电解海水制次氯酸钠发生装置在海洋平台上的应用研究

万建信 温佳京 李 洋 陈方连 马玉斐

电解海水制次氯酸钠发生装置在海洋平台上的应用研究

万建信 温佳京 李 洋 陈方连 马玉斐

（青岛双瑞海洋环境工程股份有限公司，山东 青岛 266101）

本文首先介绍电解海水的发生原理，然后分析电解海水制次氯酸钠工艺流程特点，并总结出海洋平台上制次氯酸钠的一些技术要点，旨在最大程度地优化电解过程的技术参数，提高整个系统的电流效率。

防污；电解海水；次氯酸钠

目前为止，电解海水是防止冷却水系统免遭生物污损最有效的方法，并已在国内外各海滨电站广泛应用［1］。了解电解海水中影响制氯效率的因素和规律，对优化电解海水制次氯酸钠装置的运行参数，提高系统运行效率具有重要意义。

1 电解海水的发生原理

电解海水制氯工作原理如图1所示。

如图1所示，海水在发生电解反应的过程中，H2O和Cl-首先被电解，然后发生混合反应产生NaClO［2］。

2 电解海水制次氯酸钠工艺流程

电解海水制次氯酸钠工艺流程示意如图2所示。在发生装置中，海水按照稳定的流速注入电解池中，池中恒定地通入直流电，而海水中NaCl的存在方式为Na+、Cl-正负离子，然后在直流电产生的电场中，分别在正负两级产生Cl2、H2和NaOH，进而生成NaClO［3］。

在整个过程中，电解池的海水取自我国渤海某海港，该海域海水平均温度较低，海水淡化产出淡水和浓海水，这种海水中盐的质量分数高达4%～5%，为平通海水的一到两倍，这些浓海水一般最后被直接排放入海，不仅污染了海域，还造成了资源的浪费［4］。该过程的工艺流程为：电解产生的潮湿氯气，其温度一般在85～95℃，经过冷却池初步冷却后，与次氯酸钠吸收塔的循环碱液发生化学反应，并发出大量热；接着未被吸收的氯气在吸收塔抽吸的作用下进去中间贮罐；同时，吸收塔中的吸收液通过换热器进入吸收器进口处，开始下一程序的吸收。

图1 电解海水制氯工作原理

图2 电解海水制次氯酸钠工艺流程示意图

3 电解海水发生装置的设计

3.1 电解制氯理论值计算

计算海水电解制次氯酸钠效率的高低，一般采用有效氯浓度进行判别。通过化学方程式计算，次氯酸钠分子量是氯气的1.05倍，而在发生化学反应期间，同样的NaClO与Cl2分子转移的电荷数量相同，因此，在电解过程中，产生1.05g的次氯酸钠，等同于产生1g氯气。

电解海水制次氯酸钠发生装置内产量一般以Cl2产生率为标准，计算公式为：

其中，G为有效氯产率，单位为g/h；C为有效氯浓度；Q为次氯酸钠溶液流量。

电解池中持续一定时间的通电后，有效生成Cl2和理论计算比值为电解池生成Cl2的电流效率。根据法拉第电解原理计算，电解池每小时产生的Cl2为1.323g。电流效率h计算公式为：

其中，I为电解电流；n为电极串联级数。在海上平台上，电力资源有限，因此，在选择电解海水发生装置时往往选用功率比较小的次氯酸钠发生装置。对于平台电流消耗情况，一般通过计算交流电耗（PAC）值的方法来衡量，PAC表示在装置工作正常的情况下生成1kg Cl2所耗费的交流电，计算表达式为：

其中，P1为整个装置额定功率。

3.2 发生装置设计

海水平台上海水电解制次氯酸钠发生装置主要核心包括海水自动过滤器、海水除沙器、次氯酸钠发生器、次氯酸钠贮存罐、水泵、风机、酸洗装置和其他仪器仪表。制次氯酸钠流程如图3所示。

如图3所示，该装置循环水量为70 000t/h，次氯酸钠加药量为1mg/L，并且可以根据海生物滋生快慢情况，选择使用3mg/L的冲击式投加方式，时间间隔为0.5h。装置系统主要核心部件的技术要求如下：

①自动过滤器。该过滤器精度为40mm，反洗过程由海水出入口压差智能调节器控制，当压差超过阀门阈值，机器自动对过滤网上的污物进行冲洗。

图3 制次氯酸钠流程图

②除沙器。为了防止海水中的沙粒进入电解池，损害或磨损电极极片，在海水升压泵后设置一台除沙器。

③次氯酸钠电解池。该电解池采用美国Seven-Trend De Nora公司生产的SC330/1海水电解池，电解作为整个系统的核心，可以将海水直接电解为Cl2，因此，该部件的生产效率直接决定整套装置的性能。

④次氯酸钠贮存罐。次氯酸钠贮存罐出入口分别设置了手、动一体的隔膜阀，且膜的材质采用ABS，安全性较高。贮存罐安装有磁翻柱液位计，用来指示次氯酸钠存储量。

⑤酸洗装置。酸洗装置采用玻璃制作，该装置和次氯酸钠贮存罐一样，在出入口分别设置了手、动一体的隔膜阀，膜使用的也是ABS材质。酸洗装置配备有磁翻柱液位计，用来显示酸储量。酸洗装置的体积可以保证两次清洗所需的酸量，结构采用组合框架。

4 结语

本文首先描述了海上作业平台上电解海水制氯的原理，接着分析了制次氯酸钠工艺流程，最后根据电解制氯理论值计算方法设计了一套电解海水发生装置。该装置对了解电解海水中影响制氯效率的因素和规律，对优化电解海水制次氯酸钠装置的运行参数，提高整个系统的电流效率具有重要意义。

［1］王屹，薛峰，芦存财，等.海洋平台上次氯酸钠发生装置的设计应用［J］.应用能源技术，2012（5）：4-7.

［2］宋扬，汪晓军.次氯酸钠生产工艺的安全设计［J］.氯碱工业，2007（10）：7-9.

［3］王玲利.直接电解海水防污用阳极的制备及性能研究［D］.大连：大连理工大学，2007.

［4］陈佼骄.电解海水防污系统中有效氯的研究［D］.青岛：中国海洋大学，2006.

Study on the Application of Sodium Hypochlorite in Electrolysis Seawater in Offshore Platform

Wan Jianxin Wen Jiajing Li Yang Chen Fanglian Ma Yufei
（Qingdao SunRui Marine Environmental Engineering Co.,Ltd.，Qingdao Shandong 266101）

This paper first introduced the principle of electrolysis of seawater,and then analyzed the process characteristics of electrolytic seawater sodium hypochlorite,and summarized some technical points of sodium hypochlorite on offshore platform.It aims to optimize the technical parameters of electrolysis process and improve the whole system of the current efficiency.

antifouling；electrolyzed seawater；sodium hypochlorite

TM621.8

A

103-5168（2017）09-0145-02

2017-08-03

万建信（1986-），男，工程师，硕士，研究方向：电厂化学水处理。