离子膜电解槽运行总结

【电　解】离子膜电解槽运行总结孙建国1＊,张故轩2(1.锦西化工研究院,辽宁葫芦岛125000;2.平煤集团开封东大化工公司,河南开封475003)

[关键词]离子膜;电解槽;树脂塔;电解;真空脱氯[摘　要]介绍了离子膜制碱工艺中,树脂塔、电解槽、脱氯塔运行过程中出现的一系列问题及解决办法。[中图分类号]TQ114.262 [文献标志码]B [文章编号]1008-133X(2010)03-0012-04

离子膜法制碱工艺以其节能、环保、安全、产品纯度高等优势逐步取代隔膜法制碱工艺,成为烧碱生产的主流工艺。离子膜法制碱工艺中设备一次性投资大,一旦出现操作失误,便会损坏设备,造成较大经济损失,所以,精心的操作和丰富的操作经验是离子膜电解槽稳定运行的保障。平煤集团开封东大化工公司有3套离子膜法烧碱系统:1996年8月投产的强制循环系统;2004年6月投产的2.5万t/a自然循环系统;2007年8月投产的10万t/a自然循环系统。目前,强制循环系统和2.5万t/a自然循环系统正在技术改造中。以下根据离子膜法烧碱生产中经常出现的问题,就树脂塔、电解槽、真空脱氯3个工序介绍一些经验。1　树脂塔树脂塔主要用来除去一次盐水中的金属阳离子,制备合格的二次精制盐水,经树脂过滤器送至阳极液高位槽,供电解槽使用。树脂塔一般采用3塔工艺,2塔运行1塔再生,运行及再生由设定程序自动控制。再生周期一般为48h,分为:水洗1、反洗、酸再生、水洗2、碱再生、水洗3、等待1、盐水置换、等待2。树脂塔原再生步骤及时间如表1所示。表1　树脂塔原再生步骤及时间步骤水洗1反洗酸再生水洗2碱再生时间/h20.5121.5步骤水洗3等待1盐水置换等待2时间/h23431 因滤帽阻力小、耐用,底部滤网式过滤逐步被滤帽式过滤取代。不论是哪种过滤方式,出塔精盐水在进阳极液高位槽之前,必须安装树脂过滤器,以除去盐水中夹带的树脂,保证进槽盐水的品质。1.1　阳极液流量低1.1.1　事故经过2006年12月某夜班,2.5万t/a自然循环电解槽因阳极液流量低而停车。经过检查,发现是树脂塔滤帽断裂造成的。当时,树脂塔已经运行1.5年(厂家承诺滤帽的寿命是3年),因树脂过滤器故障,出塔盐水暂时通过树脂过滤器旁路直接进阳极液高位槽,恰好此时串联运行的2个塔中的第2个塔(把关塔C)的滤帽断裂,大量树脂随盐水进入阳极液高位槽,带有树脂的盐水经阳极液流量计进入阳极液进槽总管,因阳极液进槽总管装有过滤器,树脂在阳极液高位槽至进槽总管过滤器之间积累,最终树脂严重堵塞管道,电解槽因阳极液流量跟不上而停车。停车后,收集管道内的树脂,详细检查树脂塔,发现滤帽断了2个,大部分滤帽松动,维修人员更换了2个滤帽并加固松动的滤帽。维修结束后树脂塔投入运行。随后,车间又抓紧时间修复了树脂过滤器。然而时隔半个月,又发生了类似问题,不同的是这次滤帽断裂发生在把关塔B塔,因为树脂过滤器已投入使用,树脂全部聚集在树脂过滤器之前,检修任务量相对上次大大减小。1.1.2　原因分析1个月之内,2次因树脂塔滤帽断裂导致电解槽停车,车间领导十分重视并立即组织人员分析原因。2次滤帽断裂均发生在树脂塔刚上线时,而且断裂滤帽无明显老化迹象,说明滤帽是因受力而断裂。当时,一次盐水品质差,树脂塔运行周期短,再生频

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第46卷　第3期2010年3月 氯碱工业Chlor-AlkaliIndustry Vol.46,No.3

