39离子膜电解槽接地故障的分析及改进措施(gai)
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39离子膜电解槽接地故障的分析及改进措施(gai)
离子膜电解槽接地故障的分析及改进措施；姓名：王孙俊指导老师：陈跃充；离子膜烧碱车间采用的是离子膜电解法，离子膜电解装；一、离子膜电解装置的重要性；巨化股份公司电化厂是巨化集团公司控股的巨化股份公；反应方程式：电解2NaCl+2H2O2NaOH+；二、接地检测装置在电解装置中的作用；离子膜烧碱装置通过电解食盐水得到了烧碱，但是也同；离子膜烧碱装置是分阳极区和阴
离子膜电解槽接地故障的分析及改进措施姓名 ：王孙俊
指导老师 ：陈跃充离子膜烧碱车间采用的是离子膜电解法，离子膜电解装置在其间起着至关重要的作用。电解槽接地对整个生产的危害是很大的，因此电解槽接地检测装置在离子膜电解装置中的地位也是很重要的。本文主要介绍了电解槽接地检测装置的作用和原理，结合具体的事故案例对电解槽接地检查装置进行分析，并对事故中出现的问题提出改进措施。一、离子膜电解装置的重要性巨化股份公司电化厂是巨化集团公司控股的巨化股份公司下属骨干生产厂，是全国大型的氯碱企业和浙江省最大的氯碱生产企业。离子膜烧碱更是走在了同类产品的前列，离子膜烧碱装置成为从国外引进中工业化生产最好的装置，技术水平和生产能力均达到国家大型氯碱企业的先进水平。其中，电解槽中的精盐水通过电解，可以直接生产出浓度在32%左右的离子膜烧碱、氢气、氯气等。液氯送氟化公司使用，为氟化系列产品产生良好的经济效益提供了基础保证。反应方程式：
电解2NaCl+2H2O2NaOH+H2?+Cl2?二、接地检测装置在电解装置中的作用离子膜烧碱装置通过电解食盐水得到了烧碱，但是也同时得到了氢气和氯气。氢气或氢气和氯气的混合气体都是属于易燃易爆气体。假如在生产过程中出现了着火源，它所能造成的危害是可想而知的，不仅仅是设备损坏这么简单而已，甚至会付出血的代价，环境也会遭到破坏。然而当电解槽中的电解液泄漏出来或出现某些异常故障时，它使得直流电极与大地相连。由于电解装置的电流大，电压高，在接地点处就会产生电弧光，间接成为火源，引起电解槽起火。由此可知，通过整流接地检测装置及时地检测出电解槽接地故障是十分重要的。
离子膜烧碱装置是大电流电解装置，电解槽出现接地状况的时候，电解槽的外壳就会产生高电压。假如此时有员工碰到电解槽外壳，大电流就会从电解槽的外壳流入员工的体内，从而引发触电事故。有隐患存在，就有可能发生事故。因此电解槽的外壳都通过导线连接在一起，并且可靠地接地。尽管这种防范措施可以使大部分的电流在发生接地故障时都流入大地，但当员工触碰到电解槽外壳时，还是会有电流流入的可能存在。因此，当发生接地故障时，必须及时地反映出故障信息，使相应的电解槽跳停。这个可以由接地检测装置来很好的完成。离子膜烧碱装置是分阳极区和阴极区的，因此在电解槽中必然有个中性点存在。在该中性点上，正电压和负电压大小相等，它们之和为零，所以这个中性点是零电位。理论上这点是位于电解槽的中间，这样就使阳极区和阴极区达到了一个平衡。当因为漏液或其它原因引起电解槽出现接地故障时，如果接地点不是在中性点上，则必然会出现零点电位差，中性点发生偏移。某些单元槽中的电流方向就有可能发生变化。然而在离子膜电解法中，离子膜是有方向的。由于反向电流的作用会使得电极发生腐蚀，电极的涂层受损，使用寿命缩短，电解的电阻增大，槽电压升高，电流的效率下降。反向电流还会使得离子膜起泡，这种损伤对离子膜来说是不可逆的。因此出现这种接地情况时也是必须使相应的电解槽跳停的。接地检测装置从不同的方面保障着离子膜电解装置的正常运作，在离子膜的安全生产上 起着十分重要的作用。三、电桥电桥是一种比较仪器，可以直接测量电阻、电容、电感、互感、频率、电容的损耗因数、电感线圈的品质因数、磁性材料的损耗等。电桥测量法在非电量的测量领域中，也得到广泛的应用，其主要的原因是它的灵敏度和准确度都很高，并且具有很大的灵活性。电桥根据电源的性质可分为直流电桥和交流电桥两类。直流电桥按线路的类型可分为单电桥、双电桥和单双电桥三种。交流电桥可分为阻抗比电桥和变压器电桥两种。