电解海水制取次氯酸钠装置系统运行及维护

电解海水制取次氯酸钠装置系统运行及维护一、概述1功能电解海水制氯装置通过就地电解含有一定氯离子浓度的海水产生次氯酸钠溶液，防止海水中海生物的繁殖或生长。2工作原理含有氯离子的海水流经电解槽时，给电解槽通以直流电，在电解槽内产生如下反应：阳极反应：2Cl-→Cl2+2e阴极反应：2H2O+2e→2OH-+H2↑极间的化学反应：（1）Cl2+2OH-=ClO-+Cl-+H2O（2）ClO-+H2O=HClO+OH-（3）HClO=H++ClO-总反应：NaCl+H2O→NaClO+H2↑平衡反应（1）、（2）和（3）的运行方向主要取决于PH值和环境温度。除上述反应外，由于海水中存在钙、镁离子,电解时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。3资源需求海水：压力0.0~0.4MPa流量56m3/h动力电源：6kV/380V，50Hz，3ph仪表电源：220V，50Hz二、系统描述1设计参数1.1连续加药浓度：1mg/L；冲击加药浓度：3mg/L1.2加药方式：连续复合每天一次的冲击加药1.3装置产氯量：2X45Kg/h2装置描述电解海水制氯装置是通过整流变压器和整流器，将AC6.3KV交流电变压整流为直流电，施加到海水电解槽的阴、阳极上。使海水发生电解产生活性有效氯，投加到机组冷却海水中，以解决海生物及菌藻类在冷却水管道和凝汽器铜管上附着繁殖、减少流通面积影响输水能力、降低凝汽器冷却效率、迫使机组降低负荷运行影响发电等诸多问题。装置包括两组有效氯产量为45kg/h的电解槽，每组电解槽可以独立运行，可分别对应于二台机组。PAGEPAGE142.1装置组成该电解海水制氯装置主要由电解槽组件、供配电设备、机械设备及控制仪表组成。详见工艺流程图。电解槽组件电解槽组件是装置的核心部件。整套电解海水制氯装置是由两列45kg/h电解槽组组成，每组电解槽包括7个SC300/3型电解槽，该14个电解槽在水路上通过管道并联连接，在电路上通过导电母排串联连接。通过电解槽的海水被直流电电解产生有效氯，每列电解槽的产氯量为45kg/h。整个电解槽组件在出厂前已组装在一个组架上。供配电设备供配电设备由整流变压器、整流器、低压配电柜组成。整流器和整流变压器通过导电母排与电解槽组件连接，并为电解槽提供直流电。低压配电柜通过电缆和机电设备连接并提供交流电。机械设备机械设备由海水泵、过滤器、风机、加药泵、次氯酸钠储罐及酸洗设备组成。这些设备由UPVC管道连接。热控设备热控设备由程控柜、操作员站和温度、流量、液位、压力、压差等传感器及仪表组成。2.3工艺流程装置在正常运行状态下工作时，海水通过一用一备自动清洗过滤器除去海水中大颗粒物质（大于0.5mm），经二台耐海水腐蚀的海水升压泵（一用一备）将海水升压，然后通过除沙器（一用一备）除去直径在0.04mm以上的沙粒后进入电解槽组件。制氯单元是由两组45kg/h电解槽组成，每组电解槽是采用Seven-TrendDeNora公司的最先进技术制造的三片式SC型海水电解槽组成，每组电解槽在水路上通过管道串联连接，在电路上通过导电母排串联连接。两套整流装置将6kV交流电转化为直流电分别供给对应的电解槽组，将流经电解槽的海水电解，产生次氯酸钠溶液及副产物氢气进入次氯酸钠储罐。详见工艺流程图附图。电解海水时，除产生次氯酸钠和氢气外，还不可避免地产生钙、镁沉淀物，并在电解槽阴极上累积，导致电解槽槽电压升高，电流效率下降，电耗增大。因此须定期地对电解槽进行酸洗，以除去阴极表面的沉淀物。电解槽酸洗周期一般为30天。酸洗时，首先将海水或自来水注入酸洗罐内，达到一定高度，然后通过离心式塑料泵使罐内海水高速流过配比器（喷射器）内经计算校核的小孔，从而将盐酸抽至酸洗罐。再次注入海水，调整盐酸溶液浓度为10%。而后使稀盐酸在酸洗罐和电解槽组之间进行循环。酸洗结束后，酸洗泵再把积存在电解槽组内的废酸抽回酸洗罐，最后中和排出，酸洗结束。