离子膜最佳更换周期的确定

殷宪立，梁 艳

（旭华索达科技发展有限公司，北京 100022）

离子膜最佳更换周期的确定

殷宪立，梁 艳

（旭华索达科技发展有限公司，北京 100022）

针对旭化成和北化机离子膜电解装置中离子膜更换周期的确定,从装置运行的安全性、离子膜性能和整体运行的经济性进行分析，从而整体把握更换离子膜的最佳时机。

离子膜；安全性；经济性

离子膜电解装置需要定期更换离子膜，由于离子膜价格较为昂贵，且更换1台电解槽的离子膜大约需要1周时间，同时，还需要更换垫片等附件，为此，要确定最佳的更换时间。

随着电解槽制作和所配仪表、阀门、垫片等的完善，高性能离子膜的研制开发，操作人员操作水平的提高，离子膜的使用寿命已有不同程度的提高。通过综合各方面因素，更换离子膜周期主要从3个方面考虑，即安全性、离子膜性能、经济性。

1 安全性

当离子膜泄漏时，会导致氯中含氢高引起爆炸，是各氯碱厂家十分担心的事情，电解槽和离子膜的供应商也在这方面特别强调并对操作说明书一再完善。离子膜泄漏一般由以下因素引起。

（1）离子膜出厂时就有针孔或安装新膜时离子膜发生皱褶产生针孔，一般这种情况较少，并且泄漏量很小，但是更换新离子膜时还是要求进行膜试漏检查。

（2）离子膜运行后期，离子膜强度衰弱，容易产生针孔或撕裂，经常有大量的离子膜产生泄漏，垫片老化严重，对安全十分不利，此时，应考虑及时全部更换离子膜。

（3）出现大的正负压差时，离子膜强度受到损伤，离子膜容易泄漏，此时，应该排液水洗，进行膜试漏。大的正负压差会使单元槽严重变形，部分离子膜撕裂，离子膜强度严重受损，单元槽极网不平整，每次停车都会出现大量离子膜泄漏，建议对极网不平整，离子膜全部更换。

（4）由于电解装置制作精度或循环结构不好，容易使离子膜损伤从而导致泄漏，应该及时更换单元槽和离子膜。

（5）由于操作不当或其他原因使离子膜产生水泡或盐泡，离子膜强度受损，极易产生针孔或泄漏。

（6）强度不好或有小针孔的离子膜，在充电解液时，由于离子膜的收缩有时撕裂，有时很难判断。所以，在充电解液循环送电前，要进行快速膜试漏来判断离子膜的状态。

（7）电解槽中存有异物，很容易损伤离子膜从而导致针孔。所以，在安装离子膜前，要对管道和单元槽进行检查清洗，防止异物混入电解槽中。

总之，为了确保生产安全，在更换离子膜后和每次开停车前要进行膜试漏；在提升电流由零至4.1 kA时，时间尽量缩短，避免电解装置在较低的负荷下运行；定期分析氯中含氢；在运行后期，如由于离子膜整体强度的原因导致大量离子膜泄漏，要及时全部更换；发生单元槽损害和离子膜强度严重受损的情况下，要对单元槽进行维修，离子膜全部更换。

2 离子膜性能

旭化成提供的离子膜性能保证为4年，如严格按照操作指南进行操作，盐水指标达到规格要求，4年后离子膜的电流效率一般能够达到92%以上。由于国内原盐的质量问题和其他因素的影响，一般离子膜运行3年左右即需更换，此时，离子膜的电流效率为90%左右。当电流效率在92%以下时，有可能发生下列问题。

（1）由于盐水中的次氯酸钠增加，使阳极垫片腐蚀。很多厂家发生阳极密封面下部与阳极盘连接处腐蚀导致单元槽泄漏的问题。

（2）由于侵入阳极室内的OH－增加，使阳极寿命降低。

（3）由于NaClO3/NaOH的增加，对一次盐水澄清产生影响、使螯合树脂劣化、设备管道材质劣化、烧碱浓缩设备腐蚀、烧碱品质下降。

（4）由于NaCl/NaOH的增加，使烧碱品质降低。

（5）由于O2/Cl2的增加，氯的品质降低。

总之，当离子膜电流效率低时，不仅使电耗增加，同时带来很多的弊端，因此，对电流效率低的离子膜要及时更换。

3 经济性

更换离子膜，一般首先考虑的是经济效益，更换离子膜后电耗的降低，更换离子膜产生的费用要通过电费的节约在很短的时间即可收回。

以一家10万t/a烧碱装置为例，NCH电解槽，共5台，每台146个单元槽，离子膜运行后期的电流效率为92%，电压为3.14 V（运行电流为12.5 kA）

直流电耗=670.2×单槽电压/电流效率=670.2×3.14/92%=2 287.4（kW·h/t NaOH）

按照电价为0.6元/kW·h平均计，电流在12.5 kA时，电费=2 287.4×0.6×100 000=213 724.4（万元）

更换后电流在12.5 kA的情况下，第一年离子膜的电流效率为96%，期待电压为3.05 V；第二年离子膜电流效率为95%，期待电压为3.09 V。

则第一年的直流电耗=670.2×单槽电压 /电流效率=670.2×3.05/96%=2 129.3（kW·h/t NaOH）。第二年的直流电耗=670.2×单槽电压/电流效率=670.2×3.09/95%=2 180（kW·h/t NaOH)

按目前电耗计算，第一年节约电耗=吨碱节约直流电×总产量=（2287.4-2129.3）×10=1581（万 kW·h）

第二年节约电耗=吨碱节约直流电×总产量=（2 287.4-2 180.0）×10=1 074（万 kW·h）

按照更换离子膜费用每张13 500元计，10万t/a烧碱更换离子膜费用=146×5×13 500=985.5（万元）

更换离子膜后第一年节约电量的费用=1 581×0.6=948.6（万元）

更换离子膜后第二年节约电量的费用=1 074×0.6=644.4（万元）

经过核算10万t/a烧碱装置大约13个月左右可以收回离子膜更换费用。

由于各个厂家的运行数据不一，可以根据上述推算的方法进行经济效益核算。

Discussion and analysis about ion exchange membrane replaced period

YIN Xian-li，LIANG Yan
(XuHua Soda Technology Development Co.,Ltd BeiJing 100022)

How to confirm the membrane replaced period installed in AKCC or BCMW electrolyzer,analyse the security and economic according to electrolyzer running and confirm the best period about membrane replaced.

Ion exchange membrane;security;economic

TQ114.26+2

B

1009－1785(2012)09-0012-02

殷宪立（1972—），男，高级工程师，1995年毕业于淮海工学院化工系，1995-2005年工作于江苏北方氯碱集团有限公司，主要从事氯碱的技术管理和项目开发工作；2005年至今在旭化成化学公司工作。

2011-04-16