Mar.,2010

＊[作者简介]孙建国(1968—),男,高工,现就职于锦西化工研究院。[收稿日期]2009-08-28繁,再生过程不能严格按照程序进行,等待1和等待2经常被省略。改造后省略等待1和等待2,树脂塔再生过程中,水洗3结束后,进行盐水置换,然后直接上线运行。表面上看,再生步骤中的等待1和等待2两步没有任何操作,无关紧要,只是时间的延续;其实不然。等待的目的不仅是时间的延续,更重要的是给树脂充分的沉降时间,让树脂在塔内堆积更均匀,最大限度地减小塔内滤帽所受冲击力。再生步骤水洗3纯水由塔顶进入,塔底流出,塔内树脂受向下的压力,跳过等待1进入盐水置换,盐水由塔底进入,塔顶流出,此时因塔内滤帽受力方向突然改变,滤帽受到冲击,有断裂的可能;盐水置换结束后,该塔跳过等待2直接上线运行,树脂塔上线运行时盐水自塔顶进入,塔底流出,此时塔内树脂还处于漂浮状态,塔内滤帽受力方向又突然改变,滤帽再次受到冲击,断裂的可能性更大。1.1.3　解决办法①树脂塔再生一定要严格按照操作规程进行,若一次盐水品质差,可适当缩短等待1的时间,等待2一定要按程序设定时间运行。②树脂塔所用滤帽的寿命一般在3年左右,要按厂家说明书定期更换。建议每年抽时间检查1次滤帽,并加固松动的滤帽。③树脂塔再生和运行过程中,需要调节流量时,调节速度要缓慢,严禁快速开启或关闭阀门。1.2　盐水未流入树脂塔1.2.1　事故经过2007年1月某夜班,2.5万t/a自然循环系统树脂塔C塔等待1步骤结束,进入盐水置换,当班人员开启相关盐水阀门后,进塔盐水未流入,经检查发现,该塔压力0.20MPa,当班人员打开塔顶排气阀,盐水自排气阀喷出。由此可断定,因大气温度低,出树脂塔的再生管道结冰堵塞。当班人员接上临时蒸汽软管,用蒸汽加热出树脂塔的再生管道,0.5h后,管道内的冰渐渐融化,盐水置换流量逐步上升,问题解决。1.2.2　原因分析树脂塔处于露天环境,再生出口管道采用聚氯乙烯材质,管径为80mm,无保温;树脂塔的运行周期为48h,其中等待1的时间为34h,当时大气温度不高于-3℃,在此条件下,再生出口管道内的水极易结冰,导致盐水置换不能进行。1.2.3　解决办法树脂塔再生出口管道材质为聚氯乙烯,不能像树脂塔碱再生管道那样采用蒸汽伴热管的形式加热,所以采用了如下办法:除了给该管道保温之外,树脂塔再生过程中,将再生步骤盐水置换和等待1各分2部分进行,即在水洗3结束进入等待1运行1h后(使塔内树脂堆积状态稳定),将树脂塔手动切至盐水置换2h,再将再生步骤切换回等待1运行33h,然后切换至盐水置换运行1h,其余再生步骤不变。改进后的操作方法使树脂塔再生出口管道内存留的是盐水,因盐水凝固点低,避免了管道内结冰堵塞情况。2　电解槽在生产和检修过程中,离子膜电解槽工艺指标控制点多。严格控制工艺指标是电解槽稳定运行的保证。2.1　单元槽进口软管堵塞2.1.1　事故经过2005年10月某夜班,电解槽电位差从0.02V开始缓慢升高,3h后上升至0.5V。当班人员巡检时未发现异常情况。考虑到问题的严重性,当班班长对该电解槽进行详细检查,发现第38#单元槽阳极液出口软管流速缓慢,流量明显小于相邻软管的流量,用万用表测该单元槽电压,比之前的测量值上升0.4V左右;再检查该单元槽阳极液进口软管,有小气泡产生。由此判断可能是该单元槽进槽软管堵塞。当班人员立即向分厂领导汇报,建议停车疏通进槽软管。电流降平后,该电解槽继续循环20min,然后停止循环,拆开进槽软管与进槽总管相连的软管螺母,发现进槽总管上出口管盐水流速很小,用带钩铁条疏通,结果钩出一块像花生米大小的胶皮。问题得到解决,电解槽再次开车后,一切运行指标恢复正常。2.1.2　原因分析38#单元槽阳极液流量因管道堵塞而下降,导致该单元槽出槽淡盐水浓度下降,电阻升高,造成单元槽槽电压升高。电解槽前半区电压升高,后半区电压不变,所以电位差升高。2.1.3　问题小结电解槽电位差发生变化后,当班人员一定要高度重视,要抱着查不出原因誓不罢休的态度。根据以往经验,电位差发生变化一般由以下原因导致:①单元槽阳极液进槽软管堵塞;②单元槽膜漏;③单元槽漏。阳极液进槽软管堵塞时,相对应单元槽的盐水浓度下降,质量浓度低于170g/L时,会造成离子13

