电解海水制氯回流工艺在LNG 接收站中的应用
张双泉 周萌 史明亘(中海石油海南天然气有限公司， 海南 海口 570105)
摘要：LNG 接收站中，LNG 的气化、消防需要用到海水，必须投加药物以抑制海生物的生长，利用天然海水电解制得次氯酸钠溶液投加至流道中，效果明显，是目前广泛应用的方法。本文描述了传统电解海水制次氯酸钠工艺现状，及改进后的回流工艺对比，结果表明回流工艺较简易的实现了流道的稳定加药以及电解海水制次氯酸钠溶液系统的平稳运行，目前，国内南方某LNG接收站已经成功应用该方案，并已经成功实现远程自动控制，值得推广和应用。关键词：LNG 接收站；电解制氯；回流工艺；浓度控制
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)
Abstract: 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.Key words: LNG receiving terminal; electrolyzed chlorination; reflux process; concentration control
0 引言
LNG 接收站中海水的利用，主要作为LNG气化热源，通
过海水管线输送，分配到气化器(ORV、IFV 等)，以及为消防系统提供消防用水。由于海水中存在着海生物，如鱼类、贝类、藻类、菌类等，这些海生物的附着性较强，它们的孢子或卵进入系统管道后，附着在管壁上，从而使得管道阻力增加，引起设备、阀门等的故障，降低换热装置的传热效率，最终影响系统的安全运行。
为了避免上述后果的发生，必须抑制海水中海生物的生长。利用天然海水作为电解质，通过电解海水中的盐产生次氯酸HClO 分子或HClO-的杀伤作用有两个：一是氧化，二是氯原子取代蛋白质分子中的氮原子，从而导致有机物死亡，因而次氯酸钠可作为海水的有效杀生药剂。目前，电解海水制氯已经在我国大部分沿海LNG接收站、电厂、化工企业等广泛应用，效果明显[1-2]。国内LNG接收站取水口形式主要分为两类：(1)大前池，即海水先进入一个大池，然后进入各泵流道；(2)单泵单流道，及一台工艺海水泵单独使用一个流道。本文主要对南方某LNG 接收站单泵单流道电解海水制次氯酸钠工艺流程进行探讨分析。
阴极反应：极间化学反应：
总反应：
极间化学反应的运行方向主要取决于pH值和环境温度。除上述反应外，由于海水中存在钙、镁离子，电解时这些离子会在阴极上形成钙和镁的沉淀物，增加电能的消耗。因此，必须通过酸洗的方法定期消除这些沉淀物。
2 传统工艺流程描述
电解海水制次氯酸钠系统由海水净化和电解海水制次氯酸钠单元、次氯酸钠贮存单元、加药泵、酸洗单元、整流变压器、整流柜、系统控制柜等组成。(1)海水净化和电解海水制次氯酸钠单元：包括预过滤器、海水升压泵、自动反冲洗过滤器、次氯酸钠发生装置及测量仪表；
(2)次氯酸钠贮存单元：包括次氯酸钠贮存罐、氢气扩散装置及测量仪表；
(3)酸洗单元：包括酸洗罐、酸洗泵以测量仪表；(4)控制单元：包括整个电解海水制次氯酸钠系统控制设备及管道、仪表、附件、阀门等。
1 电解槽工作原理
含有氯离子的海水流经电解槽时，给电解槽通直流电，在
电解槽内产生如下反应：
阳极反应：
系统流程简图：海水→Y型过滤器→海水增压泵→自动反冲洗过滤器→次氯酸钠发生器→次氯酸钠储罐→加药泵→加药点加药。
目前国内LNG项目电解氯装置多采用以下传统工艺，见图1。
如果正在冲击加药时，偏差将会更大。
次氯酸钠浓度偏低，将达不到抑制或杀死海生物的作用；浓度偏大，对设备将会造成腐蚀，返回大海的次氯酸钠浓度也将偏大，对海域环境造成了影响。另外，每8小时冲击加药20分钟，在此短时间内，因为次氯酸钠储罐储存溶液较多，实际的加药量也根本不能得到实现，失去冲击加药的效果。由上可以看出，传统工艺有一定缺陷。经过研究，如果采用回流工艺能确保解决以上问题。
3 回流工艺分析
3.1 加药工况要求
