a的設(shè)計使用壽命。

在離子膜法電解制堿裝置中，電解單元的陰、陽極間距（極距）是一項重要的技術(shù)指標(biāo)，極距越小，單元槽的電解電壓越低，電耗也越低。該廠根據(jù)高電密電解槽的實際運(yùn)行狀況，對二期高電密電解槽進(jìn)行零極距改造，通過在陰極側(cè)增加彈性結(jié)構(gòu)，使陰、陽極兩電極直接與選擇性離子膜接觸，最大程度地縮小了電極間的距離，減少電極間溶液的電壓降，從而使得零極距電槽獲得更低的槽電壓、更低電耗[1]。

1 改造前運(yùn)行情況

二期電解槽和離子膜都處于使用壽命后期，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性下降，電解槽單元槽、大墊片檢修情況日漸增多，而且槽電壓上升明顯，電流效率較低。二期各臺電解槽改造前槽電壓情況如表1所示。

根據(jù)二期電解槽統(tǒng)計數(shù)據(jù)分析，二期電解槽的直流電耗一直呈現(xiàn)上升趨勢，特別是進(jìn)入2012年以來，二期電解槽在12.5 kA運(yùn)行電流下的單元槽槽電壓已經(jīng)高達(dá)3.4 V，直流電耗達(dá)到2 398 kWh/t，電流效率下降到90.5%，各項消耗明顯上升。

表1 二期電解槽改造前運(yùn)行情況Tab 1 Running condition before transformation of phaseⅡ electrolyzer

2 改造內(nèi)容

2.1 設(shè)備

將二期原有的6臺高電密電解槽改造為零極距電解槽。對單元槽陽極電極網(wǎng)進(jìn)行整體更換，并將原陰極作為集電板，在原陰極網(wǎng)面上加裝彈性電導(dǎo)體網(wǎng)，再安裝活性陰極網(wǎng)，用鎳帶固定。通過彈性網(wǎng)的填充將每個電解單元的極距縮小的膜的厚度，從而將原有電解槽改造成零極距電解槽。

2.2 電氣改造

由于零極距電解槽陰極網(wǎng)涂層中含有較易脫落的釕元素，在電解槽停車后，產(chǎn)生的反向電流會造成活性涂層的脫落，造成槽電壓較快上升。因此，改造后的零極距電解槽需要配套極化整流器，在電槽停車初期，保證極化整流器及時開啟，產(chǎn)生正向電流，防止停車時產(chǎn)生的反向電流損傷陰極的活性涂層[2]。

為了確保電解槽停車時極化整流器的及時啟動以及電解槽的正常循環(huán)，需要增加UPS及配電裝置，對極化整流器和精鹽水泵、陰極液泵、淡鹽水泵、脫氯鹽水泵、高純水泵、亞硫酸鈉泵等涉及到電解槽循環(huán)的機(jī)泵增加應(yīng)急電源，確保此部分機(jī)泵在系統(tǒng)失電后仍能正常運(yùn)行，維持電解槽正常循環(huán)，避免出現(xiàn)因失電跳停導(dǎo)致電解槽聯(lián)鎖而極化整流器無法迅速開啟的情況，最大程度的保護(hù)單元槽陰極釕涂層的完好，延長電解槽的使用壽命。

2.3 工藝聯(lián)鎖調(diào)整

由于零極距電槽在電槽內(nèi)部結(jié)構(gòu)與普通電槽有較大改變，因此為了提高裝置安全性能，對裝置部分聯(lián)鎖控制進(jìn)行了如下調(diào)整：

1)增加單槽陰、陽極壓差聯(lián)鎖。當(dāng)單槽陰、陽極壓差高于19.6 kPa或者低于-9.8 kPa時聯(lián)鎖相應(yīng)電解槽停車；

