刘心怡，张景瑞，高新华

（1.山东财经大学，山东 济南 250014； 2.万华化学（烟台）氯碱热电有限公司，山东 烟台 264006）

万华化学（烟台）氯碱热电有限公司（以下简称万华氯碱热电）成立于2013 年，是万华化学集团控股子公司， 主要承担万华烟台生产基地热力生产与供应，以及烧碱、氯气、氢气等基础化工原料生产与供应。公司生产装置分为氯碱装置和热电装置，其中烧碱产能60 万t/a，液氯54 万t/a。 目前既是国家“两高一低”企业，也是区域内存有一级重大危险源的危化品生产企业， 公司立足于万华烟台工业园和自身发展实践， 一直致力于持续提升生产装置运行质量及现代化水平，持续提升本质安全管理水平，保障园区和公司的安全及高质量发展。

氯碱装置产能以折百烧碱计， 目前一二三期共计60 万t/a 产能的零极距电槽28 台， 包括11 台蓝星北化机 （以下简称北化机） 自然循环式膜极距（NBZ） 电解槽、17 台旭化成自然循环零极距电槽（其中1 台由旭化成高电密NCH 电槽经蓝星北化机阴极附着镍材丝网改造为零极距电槽，16 台旭化成原装西格玛电槽）。 一二三期装置分别于2014 年、2017 年、2020 年投产，总体运行状况安全稳定。2021年对氯碱装置电槽及其附属设备进行了升级、 整体换膜、国产替代等多种方式的升级改造，从而降低了电槽电压，提高了电流效率，降低了直流电耗，降本增效效果明显。

1 增加单元槽改造

一期和三期电解增加单元槽改造， 通过增加单元槽，均衡电槽产量，降低电流密度，从而降低电耗，其中16 台电槽分别增加了36 个单元槽， 在保证烧碱产品产量均衡而不增加的情况下， 电槽运行负荷由14.85 kA 降至14.46 kA，电流密度从5.5 kA/m2调整至5.39kA/m2，直流电耗下降了约14kW·h/t 折百碱；在同一产能下，按照交直流变效95%、0.62 元/kW·h 电费计算，直流电耗下降可节省生产成本9.13 元/t 折百碱，16 台电槽共计35 万t/a 产能，年可降低生产成本319 万元。

2 电解槽及离子膜更换

用旭化成最新型NCZ-∑电解槽替换二期装置现有在线运行满12～15 年的6 台旭化成NCZ 电解槽，并进行整体换膜，从而降低电耗。

二期装置共有12 台电槽，其中4 台（1#～4#）为旭化成最新型NCZ-∑电解槽，于2017 年首次上线运行；另8 台电槽（5#～12#）为整体搬迁电解槽，包括1 台（10#）北化机膜极距（NBZ）电槽和7 台（5#～9#、11#、12#）旭化成NCZ 电解槽。 7 台旭化成NCZ电解槽中的6 台（5#～8#、11#、12#）槽龄满12～15年，利用整体换膜时机进行了设备升级改造， 单元槽由原来的旭化成零极距（NCZ）电槽升级为（NCZ-∑）零极距西格玛电槽（以下简称西格玛电槽）。

电槽改造升级完成后，进行电槽整体换膜，大幅降低直流电耗。 其中，二期5#、6#、7#、8#、11#、12#6 台电槽分别于2021 年5 月-10 月整体更换为目前先进的西格玛电解槽和F7001 离子膜； 二期9#电槽于2010 年10 月上线运行旭化成高电密（NCH）电槽， 槽龄11 年有余， 电槽阳极涂层良好， 后于2017 年二期工程整体搬迁时， 由北化机附着阴极网，电槽实现零极距（NCZ）模式，运行满4 年后，2021 年10 月整体更换离子膜为旭化成F7001 型号；10# 电槽为北化机膜极距（NBZ）电槽，2021 年整体更换为国产东岳DF2807 离子膜，9#、10# 换膜后，对国产膜和进口膜进行了性能对比测试， 直流电耗比较数据见表1。

（1）通过同一运行电流数据比较可以看出，9#、10# 更换新膜后，直流电耗下降了约145 kW·h/t；按照交直流变效95%、0.62 元/kW·h 电费计算，降低生产成本94.6 元/t 折百碱，9#、10# 这2 台电槽产能4.1 万t/a，年可降低生产成本387 万元。

（2）虽然国产离子膜的直流电耗高于旭化成离子膜，但是国产离子膜具有采购成本的绝对优势，目前按照折百烧碱60 万t/a 的氯碱装置， 利用国产离子膜的成本优势替代进口膜， 作为离子膜在线周期4 年期间的零星换膜约300 张/a，可节约换膜成本支出145 万元，年可降低成本36 万元。

（3）5#～8#、11#、12# 电槽升级改造并整体换膜后，直流电耗比较见表2。

整体更换离子膜的电流效率由94%提升至97%， 电槽升级改造直流电耗下降了约258 kW·h/t折百烧碱。 按照交直流变效95%、0.62 元/kW·h 电费计算， 降低生产成本168 元/t， 该6 台电槽产能12.5 万t/a，年度降低生产成本2 100 万元。

