离子膜电解槽接地故障的分析及改进措施姓名 ：王孙俊 指导老师 ：陈跃充离子膜烧碱车间采用的是离子膜电解法，离子膜电解装置在其间起着至关重要的作用。

电解槽接地对整个生产的危害是很大的，因此电解槽接地检测装置在离子膜电解装置中的地位也是很重要的。

本文主要介绍了电解槽接地检测装置的作用和原理，结合具体的事故案例对电解槽接地检查装置进行分析，并对事故中出现的问题提出改进措施。

一、离子膜电解装置的重要性巨化股份公司电化厂是巨化集团公司控股的巨化股份公司下属骨干生产厂，是全国大型的氯碱企业和浙江省最大的氯碱生产企业。

离子膜烧碱更是走在了同类产品的前列，离子膜烧碱装置成为从国外引进中工业化生产最好的装置，技术水平和生产能力均达到国家大型氯碱企业的先进水平。

其中，电解槽中的精盐水通过电解，可以直接生产出浓度在32%左右的离子膜烧碱、氢气、氯气等。

液氯送氟化公司使用，为氟化系列产品产生良好的经济效益提供了基础保证。

反应方程式： 222 2NaCl+2H O 2NaOH+H +Cl ↑↑电解二、接地检测装置在电解装置中的作用离子膜烧碱装置通过电解食盐水得到了烧碱，但是也同时得到了氢气和氯气。