(1)连续加药浓度2ppm，8小时以内冲击加药20分钟，冲击加药浓度3ppm；
(2)次氯酸钠储罐能在电解槽故障时能保持满负荷2小时加药储存要求；
(3) 根据LNG项目下游用户的需要，LNG 接收站工艺海水泵可能每天随时启停，电解海水制次氯酸钠系统应根据上述变化随时调整，确保每个在用流道连续和冲击加药。
3.3 回流工艺描述
固定次氯酸钠储罐溶液的浓度不变。在加药泵出口至电解
槽进口之间增加一根回流管线，海水进水流量与流道加药水流量保持一致，系统进出水量将达到平衡；电解槽缺少的海水通过回流管线补充，可保持进入电解槽的海水水量一定；回流量根据流道用水情况补充，电解槽电流亦随之变化，确保进入次氯酸钠储罐的溶液浓度不变。
回流管线工艺流程见图2。
3.2 传统工艺
按电解槽设备本体要求，进入电解槽的海水流量需达到一定值，为达到系统平衡，流道加药海水量也必须与电解槽进水流量一致；产氯量的多少由电解槽电流大小确定，电解槽电流需随流道增加或减少进行相应调整。以3个流道交替使用为例，传统工艺情况下，下表显示3个流道分别连续和冲击加药6个工况流量统整表,见表1。
LNG 项目的特殊性，海水泵每天将频繁启停，导致产氯量及次氯酸钠储罐浓度随之变化，因为次氯酸钠储罐须保持2小时满负荷加药的储液位，在流道发生切换时，流道加药水量瞬时变化，但浓度变化相对滞后，导致短暂加药量偏少或过多。如：由1个流道使用改为3个流道使用时，此时次氯酸钠储罐浓度仍为1000A/B，3个流道加药水量0.33B，是设计值的1/3；反之，3个流道使用改为1个流道使用时，此时次氯酸钠储罐浓度3000A/B，流道加药水量B，是设计值的3倍。此情形
3.4 回流工艺方案具体实施
装置在正常运行状态下工作时，海水经海水升压泵升压，
进入自动清洗过滤器除去海水中大颗粒物质进入电解槽组件。制氯单元由两组电解槽组成，每组电解槽在水路上通过管道串联连接，在电路上通过导电母排串联连接，整流装置将交流电转化为直流电供给电解槽组。流经电解槽组的海水被电解产生次氯酸钠溶液及氢气进入次氯酸钠储罐。氢气在次氯酸钠储罐顶部通过风机强制排风稀释至1%以下，安全地排到大气中。电解过程产生的钙、镁沉淀物在次氯酸钠储罐底部，经排污阀定期排出。次氯酸钠储罐的液位通过液位控制系统维持在一定的高度，次氯酸钠溶液通过加药泵送至加药点。电解槽将定期进行酸洗。
次氯酸钠溶液通过加药泵实现加药。根据不同的运行工况选择不同的加药方式。具体流量控制见表2。
图1 传统电解制氯工艺流程图(Figure 1 Conventional electrolyzed chlorination process fl ow chart)
图2 回流电解制氯工艺流程图(Figure 2 Refl ux electrolyzed chlorination process fl ow chart)表1 传统工艺各工况流量统整表(Table 1 Conventional process fl ow data under each operating condition)
表2 回流工艺各工况流量统整表(Table 2 Refl ux process fl ow data under each operating condition)
4 结语
电解海水制次氯酸钠溶液回流工艺，在原传统工艺基础上，增加回流管线，更改较少，能确保次氯酸钠储罐溶液浓度不变，可平衡进出电解海水制次氯酸钠系统的水量，同时也确保了电解槽单体设备所必须的海水量。海水流道加药浓度控制技术无缺陷，实现了LNG接收站项目单泵单流道的自动连续加药。目前，国内南方某LNG接收站已经成功应用该
方案，并已经成功实现远程自动控制，操作简易，值得推广和
应用。
参考文献：
[1]王勇，穆小瑞，王延增.电解海水制次氯酸钠对海水污染的控制[J].应用科学,2010,13:144-145.
[2]何文斌.海水电解制氯设备的优化运行[J].东北电机技术，2008,4:8-10.