2)增加單槽相應(yīng)極化整流器緊急停車；

3)將氯氫總管壓差聯(lián)鎖低值由-0.98 kPa調(diào)整為0.0 kPa；

4)將氯氣總管壓力聯(lián)鎖高值由49.0 kPa調(diào)整為29.4 kPa；

5)將氫氣總管壓力聯(lián)鎖高值由52.9 kPa調(diào)整為33.3 kPa；

3 改造后運(yùn)行效果

二期6臺電解槽完成了零極距改造工作后開車運(yùn)行正常，未出現(xiàn)離子膜損壞的現(xiàn)象。其改造前、改造后與投產(chǎn)初期（2004年10月）的消耗情況對比如表2所示。

表2 二期電解槽改造效果對比Tab 2 Comparison before and after transformotion of phaseⅡelectrolyzer

從表2可以看出，二期電解槽改造成零極距電解槽后，在同等運(yùn)行電流下的噸堿電耗較改造前有大幅度下降，電流效率明顯提升。

改造后的零極距電解槽與普通高電密電解槽投產(chǎn)初期相比，交流電耗下降了65 kWh/t，按照二期電解槽設(shè)計燒堿產(chǎn)能130kt/a計算，每年可節(jié)電8.45GWh。

4 改造注意事項

在普通高電密電解槽的零極距改造中，需要關(guān)注以下問題：

1)由于零極距電解槽陰陽極與離子膜完全接觸，容易受到陰極彈性網(wǎng)中外露的斷絲損傷而產(chǎn)生針孔，給裝置運(yùn)行帶來風(fēng)險，所以在單元槽安裝前必須對陰極網(wǎng)進(jìn)行反復(fù)檢查，一旦發(fā)現(xiàn)斷絲，應(yīng)使用細(xì)剪刀從根部剪斷。

2)由于改造后的零極距電解槽通過鋪設(shè)彈性網(wǎng)來增加了極網(wǎng)高度，因此在電解槽安裝前，應(yīng)在2只單元槽之間放置鞍型隔板，防止相鄰2只單元槽發(fā)生碰撞，損傷極網(wǎng)。

3)為了保證單元槽的使用壽命，各單元槽完成改造后應(yīng)按原位置裝回電槽[3]。因此，在電解槽解體拆卸前需要對各單元槽做好編號、記錄，要求廠家在改造完成后按原順序排列裝箱運(yùn)回。

4)若改造后零極距電解槽與原電解槽在同1臺電解槽混用時，因2者受到反向電流的影響程度不同，在電解槽停車時容易造成原裝電解槽涂層脫落，槽電壓迅速上升，因此應(yīng)禁止改造后的零極距電解槽與原裝電解槽混用。

5 結(jié)束語

氯堿行業(yè)作為高耗能行業(yè)，電費(fèi)成本約占了燒堿生產(chǎn)成本的60%以上，而采用零極距電解槽新技術(shù)是降低燒堿單位產(chǎn)品能耗的有效途徑之一。利用二期電解槽電極更新的機(jī)會對其進(jìn)行零極距改造，在增加投入不多的情況下，實現(xiàn)了電解槽的節(jié)能技術(shù)改造，取得了顯著的節(jié)電效果。同時，電解槽實施零極距改造后，對鹽水質(zhì)量、系統(tǒng)的平穩(wěn)性提出了更高的要求。唯有加強(qiáng)精細(xì)化管理，提高鹽水質(zhì)量，確保裝置穩(wěn)定控制，盡量減少裝置的非計劃行停車，才能充分發(fā)揮零極距電解槽的低電耗優(yōu)勢，降低電解裝置消耗。

[1]王樹燕.電槽零極距改造的技術(shù)及意義[J].科技信息,2013(8):155.

[2]劉曉營,唐必勇.高電流密度零極距離子膜電解槽的應(yīng)用[J].中國氯堿,2007(4):9-11.

[3]韓松.離子膜電解槽零極距改造及運(yùn)行總結(jié)[J].中國氯堿,2012(2):5-6.