迪诺拉30DD- 350电槽运行情况介绍

曹凤民，潘　杰，金翔宇（沈阳化工股份有限公司，辽宁沈阳110026）



迪诺拉30DD- 350电槽运行情况介绍

曹凤民，潘杰，金翔宇
（沈阳化工股份有限公司，辽宁沈阳110026）

摘要：介绍了迪诺拉30DD-350电槽在沈阳化工股份有限公司运行过程中出现的主要问题及应对措施。

关键词：30DD-350离子膜电解装置；运行与维护；费用；技术改造；材质的选择

1995年3月21日，沈阳化工股份有限公司5万t/a迪诺拉30DD-350离子膜电解装置投产运行，该装置具有单元有效面积大，电槽占地面积小，一次投资较低的优势。该公司是中国第一家引进意大利DE NORA公司电解槽技术的厂家，引进部分包括电气、仪表、设备、工艺技术专利等。本装置离子膜界区内采用DCS控制、选用德国西门子公司OS520及AS235H系统，确保装置的自动化水平及平稳可靠运行。至今已经连续运行20年，运行电流强度11 kA，平均单元槽电压3.28 V。该装置投产至今，生产运行稳定，也遇到过诸多问题，其中，有公司相关生产单元之间存在的自身缺陷、也存在装置本身在设计、材质选择等方面的许多问题，运行前5年，通过与迪诺拉技术服务团队进行交流，如实反映了装置在运行过程中发现的各种问题，同时也提出了很多的解决方案并逐步完善，装置运行逐渐稳定。现将该装置的运行情况以及运行过程中发现的主要问题做简要介绍。

1　单元槽结构设计

（1）该电槽为零极距电槽，采用带弹性元件的阴极包和双阳极结构设计，电极开孔面积大，有助于形成槽内气体提升效果。但作为自然循环电槽，3.5 m2的电极面积显得略大一些，虽然在电槽顶部设置了气液分离器，但电槽内部循环仍然不好。从拆检情况看，电槽的上部100 mm宽度范围内，尤其靠近出口附近，电极表面腐蚀严重，底板穿孔较多，说明阴阳极室气体无法顺利排出，槽内充气率较高，膜出现针孔的几率高。尤其运行前两三年，由于电槽停车较频繁，每月平均2次，电槽反复升降温以及压力波动，在膜的上部甚至发现较大的裂口，因此，对膜强度要求很高，通过对旭硝子和杜邦各种型号离子膜的多次应用对比，认为杜邦N966使用寿命较长，同时在2001年，将运行电流强度从12.5 kA降到11 kA运行，单元槽及膜腐蚀泄漏情况得到有效缓解。

（2）在第三个膜使用周期，发现更换新膜后的新槽运行电压平均在3.25～3.35 V，个别更高，甚至在更换阴阳极面网后也不见明显的好转。后来通过对电极表面测量发现，由于电槽长时间运行，阴极弹性网弹性减弱，使膜无法紧紧压向阳极表面从而形成零极距，增加单元电耗。对此，经过拆检阴极弹性网，发现弹性网为6层，于是将旧弹性网拆开，每两三层1片，在电槽阴极原有弹性网的下面再增加一片弹性网，使电槽阴极具有八九层弹性网，另外，也适当降低了国产槽框垫片的厚度，这样电槽更换新膜后的电压可以降到3.2 V以下，电耗大幅降低。

2　电槽附件使用情况

（1）电槽配套的分离器与分配台阳极材质为CPVC+FRP，阴极为PP+FRP材质，阴极分离器寿命可以达到5年以上；阳极分离器寿命较短，一般两三年。主要问题是与电槽连接的盐水和氯气接口处，这里C-PVC层较薄，而且与罐体为焊接，外面虽然有FRP增强，但随着运行中含氯盐水的腐蚀，在电槽停车或检修，尤其冬季温差变化较大时，衬里容易开裂，出现渗漏，导致强度降低，甚至在检修拆卸过程中，极易将其扭断，断后极难焊接修复等现象。由于整台价格较高，每年都需要大量资金进行更换，但受其结构特殊影响，虽然也尝试采用价格较低的FRP内衬防腐涂层的分离器，因耐氯效果差，使用寿命均不理想，最终还是选择采用C-PVC+FRP材质略好一些。

（2）由于膜漏或电槽内漏，每年都需要多次使用跳槽开关进行除、并槽检修作业。由于配套跳槽开关暴漏在电解室内，室内的酸气、碱气对开关的触点腐蚀比较大，每次使用，开关都会产生一定的弧光，对触点伤害较大，尤其使用三四次后，弧光非常大，多次发生开关闭合后由于触头接触不好，开关过热发生自燃等现象。加上开关的控制系统过于复杂，每次使用跳槽开关都需要电工、仪表以及技术员和检修人员配合参加，需要很长时间才能将电槽从单列除下。将开关的控制系统改造、简化，同时降低操作开关时的电流运行强度，并在操作前通过用氮气吹扫触点，用细砂纸打磨触头的方法，提高了跳槽开关的使用寿命，但根本问题没有解决，每年投入的费用也是很大。

3　二次盐水精制指标

离子膜界区内配套采用3台Ø 3 000×6 000，V= 42.5 m3，重力式白煤过滤器以及2台Ø 2 200×4 830，V=17 m3螯合树脂塔进行盐水二次精制。

