電解海水制氯回流工藝在LNG接收站中的應(yīng)用

張雙泉 周萌 史明亙(中海石油海南天然氣有限公司， 海南 ?？?570105)

電解海水制氯回流工藝在LNG接收站中的應(yīng)用

張雙泉 周萌 史明亙(中海石油海南天然氣有限公司， 海南 海口 570105)

LNG接收站中，LNG的氣化、消防需要用到海水，必須投加藥物以抑制海生物的生長，利用天然海水電解制得次氯酸鈉溶液投加至流道中，效果明顯，是目前廣泛應(yīng)用的方法。本文描述了傳統(tǒng)電解海水制次氯酸鈉工藝現(xiàn)狀，及改進(jìn)后的回流工藝對(duì)比，結(jié)果表明回流工藝較簡易的實(shí)現(xiàn)了流道的穩(wěn)定加藥以及電解海水制次氯酸鈉溶液系統(tǒng)的平穩(wěn)運(yùn)行，目前，國內(nèi)南方某LNG接收站已經(jīng)成功應(yīng)用該方案，并已經(jīng)成功實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程自動(dòng)控制，值得推廣和應(yīng)用。

LNG接收站；電解制氯；回流工藝；濃度控制

0 引言

LNG接收站中海水的利用，主要作為LNG氣化熱源，通過海水管線輸送，分配到氣化器(ORV、IFV等)，以及為消防系統(tǒng)提供消防用水。由于海水中存在著海生物，如魚類、貝類、藻類、菌類等，這些海生物的附著性較強(qiáng)，它們的孢子或卵進(jìn)入系統(tǒng)管道后，附著在管壁上，從而使得管道阻力增加，引起設(shè)備、閥門等的故障，降低換熱裝置的傳熱效率，最終影響系統(tǒng)的安全運(yùn)行。

國內(nèi)LNG接收站取水口形式主要分為兩類：(1)大前池，即海水先進(jìn)入一個(gè)大池，然后進(jìn)入各泵流道；(2)單泵單流道，及一臺(tái)工藝海水泵單獨(dú)使用一個(gè)流道。本文主要對(duì)南方某LNG接收站單泵單流道電解海水制次氯酸鈉工藝流程進(jìn)行探討分析。

1 電解槽工作原理

含有氯離子的海水流經(jīng)電解槽時(shí)，給電解槽通直流電，在電解槽內(nèi)產(chǎn)生如下反應(yīng)：

陽極反應(yīng)：

陰極反應(yīng)：

極間化學(xué)反應(yīng)：

總反應(yīng)：

極間化學(xué)反應(yīng)的運(yùn)行方向主要取決于pH值和環(huán)境溫度。

除上述反應(yīng)外，由于海水中存在鈣、鎂離子，電解時(shí)這些離子會(huì)在陰極上形成鈣和鎂的沉淀物，增加電能的消耗。因此，必須通過酸洗的方法定期消除這些沉淀物。

2 傳統(tǒng)工藝流程描述

電解海水制次氯酸鈉系統(tǒng)由海水凈化和電解海水制次氯酸鈉單元、次氯酸鈉貯存單元、加藥泵、酸洗單元、整流變壓器、整流柜、系統(tǒng)控制柜等組成。

(1)海水凈化和電解海水制次氯酸鈉單元：包括預(yù)過濾器、海水升壓泵、自動(dòng)反沖洗過濾器、次氯酸鈉發(fā)生裝置及測(cè)量儀表；

(2)次氯酸鈉貯存單元：包括次氯酸鈉貯存罐、氫氣擴(kuò)散裝置及測(cè)量儀表；

(3)酸洗單元：包括酸洗罐、酸洗泵以測(cè)量儀表；

(4)控制單元：包括整個(gè)電解海水制次氯酸鈉系統(tǒng)控制設(shè)備及管道、儀表、附件、閥門等。

系統(tǒng)流程簡圖：海水→Y型過濾器→海水增壓泵→自動(dòng)反沖洗過濾器→次氯酸鈉發(fā)生器→次氯酸鈉儲(chǔ)罐→加藥泵→加藥點(diǎn)加藥。

