0814制氢系统调试措施.docx
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0814制氢系统调试措施
印度古德洛尔2×600MW燃煤电站项目
编号
制氢系统
调试措施
共19页
调试措施
编制王兆辉2015年8月10日
审核2015年月日
批准2015年月日
变更单名称
编号
批准时间
1
2
3
目录
一、前言2
1、调试目的2
2、调试依据及标准2
二、系统及设备的主要技术规范2
1、系统概述2
2、系统设计参数3
3、设备系统简介4
4、设备技术规范6
三、调试前应具备的条件及要求8
四、调试期间主要工作内容9
五、调试期间所需药品及质量9
六、调试方法及步骤9
1、调试前的准备：
10
2、调试顺序：
10
3、开车调试：
13
七、纯化设备调试15
八、安全注意事项17
九、危险源辨识及控制18
十、组织分工和调试进度调试验评标准19
本方案对印度古德洛尔2x600MW燃煤电站制氢系统的设备规范、设计要求、调试标准、调试应具备的条件、调试内容、调试程序及步骤进行了详细的阐述。
一、前言
1、调试目的
1）检验该系统工艺设计的合理性，检查设备、管道以及控制系统的安装质量；
2）确认输入/输出信号接线正确，软硬件逻辑组态正确，系统一次组件、执行机构
状态反馈符合运行要求，运行参数显示正确；
3）通过调试，为系统的正常、稳定运行提供必要的参考资料；
4）确认系统内各设备运行性能良好，控制系统工作正常，系统功能达到设计要求。
2、调试依据及标准
1）《火力发电厂基本建设工程启动及竣工验收规程》（1996年版）；
2）《火电工程启动调试工作规定》（1996年版）；
3）《火电工程调整试运质量检验及评定标准》（1996年版）；
4）《电力建设施工及验收技术规范》“电厂化学篇”（2004年版）；
5）《电业安全工作规程》（热力和机械部分）
6）《火电工程调试技术手册化学卷》
7）制氢设备厂家设备说明书及操作手册
8）山东省鲁能电力设计院相关系统的设计说明书和图纸
二、系统及设备的主要技术规范
1、系统概述
印度古德洛尔2x600MW燃煤电站制氢系统包括氢气制备系统、氢气储存系统、氢气分配、输送系统、压缩空气系统等系统内的所有设备、管道、阀门、附件及工艺系统所需的监测控制仪表、电气设备等。
制氢系统采用集中自动控制方式，制氢系统及各设备的启、停或事故情况下，各工艺参数及运行状态均能显示。
系统能使合格的氢气自动进入氢气贮存系统，不合格的氢气自动安全排入大气。
系统在贮氢系统压力超过设定值时能自动停运，并在低于设定值时自动启动。
系统设有必要的事故报警、自动联锁和保护功能。
控制系统并具有设备停运状态时信号报警的闭锁功能，避免误报警。
对于整个制氢系统的参数采集、过程控制、联锁保护和报警采用可编程序控制器（PLC）实现，以保证制氢系统安全可靠的运行。
制氢装置氢气出口（干燥器之后）装有在线氢气湿度仪，氢气纯度仪另外还配有便携式氢气露点仪和氢气检漏报警仪。
2、系统设计参数
型号
FDQ-10/1.6-IV
氢气产量（m3/h）
10.0
氢气压力（MPA）
1.5
氢气纯度（V/V）
≥99.8%
氧气纯度（V/V）
≥99.2%
工作压力（MPa）
3.2
氢气露点（℃）
≤-50℃
氢气含碱量（mg/Nm3）
≤1
电解槽工作温度（℃）
85～90
直流额定电流（A）
820
直流额定电压（V）
56
纯水耗量（kg/h）
10
整流变压器容量（KVA）
75
原料水水质要求
电导率≤5μs/cm，氯离子含量<2mg/l，悬浮物<1mg/l
碱液浓度
26~30%KOH
氢气出口温度
≤40℃
干燥温控温度
250℃~300℃
干燥加热终止温度
180℃
干燥器切换周期
24h
3、设备系统简介
本装置由框架Ⅰ（制氢框架）、框架Ⅱ（气体分配框架）、框架Ⅲ（水碱箱框架）、整流装置、控制柜、配电装置、计算机管理系统及除盐水冷却装置组成
1）、制氢部分
框架Ⅰ为制氢部分，由电解槽、氢、氧分离器、氢洗涤器、循环泵、碱液过滤器、干燥器、冷却器、气水分离器、氢气过滤器等组成。
电解槽为压滤式双极性结构,一端下部有进液管,另一端上部有氢、氧气液出口，中间极板为直流电的正极,两端极板为负极。
