海水电解制氯电解槽盖板裂纹原因分析及防范 魏春芝摘 要：文章针对某电厂电解海水制氯加药系统，在使用过程中发现电解槽有机玻璃盖板出现轻微裂纹，严重时系统PVC管道裂开现象，造成系统不可用的问题，分析了引起裂纹的原因，从存在弱电解到产生氢气、氯气，氢气、氯气在一定条件下混合引发自发连锁反应，形成瞬时高压力引起设备损坏的过程，并针对此问题提出了防范措施，避免设备损坏关键词：电解；制氯；氢气；氯气；爆炸：X781.1 文献标志码：A ：2095-2945（2018）35-0135-02Abstract： Aiming at the chlorine-dosing system of electrolytic seawater in a power plant， a slight crack was found in the plexiglass cover plate of electrolytic cell in the course of using， and the PVC pipe of the system was cracked when it was serious， which resulted in the problem that the system could not be used. The reasons for the crack were analyzed. From the existence of weak electric solution to the production of hydrogen and chlorine gas， the mixture of hydrogen and chlorine gas can initiate spontaneous chain reaction under certain conditions， forming the process of equipment damage caused by instantaneous high pressure， and the preventive measures are put forward to avoid the equipment damage.Keywords： electrolysis； chlorine production； hydrogen； chlorine； explosion1 概述在海滨建设的发电厂，多数采用海水作为循环冷却水，为了抑制微生物对循环水系统的侵蚀和附着，采用电解海水制取次氯酸钠溶液，以连续加药和冲击加药的形式，加入循环水取水前池。
里面的有效氯能抑制或杀死海生物的幼虫或孢子，以解决海生物及菌藻类在循环冷却水水工构筑物、管道和凝汽器钛管上附着繁殖，引起通流面积减少，影响输水能力、降低凝汽器效率，以致迫使机组降低负荷运行，影响发电2 电解海水制氯原理海水中含有一定量的NaCl，平均含量在32%左右，在直流电流的作用下，会在两极发生电解反应，反应式为：阳极反应：2Cl--2e→Cl2↑阴极反应：2Na++2e+2H2O→2NaOH+H2↑电解槽内反应：Cl2+2NaOH→NaClO+NaCl+H2O电解总反应：NaCl+H2O→NaClO+H2↑电解制氯系统利用整流后的直流电解，通入电解槽进行反应，制取次氯酸钠溶液电解制氯组件分为A、B、C、D四组，每组分为两列，每列由11个电解槽串联而成，共88个电解槽，电解槽最大承受压力0.38MPa，正常运行压力为0.2MPa左右，每列电解槽入口均有电接点压力表，压力超过0.3MPa时会有超压报警电解槽为板网式透明结构电解槽，槽盖为透明亚克力材料制成，运行人员在运行过程中可以透过槽盖直接观察槽内反应情况，以及直观判断和掌握电解槽结构和酸洗情况，阳极板网式结构和板式阳极相比，增加了海水的湍流，提高了电流效率。
3 问题描述3.1 盖板裂纹运行中发现电解槽透明有机玻璃盖板螺栓孔外侧突然出现了裂纹，并对其它盖板进行检查，共发现有裂纹盖板18处从裂纹形状分析出，是盖板承受了内部压力超过规定值受到了损伤出现了裂纹出现裂纹的电解槽都是在备用状态下发现的，期间未出现海水侧“系统压力高”超压报警信号技术人员、厂家围绕裂纹进行分析，排除了正常运行超压的因素，但对引起上述问题的疑问并没有解决，也没有确定超压原因，仅对有裂纹的盖板进行了更换3.2 PVC管道损坏随后备用中的一组电解槽又出现了两处盖板裂纹，现象同前一阶段出现的裂纹相似，另外还出现了此列电解槽所有上部管道弯头处PVC管裂开，并在裂开的同时伴有较大的声响，同时电解槽周围伴有白色烟雾状现象管道呈N型阵列连接，每个电解槽上部会形成一个独立的气腔，各气腔间有海水封堵，此次有8个电解槽上部的气腔同时发生了超压破裂现象4 分析与解决从盖板裂纹到PVC管道损坏两件事联系在一起分析，在出现这些现象前，系统无任何报警信号只有系统内存在瞬间超压时，才不会使压力表报警，管道破裂只是瞬间压力超过了PVC管道破坏应力瞬间超压就一种可能，即产生爆炸性气体混合物，在密闭空间内引起爆炸。
