关于海水制氯电解槽制作的研究

陈忠新

摘 要：本文主要简单阐述了片板式阳极电解槽的设计原理和结构特点，并就钛阳极及主要零部件的制作进行了分析解剖。

关键词：电解槽制作；钛阳极；次氯酸钠

前言

海洋附着生物也称海洋污损生物，是生长在海洋一切物体表面的动植物和微生物。这类生物一般是有害的，它们通常以堵塞水管的方式影响沿海工业设施。至1947年，世界已经记录约有2000种海洋污着生物。目前，估计已发现有4000～5000种，在中国沿岸已经记录有 650种左右。目前滨海电厂、LNG及其它沿海工业设施主要通过电解海水制氯的方式来抑制或消除此类污损生物。

1.电解槽的制作

1.1电解槽的设计依据

1.1.1电解海水制氯基本原理

经过滤的海水通过带有直流电的阴阳极，海水里的氯化钠会电解成钠离子和氯离子，最终生成次氯酸钠和氢气。在一定范围内次氯酸钠的产率与由整流器供给电解槽的直流电流成正比。化学和电化学的副反应与主反应是同时发生的，副反应降低了电流效率，因而生产次氯酸钠的实际能耗基本是理论能耗的1.1倍。

综合反应式如下：

NaCl+H2O→NaClO+H2↑

1.1.2终端使用参数及条件

电解槽应用目的：海水系统防污

现场海水NaCl含量：25～33%

槽电压要求：小于32V

最大使用电流：2300A

现场环境温度：8～37℃

电解槽寿命要求：大于6年

电解槽水压：大于5BAR

海水流量：45M3/H

1.2海水制氯电解槽的结构

片板式海水制氯电解槽主要由钛电极、电极支撑板、壳体和导电头组成。

1.3主要部件的制作要点

（1）钛电极。钛电极由GR2以上的纯钛制作，其中铁含量、HV值、晶粒度等主要参数必须精确控制。涂层前首先对钛材进行化学处理以达到规定的粗糙度，良好的粗糙度可以提高贵金属涂层的附着力和提升产品的比表面积。

对于海水制氯电解槽通常我们使用Ru/Ir金属的盐溶液涂覆于化学处理好的钛材表面，每涂覆一次必须烘烤一次，烘烤的温度差必须控制在正负5℃之内以避免生成其它的氧化物，同时钛的处理温度不能超过560℃，原因是要防止钛基体表面被绝缘的氧化膜层所覆盖。

涂覆过程中及涂覆结束后必须用XRF荧光检测仪检测产品以确保贵金属的涂覆量足够以及分布均匀。

（2）电极支撑板。电极支撑板通常由PP材料制作，其主要作用是固定钛电极，同时控制电极的相对间距，阴阳极的极间距一般为2.5毫米，过大的极间距会使电解槽的槽压升高。

下图显示了在正常使用状态下的电解槽的电位分布：

（3）壳体。壳体即电解槽的槽体是连续电化学反应的场所，其内腔材料为经紫外处理的PVC，外侧由环氧树脂包裹而成，为达到9BAR以上的测试水压，环氧树脂的裹覆层数必须数层以上，槽体的两端及侧面的进出水口是槽体制作的关键部位，为达到较好的密封效果槽体的两端在完成包覆工序后其内侧必须经过车削处理，以实现和端部法兰密封圈的良好配合，进出水口应做加强包覆以防止现场安装与其它管路连接时由于应力集中导致的结合部位开裂。

（4）导电头。导电头是连接电解槽槽体和整流柜的桥梁，它由两部分组成，一部分是约15毫米厚的钛板，钛板经过精密机床开槽处理，在槽内氩弧焊接电极，焊接过程中必须采取降温措施，减少极板变形，降低极间距变化。另一部分是同材质的钛柱，钛板和钛柱的连接方式为摩擦焊。

2.结语

本文简浅易懂，对国内电解槽的制作商具有借鉴作用，对使用海水制氯电解槽的电厂、LNG及其它滨海企业电解槽相关问题的解决具有参考作用。

参考文献：

[1]张招贤.钛电极工学.冶金工业出版社，2003

[2]David Hughes. Sea Water Design，2013.

[3]娄革.电解海水装置的技术改造，2003