电解海水制氯装置在惠州天然气发电公司的应用

夏文武

(广东惠州天然气发电有限公司，广东 惠州 516082)

0 引言

我国拥有漫长的海岸线和丰富的海洋资源，随着滨海电厂、海洋石油、海洋矿产等行业的迅速发展，在开发利用海洋资源的同时，因海洋生物污损带来的损失非常严重，海洋生物污损也越来越受到关注。若海洋生物不能被有效抑制，会导致海水系统运行不稳定。滨海电厂的冷却循环系统和发动机经常因此维修或大修，不仅浪费时间及金钱，而且严重影响安全生产和设备正常运行。目前，电解海水制氯技术是防止循环冷却水系统海洋生物污损最安全、有效、经济的办法，已在国内外各海滨电站得到广泛应用。

广东惠州天然气发电有限公司(以下简称惠州天然气发电公司)汽轮机凝汽器循环冷却水系统的介质为海水。为防止海洋生物在系统管道和设备内大量生长繁殖，惠州天然气发电公司采用了电解海水制次氯酸钠系统设备。这套设备利用电解海水产生具有毒性的有效氯，击晕或杀死海洋生物的幼虫或孢子，达到防止海洋生物附着和生长的目的。自2006年至今，该套制氯设备已正常运行8年，保证了惠州天然气发电公司循环水系统安全、稳定运行。

1 工作原理

海水通过电解槽会发生一系列电化学反应。

(1)

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极间化学反应：

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平衡反应(3)～(5)的反应方向主要取决于pH值和环境温度。海水的pH值为8.0～8.5，且温度在15 ℃时，所有的分子态消失，有效氯由次氯酸钠(NaClO)(约80%)和次氯酸(HClO)(约20%)形态出现的次氯酸根离子混合物组成。

除上述反应外，由于海水中存在钙、镁离子，长时间电解后，这些离子会在阴极上形成钙和镁的沉淀物，增加电能的消耗，因此，必须通过酸洗的方法定期消除这些沉淀物。

2 技术条件

SC300/1型电解槽(1组)运行特性参数：额定有效氯产量，85 kg/h；电压，0～70 V；电流，0～6 050 A；直流电耗，3.72 (kW·h)/kg；海水流量，2×27 m3/h；次氯酸钠出口质量分数，1.37‰；最大承受压力，36.3 kPa；流速，0.6 m/s。SC300/1型电解槽(1组)安装特征参数：总质量，128 kg；安装尺寸，1 270 mm×403 mm×270 mm；阳极材料，钛涂多元贵金属氧化物阳极；阴极材料，哈氏合金(Hastelloy C-276)；进/出口法兰，DN80 mm；槽盖材料，有机玻璃(亚克力)；壳体材料，聚氯乙烯(PVC)；密封圈材料，氟橡胶；导电杆材料，钛-铜；紧固螺栓材料，316不锈钢；电连接材料，紫铜。

3 SC300/1型电解槽主要部件

(1)电解槽盖。盖板采用透明有机玻璃(亚克力)加工制造，操作人员在运行过程中可以透过盖板直接观察槽内反应情况，有利于直观地判断和掌握电解槽维修和酸洗时机。

(2)电解槽壳体。壳体采用极耐次氯酸钠腐蚀的PVC材料，进、出水口采用法兰连接。该结构具备更高的安全性和稳定性，消除了液体泄漏问题。

(3)阳极。阳极采用钛涂贵金属氧化物涂层的DSA®阳极，该阳极在0～45 ℃内均有良好的电化学性能，具有长寿命的使用特性。阳极为板网形状，增加了海水湍流，提高了电解效率。板网状阳极比板式阳极的有效活性面积大，提高了产氯量。阳极和阴极用聚偏氟乙烯(PVDF)隔离钉保持2.5 mm间距。

(4)阴极。阴极所采用的哈氏合金具有以下特点：在海水和次氯酸钠介质中具有更强的耐蚀性；比钛阴极析氢电位低0.45 V；抛光表面，减少了钙、镁沉淀物的沉积；不会产生氢脆腐蚀。

