离子膜电解槽阴阳极出液管打火治理研究

离子膜电解槽阴阳极出液管打火治理研究

薛荣1*,申虎军

1.陕西北元化工集团股份有限公司，陕西，榆林，719319

摘  要 介绍了离子膜电解槽的工作原理，对离子膜电解槽阴阳极出液管打火的原因进行了分析，并针对打火问题进行了针对性优化对策的提出，为提高离子膜电解槽运行稳定性提供经验见解。

关键词  离子膜电解槽；阴阳极出液管；打火

离子膜电解制碱工艺是目前全球应用最为广泛且最高效的氢氧化钠生产技术，也是目前全球电解制碱技术的重要趋势。面对离子膜电解制碱技术的不断发展以及生产能力的提升，对安全生产工作需要不断提高。而在离子膜电解槽运转过程中，经常因为受到操作动作、原料质量、开停车频率及外界环境变化等因素的影响，出现电解槽性能降低、阴阳极出液管打火的问题，影响生产系统的高效运作与有序运转。因此需要通过对打火具体原因的分析进行具体问题的定位，形成对系统的不断优化，保障企业生产工作的顺利开展。

1 离子膜电解槽简介

离子膜电解制碱技术是目前应用最广泛的一种制碱方式，离子膜电解槽由阴极、阳极、离子交换膜、导电铜棒以及电解槽框等构成。每一个电解槽是由几个单元槽构成的，电解槽的阳极由钛网加涂层构成，阴极由镍基材加活性涂层构成。从电解槽构造角度，分为单极式、复极式。复极式是把阴阳极串联的方式，具有流程短、占地少、投资低且管理便捷的优势，但是电压高，电流较小；单极式具有较大的电流，较低的电压，能够便于日常维护，但是占地大、流程长，不便于日常管控。目前复极式成为较大的发展方向；从电解槽循环方式上分为自然循环与强制循环两种[1]。自然循环依靠电解液相对密度保证电解液的循环，资源损耗低、循环大，运行稳定，但是需要较高的生产符合。而强制循环通常是借助泵保证动力，不会受到低负荷的影响，能够具有较为稳定的循环量，但是压力通常不够稳定。

2 阴阳极出液管打火原因

通常情况下，由于电解槽阴极出液管内部具有H-，游离的正二价金属离子与其结合会以静电的形式进行释放，并不会威胁到电解槽的稳定运转。但是近些年却出现了很多阴极打火位于单元槽波纹管附近的情况，导致阳极也面临着打火问题。经过对单元槽进一步的深入分析发现，大多是因为内伸管被击穿或者溢流管法兰被腐蚀。具体原因主要有以下几种。

2.1 阴极出液管打火原因

2.1.1阴极液循环不通畅

如果阴极液的循环总量不够、阴极液进料管出现拥堵或者阴极分布器表面凹凸不平等情况，都会导致出液管的折叠问题，造成电解槽当中流动的液体不能够持续流进电解槽内。就会造成电解液断流等，而这种情况将会造成电解槽内部与外部之间较大的电位差，从而导致顶端放电行为从而出现打火现象[2]。此外如果电解槽在开停车的时候或者操作动作过大的情况，都会造成气相系统不能够稳定的进行阴极液的循环供给，使得阴极出口波纹管两侧的电位差较大，从而导致打火现象的出现。

2.1.2 镍涂层脱落带电

通常时候，当电解槽的平稳工作运转一两年以后，表面的涂层就会开始面临大范围的脱落问题。涂层脱落会导致电解液中出现大量的游离金属离子以及化合物，这些物质随着电解液同时流出电解槽。鉴于金属离子本身具有一定的带电特性，当接触到法兰表面空隙之后就会因为电能释放形成打火。但是通常情况下，这种程度的打火并不会对电解槽形成较大的不良影响。并且随着使用时间的延续，阴极出液管上就会由于大量金属化合物的存在呈现暗红色，此时打火现象也会随着减少。

2.1.3 游离金属离子放电

目前离子膜电解槽的进出口处的管道都是采用金属的钛、镍或者不锈钢的材质，因此管道内部会存在大量游离的金属离子。这些金属离子会与电解槽整体循环流动进到电解液当中，最终合成金属单质或者相应的金属化合物。而且因为金属离子通常会早于氢离子进行电能释放，因此游离金属离子的放电经常出现与电解槽的分离位置，加上阴阳极半壳溢流到出液总管当中形成打火。