氢气或氢气和氯气的混合气体都是属于易燃易爆气体。

假如在生产过程中出现了着火源，它所能造成的危害是可想而知的，不仅仅是设备损坏这么简单而已，甚至会付出血的代价，环境也会遭到破坏。

然而当电解槽中的电解液泄漏出来或出现某些异常故障时，它使得直流电极与大地相连。

由于电解装置的电流大，电压高，在接地点处就会产生电弧光，间接成为火源，引起电解槽起火。

由此可知，通过整流接地检测装置及时地检测出电解槽接地故障是十分重要的。

离子膜烧碱装置是大电流电解装置，电解槽出现接地状况的时候，电解槽的外壳就会产生高电压。

假如此时有员工碰到电解槽外壳，大电流就会从电解槽的外壳流入员工的体内，从而引发触电事故。

有隐患存在，就有可能发生事故。

因此电解槽的外壳都通过导线连接在一起，并且可靠地接地。

尽管这种防范措施可以使大部分的电流在发生接地故障时都流入大地，但当员工触碰到电解槽外壳时，还是会有电流流入的可能存在。

因此，当发生接地故障时，必须及时地反映出故障信息，使相应的电解槽跳停。

这个可以由接地检测装置来很好的完成。

离子膜烧碱装置是分阳极区和阴极区的，因此在电解槽中必然有个中性点存在。

在该中性点上，正电压和负电压大小相等，它们之和为零，所以这个中性点是零电位。

理论上这点是位于电解槽的中间，这样就使阳极区和阴极区达到了一个平衡。

当因为漏液或其它原因引起电解槽出现接地故障时，如果接地点不是在中性点上，则必然会出现零点电位差，中性点发生偏移。

某些单元槽中的电流方向就有可能发生变化。

然而在离子膜电解法中，离子膜是有方向的。

由于反向电流的作用会使得电极发生腐蚀，电极的涂层受损，使用寿命缩短，电解的电阻增大，槽电压升高，电流的效率下降。

反向电流还会使得离子膜起泡，这种损伤对离子膜来说是不可逆的。

因此出现这种接地情况时也是必须使相应的电解槽跳停的。

接地检测装置从不同的方面保障着离子膜电解装置的正常运作，在离子膜的安全生产上 起着十分重要的作用。

三、电桥电桥是一种比较仪器，可以直接测量电阻、电容、电感、互感、频率、电容的损耗因数、电感线圈的品质因数、磁性材料的损耗等。

电桥测量法在非电量的测量领域中，也得到广泛的应用，其主要的原因是它的灵敏度和准确度都很高，并且具有很大的灵活性。

电桥根据电源的性质可分为直流电桥和交流电桥两类。

直流电桥按线路的类型可分为单电桥、双电桥和单双电桥三种。

交流电桥可分为阻抗比电桥和变压器电桥两种。

我厂的接地检测装置中所采用的是直流单电桥。

图1 直流单电桥原理图图1所示为直流单电桥原理。

A 、B 、C 、D 为电桥的四个顶点。

电阻R 1、R 2、R 3、R 4为电桥的四个桥臂。

A 、C 两点为电桥的输入端，接直流电源。

B 、D 两点为电桥的输出端。

当将检流计接于B 、D 两点之间时，则构成了所谓的“桥路”。

“桥”的作用就是将B 、D 两点连接起来，进而对B 、D 两点的电位进行比较。

当B 、D 两点的电位相等时，这就称为“电桥平衡”。

反之，则称为“电桥不平衡”。

如图所示，假设B 、D 两点间的电压为U 0，AC 输入端的直流电源电压为EAB 间的电压为 112AB R U E R R =+ （1） AD 间的电压为 334AD R U E R R =+ （2） 输出端BD 间的电压为 142301234R -R R )()AB AD R U U U E R R R R =-=++（ （3） 当电桥平衡时，00U =，则1423R R R R (4) 式（4）为直流电桥的平衡条件，即电桥平衡时，相对臂电阻乘积相等。

由此可得出平衡电桥的一个性质：电桥平衡的条件仅仅是由桥臂各参数之间的关系确定的，而与电源电压及示零器内阻无关。

若在B 、D 两点间接检流计，则此时检流计中无电流流过。

四、接地检测装置的工作方式图2 整流接地检测装置的主回路图3 整流接地检测装置控制回路在图2的（1）中，X 表示接地屏的公共接地点，Y 表示电解槽的公共接地点。

从理论上说，这两点都与大地相连，X 点和Y 点可以认为是同一点。

因此图2中的（1）可以等效为图2中的（2）。

将图2中的（2）和图1进行比较，可以很明显发现这两张图基本上一样，接地检测装置采用的就是电桥平衡原理。

R x1、R x2分别为电解槽正极和负极的对地电阻（虚R可以实现电桥平衡，此时线路①中的电流为拟的）。

在正常的情况下，通过调节可调电阻2零。

当电解槽发生接地故障时，正负极的对地电阻值就会发生变化，电桥平衡被打破，线路①中就会有相应的电流产生，电压U就不等于零。

当电压U达到10V后，接地继电器就会动作，相应的辅助接点P2就会闭合，对应的继电器线圈KA2得电，继电器动作，继电器的辅助接点KA2闭合，接通接地报警回路，以便工作人员及时发现故障。

