离子膜电解槽泄漏着火原因分析

韩 松

（中国石化股份有限公司齐鲁分公司氯碱厂，山东淄博255411）

近年来，随着电解槽技术的不断进步，零极距电解槽在各烧碱生产厂已全面普及，进行零极距改造后的电解槽运行电密有了不同程度的提升，全新零极距电解槽基本都运行在6 kA/m2。自2005 年氯碱行业较集中的产能扩张算起，多数氯碱厂的电解槽都已运行10 年甚至15 年以上，大多都进行过一轮或者数轮的电极更新、零极距改造。随着装置运行年限的延长，装置内设备、管线、阀门、垫片材质劣化等带来的问题逐年增多，在高电流密度的运行条件下，电解槽安全稳定长周期运行面临的问题越来越多。其中的电解槽泄漏问题困扰着不少氯碱企业，也是电解装置最危险的事故之一，电解槽泄漏将引发连电着火、氯气泄漏甚至爆炸事故的发生，在当前安全、环保要求越来越高的态势下，需要重点关注和预防电解槽的泄漏问题。

本文以旭化成和北化机这2 种电解槽为例，重点对电解槽泄漏原因进行分析，并对泄漏的处置和如何预防进行探讨。

1 泄漏原因分析

1.1 垫片方面的问题

（1）软管O 型垫片的泄漏

旭化成电解槽阴阳极入口、出口的O 型垫片是通用的，要求垫片能同样耐受氯气、碱和电化学腐蚀。在某装置，曾出现O 型垫片生产厂家配方失当，上线后短短几天就发生大面积泄漏的情况。拆检发现阴极侧出口O 型垫片腐蚀明显，橡胶发粘，一些带碱的O 型垫片因掉落在挂臂之间没有清理干净，在送电时还出现连电拉弧的情况。

（2）槽框垫片

一是橡胶垫材质和配方的问题，不同厂家的垫片在使用寿命上有明显差距的。部分厂家生产的阳极槽框垫片在使用到2 年半以上时，四氟层包覆的橡胶已腐蚀殆尽，在阳极出口和槽框底部位置，因电化学腐蚀的原因，腐蚀情况格外严重；二是粘贴位置误差太大，正确的粘贴位置见表1。

槽框垫片粘贴位置不当，对应位置的离子膜容易出现盐泡损伤，后期阳极垫片腐蚀到一定程度时，也会对顶部气泡的释放造成影响。

表1 正确的粘贴位置

因旭化成槽框垫片在粘贴前需要人工抻拉，力度不好把握，同时阳极垫片粘贴位置不当的情况也比较普遍。这会造成日后运行过程中，垫片密封位置腐蚀加剧，离子膜的泄漏也多在这些部位发生。

1.2 软管螺母

在旭化成电解槽操作手册中，要求每次长期停车时都要对全槽螺母进行紧固。实际现场管理中对此容易疏忽，当电解槽运行五六年以上时，问题逐渐显现。阳极出口螺母外观上普遍出现锈点，严重的螺母会出现裂纹、渗漏液；阴极出口螺母在丝扣处会有结碱。这种问题巡检比较容易发现，虽然需短停处理造成负荷波动，但一般不会发展成大的问题。

1.3 电极问题

（1）电极改造/更新的施工质量

当电极使用7 年左右时，因活性涂层的损耗电压会有明显的上升，各厂都会选择在这个时机进行电极更新。此时厂家的施工质量尤其是在细节的处理上非常重要。阳极比较容易出现的问题是：不平整，因焊接应力问题极网在肋条间出现波浪起伏；焊点过大有明显凸起。阴极出现问题主要是：弹性网厚薄不均、活性网与弹性网贴合不紧密、在四周边缘处弹性网未铺满、电极四周的折边处有折痕不平整尤其是四个角的位置。以上施工缺陷在日后的运行中，将会造成电流分布不均匀、膜局部受力大、局部过热等问题，进而造成离子膜损伤。

（2）新槽投用前电极的检查

新槽投用前，除检查（1）所述问题外，还要用手稍稍用力抚摸电极表面，感受并检查阳极网的毛刺和阴极网的断丝，并予以磨平和剔除。此项工作需逐片检查，且不能漏过极网的每一个部位。

1.4 单元槽击穿

这种情况最为危险，也曾在电解槽上多次发生。但事故发生后电解槽经过停车、水洗，已无法复原到原始状态，打开后检查除了能看到击穿的孔洞，难以查到根本性的问题。但综合各种现象，确定

