我國氯酸鹽電解槽型號多,大部分為單室型。雙室電解槽近年才得以開發。單室型電解槽在生產過程中常發生著火、爆鳴和爆炸現象,嚴重威脅安全生產。
1 電解槽爆炸的主要條件
(1)電解生成氣體的主要成分是氫氣,在正常條件下,一旦遇火源則發生爆鳴、著火。
(2)電解槽運行時間長,槽蓋密封失效產生漏氣(微負壓向槽內漏氣),空氣進入槽內后改變組分,含氧量增加。空氣中含氫的體積分數為4%~75%時,就構成了混合型爆炸氣體,遇火源則發生爆炸。
(3)氯酸鹽電解槽系無隔膜槽,所生成的氣體均混合于電解槽的空間部分。此空間的氣體構成上述兩條件時,遇火源就會造成爆炸。
(4)電解槽火源的來源主要是陰極與陽極的接觸、短路及搭接時所產生的火花。
(5)氯酸鹽電解槽(單室型)的空間(氣相部分)有幾種情況:①有陽極、陰極浸沒于電解液中;②有陽極也有陰極;③雙室型空間不同于單室型。第①與第③種情況比較安全,一般不發生爆炸,但第②種情況多發生爆鳴、著火和爆炸。
2 電解槽爆炸的現象、原因及采取的措施
(1)爬鹽。
不論石墨陽極槽、二氧化鉛陽極槽和金屬陽極槽,在氣相部分的陰陽極縫隙中常發現有淡黃色結晶存在。這是因為電解液表面水分不斷蒸發,氯酸鹽濃度增高,結晶不斷析出。當結晶增大到一定程度時,其陰極與陽極發生連接,晶體本身是導電體,當電流、電壓適宜時便產生放電火花,提供了火源,電解槽立即爆炸。當以氯酸鉀母液和氯化鉀溶液作為電解質時,因其氯酸鉀濃度不斷提高,最易發生這種現象。解決這個問題的辦法是提高電解溫度達80℃,改石墨陽極為金屬陽極;把兩種電極人為地遮蔽1種,防止短路。
(2)錯接。
目前,氯酸鹽電解槽采用籠式電極組結構仍然很多,其陰極導線與陽極導線均分別連接在槽蓋的母線上,1個槽多則七八十支,少則二三十支。安裝操作中誤把陰極連接到陽極上,人為地造成兩極接觸,通電后錯接的電極導線立即被燒紅,形成明火引起電解槽中氣體著火,甚至是爆炸。因此要求安裝完電解槽要有專人認真檢查有無錯接現象,確認無錯接現象后,再通知送電。當發現錯接燒紅現象后,應立即停電重接。
(3)遮蔽。
目前,我國還有一部分石墨陽極和二氧化鉛陽極電解槽,它們的氣相空間中有陰極和陽極同時存在。正常情況下,兩種電極中有1種電極必須進行遮蔽,與相對應的電極實行保護,電解便安全地進行。但沒有遮蔽、遮蔽物破裂脫落等,因產生放電火花,仍能引起電解槽爆炸。國內多采用陰極遮蔽,簡單易行,安全可靠。
(4)雷擊。
氯化鹽電解槽副產氫氣,大部分生產廠家經吸收處理,除掉少量氯氣后排放;也有作燃料燒掉或用于合成雙氧水。氫氣排空的方法基本有兩種:一種是每個電解槽上都有1個排氣管直接放空;另一種是由1根總管集中排放。這些方法在雷雨季節極不安全。某廠因雷擊造成電解槽連鎖爆炸,損失嚴重。所以,電解室要設避雷裝置,嚴格考慮保護角度。應逐步改變放空方法,盡量回收利用,節約能源,保證安全。
(5)放槽。
氯酸鹽生產的電解過程分為連續電解及間歇電解,國內一些小型廠仍實行間歇電解。間歇電解是周期性放槽,其放槽程序是先通知停電,停電后由放槽工人逐個槽放液,放完為止。
(6)外界。
某廠為解決電解生成氣的排放,曾利用埋入地下的管路由引風機抽出,通過水封排放。維修人員在排放口平整地面,由于施工器具的撞擊產生火花,立即引起排放口氫氣燃燒,并順回路返入電解槽,造成一批電解槽爆炸。排放口設在地平面上不符合安全要求,理想的辦法是回收氫氣用于燃燒或用于加氫產品的生產。
(7)加酸。
氯酸鹽生產廠為調節電解液酸性,保持酸度適中,特別是停電后再開電和剛開電的電解槽,要向電解液中加濃鹽酸,以便盡快地恢復液性。但實際操作中加酸速度快,鹽酸濃度高,促使發生化學反應:2NaClO3+4HCl?邛C1O2+Cl2+2NaCl+2H2O。產生了易燃、易爆氣體二氧化氯,此時有噼叭聲,實際上是二氧化氯爆鳴。具備了引爆條件,電解槽隨時可能爆炸,是很危險的。應控制加酸量,其濃度應不大于4mol,電解過程中要減少停電次數,最好是不停電,防止液性變化,降低電流效率。
(8)靜電。
電解槽密封不好,隨生成氣體的排除,部分空氣進入電解生成氣系統,改變了排氣系統的氣體組分,成為混合型爆炸性氣體。這種氣體在塑料排氣管中流動,摩擦產生靜電,引起管路爆炸,同時引爆電解槽。國內發生兩次類似的爆炸事故,造成了較大的損失。要解決靜電問題,難度較大,需從電解槽密封著手,采用合適的電流密度,防止氧含量增加,不使氣體在爆炸極限之內。排氣塑料管應設有接地線,以消除靜電的產生,保證生產的安全進行。
(9)液面。
電解槽運行時,液面控制在一定的位置上,保持一定容量會得到應有的電解產物,同時也是保證電解槽安全運行的措施。但是,由于電解蒸發液面的下降,在電解過程要不斷補入酸鹽水,并保持一定的液面。有時電解槽漏液,忘記補液造成的液面下降,同樣會使陰陽極產生火花而發生爆炸。事實上在同行業中因液面下降造成的電解槽爆鳴、爆炸現象較其他原因的多,都是因檢查不夠,責任心不強造成的。因此要嚴格控制液面及時補液,最好實現連續補液,使蒸發量與補液量平衡,以免當液面降低到一定程度而來不及補液。
(10)斷裂。
石墨和二氧化鉛陽極都有斷裂現象,特別是石墨陽極,斷電極倒伏于陰極之上,開始可能因陰極表面附著大量沉積物而不會立即短路。但在特定條件下,石墨陽極嚴重倒向陰極,盡管在液態中發生接觸,也會發生爆炸。
3 小結
為避免爆炸發生,還應在以下幾個方面得以加強:
(1)加強對電解槽的密封,選擇好的封料可起到良好的密封作用,減少空氣進入槽內,杜絕混合型爆炸氣體產生。
(2)嚴格控制液面,液面計上應設有標志,便于檢查時可以發現液面的變化。
(3)為防止連鎖爆炸,在電解槽設計時,單槽可設防爆器、防爆膜。
(4)石墨陽極和二氧化鉛陽極的電流密度不能太大(根據電解槽的結構確定適宜的電流密度),防止電解生成氣中的氧含量增加。
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