零极距电解槽改造运行分析

李学伟，李凌云，曹战国，王 磊

（唐山三友氯碱有限责任公司，河北唐山063305）

零极距电解槽改造运行分析

李学伟，李凌云，曹战国，王 磊

（唐山三友氯碱有限责任公司，河北唐山063305）

介绍了氯碱企业离子膜电解槽零极距改造的时代背景和施工方案的选择，并通过自身改造方案及运行情况的案例指出在零极距改造项目中的问题与改进方向。

零极距电解槽；改造方案；对比；探讨

1 离子膜电解槽零极距改造的原因

唐山三友氯碱有限责任公司改造主要是离子膜装置的电极进入预期运行寿命末期，直流电耗高，与新建氯碱装置在成本上处于竞争劣势，而此时，膜极距技术得到生产上的完美验证，竞争压力让企业求新求变必须实施；从技术上讲，自然循环电解槽很容易通过增加弹性网、更换阴极面网的方式改造成零极距电解槽，得益于技术获得容易、资金投入较少且降耗效果明显等驱动着公司对离子膜电解槽进行零极距改造。

2 零极距改造方案的多样选择

零极距改造的施工，最大的工作量是对所有单元槽的阴极网进行拆除更换，增加弹性毡网及面网，部分作业可以由专业的电解槽维修厂家承担，也可以自己进行施工完成；而工艺方面的设计改造，可以交由设计单位完成，也可以根据自身情况灵活选择，由此形成多样的改造方案。

（1）指定专业电解槽维修单位负责电解槽改造施工，所有材料由维修单位采购使用，氯碱厂家接收完工单元槽，安装开车，并由双方负责后期运行情况的责任界定和效果评定。工艺流程改造方案可由施工厂家根据资质自己或委托设计完成后交由企业进行按图施工，满足改造设计需要。

（2）指定专业电解槽维修单位负责电解槽改造施工，但所需材料由氯碱厂家采购提供转交使用，施工完成接收后安装开车，但施工单位根据责任范围负责后期运行情况责任界定和效果评定。流程工艺改造方案由材料供应单位设计完成后交由企业进行按图施工，满足改造设计需要。

（3）氯碱企业采购改造所需材料并自己施工完成，施工过程中材料供应单位负责指导施工作业，并由双方根据责任范围负责后期运行情况界定和效果评价。流程工艺改造方案由材料供应厂家设计交由企业进行按图施工，满足改造设计需要。

（4）氯碱企业采购改造所需材料并自己施工完成，施工过程中材料供应单位负责指导施工作业，并由双方根据责任范围负责后期运行情况界定和效果评价。工艺流程改造方案氯碱厂家自己按需设计，满足改造设计需要，比如考虑自身供电稳定性，不设置应急电源；为减少投资，在循环系统不设置自动阀，仅在关键部分按最低要求进行设置。

以上4种改造方案的不同，主要是氯碱企业在施工中承担责任不同、财务能力不同，参与程度不同影响项目定位不同，也是企业真实实力的不同所决定的。如有实力的公司就是自行采购材料，结合材料供应厂家指导进行施工，运行情况良好，体现了公司在项目操作上的自信和自立。

一般来说，由专业维修单位负责改造施工是大多数企业的选择，这主要是对施工工期、自身能力、运行费用、操作风险综合考量结果。施工工期影响装置产量、效益发挥，操作风险影响企业对改造结果预估的决策。

材料选择也是改造施工需要注意的地方，由于材料生产厂家不同，在使用中表现的运行结果也会不同，有的初期电压低，效果明显，但后期上涨较多；有的初期电压高，但后期运行稳定，远期效益明显。氯碱厂家初期投入预想与企业财务承担能力左右对施工材料的选择。

流程改造方案的问题虽不是投入重点，但却是后期运行保证的关键。在电解槽停槽期间因“电池效应”形成的反向电流会对阴极涂层材料产生严重腐蚀，这点需要特殊注意，要在多方面考虑采取用于消除或减少反向电流危害的措施，比如采用不同的阴阳极液循环步骤和循环流量，增加极化整流器或槽间隔离器，设置阳极出液溢流避免反压差等。

3 改造方案及运行情况对比

3.1 改造方案对比

自2012年开始，该公司对于将小极距电解槽改零极距电解槽，共采取了以下2种方案施工。

（1）弹性网、阴极的等材料和技术均由国内专业维修厂家提供；

（2）采用自己采购进口弹性网及阴极网，加工技术依靠国内专业公司完成。最开始的7台电解槽（R-230A～C、E～H）改造，均采用了第一种方案，剩余的9台槽（R-230D、2R-230I～P）改造，采用了第二种方案对电解槽进行改造。

