电解槽单槽的操作管理及优化

郝明松，刘庆芳

（江苏扬农化工集团有限公司，江苏扬州225000）

电解槽单槽的操作管理及优化

郝明松，刘庆芳

（江苏扬农化工集团有限公司，江苏扬州225000）

鉴于在伍迪公司BM-2.7复极式电解槽的项目设计中考虑了单槽的开、停车，在生产过程中改进了开、停车的操作方法，对连锁单槽停车的控制进行了优化，保证了单槽的平稳操作。

伍迪电解槽；单槽；操作优化

1 单槽开、停车

扬农集团的离子膜烧碱电解装置产能6万t/a。一期于2003年9月投产，产量为3万t/a，A、B两组电槽；二期于2004年11月投产，产量为3万t/a，C、D两组电槽。采用伍迪公司BM-2.7复极式电解槽，每只电解槽有112个单元。电解槽的直流电由单台整流器提供，设置极化整流器，4台单槽形成6万t/a的生产能力。项目设计过程中确定了在日后的生产中要能够实现单槽的开、停车，所以在设计配管时，考虑了单槽的进出、循环管线、单槽盐水换热器及单槽阴极液换热器等环节。

在正常生产过程中，因为单元槽泄漏或相应单槽的配管泄漏需要检修时，要进行单槽的停车、检修和再开车。为了保证安全生产，在控制方案中设置了单槽停车的连锁控制。在伍迪电解工艺中，单槽连锁停车主要有以下几种情况。

（1）电槽的阴极液流量低于正常操作量20%，在2min内整流负荷以每秒1%的速率降低，且最后不低于4 kA，超过2min停车。

（2）电槽进槽盐水流量低于正常操作量20%，在2min内整流负荷以每秒1%的速率降低，且最后不低于4 kA，超过2min停车。

（3）电槽的阴极液温度最高设置为92℃，在2 min内整流负荷以每秒1%的速率降低，且最后不低于4 kA，超过2min停车。

（4）电槽中心点电压差最高设置为1.6 V，延时3 s，电槽连锁停车。

（5）电解槽的阴、阳极出口阀门没有完全打开，电槽停车。

2 伍迪工艺中原有的开停车方案

在原操作手册中，单槽开、停车的操作比较简单，尤其是单槽并网和脱网的内容描述，可操作性较差，在单槽并网的过程中没有考虑到氯气和氢气的压力，容易导致装置因氯气、氢气失压致使氢氯压差波动而连锁停车，并且在国内采用的伍迪工艺中，没有成功进行单槽开停车的操作经验。

3 改进后的操作方法

经过实践操作，该公司首先细化了各步骤的操作法，提高了单槽开停车的可操作性。将单槽开停车的操作纳入到岗位正常操作中，能根据操作规程进行规范作业，同时保证其余电槽的稳定运行。为保证操作的安全性，使用氮气作为电槽升压的载体，既保证了电槽阴阳极室的压差，也对整个系统的稳定运行起到至关重要的作用。

3.1 单槽开车操作

单槽开车时，关键操作是对电槽的升压及并网，操作过程中要确保氢气、氯气的总管压力不会有大的波动、压差平稳、保证装置的正常运行。单槽升温结束后，将电槽的盐水、阴极液循环停止，关闭单槽的循环管线阀门，利用电槽充氮管线，通过氮气对电槽进行升压，待开车单槽的阳、阴极侧的压力与总管压力一致后，再打开单槽的氯气、氢气隔断阀，将单槽并入大系统后，开始盐水、阴极液循环，此时，单槽具备了送电开车的条件。

3.2 单槽停车操作

单槽停车的操作比较简单，重点是在脱网时，保证氢气、氯气的压力稳定，防止氯气、氢气进入单槽管线而引发总管的压力波动。在负荷降为1 kA时，关闭充氮气前的隔离阀，将氯气总管单槽停车的连锁屏蔽。待电流降到零后，极化整流器电流降为零，停止电槽阴、阳极液循环，慢慢关闭阴、阳极液管道上的出口隔离阀，打开阴、阳极液出口旁通阀，通过单槽进料管线进行电解液循环，单槽加水2m3、并进行电槽氮气的冲洗、投极化。单槽脱网结束，可以进行降温、排液等操作。电槽周边的相关阀门见图1。

4 连锁单槽停车的控制优化

在离子膜装置一期时，装置只有2台单槽，装置发生异常而导致单槽停车时，由于瞬间氯气、氢气量都下降为原有气量的50%，在正常生产过程中的控制值波动后，自动调节恢复的可能性非常小，所以会引起整个装置的停车。

