1 技术改造的背景

中盐吉兰泰盐化集团有限公司(以下简称“吉兰泰”)氯碱厂第1期电解槽于2007年11月建成投产，设计生产能力18万t/a，2012年1月更换离子膜。第2期离子膜已使用62个月，运行时间长，电解槽内副反应增多，电流效率降低，吨碱交流电消耗高，碱中氯酸盐含量高，对后续设备造成腐蚀。在4.73 kA/m2电流密度下运行平均槽电压为3.4 V，致使成本上升；阳极法兰面材质为钛材，每4年需电镀钯液1次，由于手动镀钯，镀钯后阳极法兰面易出现腐蚀、泄漏现象；第1期电解槽为常规极距，与膜极距电解槽相比电耗较高。

2017年，吉兰泰为降低电解电耗，同时提高产品碱质量，决定对第1期电解槽进行膜极距改造。

2 电解槽实施改造的过程

2.1 前期准备工作

电解槽膜极距改造所须的施工工具、硅脂、管卡、溢流管等辅助备件物资，按计划于电解槽改造前到货。

试验所用方钢管为Q235直焊缝钢管，□120×5.52、□150×5.52两种规格。再生混凝土配制原材料有海螺牌42.5R普通硅酸盐水泥、天然河砂、自来水、天然粗骨料和再生粗骨料。其中天然粗骨料为粒径5～20mm的连续级配碎石，再生粗骨料来源为实验室废弃混凝土试块，经二次破碎后人工筛分为5～20mm的连续粒级。所有再生混凝土配合比相同，水泥∶水∶砂∶粗骨料=1∶0.38∶1.11∶2.06(水泥用量540kg/m3)，再生粗骨料取代率改变时相应地调整再生和天然粗骨料的比例，总的粗骨料重量保持不变。预留钢管、再生混凝土的标准试样与试件同条件养护和高温试验，实测力学性能指标如表2、表3所示。

2.2 项目实施的过程

单组电解槽极网检查两天，旧槽拆卸、新槽安装1天，离子膜安装2天。安排内部专职人员进行装膜，针孔实验及密封性试验后，开始充液。充液完毕后，开始对电解槽进行升温及电解槽开车前的确认工作，在升温至70 ℃时，对电解槽拉杆进行重新标定及紧固工作。确认无误后，开始给电解槽通电，投入运行。因为新装离子膜需在4 kA/m2电流密度下来扩散离子通道，同时新涂层也要在低于4 kA/m2电流密度下进行活化，电解槽在4 kA/m2运行时间最少须72 h。为发挥电解槽的最大性能，根据生产系统的实际情况，将电解槽电流升至4 kA/m2观察运行13天，随后电流密度升至5 kA/m2运行。运行过程中，根据出槽淡盐水浓度调节盐水流量，保证电解槽运行指标在控制范围内。

3 项目实施主要改造方向

3.1 优化电解槽内部结构

弹性网优点：特殊波形结构的弹性网，呈45°排布，可以使液体更好地流动，在电极和膜的界面上产生湍流，使电极上的气体迅速逸出，有利于降低电解槽电压。气体在排出过程中，可以使气泡破碎，降低电解槽内部的溶液欧姆电压降，更接近2.19 V理论分解电压[1]。根据电解槽的特点，选用适合高度和宽度的弹性网，使弹性更好更持久，电流密度均匀，电解液浓度、温度的梯度更小。选用更好的材料，使镍丝的拉伸强度更好，更柔软，不会出现断丝，不会对离子膜造成伤害。

在原有阴极面网上敷设弹性网，弹性网弹性均匀，阳极网、离子膜、阴极网柔性贴合，实现膜极距。弹性网之外为阴极面网，阴极面网采用包覆形式固定在原阴极网上(如图1所示)。

  

图1 阴极侧改造示意图Fig.1 Transformation diagram of cathode side

针对阳极法兰面易出现腐蚀、泄漏情况，将阳极钛法兰面更换为钛钯合金法兰面，减少电解槽的非计划性停车次数。

就现状来看我国大部分中小型水电站都实现了计算机监控与保护，随着新型技术的应用，水电站的运行管理逐渐实现了自动化模式。虽然现在水电站运行模式实现了少人值班，但是距离完全无人值班模式还存在一定的距离，目前只是就少数的水电站进行无人值班模式的试点。为提高中小型水电站技术水平，改善水电站运行管理模式，需要更进一步的研究完全无人值班管理模式，实现对水电站的远程监控，达到遥测、遥调、遥控等目的。

图2 阴极弹性网

Fig.2 Diagram of cathode elastic net

优化电解槽内部结构，增加弹性网，减少阴极室容积，加快液体流速，解决涂层局部消耗过快问题。

3.2 选择合适的离子膜

针对吉兰泰的盐水质量、离子膜运行数据以及改造后的膜极距电解槽的结构特性，选择适用于膜极距电解槽的离子膜。

原有的密封垫在中心孔密封面位置没有进行处理，依然为三元乙丙橡胶，长期运行中间孔密封面出现腐蚀、漏液情况，影响安全生产。密封面作衬氟处理后，减少了泄漏点，避免了垫片因泄漏而造成的停车风险。