对故障进行应急处理。

同理，当电压U达到30V后，接通接地联锁回路，接地故障的电解槽跳停。

五、事故案例分析及改进方案2010年1月20日，三期整流柜接地屏上6台接地继电器上的指针大幅度波动，最大波动幅度达50V以上。

3A电解槽有火冒出一段时间后，3D整流柜接地故障联锁后，中控DCS 进行三期和四期紧急停车。

1. 事故现象分析在上述的事故案例中，主要存在以下几个问题：（1）. 3A电解槽起火。

（2）. 3A电解槽故障后，相对应的整流柜并没有跳闸。

（3）. 三期的6台电解槽接地继电器同时波动。

2. 事故原因分析（1）.经过现场检查3A电解槽由于膜破裂，导致电解槽接地并起火。

（2）.虽然3A电解槽的故障导致了接地现象的出现，但是由于其接地表现为间歇性故障，因此，接地继电器上的接地电压大幅度波动。

然而，由于接地联锁具有延时功能（经过试验发现：延迟的时间约为5秒），3A柜每次波动至联锁值（30V）以上的时间又均未达到其延迟时间，所以3A整流柜并没有跳闸。

（3）.从离子膜电解槽的控制原理图上可以看出，其直流回路是相互独立的。

当一台电解槽出现接地故障时，并不会影响其它电解槽的母排对地绝缘，可是事故的现象却表明其它几台电解槽的母排对地绝缘均受到了不同程度的影响。

这个现象看似是相互矛盾的，但是从电气的角度进行分析，这个现象也是有可能发生的。

对这个问题可以从以下两个方面进行分析。

（一）接地屏的接地测量回路是有一个公共接地点的。

如果公共接地点发生断线或接地电阻过大，当某台电解槽出现接地故障后，其对应的接地检测回路的地电位就会随之发生相应的变化，进而引起其它电解槽接地电压的变化。

图4 接地屏公共接地点示意图如图4所示，矩形方框表示接地屏中的电解槽接地检测回路，每一期有6台电解槽，6台电解槽具有公共的接地点，且可靠接地。

如果公共接地点发生断线或出现接地电阻过大，接地屏接地检测装置的接地方式由图（a）变为图（b）。

当出现电解槽接地故障时，对图（a）来说，公共接地点的电位始终都为零。

对图（b）来说，假设A槽发生接地，6台电解槽的地电位都会受到不同程度的影响。

此时，对于未接地的电解槽来说，由于地电位变化了，各电解槽接地点的电位也会同时发生变化。

同一期中有6台电解槽，它们在出现接地故障时，可以分为两类。

一类是出现接地故障的电解槽，另一类是未出现接地故障的电解槽。

因此为了便于分析，先做以下假设：1）、同一期只有两台电解槽，选取A槽作为接地的电解槽，且A槽为负极接地。

选取B槽为未接地的电解槽。

2）、在接地屏的公共接地点和电解槽的公共接地点可靠接地的时候，它们之间的电阻值小到可以忽略不计，能够等效为同一点。

3）、所有的电解槽在发生接地故障之前的状态是理想的，即电桥处于平衡状态，公共接地点的电位为零。

R的作用是为了实现装置安装后的电位调零，因此可将4）、从图2中可知，可调电阻2R与1R和3R进行合并，等效为新的电阻1R和2R。

此时的25）、接地屏的公共接地点出现断线与其接地电阻过大的情况类似，选取接地屏的公共接地点断线为例进行分析。

R。

6）、以图2为例，在①的位置接入检测电流的仪表，其内阻均为3=-。

7)、电解槽的直流电压为U，其中正极电压为U+，负极电压U U U-+在以上假设的前提下，由图2可得接地检测装置等效图（图5）。

槽槽图5 接地检测装置等效图（A 槽接地前）当A 槽未发生接地故障时，A 槽的电桥处于平衡状态。

又因为A Z 为地电位，则A X 点的电位和A Z 点相等且都为零。

同理可知，B X 点的电位和B Z 点相等且都为零。

因此Y 点的电位也为零，线路①和线路②中都无电流。

当A 槽发生接地故障后，A 槽负极的对地电阻2X R 变为零，正极的对地电阻1X R 不变，桥臂电阻1R 和桥臂电阻2R 不变，则1221X X R R R R ，A 槽的电桥平衡被打破。

槽图6 A 槽的接地检测装置等效图（A 槽接地后）因为A 槽正极未接地，其对地电阻1X R 可以认为是无穷大，其所在回路相当于开路，电路简单化。

通过计算可得：A X 点的电压 232332232313121322222222A R R R R R R X R R R R R R R R R R R +==++++ （5） Y 点的电压 232313121222Y A R R U X R R R R R R ==++ （6） 由式（5）和（6）可知，线路①中就会产生电流，A 槽接地继电器中的接地电压指示就会波动。

槽图7 B 槽的接地检测装置等效图（A 槽接地后）对于此时的B 槽来说，负极对地电阻2X R 、正极对地电阻1X R 、桥臂电阻1R 和桥臂电阻2R 均不变，则1221X X R R R R =，电桥依然处于平衡状态。