6_制氢站系统

Q/SDFD—10405—2005-81-6制氢站系统6.1制氢站系统概述：当一对电极浸没在电解液中，中间隔以防止气体渗透的隔膜而构成的水电解池，当通以一定的直流电时，在阴极和阳极分别发生如下化学反应，将水电解为氢气和氧气。阴极：2H2O+2e→H2↑+2OH-阳极：2OH--2e→H2O+1/2O2↑总反应：2H2O→2H2↑+O2↑我厂制氢设备选用中国船舶工业总公司第七研究院第七一八研究所生产的CNDQ-10/3.2型一体化中压水电解制氢设备。设备选用两套制氢装置公用一套循环冷却水系统的制氢形式。由包括主体电解槽在内的三个框架、整流柜、控制柜、自动仪表、补水箱、补水泵、碱液箱及闭式循环冷却水装置等组成。电解槽的电源经过硅整流装置，以KOH做电解质，五氧化二钒做添加剂，电解除盐水来制得高纯度的氢气。整个制氢系统采用微机监控，全自动操作，以保证发电机氢冷却系统的安全稳定运行。6.2制氢站的工艺流程：6.2.1氢气系统流程：电解槽→氢分离器→气体洗涤器→气水分离器→冷却器→干燥器→└→排空└→排空框架二→储氢罐6.2.2氧气系统流程：电解槽→氧分离器→排空6.2.3循环冷却水系统流程：工业水来水↓机房来除盐水→循环水箱→循环水泵→换热器→氢、氧分离器内部蛇管→循环水箱└→气体冷却器内部蛇管6.2.4补充水流程：机房来除盐水→蒸馏水箱→补水泵→氢洗涤器→氢气分离器→电解槽6.2.5碱液循环系统流程：碱循环泵→电解槽→氢分离器与氧分离器→直角过滤器→碱循环泵6.2.6排污系统流程：汽水分离器→氢气水封→排污、放空框架三排污口→排水槽6.3制氢站的主要设备规范：6.3.1框架一：序号名称型号规格单位数量技术数据备注1框架一套2氢气处理量：10Nm3/h露点-50℃2电解槽CNDQ-10/3.2台2产氢量:10Nm3/h工作压力：3.2MPa3氢分离器台2Ø219×2000mm1Cr18Ni9Ti4氢洗涤器台2Ø219×480mm1Cr18Ni9Ti5氧分离器台2Ø219×2000mm1Cr18Ni9Ti6碱液循环泵F84-216台2Q=0～3m3/h；P=4.0MPa7汽水分离器台2Ø100×150mm1Cr18Ni9Ti8冷却器台2工作压力:0.5～3.2MPa1Cr18Ni9TiQ/SDFD—10405—2005-82-9干燥器台4工作压力:0.5～3.2MPa12Cr1MoV6.3.2框架二：2套，减压后压力：0.8-1.0MPa6.3.3框架三：2套1蒸馏水箱台2容积:219L2碱液箱台2容积:219L3补水泵1DB-0.06台2Q=60L/h4氢气排水水封台2Ø300×500mm5闭式除盐冷却水装置套1V=1.4m3循环水泵流量:12.5t/h6氢气储罐台4V=14m3工作压力:2.94MPa材质16MnDR7压缩空气储罐台1V=10m3设计压力:0.88MPa8砾石阻火器台2DN809阻火器台4DN2010可控硅整流柜台2718所11动力控制柜台2埃尔凯公司12配电柜台2埃尔凯公司13工艺控制柜台2718所14辅助控制柜台2718所15氢分析仪542型套2718所16氧分析仪EC-91套2718所6.4制氢站的主要技术参数：氢气产量（Nm3／h）10自控气源压力0.5～0.7（MPa）氧气产量（Nm3／h）5气源耗量3.5（m3／h）氢气纯度（V／V）≥99.8%主电源动力电源容量75（KVA）氧气纯度（V／V）≥99.2%主电源动力电源电压380V50Hz～220V50Hz工作压力（MPa）3.2整流柜电源0.5KV380V三相四线氢气含水量（g／Nm3）露点≤－40℃控制柜电源AC220V、50Hz氢气含碱量（mg／Nm3）≤1冷却水温度≤32℃电解槽工作温度85℃～90℃冷却水压力（MPa）0.4～0.6直流额定电流（A）820冷却水水质硬度=0µmol/l直流额定电压（V）56氢气出口温度≤40℃纯水耗量（kg／h）10干燥温控温度250℃～350