2.4设备描述2.4.1电解槽我所提供的电解海水制氯装置中核心部件——电解槽是选用美国Exceltec国际有限公司技术制造的SC330/3型网状透明结构海水电解槽。主要参数型号：SC330/3数量：14台有效氯产量：2X45Kg/h液体流量：2X28m3/h直流电耗：≤4.5kw/kg阳极材质：钛涂多元贵金属氧化物涂层阴极材质：哈氏合金工作电压：≤37V工作电流：3600A电极清洗周期：≥30天主要特点：电解槽盖：槽盖采用透明的有机玻璃加工制造，操作人员在运行过程中可以透过槽盖直接观察槽内反应情况，有利于更准确掌握电解槽维修和酸洗的时机。电解槽壳体：壳体采用极耐次氯酸钠腐蚀的聚氯乙烯材料加工而成，该结构具备高的安全性和稳定性，特制的O型圈密封消除了液体泄漏问题。阳极：阳极采用钛涂贵金属氧化物涂层的尺寸稳定阳极（DSA）。该阳极在0~45℃温度范围内均有良好的电化学性能，具有长寿命使用特性。阳极为板网式形状，阳极和阴极用PVDF隔片保持2.5mm间距。阴极：阴极采用钛合金。钛合金在海水和次氯酸钠介质中具有较强的耐蚀性。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。这些密封形式经长期运行证明有极好的密封性能。金属零件：槽内所有紧固件和结构件的材料均为钛，外部的紧固件为黄铜和紫铜。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。这样既避免了腐蚀，又保证导电良好。槽间电连接采用铜板，拆卸十分简便、快捷。设计：电解槽内阳极为单极型。电解槽直立放置，海水由下向上一次性高速流过。电解产生的氢气能顺着水流顺利排出，不会在槽内积存。钙镁沉淀物在高流速下减缓了在阴极上的积存，延长了酸洗周期。2.4.2海水升压泵选用IH80-65-160型号的钛泵。海水升压泵为卧式离心泵，密封形式为单端面机械密封，采用耐腐蚀性材料制成，轴承架形成组合部件，拆装方便。泵壳体、叶轮、轴材料等均为钛合金，极耐次氯酸钠腐蚀。电机功率：18.5KW,380V扬程：30m流量：56m3/h2.4.3加药泵连续加药泵选用同海水升压泵IH65-50-125型号的钛泵。冲击加药泵选用IH100-80-160型号的钛泵。电机功率：15KW,380V扬程：30m流量：120m3/h2.4.4风机风机采用中低压离心式鼓风机，用以稀释次氯酸钠储罐内的氢气。叶轮由10个后倾的机翼型叶片、曲线型前盘和平板后盘组成。静平衡高，空气性能好，效率高，运转平稳。2.4.5自动清洗过滤器选用ZHG56-LA型自动清洗过滤器。结构特点：海水过滤器是用来滤除海水中的杂质，防止电解槽堵塞。过滤器采用自动反冲洗型，壳体、滤网、轴均采用耐海水腐蚀的不锈钢。操作原理：该过滤器利用系统的压差，不影响海水流动情况下自动进行反冲洗，清洗时不需要独立供应清洗液。正常操作时，海水从过滤器入口进入管型线滤网筒，所有大于0.4mm的杂质留在网内。这个过程连续进行直到杂质在过滤器管内积累到一定程度，导致压差增加。当压差控制器达到预先设定值（0.035Mpa）时，自动反冲洗开始启动。通过滤网体的转动，每个网芯管分别连接到反冲洗出口，利用反冲洗水分别有效地冲洗过滤器的每个网芯管，并将了冲洗杂质，通过排污阀排到地沟中。整个操作过程通过压差控制自动进行。当所有的过滤器管被清洗完毕，自动反冲洗循环停止，过滤器恢复到正常方式直到压差控制器下一次动作，重复进行清洗。2.4.6次氯酸钠储罐次氯酸钠储罐选用容积为40m3的玻璃钢储罐。次氯酸钠储罐是用来以风机强制鼓风稀释电解产生的氢气，并排除电解过程中形成的钙、镁沉淀物。次氯酸钠储罐为直立式，椭圆形封头的罐体，以利用排氢和排污。次氯酸钠储罐是由玻璃钢材料制造，既耐腐蚀，又可满足室外抗温差及日光照射等因素老化的要求。次氯酸钠储罐装有溢流管、排污管、人孔、就地液位显示、液位开关及液位控制系统。