我厂的接地检测装置中所采用的是直流单电桥。 图1 直流单电桥原理图 图1所示为直流单电桥原理。A、B、C、D为电桥的四个顶点。电阻R1、R2、R3、R4为电桥的四个桥臂。A、C两点为电桥的输入端，接直流电源。B、D两点为电桥的输出端。当将检流计接于B、D两点之间时，则构成了所谓的“桥路”。“桥”的作用就是将B、D两点连接起来，进而对B、D两点的电位进行比较。当B、D两点的电位相等时，这就称为“电桥平衡”。反之，则称为“电桥不平衡”。如图所示，假设B、D两点间的电压为U0，AC输入端的直流电源电压为EAB间的电压为 UAB?R1R1?R2R3R3?R4E
（1） AD间的电压为 UAD?E
（2）R1R4-R2R3E
（3）输出端BD间的电压为 U0?UAB?UAD? （R1?R2)(R3?R4)当电桥平衡时，U0?0，则R1R4?R2R3
(4) 式（4）为直流电桥的平衡条件，即电桥平衡时，相对臂电阻乘积相等。由此可得出平衡电桥的一个性质：电桥平衡的条件仅仅是由桥臂各参数之间的关系确定的，而与电源电压及示零器内阻无关。若在B、D两点间接检流计，则此时检流计中无电流流过。四、接地检测装置的工作方式 图2 整流接地检测装置的主回路 图3 整流接地检测装置控制回路 在图2的（1）中，X表示接地屏的公共接地点，Y表示电解槽的公共接地点。从理论上说，这两点都与大地相连，X点和Y点可以认为是同一点。因此图2中的（1）可以等效为图2中的（2）。将图2中的（2）和图1进行比较，可以很明显发现这两张图基本上一样，接地检测装置采用的就是电桥平衡原理。Rx1、Rx2分别为电解槽正极和负极的对地电阻（虚拟的）。在正常的情况下，通过调节可调电阻R2可以实现电桥平衡，此时线路①中的电流为零。当电解槽发生接地故障时，正负极的对地电阻值就会发生变化，电桥平衡被打破，线路①中就会有相应的电流产生，电压U就不等于零。当电压U达到10V后，接地继电器就会动作，相应的辅助接点P2就会闭合，对应的继电器线圈KA2得电，继电器动作，继电器的辅助接点KA2闭合，接通接地报警回路，以便工作人员及时发现故障。对故障进行应急处理。同理，当电压U达到30V后，接通接地联锁回路，接地故障的电解槽跳停。五、事故案例分析及改进方案日，三期整流柜接地屏上6台接地继电器上的指针大幅度波动，最大波动幅度达50V以上。3A电解槽有火冒出一段时间后，3D整流柜接地故障联锁后，中控DCS进行三期和四期紧急停车。1. 事故现象分析在上述的事故案例中，主要存在以下几个问题：（1）. 3A电解槽起火。（2）. 3A电解槽故障后，相对应的整流柜并没有跳闸。（3）. 三期的6台电解槽接地继电器同时波动。2. 事故原因分析（1）.经过现场检查3A电解槽由于膜破裂，导致电解槽接地并起火。（2）.虽然3A电解槽的故障导致了接地现象的出现，但是由于其接地表现为间歇性故障，因此，接地继电器上的接地电压大幅度波动。然而，由于接地联锁具有延时功能（经过试验发现：延迟的时间约为5秒），3A柜每次波动至联锁值（30V）以上的时间又均未达到其延迟时间，所以3A整流柜并没有跳闸。（3）.从离子膜电解槽的控制原理图上可以看出，其直流回路是相互独立的。当一台电解槽出现接地故障时，并不会影响其它电解槽的母排对地绝缘，可是事故的现象却表明其它几台电解槽的母排对地绝缘均受到了不同程度的影响。这个现象看似是相互矛盾的，但是从电气的角度进行分析，这个现象也是有可能发生的。对这个问题可以从以下两个方面进行分析。（一） 接地屏的接地测量回路是有一个公共接地点的。如果公共接地点发生断线或接地电阻过大，当某台电解槽出现接地故障后，其对应的接地检测回路的地电位就会随之发生相应的变化，进而引起其它电解槽接地电压的变化。 图4 接地屏公共接地点示意图 如图4所示，矩形方框表示接地屏中的电解槽接地检测回路，每一期有6台电解槽，6台电解槽具有公共的接地点，且可靠接地。如果公共接地点发生断线或出现接地电阻过大，接地屏接地检测装置的接地方式由图（a）变为图（b）。当出现电解槽接地故障时，对图（a）来说，公共接地点的电位始终都为零。对图（b）来说，假设A槽发生接地，6台电解槽的地电位都会受到不同程度的影响。