（4）升级改造后的旭化成西格玛电解槽相比于旭化成零极距电解槽，极化电流运行期间的电耗为0。电槽升级为西格玛电槽后， 阴阳极涂层升级后极板具备抗原电池效应的性能，极化电流无需投用，消除了电槽阳极侧氯内含氢高的风险，提升了电槽运行的安全性能；电槽停车后无需进行15 min 的120 A 电流极化。 年度单槽停车4 次，目前15 台西格玛电槽每年可节约电能1185kW·h/台， 年度可以节约因极化电流运行期间的0 产量状态下的电能消耗1.78 万kW·h，年可节省电费1 万元。除节省电费外，还减少了设备维护和维修保养费用及人力成本等。

表1 国产膜和进口膜性能数据对比

表2 电槽改造前后性能对比

（5）新型进口离子膜应用。二期1#电槽于2021 年11 月利用限电时机进行了整体换膜，离子膜更换为目前旭化成在F7001 基础上开发的新型离子膜F7001E，两种离子膜的槽电压比较见表3。

二期1#电槽于2017 年11 月首次上线运行，在线离子膜为旭化成F7001，2021 年11 月整体换膜，在线离子膜为F7001E，直流电耗下降了11 kW·h/t，按照交直流变效95%、0.62 元/kW·h 电费计算，降低生产成本7.17 元/t，该电槽产能2.1 万t/a，年度降低生产成本15 万元；4 台电槽完成整体换膜后年可节约成本支出约60 万元。项目改造效果及经济效益见表4。

表3 两种离子膜的槽电压对比

3 约克离心式冷水机组替代溴化锂冷水机组

在2021 年9 月之前，氯碱装置共配备了3 台蒸汽溴化锂吸收式冷水机组，其中A、B 两台于2014 年10 月投用，C 台于2016 年12 月投用。 自机组投用以来， 先后发生多次系统真空度无法维持、 溶液泄漏、换热器泄漏等问题；同时因3 台机组制冷量不一致，无法实现相互间的完全互备，进一步影响了生产系统稳定运行， 甚至出现了生产系统被迫降电槽电流或者导致部分停车， 致使下游用氯气单位降负荷生产。 氯碱装置利用2021 年度大修时机，用2 台约克离心式冷水机组替代原有3 台溴化锂冷水机组。

表4 项目改造投入效果及效益

（1）安全性效果评价

2 台约克离心式机组上线，开1 备1，设备每年只需保养一次（原有溴化锂机组每年每台保养4次），并且3 台溴化锂机组运行时， 操作人员需要频繁关注3 个机组运行参数，而更换成约克离心式机组后，仅需对一台机组重点巡检， 有利于发现异常并及时在线倒机，提高了系统安全稳定运行。

（2）生产成本比较（见表5）

由上述表格可以看出， 溴化锂机组更换成约克冷水机组后，制冷费用明显降低，核算单位制冷量成本：按照电价0.62 元/kW·h、蒸汽价150 元/t（过热蒸汽S10），下降约0.081 元/kW·h，以6 700 kW·h 制冷量，每年运行8 000 h 计算，更换成约克冷水机组后，每年节约成本550 万元。

表5 冷水机组改造效益表

（3）投资维修成本（见表6）

表6 冷水机组投资维修成本

设备投用后成本及维护费用见表7。

表7 冷水机组投用后成本及维护费用 单位：万元

从表5、表6、表7 可以看出，约克机组设备投资略高， 但从使用后维修成本来看， 约克机组更具优势，年节约维修费用47 万元，按设备使用年限12 年计算，可节约维修费用565 万元。 相关成本见表8。注：设备以每三年进行一次大修，设备寿命20 年计，从长期运行数据看，约克机组更具有成本优势。

表8 冷水机组运行维修成本 单位：万元

4 盐泥二次洗涤压滤干燥

氯碱行业盐泥处理是环保老大难问题， 公司经过研究考察后于2020 年进行了盐泥的项目技改工作，新增两套盐泥处理设备实施，实现了盐泥二次洗涤压滤及盐泥干燥再利用项目， 并且干燥后的盐泥送到公司热电工厂与煤一起掺烧， 彻底实现了盐泥零排放，此项盐泥回收技改项目的实施，不仅解决了盐泥的环保问题，而且回收了盐，实现了社会和经济效益双丰收。 经过不断总结和完善，盐泥压滤设备现已充分发挥作用，2021 年二级压滤后盐泥内氯化钠含量从13%降至3%，回收原盐约190 t，依照原盐价格400 元/t 计， 此项减少原盐采购成本支出约7.6 万元。盐泥再处置利用1 800 t，减少盐泥的环保处置费用支出约70 万元。

5 结语

通过一系列的增加电解槽改造、 电解槽升级换代、离子膜国产替代、进口新型离子膜、电解槽整体换膜、新型冷水机组投用以及盐泥处置技改等措施，节支增效3 200 万元/a，整个改造过程利用年度大修时机而没有影响下游用户， 并且通过改造减少了计划和非计划停车次数，保持了生产系统稳定性，降低了安全风险， 也充分证明设备升级改造是提高装置健康运转率、 优化生产工艺流程、 提高装置生产效率、促进节能降耗减排、提高经济效益的重要途径。

氯碱行业是一个存有重大危险源且高耗能的行业，探讨安全环保、离子膜电解槽选型、运控优化对氯碱企业有着重要的意义。 在保证安全环保的前提下，只有从最细微入手，尽可能降低电耗，选择优质电解槽和辅助设备，精准调控各项工艺指标，不断强化技术改造升级，集中精力致力于降本节支增效，获得更加丰厚的经济效益，才能在行业中处于领先，保证企业与行业高质量稳步发展。