目前國內(nèi)LNG項(xiàng)目電解氯裝置多采用以下傳統(tǒng)工藝，見圖1。

3 回流工藝分析

3.1 加藥工況要求

(1)連續(xù)加藥濃度2ppm，8小時(shí)以內(nèi)沖擊加藥20分鐘，沖擊加藥濃度3ppm；

(2)次氯酸鈉儲(chǔ)罐能在電解槽故障時(shí)能保持滿負(fù)荷2小時(shí)加藥儲(chǔ)存要求；

(3) 根據(jù)LNG項(xiàng)目下游用戶的需要，LNG接收站工藝海水泵可能每天隨時(shí)啟停，電解海水制次氯酸鈉系統(tǒng)應(yīng)根據(jù)上述變化隨時(shí)調(diào)整，確保每個(gè)在用流道連續(xù)和沖擊加藥。

3.2 傳統(tǒng)工藝

按電解槽設(shè)備本體要求，進(jìn)入電解槽的海水流量需達(dá)到一定值，為達(dá)到系統(tǒng)平衡，流道加藥海水量也必須與電解槽進(jìn)水流量一致；產(chǎn)氯量的多少由電解槽電流大小確定，電解槽電流需隨流道增加或減少進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整。以3個(gè)流道交替使用為例，傳統(tǒng)工藝情況下，下表顯示3個(gè)流道分別連續(xù)和沖擊加藥6個(gè)工況流量統(tǒng)整表,見表1。

LNG項(xiàng)目的特殊性，海水泵每天將頻繁啟停，導(dǎo)致產(chǎn)氯量及次氯酸鈉儲(chǔ)罐濃度隨之變化，因?yàn)榇温人徕c儲(chǔ)罐須保持2小時(shí)滿負(fù)荷加藥的儲(chǔ)液位，在流道發(fā)生切換時(shí)，流道加藥水量瞬時(shí)變化，但濃度變化相對(duì)滯后，導(dǎo)致短暫加藥量偏少或過多。如：由1個(gè)流道使用改為3個(gè)流道使用時(shí)，此時(shí)次氯酸鈉儲(chǔ)罐濃度仍為1000A/B，3個(gè)流道加藥水量0.33B，是設(shè)計(jì)值的1/3；反之，3個(gè)流道使用改為1個(gè)流道使用時(shí)，此時(shí)次氯酸鈉儲(chǔ)罐濃度3000A/B，流道加藥水量B，是設(shè)計(jì)值的3倍。此情形如果正在沖擊加藥時(shí)，偏差將會(huì)更大。

次氯酸鈉濃度偏低，將達(dá)不到抑制或殺死海生物的作用；濃度偏大，對(duì)設(shè)備將會(huì)造成腐蝕，返回大海的次氯酸鈉濃度也將偏大，對(duì)海域環(huán)境造成了影響。另外，每8小時(shí)沖擊加藥20分鐘，在此短時(shí)間內(nèi)，因?yàn)榇温人徕c儲(chǔ)罐儲(chǔ)存溶液較多，實(shí)際的加藥量也根本不能得到實(shí)現(xiàn)，失去沖擊加藥的效果。

由上可以看出，傳統(tǒng)工藝有一定缺陷。經(jīng)過研究，如果采用回流工藝能確保解決以上問題。

3.3 回流工藝描述

固定次氯酸鈉儲(chǔ)罐溶液的濃度不變。在加藥泵出口至電解槽進(jìn)口之間增加一根回流管線，海水進(jìn)水流量與流道加藥水流量保持一致，系統(tǒng)進(jìn)出水量將達(dá)到平衡；電解槽缺少的海水通過回流管線補(bǔ)充，可保持進(jìn)入電解槽的海水水量一定；回流量根據(jù)流道用水情況補(bǔ)充，電解槽電流亦隨之變化，確保進(jìn)入次氯酸鈉儲(chǔ)罐的溶液濃度不變。