3.3 阳极钛法兰面更换为钛钯合金法兰面

通过改造阴极，将现有电极极间的间距由2～5 mm缩小到几乎为零[2]，有效地降低了电极间的极间距阻抗，从而达到降低电解电耗的目的(如图2所示)。

教师的教育理念、教育水平和行动步伐不可能绝对一致。但值得高兴的是，许多老师已经树立“以生为本”的理念，努力做学生锤炼品格、学习知识、创新思维、奉献祖国的“引路人”，切实关注学生的个体特性，尊重学生的差异发展，灵活调整教学的节奏，引导学生自主发展，促进全体学生的素养提高。

改变原溢流管三元乙丙橡胶垫片的密封面形式，将密封面作衬氟处理，减少泄漏点，杜绝电解槽因此造成停车，提高装置运行率。

  

图3 阴极活性面网与原有阴极网包覆后效果图Fig.3 Design sketch of cathode active surface net covered by old cathode net

将原来的密封面换成钛钯材质，去除原来的阳极密封面，更换新的密封面(如图4所示)。

  

图4 运行过程中单元片镀钯法兰面腐蚀图片Fig.4 Picture of corrosion of element palladium-plating flange surface during operation

  

图5 阳极更换钛钯密封面图示Fig.5 Diagram of change of anode titanium-palladium seal surface

  

图6 阳极更换钛钯密封后效果图Fig.6 Design sketch of anode with replaced titanium-palladium seal surface

  

图7 电解槽前期使用的密封垫Fig.7 Original seal gasket for electrolyzer

3.4 密封面作衬氟处理

不更换钛钯密封面，在原有密封面的基础上进行镀钯处理[3]。镀钯不均匀，则会引起阳极法兰面出现腐蚀，继而出现漏液现象，影响电解槽的正常运行(见图3)。

此次电解槽膜极距改造前试运行各类离子膜，通过选型、测试、比对，选用适合于膜极距电解槽的离子膜。

  

图8 电解槽改进后使用的密封垫Fig.8 Seal gasket used in remodeled electrolyzers

4 技术改造后运行数据

电解槽改造前后数据对比如表1所示。

根据每个因子的原始样本序列，计算出其均值μ和标准差σ，然后遍历序列的每一个原始测值V，如果满足：|V-μ|≥3σ，即判定该值为离群点，予以剔除。

 

表1 电解槽改造前后数据对比表Table 1 Data comparison of electrolyzers before and after remodelling V

  

槽号改造前槽电压AB改造后槽电压AB改造后槽电压下降AB1#3.5093.4532.9802.9690.5290.484 2#3.3853.4032.9422.9680.4430.435 3#3.4353.4002.9742.9650.4610.435 4#3.4303.4482.9722.9770.4580.471 5#3.3993.3842.9662.9740.4330.410 6#3.4333.4182.9782.9510.4550.467

通过表1数据对比，可知：电解槽电压均能达到设计要求，校正单元槽电压平均值≤2.98 V，达到改造目的；膜极距改造后，单元槽电压下降至2.98 V以下，30%碱交流电耗下降350 kW·h/t。此次技术改造有效地降低了生产成本。

更换离子膜后，降低了盐水中的氯酸盐含量，继而降低了氯酸盐分解槽高纯盐酸的消耗，降低了生产成本。更换离子膜的同时更换阴阳极垫片，减少了单元槽运行过程中泄漏的可能，保障了系统的连续稳定运行。

现代学徒制倡导校企互联互通共同培养，突出专业与行业对接，培养与岗位对接的特点。学校紧靠企业用工和行业用人标准，与企业共同制定课程内容，开发校本教材，实施教学评价。建立起了学校和企业的互联合作、教师和师傅的互通传授，学生和学徒角色贯通的现代人才培养模式。由于企业深度参与学校的完整培养过程，使得学生技能水平提高，岗位针对性强，学生就业保障明显提升，毕业生企业认同提高，为当地经济发展提供了助力。

吉兰泰通过此次膜极距改造及离子膜更换项目，交流电消耗下降明显，烧碱中NaCl含量下降，达到了预期的效果。

参考文献

[1] 程殿彬，陈伯森，施孝奎.离子膜法制碱生产技术[M].北京：化学工业出版社，1998：412-432.

[2] 钟建云，王冀锋.影响离子膜法电解槽正常运行的因素及控制[J].氯碱工业，2016,52(9)：20-22.

[3] 章斯淇，李永毛，李涛，等.BiTAC离子膜电解槽膜极距改造的降耗效果和经济分析[J].氯碱工业，2015，51(2)：5-7.