(5)密封。槽内导电件的密封采用氟橡胶O型圈，壳体和盖的密封用硅橡胶O型圈。

(6)金属零件。槽内紧固件和结构件的材料均为钛，外部紧固件材质为316不锈钢。所有紧固件均用扭力扳手按规定力矩拧紧，保证密封的可靠性。

(7)导电。电解槽阴极或阳极的导电连接件为钛-铜复合棒，复合棒在槽内部分为钛，在槽外部分为铜，槽间电连接采用铜板。

4 设备运行维护和维修

4.1 运行维护

每个月都要对电解槽进行酸洗，酸洗时要求有操作员在场，正常情况下酸渗漏量很少，若出现极限情况(如酸管破损)，可用工业水冲洗稀释后排放。酸洗时，首先将自来水注入酸洗罐内，达到设定高度，然后通过酸洗泵使罐内自来水高速流过配比器，在配比器内利用流体对气体的裹带作用造成负压，从而将盐酸抽至储酸罐，使稀盐酸的质量分数为8%～10%。而后启动酸洗泵，使稀盐酸在酸洗罐和电解槽组间循环，以清除阴极上的沉淀物。酸洗结束后，酸洗泵再把积存在电解槽组内的废酸溶液抽回储酸罐，中和后排放，酸洗结束。

4.2 设备维修

鉴于设备运行已超过厂家推荐的5年检修周期，惠州天然气发电公司在2013年7月在生产现场对个别电解槽进行预防性的解体检查。在厂家技术人员的指导下拆卸一个电解槽时，发现电解槽内部有一片阳极网出现长5 cm 、宽1 cm的涂层脱落，其他阳极网、阴极板、铜钛导电杆状况良好。为保证电解槽性能和系统长久正常运行，惠州天然气发电公司决定对2组共28块电解槽进行大修。2013年11月和12月对所有电解槽进行了为期2个月的返厂维修。在不影响厂区循环水加次氯酸钠处理系统正常运行的情况下，维修工作分2批进行：先返厂1组电解槽，完成维修并安装、调试至正常运行后，再进行另一组电解槽维修。

电解槽维修主要针对阳极网使用寿命到期和导电组件损坏老化等问题的机械维修。该类型电解槽阳极网正常使用情况下寿命为5年，阴极板永不损坏，其他导电组件视运行状况更换，成套密封件每次拆卸均需全部更换。

第1组拆卸的14个电解槽126片阳极网中有2片阳极网有较明显损坏击穿现象(如图1所示)，其他极板外观良好，少数涂层略微脱落，对有瑕疵的阳极网进行全部更换，并将新阳极网集中组装于3个电解槽中方便以后区分维护。阳极网击穿是因为短路造成局部长时间发热烧毁，电解槽长时间未酸洗，或酸洗不彻底导致沉淀物堆积是造成短路的主要原因；粒径较大的异物进入电解槽也是导致短路的原因之一。

图1 极板击穿现象

其他电解槽配件根据损坏情况更换，铜排、托架等整体翻新。组装好的电解槽经过绝缘试验、水压试验等一系列性能试验后才能出厂。经过2天的安装调试后，发现槽压等关键数据有了明显改善，而且电解槽再也没有出现跳机现象，对制氯电解槽的特殊修理达到了预期效果，保证了汽轮机凝汽器钛管等设备的可靠、稳定运行。

5 结论

惠州天然气发电公司所使用的电解海水次氯酸钠发生装置，是一种防止电站海洋生物污损的有效装置。加上检修和运行人员定期检查电解槽并酸洗，能有效清除电解槽内部沉淀物，延长了阳极网使用寿命；同时利用可编程控制(PLC)系统进行控制，自动化程度高，安全及可靠性好，减少了运行人员的工作量。该装置的透明板式电解槽安装、维护方便，使用寿命长，启动速度快，完全适应惠州天然气发电公司作为调峰电站白天运行、晚上停机的两班制运行规律，制氯对循环水冷却海水中携带的海洋生物能有效抑制和杀灭，对汽轮机凝汽器的钛管起了很好的保护作用。总之，电解海水加氯装置和惠州天然气发电公司一期同时投产运行至今8年，运行总体可靠、安全、稳定。虽然2013年年底的大修中发现了一些问题，但相比使用寿命、稳定性及经济性，电解海水制氯装置不失为滨海电厂抑制和杀灭循环冷却海水中的海洋生物，保护主机凝汽器钛管的一种好办法。