液位开关设定很低、低、高、很高四点。2.4.7酸洗设备酸洗泵酸洗泵选用CQF型离心式耐腐蚀塑料泵。泵体材料选用增强聚丙烯材料，极耐腐蚀。酸洗泵用来将稀盐酸在酸洗罐和电解槽组之间循环。同时，当酸洗结束后，将积存在电解槽组内的废酸抽空。电机功率：1.1KW,380V扬程：20m流量：3.0m3/h酸洗罐酸罐选用FRP罐。容积为1.5m3，立式放置，设有液位指示装置，便于配比盐酸。2.4.8管道及阀门装置中所有管道和阀门均采用耐蚀性极强的UPVC材料。2.4.9整流控制柜整流控制柜的作用是给电解槽提供直流电，给水泵及仪表提供供电电源及对整套装置进行控制和保护。整流控制柜具有手动和自动两种操作方式。在手动状态下，可对设备进行逐个启、停操作，此功能用于装置调试、维修期间或自动状态失效后的控制操作。在自动状态下，所有控制和保护功能启动，可保证装置安全可靠地运行，此功能用于正常的运行操作。在自动状态下，整流控制柜具有过电流和过电压保护、温度显示及温度高限保护、电解槽前液体压力高限保护、电解槽前液体液位以及次氯酸钠储罐液位控制等功能。2.4.10仪表仪表主要由电磁流量计、电接点隔膜压力表、温度传感器、隔膜压力表、浮球液位开关组成。电接点隔膜压力表安装于电解槽前入口处，设有压力高限控制及报警。电接点隔膜压力表（001PIS）型号为YXC-100MF，隔片材料为钽合金。温度传感器安装于电解槽前入口处，测量进入电解槽的液体温度并设有温度高保护。温度传感器的型号为Pt100，套管材料为TA2。隔膜压力表安装在加药泵的出口，就地显示加药泵的出口压力。隔膜压力表的型号为Y-100MF，膜片材料为钽。浮球液位开关安装于次氯酸钠储罐内，并设有高、中、低三点。根据液位在不同的位置，控制加药泵及整流控制柜的运行和停止。浮球液位开关采用液滴形液位开关，型号为UK-303B，开关接触液体部分为聚丙烯制成，在100℃以下的液体内可长期使用。三、系统的运行1系统运行模式根据需求，系统可有两种工作模式：手动模式和自动模式。1.1手动模式手动模式是由操作人员根据工艺流程分步控制各个设备运行。在设备调试阶段应采用手动模式。但必须明确的是：违反工艺要求的操作不会被执行。例如：在风机没有运行的情况下，启动整流器的操作不会被执行。1.2自动模式自动模式是由PLC根据编制好的程序自动控制各个设备运行。设备调试完成投入正常运行时，系统运行建议采用自动模式。2启动准备2.1初始状态循环水系统已投入运行，并可接受来自制氯站的次氯酸钠溶液。管道已冲洗完毕，无颗粒或杂质。过滤器已调试完毕，能正常运行，所有阀门都处于正常运行的状态。正常运行时阀门所处状态：开关D001、D101、D102、QP01、QP02、NZ01、D103、NZ02、D104、D105、D106、QP03、QP04、D107、D108、D008、D109、D111、NZ03、D110、NZ04、D112D002、Q408、Q410、Q411、Q412、Q413、Q420、Q409、Q414、Q415、Q416、Q417、Q421、Q418、Q419、QY01、QY02、D007、D201正常运行时的参数正常运行时主要参数如下：每组电解槽流量：28m3/h电解电流：6300A装置控制报警点的设置设备控制项目报警值上限值下限值电解槽入口压力0.4MPa入口流量16.2m3/h出口温度55℃槽压37V1V整流器电流6300A电压60V冷却水压力0.2MPa次氯酸钠储罐液位高限3.6m液位中限1.6m液位低限0.5m2.2电源给低压配电柜供电的AC380V电源闭合。在低压配电柜上闭合下列设备的电源：整流变压器控制柜整流器控制电源1整流器控制电源2加药泵1加药泵2冲击加药泵酸洗泵海水泵1海水泵2风机1风机2在配电柜上启动控制柜的电源。3系统启动3.1手动启动将整流器的远控/就地开关置于“远控”。将低压配电柜上所有（控制柜除外）远控/就地开关置于“远控”。将控制柜的自动/手动开关置于“手动”。