回流管線工藝流程見圖2。

3.4 回流工藝方案具體實(shí)施

裝置在正常運(yùn)行狀態(tài)下工作時(shí)，海水經(jīng)海水升壓泵升壓，進(jìn)入自動(dòng)清洗過濾器除去海水中大顆粒物質(zhì)進(jìn)入電解槽組件。制氯單元由兩組電解槽組成，每組電解槽在水路上通過管道串聯(lián)連接，在電路上通過導(dǎo)電母排串聯(lián)連接，整流裝置將交流電轉(zhuǎn)化為直流電供給電解槽組。流經(jīng)電解槽組的海水被電解產(chǎn)生次氯酸鈉溶液及氫氣進(jìn)入次氯酸鈉儲(chǔ)罐。氫氣在次氯酸鈉儲(chǔ)罐頂部通過風(fēng)機(jī)強(qiáng)制排風(fēng)稀釋至1%以下，安全地排到大氣中。電解過程產(chǎn)生的鈣、鎂沉淀物在次氯酸鈉儲(chǔ)罐底部，經(jīng)排污閥定期排出。次氯酸鈉儲(chǔ)罐的液位通過液位控制系統(tǒng)維持在一定的高度，次氯酸鈉溶液通過加藥泵送至加藥點(diǎn)。電解槽將定期進(jìn)行酸洗。

次氯酸鈉溶液通過加藥泵實(shí)現(xiàn)加藥。根據(jù)不同的運(yùn)行工況選擇不同的加藥方式。具體流量控制見表2。

圖1 傳統(tǒng)電解制氯工藝流程圖(Figure 1 Conventional electrolyzed chlorination process f ow chart)

圖2 回流電解制氯工藝流程圖(Figure 2 Ref ux electrolyzed chlorination process f ow chart)

表1 傳統(tǒng)工藝各工況流量統(tǒng)整表(Table 1 Conventional process f ow data under each operating condition)

表2 回流工藝各工況流量統(tǒng)整表(Table 2 Ref ux process f ow data under each operating condition)

4 結(jié)語

電解海水制次氯酸鈉溶液回流工藝，在原傳統(tǒng)工藝基礎(chǔ)上，增加回流管線，更改較少，能確保次氯酸鈉儲(chǔ)罐溶液濃度不變，可平衡進(jìn)出電解海水制次氯酸鈉系統(tǒng)的水量，同時(shí)也確保了電解槽單體設(shè)備所必須的海水量。海水流道加藥濃度控制技術(shù)無缺陷，實(shí)現(xiàn)了LNG接收站項(xiàng)目單泵單流道的自動(dòng)連續(xù)加藥。目前，國內(nèi)南方某LNG接收站已經(jīng)成功應(yīng)用該方案，并已經(jīng)成功實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程自動(dòng)控制，操作簡易，值得推廣和應(yīng)用。

[1]王勇，穆小瑞，王延增.電解海水制次氯酸鈉對(duì)海水污染的控制[J].應(yīng)用科學(xué),2010,13:144-145.

[2]何文斌.海水電解制氯設(shè)備的優(yōu)化運(yùn)行[J].東北電機(jī)技術(shù)，2008,4:8-10.

The Application of Electrolyzed Seawater Chlorination Reflux Process in LNG Receiving Terminal

ZHANG Shuang-quan1, ZHOU Meng, SHI Ming-gen
(CNOOC HAINAN GAS CO., LTD, Haikou 570105, China)

LNG receiving terminal need to use the sea water for LNG vaporization and fire system. Hypochlorite must be dosed into the sea water to prevent growth of marine life. Electrolyzing sea water to get the hypochlorite and dosing it into channel, which is widely used at present, achieves good result. This thesis describes the conventional electrolyzed chlorination process and improved electrolyzed chlorination reflux process. The results show that reflux process makes constant hypochlorite concentration in the electrolyzed chlorination system and steady dosing up operation for each sea water channel. So far, one LNG receiving terminal in south China has already applied this reflux process successfully by remote automatic control. The reflux process is worth popularization and application.

LNG receiving terminal; electrolyzed chlorination; reflux process; concentration control