电解海水制氯回流工艺在LNG 接收站中的应用
张双泉 周萌 史明亘(中海石油海南天然气有限公司， 海南 海口 570105)
摘要：LNG 接收站中，LNG 的气化、消防需要用到海水，必须投加药物以抑制海生物的生长，利用天然海水电解制得次氯酸钠溶液投加至流道中，效果明显，是目前广泛应用的方法。本文描述了传统电解海水制次氯酸钠工艺现状，及改进后的回流工艺对比，结果表明回流工艺较简易的实现了流道的稳定加药以及电解海水制次氯酸钠溶液系统的平稳运行，目前，国内南方某LNG接收站已经成功应用该方案，并已经成功实现远程自动控制，值得推广和应用。关键词：LNG 接收站；电解制氯；回流工艺；浓度控制
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)
Abstract: 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.Key words: LNG receiving terminal; electrolyzed chlorination; reflux process; concentration control
0 引言
LNG 接收站中海水的利用，主要作为LNG气化热源，通
过海水管线输送，分配到气化器(ORV、IFV 等)，以及为消防系统提供消防用水。由于海水中存在着海生物，如鱼类、贝类、藻类、菌类等，这些海生物的附着性较强，它们的孢子或卵进入系统管道后，附着在管壁上，从而使得管道阻力增加，引起设备、阀门等的故障，降低换热装置的传热效率，最终影响系统的安全运行。
为了避免上述后果的发生，必须抑制海水中海生物的生长。利用天然海水作为电解质，通过电解海水中的盐产生次氯酸HClO 分子或HClO-的杀伤作用有两个：一是氧化，二是氯原子取代蛋白质分子中的氮原子，从而导致有机物死亡，因而次氯酸钠可作为海水的有效杀生药剂。目前，电解海水制氯已经在我国大部分沿海LNG接收站、电厂、化工企业等广泛应用，效果明显[1-2]。国内LNG接收站取水口形式主要分为两类：(1)大前池，即海水先进入一个大池，然后进入各泵流道；(2)单泵单流道，及一台工艺海水泵单独使用一个流道。本文主要对南方某LNG 接收站单泵单流道电解海水制次氯酸钠工艺流程进行探讨分析。
阴极反应：极间化学反应：
总反应：
极间化学反应的运行方向主要取决于pH值和环境温度。除上述反应外，由于海水中存在钙、镁离子，电解时这些离子会在阴极上形成钙和镁的沉淀物，增加电能的消耗。因此，必须通过酸洗的方法定期消除这些沉淀物。
2 传统工艺流程描述
电解海水制次氯酸钠系统由海水净化和电解海水制次氯酸钠单元、次氯酸钠贮存单元、加药泵、酸洗单元、整流变压器、整流柜、系统控制柜等组成。(1)海水净化和电解海水制次氯酸钠单元：包括预过滤器、海水升压泵、自动反冲洗过滤器、次氯酸钠发生装置及测量仪表；
(2)次氯酸钠贮存单元：包括次氯酸钠贮存罐、氢气扩散装置及测量仪表；
(3)酸洗单元：包括酸洗罐、酸洗泵以测量仪表；(4)控制单元：包括整个电解海水制次氯酸钠系统控制设备及管道、仪表、附件、阀门等。
1 电解槽工作原理
含有氯离子的海水流经电解槽时，给电解槽通直流电，在
电解槽内产生如下反应：
阳极反应：
系统流程简图：海水→Y型过滤器→海水增压泵→自动反冲洗过滤器→次氯酸钠发生器→次氯酸钠储罐→加药泵→加药点加药。
目前国内LNG项目电解氯装置多采用以下传统工艺，见图1。
如果正在冲击加药时，偏差将会更大。
次氯酸钠浓度偏低，将达不到抑制或杀死海生物的作用；浓度偏大，对设备将会造成腐蚀，返回大海的次氯酸钠浓度也将偏大，对海域环境造成了影响。另外，每8小时冲击加药20分钟，在此短时间内，因为次氯酸钠储罐储存溶液较多，实际的加药量也根本不能得到实现，失去冲击加药的效果。由上可以看出，传统工艺有一定缺陷。经过研究，如果采用回流工艺能确保解决以上问题。
3 回流工艺分析
3.1 加药工况要求