2.2 阳极出液管打火原因

2.2.1电解槽液体电势差

依照电解槽内部电势的分布状况来看，电解槽两侧的电势比较高，而出料总管的插入管外壁与玻璃钢法兰内壁当中具有残留的液体，电势就相对较低。这样就会导致与从电解槽当中流出的液体呈现大幅度的电势差。这样一旦插入管存在薄弱位置，就非常可能因为放电行为导致击穿问题，从而出现打火问题。

2.2.2 出料总管法兰腐蚀

在每一次电解槽出现打火问题并进行停车检查之后，发现出现打火的区域经常是在阳极出料波纹管和出料玻璃钢总管法兰当中，究其原因主要还是因为玻璃钢法兰的四氟插入管因为腐蚀，导致被一些电流击穿，出现打火。

2.2.3 离子膜泄露

如果离子膜出现泄露或者存在压力压差偏大、温度过高的情况，氢氧离子就会在泄露区域或者压力大形成的空隙位置流转至阳极室。氢氧离子在阳极室中就会早于氯离子进行放电，而这一放电现象也会形成阳极出液管处的打火现象。同时如果H2进入阳极室中，就会因为和Cl2、O2等反应，出现电弧，造成对内伸管或出液管的击穿。这种情况下的打火现象极其危险，通常需要及时停车并进行单元槽的更换，并进行相应参数的调整。

3阴阳极出液管打火治理措施

3.1阴极出液管打火治理措施

（1）增加电解槽循环碱液流量，提高阴极液循环通畅性，尽可能减轻由于阴极液流量的波动对电解液流动性的影响。通过保障单元槽内电解液流动的通畅性，尽可能提高电解槽内电解液流量的均匀度，从而减轻由于电解槽碱液流动不通畅所引起的电势差，导致阴极出液波纹软管打火的情况。

（2）明确阴极出液管方向与打火的位置。电解槽中出液管波纹软管一般都是采用聚四氟乙烯材质制成的，具有绝缘断电的效果，采用波纹的形状，也是本着加大阴极液流动的长度，起到最佳的放电效果。而一旦出现单元槽阴极波纹软管打火问题的时候，可以通过进行软管方向的改变，保证碱液能够更加充分的在管内流动，起到最佳的放电效果，减少因为流动放电不充分而导致的打火现象[3]。此外最好结合打火的位置以及火花的大小、频率判定具体方向的调整。

（3）切实对电解槽内阴极室中的游离金属离子进行管控。首先保证阴极室各个管道、阀门以及腔室材料的合格性，避免出现大量游离金属离子的出现与集聚；其次要尽可能降低循环盐水当中游离铁离子的含量，通过尽可能减少停车时间的方式，降低向阴极室游离铁离子的渗透数量；最后在第一次开车之前或者检修之后，应当对阴极管道等进行充分的清洁，尽可能减少由于铁离子残留引发铁离子进入阴极室的情况。

（4）对电解槽中的Cl2、H2纯度以及Cl2中氢含量、氧含量还有碱液中盐含量进行充分的分析，及时检测Cl2、H2的压力、压差以及电压、电流等的状况，保证离子膜没有出现损坏的问题。
3.2 阳极出液管打火治理措施

（1）一旦发生阳极出料波纹管与出料玻璃钢总管法兰之间的打火情况，应该即刻停止单元槽，进行充分的碱液排出，并对阳极出料玻璃钢总管法兰位置损坏区域维修后，进行插入管的更换操作。

（2）针对阳极出液管打火情况，要及时对玻璃钢阳极出料总管进行更换，并尽可能选用钛、镍等材料。同时对分配器的管嘴区域进行牺牲电极的焊接。由于钛材具有高强度、耐腐蚀的特点，进行牺牲电极的焊接能够最大程度上避免钛管受到侵蚀。所以牺牲电极能够更好的避免对阳极出料波纹管连接的法兰处的侵蚀，从而减少因为腐蚀导致的泄露或打火情况。

（3）在每一个工段上要进行规范化单元槽号的标注，切实通过岗位责任制的方式提高对负责区域内的巡查，保证日常检查的有效性；同时对于电解工段与维修工段也应当严格遵循标准化的规章制度，有问题做到及时反馈、及时维修。

参考文献

[1] 于海军，王连娣，电解槽打火的原因及控制[J]. 氯碱工业，2022(06)：12-13.

[2] 刘静，杭燕虎，沈靖宗，离子膜电解槽阴阳极出液管打火探讨[J]. 中国氯碱，2021(12)：1-4.

[3] 杭宇，刘兵权，离子膜电解槽阴极出液管打火现象探讨[J]. 中国氯碱，2017(05)：7-8.

作者介绍：薛荣，出生于1987年8月，女，大学专科，现任陕西北元化工集团股份有限公司化工分公司电解装置DCS操作工，助理工程师，联系电话：18098069822。