（1）在装置运行的最初阶段，由于白煤过滤器本身过滤效果不好，进槽盐水质量并不理想，预过滤盐水悬浮物超标较多，增加了树脂塔的负载，对树脂的离子交换效果影响较大，进槽盐水镁钙含量平均可达30×10-9。对此，该公司组织技术人员针对盐水二次精制系统进行了认真的跟踪取样分析，发现单台树脂塔运行16 h后，进槽盐水镁钙含量开始超标，尤其另一台树脂塔在再生过程中，盐水精制效果无法达到工艺要求。经过与迪诺拉公司沟通，决定再安装1台螯合树脂塔，以增大离子交换容量，使二次盐水精制始终保持双塔运行。同时，还对树脂再生酸洗和碱洗最后时刻的浓度进行了取样分析，发现再生酸洗及碱洗量略显不足。通过适当延长树脂再生酸洗碱洗时间，同时严格控制进树脂塔盐水pH值在8～11范围内。另外，每年定期对树脂塔进行拆塔检查，每年平均补充置换5%～8%的螯合树脂，保证树脂塔的离子交换效果。经过一段时间的运行，进槽盐水指标得到很大程度的改善，镁钙离子总量基本可以控制在15×10-9以内。

（2）白煤过滤器采用的填料是日本的白煤，实际就是经过特殊酸、碱处理后的活性炭，填料层高度2.5 m，分5个层级分别填装0.8～20 mm不同粒径的填料。随着装置运行时间的延长，由于不断的反洗，填料与填料之间发生不停的摩擦与碰撞，造成填料慢慢由大粒径，变成小粒径，小粒径变成粉末随着反洗盐水带出过滤器，造成过滤床层高度逐渐降低。

在2008年下半年，发现离子膜电槽槽电压会普遍地不定期突然上升25～30 mV，然后运行七八天后，槽电压又会降低一些，但不会完全恢复。对盐水二次精制过程进行了细致的检查分析，最后认为是白煤过滤器过滤床层高度逐渐降低造成的，由于床层高度的降低，无法形成有效的滤饼层，盐水中的悬浮物就会通过填料层进入螯合树脂塔，而树脂塔是起不到过滤作用的，这样就造成悬浮物进入电槽；同时，由于填料床层减少近1 m，这样就变相增大了过滤器内的液体空间近7 m3，而过滤器的再生反洗流量为200 m3/h，时间是10 min，约合33 m3的盐水，相当于将反洗水降低到只有26 m3，导致部分过滤掉的杂质无法通过再生反洗过程带出系统，积存在过滤器内，反洗后重新投入运行，造成大量悬浮物直接通过床层，进入螯合树脂塔，进入电解槽，吸附在离子膜或阳极表面上，造成单元电压升高。

4　进槽盐水管路及阳极液管路材质的选择

（1）在装置运行初期，树脂塔管路采用进口PPFRP管，由于管件连接时塑料焊接质量不好，同时进口管件的三通及弯头也存在一定的质量问题，在运行过程中经常出现管道泄漏，甚至出现管道断裂的情况，多次造成系统停车，对泄漏点附近的仪表和控制柜造成极大的伤害。将所有进口PP-FRP管路全部更换为钢衬胶管路。并通过加装接地装置，解决了因电槽杂散电流对设备及管路的腐蚀问题。

（2）电槽经过长时间的运行，在单元槽拆检过程中，发现电槽底部有明显的细微的黑色粉末，起初以为是电槽阳极表面脱落造成，后来通过分析，该粉末不是金属物质。通过拆检部分设备及管路，最终发现衬胶表面有黑色粉末脱落，并在设备的罐底部沉积较多，当液位较低时就会随盐水进入电槽。为此，在2002年以后，陆续将界区内的进槽盐水及阳极液管路全部更换为钢衬四氟管路，彻底解决了因管路问题造成停车或降负荷的状况，同时也解决了因泄漏而引起的仪表和设备的腐蚀问题。

随着该公司搬迁改造项目的竣工投产，迪诺拉30DD-350离子膜电解装置将在2015年年底全部停产，该套电解装置在该公司长达21年生产运行过程中，直流电耗偏高，膜针孔率高，检修量大，产品含盐、氯酸盐较高，配套设备运行寿命短，运行后维护成本高。这与该装置自身的设计原因有关，也与该公司隔膜、离子膜电解装置同时运行，氯气、氢气压力不稳定，仪表电气维护不及时，控制系统没有有效发挥作用，以及上、下游工序运行不稳定，导致离子膜装置开停车、升降负荷比较频繁，造成单元槽阴阳极测压力波动较大，有很大的影响。

Operation process of DeNora 30DD-350 electrolyzers

CAO Feng-min，PAN Jie，JIN Xiang-yu
（Shenyang Chemical Co. Ltd. Shenyang 110026，China）

Abstract：The main problems and corresponding measures in the operation process of DeNora 30DD-350 electrolyzers are introduced briefly in Shenyang Co. Ltd.

Key words：ion-exchange membrane eletrolyzer 30DD-350；operation and maintenance；cost；technology reformation；material selection

中图分类号：TQ114.26

文献标识码：B

文章编号：1009-1785（2016）01-0009-02

收稿日期：2015-09-16