(1)连续加药浓度2ppm，8小时以内冲击加药20分钟，冲击加药浓度3ppm；
(2)次氯酸钠储罐能在电解槽故障时能保持满负荷2小时加药储存要求；
(3) 根据LNG项目下游用户的需要，LNG 接收站工艺海水泵可能每天随时启停，电解海水制次氯酸钠系统应根据上述变化随时调整，确保每个在用流道连续和冲击加药。
3.3 回流工艺描述
固定次氯酸钠储罐溶液的浓度不变。在加药泵出口至电解
槽进口之间增加一根回流管线，海水进水流量与流道加药水流量保持一致，系统进出水量将达到平衡；电解槽缺少的海水通过回流管线补充，可保持进入电解槽的海水水量一定；回流量根据流道用水情况补充，电解槽电流亦随之变化，确保进入次氯酸钠储罐的溶液浓度不变。
回流管线工艺流程见图2。
3.2 传统工艺
按电解槽设备本体要求，进入电解槽的海水流量需达到一定值，为达到系统平衡，流道加药海水量也必须与电解槽进水流量一致；产氯量的多少由电解槽电流大小确定，电解槽电流需随流道增加或减少进行相应调整。以3个流道交替使用为例，传统工艺情况下，下表显示3个流道分别连续和冲击加药6个工况流量统整表,见表1。
LNG 项目的特殊性，海水泵每天将频繁启停，导致产氯量及次氯酸钠储罐浓度随之变化，因为次氯酸钠储罐须保持2小时满负荷加药的储液位，在流道发生切换时，流道加药水量瞬时变化，但浓度变化相对滞后，导致短暂加药量偏少或过多。如：由1个流道使用改为3个流道使用时，此时次氯酸钠储罐浓度仍为1000A/B，3个流道加药水量0.33B，是设计值的1/3；反之，3个流道使用改为1个流道使用时，此时次氯酸钠储罐浓度3000A/B，流道加药水量B，是设计值的3倍。此情形
3.4 回流工艺方案具体实施
装置在正常运行状态下工作时，海水经海水升压泵升压，
进入自动清洗过滤器除去海水中大颗粒物质进入电解槽组件。制氯单元由两组电解槽组成，每组电解槽在水路上通过管道串联连接，在电路上通过导电母排串联连接，整流装置将交流电转化为直流电供给电解槽组。流经电解槽组的海水被电解产生次氯酸钠溶液及氢气进入次氯酸钠储罐。氢气在次氯酸钠储罐顶部通过风机强制排风稀释至1%以下，安全地排到大气中。电解过程产生的钙、镁沉淀物在次氯酸钠储罐底部，经排污阀定期排出。次氯酸钠储罐的液位通过液位控制系统维持在一定的高度，次氯酸钠溶液通过加药泵送至加药点。电解槽将定期进行酸洗。
次氯酸钠溶液通过加药泵实现加药。根据不同的运行工况选择不同的加药方式。具体流量控制见表2。
图1 传统电解制氯工艺流程图(Figure 1 Conventional electrolyzed chlorination process fl ow chart)
图2 回流电解制氯工艺流程图(Figure 2 Refl ux electrolyzed chlorination process fl ow chart)表1 传统工艺各工况流量统整表(Table 1 Conventional process fl ow data under each operating condition)
表2 回流工艺各工况流量统整表(Table 2 Refl ux process fl ow data under each operating condition)
4 结语
电解海水制次氯酸钠溶液回流工艺，在原传统工艺基础上，增加回流管线，更改较少，能确保次氯酸钠储罐溶液浓度不变，可平衡进出电解海水制次氯酸钠系统的水量，同时也确保了电解槽单体设备所必须的海水量。海水流道加药浓度控制技术无缺陷，实现了LNG接收站项目单泵单流道的自动连续加药。目前，国内南方某LNG接收站已经成功应用该
方案，并已经成功实现远程自动控制，操作简易，值得推广和
应用。
参考文献：
[1]王勇，穆小瑞，王延增.电解海水制次氯酸钠对海水污染的控制[J].应用科学,2010,13:144-145.
[2]何文斌.海水电解制氯设备的优化运行[J].东北电机技术，2008,4:8-10.