3.1.1 材料对比

（1）平整度。改造完成后的单元槽，从外观和触感上来看，采用进口材料的极网平整度和颜色均好于国内厂家提供材料。

（2）断丝率。从厂家返回电解槽的检查情况来看，进口弹性网断丝率、极网表面光滑度优于国内厂家提供极网。

（3）毛刺。整体采用进口弹性网及阴极网的电解槽，在检查毛刺过程中，存在毛刺的概率低于国产材料，这对后期电解槽运行至关重要，可以减少离子膜损害率，进而减少运行成本。

3.1.2 投资对比

因进口材料存在关税等问题，进口材料的成本要比国产材料高出很多。

3.1.3 工艺改造方案对比

第一种方案进行的电解槽改造，工艺流程修改由改造厂家提供，为抑制反向电流配套增加了极化整流装置，并针对电解槽可能出现的异常现象提供了连锁逻辑图，但逻辑图功能简单，不能完全表现装置对各种意外问题的处理方案。运行中程序冲突，易出小故障，没有对每个流程节点梳理考虑，但在应急电源保证极化运行和循环系统上做到了关注。

采用第二种方案进行电解槽改造，工艺流程改造由材料供应单位提供，对循环系统按照保护设备安全的安全位置。修改流程中每个节点，要求循环系统具备可靠性，设置远程启动，更改阀门故障状态，详细设置联锁逻辑，彼此关联互动，减少程序运行冲突，确保控制稳定有效。

3.2 改造后运行效果对比

图1 各槽单元槽均电压变化趋势图

为了更加真实的观察改造电解槽改造后情况，选用第一方案中首台改造电解槽（R-230A）和运行最好的电解槽（R-230F）与第二方案中首台改造电解槽（R-230D）进行对比，且R-230A/F与R-230D同在一期电解，属于一个系统，更具有说服力。进行零极距改造后的效果在短时间内不能完整的表现出来，需经过较长时间生产运行才能进一步考证，且为了更加直观的比对零极距改造后的效果，选取了自改造后到当前状态下，电流同为13.5 kA、槽温均为84℃时，以上3台电解槽的单元槽均电压变化总趋势，具体情况见图1。

从图1数据可以看出，采用国内厂家提供材料进行零极距改造的电解槽，初始投用时运行电压均较低，但经过较短时间运行后槽电压却一直呈现稳步上涨趋势，且上涨速度较快，在经历2年的运行后改造最好的电解槽单元槽均电压涨至3.03 V，首台改造电解槽电压均值已达至3.1 V。而采用进口材料进行零极距改造的电解槽（R-230D），初期投用时运行电压虽高，但之后单元槽电压一直呈现下降趋势，在经过1个月的运行后电压出现稳定期，当前电压虽呈现上涨趋势，但上涨的速度与第一方案相比较仍不高，运行2年后，单元槽电压平均值仅为3.02 V，优势明显高于国产材料。

首台改造电解槽因经验不足，采用第一方案改造效果最好的电解槽仍比采用第二方案进行首台电解槽改造的电压高，所以自长远角度考虑，采用第二方案改造的电解槽在节能等方面优势会更高。

4 结论

通过自然循环电解槽进行零极距改造的几种改造方案说明和对公司实际改造案例的介绍，总结以下内容作为结论，仅供同行在下一步进行改造中参考借鉴。

（1）离子膜电解槽作为氯碱装置核心的生产设备，其技术水平的高低也是氯碱行业发展水平的体现，随着国内设备生产制造厂家在加工技术上的积累，加之国家在自主创新上的倡导和支持，国产离子膜电解槽的整体制造会逐渐为氯碱企业认可，但是在核心技术上的掌握依然无法满足高技术水平的要求。

（2）在当前条件下，选择进口优质材料进行加工，是一个目前可预见的成熟选择。而企业有足够实力去承担的，自行采购电极并施工改造，也是体现企业竞争自信的选择，而对改造风险无法独立承担的考虑专业维修单位施工也是情理之中。

（3）在工艺流程设计方面，企业也应放开手脚，立足自我，在消化吸收国外引进的离子膜制碱工艺技术的前提下，谋求改进与优化，做好国内装置的集约、精细配置，提高在国际上的竞争力。

Discussion on zpolar distance electrolyzer ofrunning

LIXue-wei，LILing-yun，CAO Zhan-guo，WANG Lei

（Tangshan Sanyou Chlor-Alkali Co.,Ltd.,Tangshan 063305，China）

∶Introduces the chlor-alkali enterprises choose from pole zero transformation background and construction scheme，and through its own transformation program and operation case，pointing out of the domestic enterprises in problem of the zero polar distance transformation project and the direction of improvement.

∶zero-gap membrane cell；retrofitscheme；contrast；discuss

TQ114.26+2

：B

：1009－1785(2017)04-0003-03

2016-05-27