根据需要选择1组或2组或两组同时运行。在控制柜上进行如下操作：启动风机。启动海水泵。延时约1分钟后，启动整流器，调节电流输出给定旋钮，使电流达到6300A。储罐液位到达中液位后，可以启加药泵进行加药。储罐液位到达高液位后，启动冲击加药泵进行加药。3.2自动启动将整流器的远控/就地开关置于“远控”。将低压配电柜上的远控/就地开关（控制柜除外）置于“远控”。将控制柜的手动/自动开关置于“自动”。根据需要选择1组或2组或两组同时运行。在控制柜上启动“自动启动”按钮。系统按“手动启动”中的顺序自动启动。说明：两套同时运行时，所有的海水泵，整流器，加药泵均启动。单套运行时（1组或2组），只启动相应组的整流器，海水泵和加药泵处于一用一备状态。3.3建议的启动程序在制氯系统的启动中，尤其是装置在停机一段时间后的启动，由于水路中各个流量调节阀不一定在合适的调节位置。建议采用如下手、自动配合启动的方法，达到安全运行的目的。将控制柜的自动/手动开关置于“手动”。根据需要选择1组或2组或两组同时运行。同时调节好水路中各个阀门的位置，与之配合。依次启动风机、海水泵。检查水路流量、液位达到要求后，启动整流器。并调节输出电流到需要值。将控制柜的自动/手动开关置于“自动”。4系统停止4.1手动停止将控制柜的手动/自动开关置于“手动”。b.在控制柜上进行如下操作：将整流器输出电流调到0，停运整流器停运海水泵停运加药泵停运风机4.2自动停止a.将控制柜的手动/自动开关置于“自动”。在控制柜上启动“自动停”按钮，系统按编制好的程序自动停止运行。此时风机回延时一段时间（进行除氢），然后停止。5CRT的操作图形操作员窗口CRT位于控制台面板右侧，操作人员可以从中观察系统运行参数、流程，以及参数的设定。5.1主画面当控制柜加电后，PLC和CRT启动，CRT显示主画面如下：菜单区菜单区按钮区屏幕的下方是选择菜单区，每个菜单选项下方对应着相应的操作按钮。操作员只须按下相应的按钮，即可进入该选项画面。其它画面的操作也类似。主画面下有三种选项：流程、参数、设置。5.2流程画面从主画面按下F9，即进入流程画面。流程画面显示了工作流程，如下：画面中每一个图形代表一个设备。设备的运行情况通过图形的颜色来表示。红色代表运行，绿色代表停止。储液罐的液位由柱状色带表示。在流程画面下还有一个槽压菜单选项，按“F11”可以进入。如下图：画面共有八个柱状图，每个柱状图显示一个槽压值。按返回F14键，回到上级菜单。5.3参数画面在主画面下，按F10键可进入参数画面。如下图：在参数画面，用户可以监视系统运行的各项参数。包括输出电流、输出电压、流量、温度、槽压等。按下F9，直接进入流程画面。按返回F14键，回到上级画面。5.4设置画面在主画面下，按F12键可进入参数画面。如下图：在设置画面，用户可以设置系统的流量下限报警设定值、温度上限报警设定值，以及当前的系统时间和日期。当用户想要修改某项值时，先用光标键将光标移动到修改位置，然后按下任意数字键。此时会弹出密码输入窗口。输入“100”，按下回车键，就可以输入需要更新的值了。输入完成后按回车键，如果输入值合法，则输入值会成为当前值。6电解槽的酸洗6.1酸洗前的准备关闭电解槽的供电电源。在电解槽停电的情况下，继续通水5分钟左右，冲洗电解槽内的残余次氯酸钠溶液。停止海水泵、加药泵的运行。准备37%的工业盐酸。6.2电解槽的酸洗稀盐酸的配制关闭阀门Q401、Q407，打开自来水进口阀门Q503，观察酸洗罐液位计液位高度达到总高度的50%（约600L）时，关闭自来水进口阀门Q503，准备200L约37%的工业盐酸，将阀门Q406下的软管插入到浓盐酸容器的底部。关闭阀门Q402、Q403、Q404，打开阀门Q401、Q405、Q406、QP09、启动酸洗泵，当喷射器吸取盐酸时，观察酸洗罐液位计，液位高度达到总高度的60%（约800L）时，停止酸洗泵的运行，此时浓度为10%的稀盐酸溶液已配制完毕。