从海水电解方程式可以看出，电解产物中能形成爆炸的气体就是氢气、氯气的混合物，氯气中含氢气达到爆炸极限范围（即氢气含量占氯、氢混合气总量的5%～86%）在特定条件下会发生剧烈化合、发出高热，形成较高的爆炸压力4.1 气体产生系统停运时，先停运整流器，然后用海水对电解槽内残留的氯（氢）水混合物进行了冲洗和置换，置换完成后将电解槽两侧入、进、出水阀关闭备用，备用时系统内海水里面基本不含氫气在停运备用期间，故障电解槽出现系统压力高报警，检查出入口阀门在关严位置，其它未发现问题，开启取样阀将系统压力泄放，压力表归零，报警消失在此后的五六个小时内，又出现系统压力高报警，采取同样的措施消除压力高报警上述情况证明了电解槽存在微弱电流，使两极板间发生电解，反应生成气体集聚因反应过程较缓慢，人员不易察觉，造成系统压力缓慢升高，并在电解槽上部形成气腔，严重时系统内液体受压引起压力表超压报警4.2 气体链锁反应从电解方程式可以看出，海水中NaCl分子在直流电解作用下，在阳极生成Cl2，Cl2又与水中正极生成的NaOH发生化学反应，生成NaClO，没有来得及反应的Cl2溢出到水面在阴极板产生的H2，因不与溶液内物质反应，直接溢出，使电解槽内形成氢气、氯气的混合性气体。
氯、氢混合气中氢含量15%～83%（体积）时，混合气体中氯气分子在有水蒸气存在或光照的条件下，很容易离解为两个氯原子，即Cl2=2Cl进而Cl+H2=HCl+H、H+Cl2=HCl+Cl，H、Cl原子交替和氢气、氯气分子反应，形成了自发链锁反应电解槽中含有较多水蒸气，以致不需强光照射条件就可使大量的氯分子分解成氯原子，与氢气混合时，大量的氯原子产生有利于链锁反应迅速进行，反应中放出的热量来不及扩散而引起爆炸此反应极易进行，很难控制爆炸后的产物为HCl，遇到空气中水蒸汽时，会形成酸雾（所谓的白雾）氯、氢混合气体发生爆炸燃烧，爆炸压力约9.8MPa/cm2，较电解槽盖板及管道设计压力大许多倍，能破坏设备、管道、建筑结构及其构件，因此要重视氢氯混合气体的危害电解系统正常运行时，由于海水流动的扰动，生成的氯气容易与液体中的氢氧化钠发生反应生成氯酸钠，少量溢出氯气和氢气的混合体积达不到燃烧浓度很难发生链锁反应，即便发生燃烧反应，因系统为开放式，对系统不会造成超压损坏对于系统PVC管道损坏情况看，同时出现八个破裂口，主要原因是各个气腔内产生的氢氯混合气体浓度大致相同，工况大致相同，混合气体发生链锁几乎在同时发生，导致了多个破口同时出现。
反过来，八个破口同时出现，这也反向证明了气体链锁反应是在同时发生的4.3 弱电来源直流电解设备包括高压开关、整流变压器、可控硅整流器、控制板组成，正常备用期间，整流器电流输出旋钮在零位，停运开关在停止位，虽然没有明显的断开点，设备正常情况下不会有输出电压但另外一种情况除外，在整流控制板出现故障的情况下，会使可控硅意外触发出现输出电压漂移经现场对整流器控制板进行检查，发现控制板存在不稳定情况，确定为控制板因质量原因性能不稳定造成输出不受控，电解槽出现微弱电解，也证明了整流器存在直流输出4.4 解决措施经过分析工艺过程和电解原理，为了避免电解槽出现微弱电解现象，引发设备损坏，主要有以下几种方式进行避免1）消除电解质将电解槽内海水用生活水冲洗干净后并放空，使电解反应降到最低此方式需要进行大量的阀门开关及倒换，操作时间长、工作量大，并浪费生活水资源此方式因没有电解质，也不会产生混合气体引起爆炸，但也避免不了电气故障直流有输出2）开启取样阀将电解槽密闭空间改为敞口条件，此方式只能避免压力缓慢升高引起的破坏，如果混合气体体积量够大，发生链锁反应瞬间压力升高，取样管口来不及泄除压力，还会引起管道破坏，此方式也不能避免微弱电解的存在。
3）将整流器高压侧电源断开从电气系统上看，高压电源经高压断路器、整流变压器、可控硅整流器至直流正负极，如果断开高压断路器，将彻底断绝整流系统电源，即使整流器可控硅意外损坏或控制板故障，都不会有直流输出，彻底消除了能量源，使微弱电解不能再发生通过分析可以看出，电解槽在非运行期间断开整流变压器高压断路器操作最方便，且能彻底消除微弱电解，使系统处于安全备用状态采用此方式后，经过一段时间的运行，裂纹现象消失5 结束语电解槽在备用状态出现微弱电解，由于在监视画面上看不出电流有输出，是因为电流量程较大，对小电流不敏感，就地观察电解槽透明盖板内部，也无明显电解气泡存在，只能看到直流电压有二十、三十几伏的输出，容易误判为正常现象，此时弱电解在时时刻刻发生，随着氢气、氯气的集聚，在合适条件下引发链锁反应就可能引起瞬时超压，损坏设备混合气体体积量的多少，发生链锁反应引起的超压能量也不近相同，轻则使电解槽盖板出现裂纹，严重时会造成管道爆裂、设备损坏通过对电解槽弱电解引起气体链锁反应的分析，控制弱电解的发生，是避免电解系统发生氢氯气体链锁反应的主要途径参考文献：[1]周国桢.对氢氯混合气见光爆炸实验的探讨[J].丽水师专学报，1982，2.[2]张水红，刘召，罗涛.LNG接收站电解海水加氯系统的优化运行[J].天然气技术与经济，2017，11（S1）：35-38.[3]万建信，温佳京，李洋，等.电解海水制次氯酸钠发生装置在海洋平臺上的应用研究[J].河南科技，2017（17）：145-146.[4]卞凯.浅谈电解海水制氯装置及系统的安装调试技术[J].化工管理，2017（24）：115. -全文完-。