℃冷却水用量（m3／h）3干燥加热终止温度180℃电解槽直流电耗≤4.8kwh／m3H2干燥器切换周期24h碱液浓度30%KOH环境温度45℃6.5制氢站的控制标准与发电机的运行监督：6.5.1制氢站的控制标准：序号项目标准1新制氢气纯度≥99.5%新制氢气湿度（露点）≤－40℃Q/SDFD—10405—2005-83-2新制氧气纯度≥99.2%3设备工作压力3.2Mpa储罐最高压力≯2.8Mpa储罐最低压力≮0.9Mpa4电解液质量设备运行期间KOH浓度及配制浓度25%～30%；30%五氧化二钒0.2%5发电机氢气纯度≥98%氢气湿度（露点）-25℃～-5℃6置换用气体质量氮气纯度≥98%二氧化碳纯度≥98%7系统由空气置换为氢气氮气置换空气含O22%CO2置换空气CO2纯度85%氢气置换氮气H2纯度≥96%氢气置换CO2H2纯度≥96%8系统由氢气置换为空气氮气置换氢气H2纯度≤1.5%CO2置换氢气CO2纯度≥94%空气置换氮气含O2≥15%空气置换CO2CO2纯度≤10%9氢气系统泄漏量H22%6.5.2氢冷发电机的运行监督：6.5.2.1氢冷发电机气体标准：氢气纯度不小于98%，含氧量不大于2%，露点小于-5℃。6.5.2.2每天早班对氢冷发电机内的氢气纯度和湿度各分析一次（特殊情况增加分析次数），并记录氢气纯度分析仪、湿度检测仪指示值，发现异常情况，应及时汇报班长和值长。6.5.2.3检修工作人员在发电机周围明火作业前，先办理好动火工作票，由值长通知化学制氢人员按“发电机周围明火作业要求”进行漏氢量测定，将测定结果通知检修人员和值长，并在动火工作票上签注测定人员姓名、测定时间及结果。6.6制氢站调试的操作：6.6.1系统启动前的准备：6.6.1.1制氢系统的清洗：设备在正式投入运行前应对系统进行清洗，以去除存留在各部件内部的机械杂质。6.6.1.2电解液的配制：在准备工作完成后，整套装置首先要用稀碱(15%KOH)试车，对系统进行清洗。稀碱运行后把稀碱排空，然后充入浓碱(30%KOH，在刚完全溶解的溶液中加入千分之二的五氧化二钒)进行正式运行。配制碱液的方法如下：160升电解液需100kg氢氧化钾。碱箱中的碱液不得长期存放,一般不超过1个月。6.6.1.3检查各极框之间、正负极间有无短路或有无金属导体、发现后必须排除。6.6.2整流装置开机前的准备：6.6.2.1仔细检查整流变压器各接头及整流柜各回路，严防短路。6.6.2.2将整流柜自动/手动转换开关转到手动档，将稳压/稳流转换开关转至稳压档。Q/SDFD—10405—2005-84-6.6.3稀碱试运：6.6.3.1启动循环泵，用调节阀调整循环量，制氢装置系统碱液循环量0.45～0.65m3/h；6.6.3.2点击上位机上“开机”命令。6.6.3.3开启整流柜：6.6.3.3.1手动开启整流柜：接通主电源,按“触发启动”，按顺时针方向旋转“电压给定”,注意观察氢、氧分离器液位，防止液位上升太快和液位偏差过大。当输出电压达到额定值时,停止调节输出电压。随着槽温升高，电流随之上升，当电流达到额定值时，将“电压给定”逆时针调至零位，按“触发停止”，然后把“稳压/稳流”开关转至“稳流”档，按“触发启动”按钮，调“电流给定”至额定电流。6.6.3.3.2整流柜的自动操作：将整流柜“自动/手动”转换开关转到“自动”档,按“触发启动”。当自动运行时，整流柜输出电流可在上位机中手动调节，也可由上位机自动控制增加电流，直至额定值。6.6.3.3.3对系统控制参数根据设备运行情况进行整定。6.6.3.3.4在系统运行时，系统压力和槽温可由上位机自动给定；也可由键盘输入数值给定。6.6.3.3.5气体纯度分析，系统运行稳定后，进行气体纯度分析。6.6.3.3.6停运：在槽温达到额定工作温度，槽压达到额定工作压力两小时后开始停车。点击上位机上“停机”，先停整流柜，然后进行泄压，使系统压力降为零。冷却水调节阀开至最大，30分钟后，关闭循环泵。