此时，对于未接地的电解槽来说，由于地电位变化了，各电解槽接地点的电位也会同时发生变化。同一期中有6台电解槽，它们在出现接地故障时，可以分为两类。一类是出现接地故障的电解槽，另一类是未出现接地故障的电解槽。因此为了便于分析，先做以下假设：1）、同一期只有两台电解槽，选取A槽作为接地的电解槽，且A槽为负极接地。选取B槽为未接地的电解槽。2）、在接地屏的公共接地点和电解槽的公共接地点可靠接地的时候，它们之间的电阻值小到可以忽略不计，能够等效为同一点。3）、所有的电解槽在发生接地故障之前的状态是理想的，即电桥处于平衡状态，公共接地点的电位为零。4）、从图2中可知，可调电阻R2的作用是为了实现装置安装后的电位调零，因此可将此时的R2与R1和R3进行合并，等效为新的电阻R1和R2。5）、接地屏的公共接地点出现断线与其接地电阻过大的情况类似，选取接地屏的公共接地点断线为例进行分析。6）、以图2为例，在①的位置接入检测电流的仪表，其内阻均为R3。7)、电解槽的直流电压为U，其中正极电压为U?，负极电压U??U?U?。在以上假设的前提下，由图2可得接地检测装置等效图（图5）。 包含各类专业文献、外语学习资料、生活休闲娱乐、高等教育、专业论文、幼儿教育、小学教育、行业资料、各类资格考试、39离子膜电解槽接地故障的分析及改进措施(gai)等内容。　
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频繁升降电流对电解槽的影响分析
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浅析离子膜电解槽的工作原理和电流效率
来源：位置：时间： 08:32
　　摘要：离子膜如果要长期保证其稳定、高效的电流效率，最关键的部分就是电解槽的操作问题。离子膜的使用寿命会受到盐水的影响，因此电流的高密度运行状态就会使得效率进一步降低。电解槽有着阳离子交换膜，因此，有能透过溶液的特点。Ca2+、Mg2+等多价阳离子在透过交换膜时,与少量的从阴极室反迁移来的OH-生成氢氧化物沉淀,使膜电阻增加,会堵塞离子膜,这样就会使得电解槽出现电压升高的情况，因此，就会改变反迁徙，电流的效率进一步降低。所以本文针对离子膜电解槽电流效率进行了以下探讨。
　　关键词：离子膜,电解槽,电流效率
　　0 引言
　　离子膜如果要长期保证其稳定、高效的电流效率，最关键的部分就是电解槽的操作问题。这种操作能够改变相关的电流量，延长离子膜的使用寿命，能够进一步避免离子膜受到伤害，以此提高产品的质量，同时能够降低电解槽电压，起到提升电流效率的作用。
　　1 盐水质量对电流效率的影响
　　离子膜的使用寿命会受到盐水的影响，因此电流的高密度运行状态就会使得效率进一步降低。电解槽有着阳离子交换膜，因此，有能透过溶液的特点。Ca2+、Mg2+等多价阳离子在透过交换膜时,与少量的从阴极室反迁移来的OH-生成氢氧化物沉淀,使膜电阻增加,会堵塞离子膜,这样就会使得电解槽出现电压升高的情况，因此，就会改变反迁徙，电流的效率进一步降低。它能选择和透过盐水中的Na+,而其他阳离子如Ca2+、Mg2+等也同样能透过。
　　山纳合成橡胶集团公司氯碱车间(以下简称/山钠公司0)要求实际生产中二次盐水中含Ca2+、Mg2+质量分数之和低于20&g/l,因为当含Ca2+、Mg2+质量分数之和为50&g/l的盐水连续2次24 h进入电解槽,则每次电流效率迅速下降达5%,电压上升100 mV或更高。如果长期进行Ca2+、Mg2+含量高的盐水供给，那么就会出现电流效率的明显降低，因此，影响积累的情况。对于离子膜来说，寿命就会进一步被缩短。所以，需要控制盐水的使用情况，才能够保护离子膜的寿命，要对相关的操作人员进行专门的培训。尤其是要进行相关的岗前培训学习。因此，不断培训并能够进行相关盐水的分量计算，将使用量控制在不损害离子膜的范围之内。这样就能够减少盐水对于离子膜寿命的影响，从而延长离子膜的使用寿命。
　　2 阴极液中NaOH浓度对电流效率的影响
