Hướng dẫn toàn diện về bảo dưỡng máy điện phân

Bảo trì máy điện phân là điều cần thiết để đảm bảo hoạt động ổn định lâu dài của thiết bị và bao gồm việc kiểm tra định kỳ và thay thế các điện cực, tấm ngăn, hệ thống làm kín, hệ thống tuần hoàn chất điện phân và các kết nối điện. Do sự khác biệt về nguyên lý hoạt động, hệ thống vật liệu và điều kiện vận hành giữa các ngành công nghiệp khác nhau, chiến lược và tần suất bảo trì máy điện phân cũng khác nhau đáng kể. Hiệp hội Khí công nghiệp Châu Âu (EIGA) yêu cầu rõ ràng rằng các đường ống, van, bơm, bộ trao đổi nhiệt và bể chứa trong máy điện phân kiềm phải được kiểm tra thường xuyên để phát hiện rò rỉ chất điện phân hoặc nước. Viện Kỹ thuật Hóa học Hoa Kỳ (AIChE) lưu ý rằng Hiệp hội Khí nén (CGA) đang phát triển các tiêu chuẩn mới bao gồm các biện pháp tốt nhất để vận hành và bảo trì máy điện phân an toàn. Trong danh mục dịch vụ vòng đời đầy đủ 360° của thyssenkrupp nucera, Công tắc Bảo trì Máy điện phân (EMS) giúp tăng cường đáng kể sự an toàn và hiệu quả của việc bảo trì máy điện phân bằng cách giảm điện áp dư. Logic cốt lõi của việc bảo trì máy điện phân được chia thành ba cấp độ: vệ sinh hàng ngày và giám sát tình trạng cấu thành các biện pháp kéo dài tuổi thọ cấp độ 1; Việc bảo dưỡng định kỳ bao gồm thay thế gioăng và phủ lại hoặc thay thế điện cực tạo thành cấp độ khôi phục hiệu suất thứ hai; và khi điện áp tế bào tăng bất thường hoặc hiệu suất dòng điện giảm đáng kể, việc thay thế có chọn lọc các tế bào bị lỗi tạo thành cấp độ thay thế dựa trên tình trạng thứ ba.

Danh sách các bộ phận cần thay thế định kỳ trong máy điện phân ở nhiều ngành công nghiệp khác nhau.

Nhiều linh kiện được thay thế định kỳ trong các tế bào điện phân có giá trị tái chế, và Công ty Tái chế Kim loại Quý DONGSHENG thu mua các linh kiện này với giá cao.

Bảo trì thiết bị điện phân trong các nhà máy sản xuất nguyên liệu thô cơ bản

Công nghệ điện phân kiềm (ALK) là lựa chọn hoàn thiện và tiết kiệm chi phí nhất cho các nhà máy sản xuất hydro, và việc bảo trì điện phân tập trung vào ba lĩnh vực chính: ngăn ngừa rò rỉ, ngăn ngừa tắc nghẽn và ngăn ngừa ăn mòn. Gioăng làm kín trong các thiết bị điện phân ALK bị cứng và hỏng trong vòng 3-5 năm trong môi trường dung dịch kiềm ở nhiệt độ cao; chúng phải được thay thế hoàn toàn, và nên nâng cấp lên vật liệu cao su fluorocarbon (FKM). Màng ngăn phải được thay thế sau 5-8 năm nếu nó bị mỏng hoặc xuất hiện các lỗ, dẫn đến nhiễm chéo hydro-oxy. Trong thời gian ngừng hoạt động, hệ thống phải được sục khí nitơ, niêm phong để ngăn CO₂ xâm nhập, và chất điện phân phải được xả và tuần hoàn để ngăn ngừa sự lắng đọng cacbonat. Các thiết bị điện phân màng trao đổi proton (PEM) phản ứng nhanh hơn và phù hợp hơn với các nguồn điện dao động; việc bảo trì các thiết bị điện phân này tập trung vào việc bảo vệ màng và chất xúc tác. Các cụm điện cực màng (MEA) phải được thay thế sau mỗi 3-5 năm do sự xuống cấp của màng hoặc sự kết tụ chất xúc tác. Ở mật độ dòng điện cao (ví dụ: 3 A/cm²), độ trôi điện áp có thể đạt tới 50,0 μV/h, vượt xa mức quan sát được trong điều kiện dòng điện thấp. Giám sát thời gian thực kết hợp với quang phổ trở kháng điện hóa (EIS) được công nhận rộng rãi là chiến lược quan trọng để phát hiện sớm sự xuống cấp. Máy điện phân oxit rắn (SOEC) và máy điện phân màng trao đổi anion (AEM)(Các thiết bị điện phân màng trao đổi ion) chủ yếu đang trong giai đoạn nghiên cứu và phát triển cũng như thử nghiệm, và việc bảo trì của chúng phụ thuộc nhiều vào các giải pháp chuyên dụng của nhà sản xuất. Điện phân màng trao đổi ion đã trở thành công nghệ chủ đạo trong các nhà máy sản xuất clo-kiềm, trong khi các quy trình sử dụng màng ngăn và thủy ngân đang dần bị loại bỏ do lo ngại về ô nhiễm. Màng trao đổi ion là ưu tiên hàng đầu trong bảo trì điện phân, với tuổi thọ khoảng ba năm. Việc thay thế màng bao gồm một quy trình toàn diện, bao gồm tắt máy và cách ly điện phân, tháo thanh dẫn đồng, tháo dỡ màng và gioăng cũ, mài điện phân, lắp gioăng mới, ngâm và xử lý màng, và cuối cùng là lắp đặt cụm màng. Hướng dẫn lắp đặt màng Nafion™ nhấn mạnh rằng phải tránh các lỗ nhỏ hoặc vết rách trong quá trình lắp đặt, và không được để màng bị khô trong thời gian tắt máy hoặc thời gian không hoạt động. Điện phân muối nóng chảy trong các nhà máy luyện kim được sử dụng cho các kim loại phản ứng như nhôm và magie, hoạt động trong muối nóng chảy ở nhiệt độ cao từ 750 đến 1.000°C. Các điện cực anot cacbon nung sẵn trong các nhà máy nhôm được thay thế sau mỗi 20 đến 30 ngày và được coi là vật tư tiêu hao liên tục. Việc bảo trì các bể điện phân muối nóng chảy đòi hỏi quản lý tập trung vào cân bằng nhiệt và thay thế lớp lót; chi phí cho một lần thay thế lớp lót có thể lên tới 3-4 triệu nhân dân tệ. Các bể điện phân dung dịch nước được sử dụng để tinh luyện đồng và kẽm; việc bảo trì các bể này chủ yếu bao gồm việc thụ động hóa các anot không tan và làm sạch các tiếp điểm dẫn điện.