关闭框架一与外部连接的所有阀门。6.6.3.3.7清洗过滤器，拆下过滤器盖，取出滤芯用自来水冲洗干净，再用原料水清洗一遍。装入过滤器，装好法兰盖，确认不漏即可使用。6.6.3.3.8稀碱运行时各主要参数均受到监控，保证装置安全运行。6.6.3.3.9当装置发生故障时，可手动泄压，此过程不可过快。泄压时注意氢、氧分离器液位变化，应尽量使两分离器液位平衡。6.6.4浓碱正式运行：6.6.4.1将配制好的浓碱打入系统中。6.6.4.2进行氮气置换2～3次。6.6.4.3检查冷却水、压缩空气以及原料水是否正常，检查分离器液位是否正常。6.6.4.4接通配电装置中控制柜、整流柜电源，启动上位机。6.6.4.5检查各阀门状态。6.6.4.6控制柜上循环泵开关置于“自动”位置，加水泵开关置于“手动”位置。6.6.4.7将整流柜“自动/手动”转换开关转到“自动”档，将“稳压/稳流”转换开关置于“稳流”位置。6.6.4.8启动循环泵，调整碱液流量至规定值。6.6.4.9点击上位机上“开机”命令。6.6.4.10接通整流柜主电源，按“触发启动”。6.6.4.11系统运行平稳后，将“加水泵”转换开关和“氢贮罐/放空/自动”置于“自动”位置。6.6.4.12当气体的纯度达到要求后氢气即进入干燥器进行干燥除湿。干燥器首次使用时，必须进行预再生。再生气进口温度为250℃～350℃，再生加热终止温度为180℃，自然冷却至常温。正常情况下被再生一次的干燥器可认为再生好，能够投入干燥工作。用露点仪检验氢气湿度，是判断干燥器是否再生充分最可靠的办法。6.6.4.13氢气露点达到要求后即可充罐，充罐自动进行。6.6.4.14遇到以下紧急情况时，首先切断整流柜电源，然后泄压。6.6.4.14.1装置或管道漏气，制氢间的氢气浓度超出要求指标。6.6.4.14.2出现事故或设备大量漏碱，立即切断电源，分析原因排除故障。Q/SDFD—10405—2005-85-6.6.4.14.3制氢装置运行时，冷却泵突然跳闸，立即切断整流柜电源，然后泄压。6.7制氢设备检查：6.7.1闭式循环冷却水系统检查：6.7.1.1检查循环水泵处于备用状态，泵周围干净无影响运转的杂物。6.7.1.2检查水泵外形完整，地角螺丝牢固，靠背轮及防护罩牢固，盘车正常无卡塞及金属摩擦声。6.7.1.3观察润滑油位正常（一般在1/2到1/3之间），油质良好。6.7.1.4检查电机接线、接地良好。6.7.1.5检修后或停运30天以上，电机在启动前需测试绝缘合格，并检查其转向正确方可投运。6.7.1.6检查压力表、温度表完好，指示正常。6.7.1.7检查循环水箱水位应在1/2以上，不低于1/3。自动补水装置工作正常，水箱旁路门处于关闭状态。6.7.1.8检查循环水泵出入口门处于开启状态，设备一台备用一台投运。6.7.1.9换热器出、入口门开，工业冷却水出、入口门打开，冷却水量充足，水温正常。6.7.1.10制氢系统冷却器冷却水入口门开启。6.7.1.11检查整流柜冷却水压力正常。6.7.2电解槽的检查：6.7.2.1电解槽的组装应正确，符合设计要求。6.7.2.2电解小室间无搭接物，电解槽四脚绝缘应完好，对地绝缘电阻不小于1MΩ。6.7.2.3检查系统中仪表、阀门、电源、硅整流盘等设备齐全完好。6.7.3整体设备的检查维护：6.7.3.1在正常运行状态下，运行人员检查运行情况，正确操作，及时记录各参数及异常情况，一般每2小时记录一次，遇到异常情况应及时停机处理。6.7.3.2每1个月测一次碱液比重，如氢氧化钾浓度低于25%，则应补充氢氧化钾。6.7.3.3注意碱液循环量不能过大或过小，调节循环量，使其保持在额定范围内。6.7.3.4检查一次分析仪表的气体流量和干燥剂是否变色，及时调节流量和调换干燥剂及硼酸片。6.7.3.5检查水箱内有无原料水以及冷却水流量是否正常。定期分析原料水的电导率。6.7.3.6当氢、氧分离器温度差大于10℃，或槽温与分离器温度差