　　根据相关的资料显示，NaOH浓度与电流效率存在极大值的关系，因此，NaOH的不断升高会使得阴极一方的含水情况比较低。所以相对来说浓度就会增加，如果浓度继续升高，并且没有要下降的趋势，膜中OH-浓度增大,当NaOH质量分数超过36%,膜中OH-浓度增大的影响起决定作用,这样就会使得电流的效率不断降低，影响用电的情况，所以，对于溶液的浓度来说，要使得能够达到相关的平衡要求，槽出口碱液NaOH质量分数控制在32%~35%。分析人员和操作人员需要进行各种数据的监测和分析，这样才能够将溶液的浓度和电解质的情况进一步结合考虑。完善平衡的配合模式，这样才能够对形成的电流做适当的考虑和分析。
　　3 阳极液NaCl浓度对电流效率的影响
　　阳极液中的NaCl浓度对电流效率有着非常明显的影响，因此电流效率是随着NaCl浓度的下降而下降的，盐水浓度不断降低则就会使得离子膜含水率增高使的电流效率随之下降，也就是说，盐水的使用和离子膜是形成正的关系，为自然循环,电解槽出口阳极液NaCl质量浓度控制为200~220 g/L。通过这几年的运行可以看出，电解槽的管理需要落实到位才能够将各种溶液的比例熟练确定。进一步完善阴极和阳极溶液的使用浓度，从而达到延长离子膜的使用寿命和提高电解槽的电流效率。
　　4 电流密度对电流效率的影响
　　生活中电流出现负荷变化的情况很多，电压也会出现比较大幅度的变动，因此离子膜受着盐水的一定影响，特别是在它的后期运行中，如果电流出现频繁的上升或下降，会使单元槽的氯中氧体积分数、氯中氢体积分数升高,甚至升高得很快,电流效率会降低4%~5%。山纳公司曾出现个别单元槽膜效率降为88%,需要更换离子膜。所以，保证电流的稳定是保证生产平稳运行和工作开展的基础，也就是保护离子膜的基础。电流稳定能够延长离子膜的寿命对于长期稳定发展有着积极意义，能够进一步节省成本。
　　5 电解液的温度对电流效率的影响
　　据资料介绍,当电解温度降至65℃以下时,电流效率下降很迅速,以后即使温度再上升,电流效率也难以恢复到原来的位置上。这和离子膜的温度范围有关系,在这一范围内,温度的上升会使离子膜阴极一侧的孔隙增大,使钠离子迁移数增多,有助于电流效率的提高。在日常生产中山纳公司的槽温和槽压是由DCS控制室来监控的,技术人员加强了现场巡检,山纳公司旭化成膜操作温度为88&2℃,随电流密度而变化。操作人员会时刻保持现场的工作记录和调查，对于细节方面用户温度方面会进行各种的测量，也就是为了保证温度稳定在控制指标内,从而争取能够将电流的消耗最小化，起到节省成本并增加效率的作用。
　　6 小结
　　总的来说，离子膜电解槽的操作对于延长离子膜寿命有着至关重要的作用，由于膜价格比较高，所以需要进一步节省成本，提高效率，就要延长离子膜的寿命。避免出现重大事故,不要影响离子膜的电解性能,这样就能够进一步带动电流效率的提升，将离子膜的使用发挥到最大价值。控制相关的电解槽操作条件，并完善操作人员的素质,才能够实现整个工艺系统的完善和稳定，将使用的效率进一步提升，实现工作的事半功倍。为此我们还需要展开更多的研究来完善对于离子膜电解槽操作的讨论，推进经验并改善工作。
　　参考文献:
　　[1]江献镔;;侧插自焙阳极铝电解槽降低能耗的途径[A];中国有色金属学会第三届学术会议论文集&&科学技术论文部分[C];1997年
　　[2]刘忏斌;戴起林;唐广俊;徐煜;;晶闸管变流装置自动稳流与铝电解生产[A];中国有色金属学会第三届学术会议论文集&&科学技术论文部分[C];1997年
　　[3]苗永胜;马春来;张伟;;降低铜电解直流电耗的生产实践[A];2002年全国铜冶炼生产技术及产品应用学术交流会论文集[C];2002年
　　本文选自《》。& 《中外能源》于1996年创刊，主管单位：中国科学技术协会；主办单位：中国能源研究会；出版单位：《中外能源》杂志社。国内刊号CN11-5438/TK，国际刊号ISSNX，邮发代号：80-674。
　　《中外能源》被中国期刊网、中国学术期刊、中文科技期刊数据库、中国核心期刊(遴选）数据库全文收录。读者对象:适合能源界专业人士、大专院校师生及相关科研机构、生产制造企业的决策和工程技术人员。
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