Bảo trì các tế bào điện phân cho quy trình gia công cao cấp và xử lý bề mặt.

Các bể điện phân trong các nhà máy mạ điện có nhiều loại khác nhau, được tùy chỉnh theo kim loại cần mạ (đồng, niken, kẽm, vàng) và tính chất của dung dịch mạ (axit, kiềm, gốc xyanua, không xyanua). Cốt lõi của việc bảo trì bể điện phân là quản lý dung dịch mạ, đòi hỏi phải kiểm tra tình trạng bộ lọc hàng ngày để đảm bảo không có rò rỉ khí hoặc chất lỏng. Các cực dương hòa tan (như kẽm và niken) phải được thay thế khi độ tiêu thụ đạt 70%. Các hộp lọc trong vòng tuần hoàn dung dịch mạ phải được thay thế hàng tuần (độ chính xác 5–10 μm). Cứ sáu tháng một lần, bể phải được làm sạch kỹ lưỡng, các túi cực dương phải được rửa sạch và bất kỳ túi cực dương nào bị hư hỏng phải được thay thế. Các cuộn dây gia nhiệt nên được tẩy cặn hàng tháng bằng axit citric 10%. Độ sụt áp tại các điểm nối thanh dẫn phải nhỏ hơn 10 mV trên mỗi điểm nối; hiện tượng quá nhiệt cho thấy các tiếp điểm bị lỏng hoặc bị ăn mòn. Các bể mạ điện chính xác trong ngành công nghiệp sản xuất điện tử được sử dụng để mạ mạch PCB và có yêu cầu cực kỳ cao về độ đồng nhất và độ tinh khiết. Việc bảo trì các bể mạ điện này tập trung nhiều hơn vào việc duy trì hệ thống phun, làm sạch các đế dẫn điện và kiểm soát điện áp gợn sóng của bộ chỉnh lưu (phải nhỏ hơn 5%). Các viên bi đồng và túi anot phải được làm sạch 90 ngày một lần.

Bảo trì bể điện phân trong các ứng dụng bảo vệ môi trường và tiện ích.