第3期 孙建国等:离子膜电解槽运行总结 电　解膜羧酸层与磺酸层分离而起泡,最终导致膜报废。离子膜漏比较严重时,阴极侧的OH-从膜漏点进入阳极室,腐蚀阳极网活性涂层和阳极网,轻则单元槽阳极网局部涂层脱落,使电压升高,重则阳极网本体被腐蚀,引起阳极网破损。单元槽电解液泄漏,且电解液呈线状流下时,其导电性使电解槽泄漏单元槽与大地相连,轻则电解槽跳闸,重则单元槽泄漏着火。2.2　单元槽电压上升2.2.1　事故经过2007年5月某白班,2.5万t/a自然循环单元槽电压在1天时间内普遍上升0.05V,耗电大幅升高。排查后,发现氯气压力显示值偏低,造成槽压差降低,压差不足1kPa,致使槽电压升高。将电解槽实际压差控制到4kPa后,槽电压恢复正常。2.2.2　原因分析短时间内单元槽电压普遍上升,首先排除是个别单元槽或膜的原因;化验分析出槽碱浓度,若结果正常,排除碱浓度升高的因素;若二次精盐水和出槽淡盐水各项指标正常,排除进槽盐水杂质含量高和出槽盐水浓度低的因素;若电解槽温度、阴极液温度、阳极液温度经对比均正常,排除槽温低的因素;根据电解槽阴极液出口软管流速和阴极液进槽流量计显示,断定阴极液进槽流量计准确,排除阴极液流量低的因素。检查系统氯气压力,发现:氯气压力监测点PICA-216显示40kPa,而另一氯气压力监测点PIZA-217显示43.5kPa。氯气压力调节阀为自动状态,压力调节以监测点PICA-216的显示为准。检查系统氢气压力,发现:氢气压力监测点PI-CA-226和PIZA-227均显示44kPa。氢气压力调节阀为串级状态,压力调节以监测点PICA-226的显示为准。由此可以判断,氯气压力监测点PICA-216显示有偏差,低于实际压力3kPa,致使电解槽实际压差不足1kPa,此时,膜几乎处于悬空状态,没有贴向阳极网,使阳极侧体积变大,因阳极液电阻大于阴极液电阻,所以单元槽电压普遍升高。2.2.3　解决办法氯气压力变送器显示有偏差,解决办法是校正变送器,或更换变送器。停车更换压力变送器之前,氯气压力监测点PICA-216显示偏低,而氢气压力PICA-226的调节是根据氯气压力监测点PICA-216串级控制,为保证电解槽的实际压差为4kPa,将氯气压力调节阀和氢气压力调节阀都设置为自动状态,氯气压力设定值为36kPa(显示值比实际值低4kPa),氢气压力设定值为44kPa,从而保证电解槽压差在4kPa。在此期间,操作人员要注意对照氯气压力的2个监测点PICA-216和PIZA-217的显示值,观察2个监测点的差值是否变化,并根据PICA-216的偏差设定氯气压力,以保障电解槽的真实压差为4kPa。2.3　垫片被挤出单元槽2.3.1　事故经过2007年6月某中班,2.5万t/a强制循环系统电解槽检修过程中,个别单元槽换膜时垫片脱落,更换了垫片。结果在开车升电流过程中,靠近挤压机一端更换的单元槽垫片被挤出,造成电解槽接地打火,打火单元槽内氢气在氯气中燃烧。当班人员立即将电流降平,继续循环,并采取灭火措施。电解槽经泄料、洗槽处理后,发现该单元槽阳极网严重破损,膜和垫片都被烧坏。2.3.2　原因分析检修换膜过程中,因生产任务比较重,当发现垫片脱落时,清理槽框后,直接在电解槽上粘贴垫片。垫片上的胶未干,电解槽就投入使用,这时,垫片上未干的胶就相当于润滑剂,垫片很有可能被挤出。电解槽循环和升电流过程中,油压控制在10MPa,而受力最大的地方在挤压机一端,所以,此时挤压机一端的垫片被挤出的可能性最大。2.3.3　解决办法正在运行中的电解槽若垫片被挤出是十分危险的,而且被挤出的垫片一般都是靠近挤压机一端的单元槽,这些单元槽相对电势较高,垫片被挤出后,极易着火,造成较大经济损失,所以,要尽量避免这种情况发生。准备足够的备用单元槽是解决这一问题的有效办法,要求备用单元槽垫片粘贴牢固并且完整,一般情况下,垫片粘贴6h后胶可凝固。其次,若检修过程中确实没有备用槽,则垫片脱落时不应用胶粘贴,维修人员须紧密配合,拧紧垫片,将垫片放置在合适的位置,直接挤压电解槽。2.4　电解槽接地线发热2.4.1　事故经过2007年5月某白班,2.5万t/a强制循环系统停车检修后,电解槽开车升电流至4kA时,电解槽接地线发热。测量电解槽阳极和阴极端框,发现:阳极端框对地电压为0,阴极端框对地电压为280V。正常情况下阳极对地电压应该为150V左右,阴极对地电压应该为-150V左右,考虑到离子膜整流装置在开车前也进行了检修,立即通知整流工段检14