电解槽的酸洗●1#电解槽组关闭阀门Q402、Q405、Q404、Q407、D105、D106、D107、D108、Q420、Q409，打开阀门Q401、Q403、QP09、Q408、Q410、Q411、Q412、Q413，启动酸洗泵，使稀盐酸在电解槽和酸洗罐间循环2小时(从电解槽正面观察钙镁沉淀已干净为宜)，停止酸洗泵的运转。在以上阀门状态下，关闭阀门Q401、Q403，打开阀门Q402、Q404，启动酸洗泵，观察电解槽内酸液抽光后，停运酸洗泵，并关闭阀门。●2#电解槽组关闭阀门Q402、Q405、Q404、Q407、D105、D106、D107、D108、Q421、Q408，打开阀门Q401、Q403、QP09、Q409、Q414、Q415、Q416、Q417，启动酸洗泵，使稀盐酸在电解槽和酸洗罐间循环2小时(从电解槽正面观察钙镁沉淀已干净为宜)，停止酸洗泵的运转。在以上阀门状态下，关闭阀门Q401、Q403，打开阀门Q402、Q404，启动酸洗泵，观察电解槽内酸液抽光后，停运酸洗泵，并关闭阀门。c.稀盐酸的中和排放当稀盐酸的浓度下降到5%以下，不能继续使用，须加碱将其中和排放。此时酸洗结束。四、维护1维护总则次氯酸钠发生装置需每5年进行一次大修或设备更换。正常运行期间，为确保装置安全可靠地运行，必须按有关进行定期检查和试验。电解槽的阳极须5年更换一次，以保证电解槽高效率、低电耗地稳定工作。2维护说明2.1定期维护2.1.1每天的维护目视检查设备和管道是否漏水。发现任何泄漏必须进行排除。检查通过电解槽组的水流量在27m3/h左右。如流量不在此范围内，调节阀门D105、D106，使其满足此流量范围。检查加药泵的出口压力是否在正常值范围内。记录通过电解槽的水流量、电解槽入口压力和出口温度，整流器输出的直流电流和直流电压。2.1.2每周的维护检查次氯酸钠储罐的浮球液位开关是否正常。检查水泵的噪音和振动是否正常。参照附录6-1，测量电解槽出口的次氯酸钠浓度并记录。检查电解槽各密封面和导电螺栓是否有漏水。建议停机冲洗各电解槽。2.1.3每月的维护检查次氯酸钠储罐和酸洗箱外表是否有裂纹或严重划伤。对上述设备进行排污操作，除去沉淀在罐底的沉淀物。当整流器满负荷工作时，测量每个电解槽的槽电压。如果槽与槽之间的电压偏差超过3V，应停机检查。根据槽压值和产氯量确定是否需要酸洗。如需要酸洗，按照3.6章节的要求进行操作。2.1.4每年的维护对水泵进行拆卸检查，如有部件损坏，应及时更换。检查整流控制柜有无损坏或过热的迹象。清除整流控制柜内的积灰。2.2五年大修的维护2.2.1拆卸电解槽，更换阳极板、密封圈等部件。2.2.2其它设备，参照附录6-2进行大修维护。附录：有效氯浓度测量方法：电解海水中有效氯含量的测定方法盐水电解后形成的具有氧化能力的各种状态氯（CI2、CIO-、NaOCI）的总和，称之为有效氯含量。1.容量法本方法适用于电解海水制氯系统在运行时，在实验室测定已电解的海水中有效氯的含量。1.1方法原理电解海水中的有效氯能将碘化钾中的碘氧化成游离态的碘，用硫代硫酸钠滴定析出的碘，根据滴定液的用量，计算海水中有效氯的浓度。1.2试剂a.碘化钾（KI）分析纯b.硫代硫酸钠（Na2S2O3·5H2O）分析纯c.硫酸6N分析纯d.淀粉溶液5％e.碳酸钠（Na2CO3）分析纯f.重铬酸钾（K2Cr2O7）基准纯1.30.1N硫代硫酸钠溶液配制称取25g硫代硫酸钠，用煮沸、冷却后的蒸馏水1000ml，溶解硫代硫酸钠，并加少量碳酸钠，储于棕色瓶中，放置1～2天后标定其浓度。1.40.1N硫代硫酸钠溶液的标定1.4.10.1N重铬酸钾溶液的配制a.准确称取在120℃下干燥至衡重的重铬酸钾4.9030g，b.用蒸馏水溶解，并移入1L容量瓶中稀释至刻度，摇匀。1.4.2标定a.抽取25ml的0.1N重铬酸钾溶液移入锥型瓶中，加5ml6N的硫酸，2g碘化钾，然后用0.1N硫代硫酸钠溶液（1.3）滴定至淡黄色。b.加入1ml