单元槽断流应为以下2 种原因。

（1）盐水中Na2CO3含量偏高，单元槽加酸后气泡夹带量增大，而21#、39#阀处排气不足，造成实际进入单元槽盐水量小；（2）杂质堵住了盐水入口软管或分布管的小孔。堵塞发生后，发现有粘稠、团状物质堵在入口软管接头处，因堵塞物较大，造成出口不溢流。若该物质较小，堵塞单元槽底部进料分布管的小孔，这种问题就无法发现了。这时，阳极室内部盐水浓度分布极不均匀，局部可能会低于淡盐水浓度的下限，再碰上有薄弱点的离子膜或者不均匀的电流分布，击穿事故就会不可避免的发生了。

上述的电极缺陷，尤其是弹性网的断丝未被检出，在某种异常工况时扎透离子膜，造成小的电流短路、高温使膜的孔洞变大，继而发展扩大成击穿事故。

2 电解槽泄漏后的应对

电解槽出现泄漏后，该公司曾在应降流除槽还是联锁停槽上出现过争论，经过数次事件处置和评估后，已形成统一认识：应立即联锁停单槽，并尽快将单槽切除。无论泄漏大小，这是隔离风险、杜绝火灾爆炸事故、将影响面缩至最小的最佳方案。具体作法是：现场第一发现人将情况与中控室简单沟通后，迅速将单槽盐水或碱入口手阀关闭，待联锁发生后，如果未发生连电击穿或者着火，可再打开阀门进行规定时间的置换，按正常程序停槽水洗，否则应继续向下操作，关闭另一侧物料的进口→关闭阳极、阴极液相出口→关闭阳极、阴极气相出口→阳极、阴极同步泄压→分别加高纯水至单元槽阴阳极出口溢流→排液水洗→膜试漏→拆解检修。

单台槽的联锁停车，只要控制得当，不会造成全装置的停车。上述步骤，操作时注意控制好阴阳极压差，不会造成离子膜大面积的损伤。是经过优化和实际检验的可行方法。

3 电解槽泄漏的预防措施

（1）选用行业内知名厂家的O 型垫片和槽框垫片，经数年运行考查后固定下来，不要轻易更换厂家。如今随着离子膜性能的提高和盐水精制技术的进步，离子膜的使用寿命已超出垫片使用寿命，垫片的选用和正确粘贴是一个非常关键而又容易被忽视的环节。

（2）螺母应严格定期紧固，连续运行半年以上的电解槽，只要有停槽机会，就应进行全槽螺母紧固。使用2 年以上的O 型垫片，只要因检修等原因拆卸软管螺母，不管O 型垫片状态如何都应换新。使用15 年左右的阴阳极出口软管，因螺母及丝扣或多或少有锈迹，往往紧固时虽然力矩到了，但因丝扣卡涩O 型垫片可能并未紧固到位，应视情况进行有计划的逐批更新。山铝氯碱厂将旧软管截断，更换螺母后重新热熔再利用，在修旧利废上是一个可以借鉴的好方法。

（3）在换膜或者电极更新时，阳极入口集管应拆下，用专用工具对内壁进行彻底的清洗。经多年运行后，集管内壁会附有黄色粘稠物质，集管的入口滤网不能拦截这些物质，正常的盐水循环、水洗也无法清除，会造成单元槽底部入口分配管甚至盐水入口软管堵塞、单元槽盐水断流。

（4）新电解槽投用前应严格进行质量验收，检查每一片单元槽电极的平整度和毛刺、断丝。电极更新时，拆下旧网后入口集管的检查和冲洗要列入检修内容。

（5）加强巡检，尤其是单元槽出口软管的流动情况，颜色异常、流量异常都应检查单元槽电压、对应入口软管的温度并持续跟踪。只要巡检及时、到位，几乎所有的电解槽泄漏是可以在第一时间发现的。

（6）建立离子膜定期查漏机制，即便是单元槽各项指标看起来都很正常，因为针孔膜在零极距电解槽上运行非常危险。如果装置运行非常平稳，负荷变化和非计划停车很少，应一年查漏一次，否则应适当增加次数。查漏可利用装置低负荷机会或其他机会检修，这样能大幅减少装置生产动态。

（7）制定电解槽泄漏应急处置方案，完善细节，定期演练和修订。

4 结语

零极距离子膜电解槽已在行业内全面普及，相关的技术和操作方法也已成熟。保持敬畏之心，把握关键环节，持之以恒做好细节管理，是避免电解槽泄漏事故的根本。