2004年下半年，离子膜项目二期工程投运，整个装置的电槽数增加为4台，一台单槽的气量占比只有25%，为单槽连锁停车后整个装置不停车提供了可能。但在离子膜正常生产过程中，氯气、氢气总管上的调节阀都处于自动控制状态，单槽连锁停车后，会因为频繁调节导致氯气、氢气总管压力及氢氯压差大幅度波动，引发氯氢压差达到最低，连锁停车。并且在此情况下，无法进行人为干预，避免在操作过程中调节不及时，引起氯氢压差过大，对电槽及膜产生损伤，进而再发生安全风险。在发生单槽突然停车后，实行监控，无法进行手动调节，只能自动控制。从二期工程投运后的情况来看，能够恢复的比例约为25%，多数情况下仍会因为单槽的停车，系统氯氢压差调节滞后而引发整个装置停车，给装置本身以及后续精细化工生产的安全性与稳定性带来风险。

根据单槽停车后引发整个装置停车的DCS过程报告进行分析，同时在总管上的2个主调节阀的PID参数不同，氯氢压差控制主要区别在于比例积分（PI）控制规律。比例控制的作用是普遍常用的调节控制，能够迅速克服干扰的影响，使系统恢复稳定，但是由于输入信号与输出信号比例固定，系统达到稳定后还存在残值；积分控制的作用滞后于偏差的存在，不能及时克服干扰的影响，使得调节过程缓慢、不易稳定；微分调节的好处在于，偏差尽管不大，但在偏差开始剧烈变化的时刻能自动产生一个强大的调节作用，但微分调节与偏差的变化速度有关，所以不单独使用[1]。主调节阀的PID参数见表1。氯、氢调节阀的参数不同，主要是为了适应压力波动时的稳定性与调节过程中的灵敏性。

表1 主调节阀的PID参数

从PID数据来看，氯气的调节阀更加强调的是调节的稳定性，不会过多、过快地进行调节；而氢气总管的调节阀主要调节的参数是氢氯压差，是保证装置稳定及电槽与膜安全的重要参数。

分析结论是，在单槽连锁停车后，氯气压力、氢气压力都下降，氯气压力下降幅度大于氢气压力下降的幅度，氢氯压差加大，同时由于氯气调节阀所设置的SV正常为20 kPa，氢氯压差的SV为4 kPa，所以，氯气调节阀与氢气调节阀同时作用，分别对氯气总管压力和氢氯压差进行调节。如果在调节过程中，使调节幅度一致或接近，能够将参数调节正常，保证装置不会连锁停车，否则，装置会因为压差的连锁而停车。

针对这一分析，提出在DCS的控制逻辑中增加一个控制。单槽连锁停车后，由DCS直接控制将氯气总管的压力控制值SV设置为16 kPa，这一指标的确定也是根据多次停车过程中的DCS记录报告总结出来的，而氢氯压差的控制不变。当单槽停车稳定后，再缓慢地将氯气总管压力提升到20 kPa，并在此过程中保证氢氯压差的稳定。

经过优化，在单槽停车后，氯气总管与氢气总管的调节阀能够基本保持原有的阀门开度，不会发生调节无效的情况。当4台电槽同时运行发生单槽连锁停车时，再也没有发生过整个装置因调节不佳连锁停车的现象。如果是计划性停单槽，则可将这一内部逻辑控制进行屏蔽，避免对系统的干扰。

5 单槽开、停车管理优化的意义

（1）节约了装置开车恢复的时间。

（2）减少了运行成本，避免了整个装置停车。

（3）单槽连锁停车后，稳定压力控制，减少氢氯压差的波动，减少膜与极网之间的摩擦，保证了电槽与膜的安全。

（4）伍迪电槽换膜时间较长，控制优化后，在电槽换膜时可以一台电槽停车换膜，其余电槽开车，大大减少了停车时间。

[1]张毅，等.自动检测技术及仪表控制系统.北京：化学工业出版社，2004.

Operaionmanagementand optim ization of single cellUhde ionic membraneelectrolyzer

HAOMing-song,LIUQing-fang
(Jiangsu Yangnong ChemicalGroup Co.,Ltd.,Yangzhou 225000,China)

According to running and stop of single cell of BM-2.7 Uhde bipolar type ionic membrane electrolyzer,the operation method of running and stop was innovated.The single cell interlock stopping controlwasoptimized for stable operation ofsingle cell.

Uhde ionicmembraneelectrolyzer;single cell;optimization operation

book=6,ebook=127

TQ151.1+5

B

1009－1785(2010)08－0006-02

2010-02-01