Các nhà máy xử lý nước thải sử dụng các lò phản ứng điện phân hai chiều/ba chiều và các tế bào điện phân đơn cực/lưỡng cực để loại bỏ kim loại nặng hoặc các hợp chất hữu cơ thông qua các cơ chế như điện phân đông tụ và điện phân oxy hóa. Vấn đề khó khăn nhất trong việc bảo trì các tế bào điện phân này là sự đóng cặn và thụ động hóa điện cực. Các ion canxi và magiê trong nước thải tạo thành cặn cacbonat trên bề mặt điện cực, che phủ lớp phủ và gây ra sự sụt giảm mạnh hiệu suất điện phân. Các quy trình tiêu chuẩn để bảo trì điện cực bao gồm rửa ngược 1-2 lần mỗi ngày để loại bỏ cặn bám trên bề mặt và làm sạch hóa học hàng tháng bằng cách ngâm trong dung dịch axit clohydric hoặc axit citric loãng 5%. Chu kỳ thay thế điện cực thường là 6-12 tháng, tùy thuộc vào vật liệu và chất lượng nước; nên sử dụng các vật liệu chống ăn mòn như DSA (Anode ổn định kích thước). Trong quá trình làm sạch, phải sử dụng bàn chải lông mềm hoặc chất tẩy rửa trung tính; nghiêm cấm sử dụng dung dịch kiềm mạnh hoặc dụng cụ sắc nhọn để cạo bề mặt nhằm tránh làm bong tróc lớp phủ. Các nhà máy sản xuất chất khử trùng sử dụng máy điện phân không màng ngăn để sản xuất chất khử trùng natri hypoclorit ngay tại chỗ bằng phương pháp điện phân dung dịch nước muối loãng. Chìa khóa để duy trì hoạt động của các máy điện phân này là việc rửa bằng axit để loại bỏ cặn – nước cấp có độ cứng cao gây ra sự tích tụ cặn canxi và magie trên các điện cực, và việc rửa bằng axit thường xuyên là cách duy nhất để khôi phục hiệu quả. Nhiệt độ chất điện phân phải được duy trì dưới 45°C.

Bảo trì các thiết bị điện phân phục vụ quá trình chuyển đổi năng lượng và các ngành công nghiệp chiến lược mới nổi.

Cốt lõi của các nhà máy luyện kim hydro, các cơ sở lưu trữ năng lượng và giảm tải đỉnh, cũng như các nhà máy tổng hợp amoniac xanh và metanol xanh nằm ở việc tạo ra điện từ các nguồn năng lượng tái tạo và sau đó sản xuất hydro xanh thông qua các thiết bị điện phân sản xuất hydro quy mô lớn. Các điểm bảo trì quan trọng đối với các thiết bị điện phân kiềm (ALK) và điện phân PEM được sử dụng trong các ứng dụng này giống hệt với các nhà máy sản xuất hydro đã mô tả ở trên. Tuy nhiên, thách thức độc đáo trong các kịch bản chuyển đổi năng lượng nằm ở sự biến động mạnh mẽ trong điều kiện hoạt động - việc lưu trữ năng lượng và giảm tải đỉnh đòi hỏi phải khởi động và tắt nhanh các thiết bị điện phân để thích ứng với tính chất không liên tục của việc sản xuất điện gió và điện mặt trời. Enapter khuyến nghị giới hạn chu kỳ khởi động-dừng của thiết bị điện phân tối đa 5 lần mỗi ngày và 1 lần mỗi giờ để đảm bảo tuổi thọ. Dưới tải động, các thuật toán dự đoán dựa trên EIS được coi là công cụ quan trọng để điều khiển hệ thống thông minh và bảo trì phòng ngừa thiết bị điện phân. Sự kết hợp của các chiến lược - điều chỉnh dòng điện động, quản lý nhiệt, kỹ thuật giao diện và chẩn đoán thời gian thực - là rất cần thiết để đảm bảo hiệu suất lâu dài của các thiết bị điện phân PEM trong điều kiện hoạt động năng lượng tái tạo không liên tục.

Bảo trì thiết bị điện phân trong tổng hợp hóa chất và các ngành công nghiệp đặc biệt.

Các nhà máy điện phân tổng hợp hữu cơ sử dụng máy điện phân không màng hoặc có màng để tổng hợp các hợp chất hữu cơ cụ thể, với việc lựa chọn loại màng tùy thuộc vào yêu cầu của phản ứng. Thách thức trong việc bảo trì các máy điện phân này nằm ở sự đa dạng của các hệ thống phản ứng—các phản ứng tổng hợp hữu cơ khác nhau có yêu cầu rất khác nhau về vật liệu điện cực, lựa chọn màng và thông số vận hành. Việc bảo trì máy điện phân phải được điều chỉnh phù hợp với phản ứng tổng hợp cụ thể; bảo trì định kỳ bao gồm kiểm tra bề mặt điện cực (để tìm cặn polymer hữu cơ), kiểm tra tính toàn vẹn của màng và phân tích thành phần chất điện giải. Vì điện phân tổng hợp hữu cơ thường liên quan đến dung môi không phải nước hoặc chất điện giải chuyên dụng, vật liệu làm kín phải có khả năng kháng hóa chất cao hơn so với vật liệu được sử dụng trong máy điện phân gốc nước. Chu kỳ thay thế gioăng và đường ống phải được xác định dựa trên môi trường hữu cơ cụ thể mà chúng tiếp xúc; không có lịch trình tiêu chuẩn nào trong ngành. Nên ký kết thỏa thuận dịch vụ kỹ thuật dài hạn với nhà sản xuất máy điện phân để đảm bảo cung cấp kịp thời các phụ tùng thay thế quan trọng (chẳng hạn như lớp phủ điện cực chuyên dụng và màng ngăn tùy chỉnh); đây là chiến lược quản lý hiệu quả nhất để bảo trì loại máy điện phân này.