给电解槽加上一定的直流电压，电解槽内部就会发生电解反应产生氢气和氧气，氢气经分离和洗涤后送入干燥塔吸附所含的水分。
a、氢、氧气体系统
原料水在电解槽内直流电作用下分解，在电解小室的阴、阳极表面分别产生氢气、氧气。
从电解小室出来的氢气和碱液的混合物一起通过极框上阴极侧的气道流出，进入氢气分离器下部，在重力作用下进行气液分离，分离出的氢气进入洗涤器进行洗涤和冷却，然后经洗涤器顶部除雾器除去液滴后，经氢气调节阀到达气动三通球阀，由该阀选择进行放空或进入干燥部分除湿后进入储存系统备用。
由电解槽产生的氧气和碱液的混合物进入氧气分离器，分离后的氧气经氧气调节阀排空。
b、电解液循环系统
从电解槽出来夹带氢气和氧气的碱液在氢分离器和氧分离器中，靠重力作用分别与氢气、氧气分离，经分离器内的蛇管冷却后通过氢、氧分离器底部的连通管进入碱液过滤器，过滤杂质后再由循环泵送回电解槽，构成了电解液循环系统。
c、补充系统
原料水补充：
生产过程中应不断向电解槽补充电解消耗的原料水。
对原料水水质的要求：
电导率≤5μs/cm，氯离子含量<2mg/l，悬浮物<1mg/l。
原料水经电磁阀补入水箱中，该阀可根据水箱液位变送器的信号自动启闭以维持水箱的液位，当电磁阀出现故障时，可根据水箱现场液位指示通过旁通阀手动补水。
水箱中的水通过加水泵经过止回阀、球阀被注入氢洗涤器，先供氢气的冷却洗涤，多于部分通过洗涤器与氢分离器间的溢流管流入氢分离器，从而进入碱液循环系统，经循环泵被送入电解槽，不断的补充电解消耗的原料水。
也可经过止回阀、球阀补入氧分离器（止回阀的作用是保证水电解制氢设备系统中的带压气体和碱液在加水泵不工作期间不会反流至水箱）。
碱液补充：
水电解过程中，碱起到增加电导作用，理论上不消耗，正常运行中一般不需补充碱。
如确需补充碱时，可在碱箱中配置少量碱液（浓度可稍高一些），然后启动加水泵止回直接注入氧分离器中。
碱液补入完毕后，可再补入一些原料水以清洗管道，然后将阀门切至氢洗涤器侧。
d、冷却水系统
冷却水共分三个回路：
第一路：
进入整流柜以冷却可控硅整流元件，使整流柜能正常工作。
如整流柜为风机冷却，则无此路冷却水。
第二路：
经过冷却水调节阀进入氢、氧分离器内部蛇管，以冷却循环碱液，从而达到控制系统工作温度的目的。
第三路：
经过球阀进入冷却器内，以冷却干燥后的氢气。
此冷却水为常流水，由球阀调节流量大小。
e、氮气吹扫系统
用于系统做气密性试验和开车前氮气吹扫。
f、排污系统
排污管道共分三处。
第一处：
框架Ⅰ的排污口。
用于拆洗过滤器时排出过滤器内的液体。
第二处：
通过气水分离器底部的气动球阀排出气水分离器中的水，通过氢气冷却器底部的气动球阀排出氢气冷却器中的冷凝水，二者进入积液罐中。
积液罐中的水由气动球阀排出。
第三处：
框架Ⅲ的排污口供清洗水、碱箱时排污用。
g、干燥部分
干燥部分由气水分离器、干燥塔A、干燥塔B、冷却器、过滤器和积水器构成。
干燥部分的工作状态可细分为以下几种：
A再生B工作、B工作、A工作B再生、A工作，整个干燥部分的工作状态按一定周期循环往复执行，其工作周期为48h，其中：
A再生B工作及B工作的时间为24h，A工作B再生及A工作的时间为24h。
2）、框架II
框架II是一个由阀门、储罐、仪表及减压装置构成的气体分配系统，它同时具有充罐和补氢两大功能。
a、充罐部分
充罐部分由充氢母管、自动储罐选择系统、压力变送器及4台储罐构成，PLC依次检测四个储氢罐的压力，如压力低于设定下限值则自动开启相应的气动球阀向该罐充氢，当罐压达到设定上限值时自动关闭充罐球阀，压力表用以各储罐压力的现场显示。
b、补氢部分
补氢部分由4台储罐、自动储罐选择系统、补氢母管和减压装置构成。
可通过手动开启储存罐补氢球阀来选择利用哪一个储罐进行补氢，也可将上述四个气动球阀全部开启，将四个储罐合并补氢。
减压装置由球阀、旁通球阀、减压阀、气动直通球阀及压力变送器组成。
球阀用于减压装置维修时与其它部分隔离，正常使用时常开；减压阀用于将储罐来的高压气体减压为用户所需的低压气体，该阀在设备调试时整定完毕后，正常运行时无需调整；旁通球阀用于在减压装置故障时的补氢。
3）、框架III
框架III由水箱、碱箱及加水泵构成，水箱主要用于储存制氢装置所需的原料水（纯水），碱箱主要用于利用原料水（纯水）配置制氢装置所用的碱液，加水泵可将原料水补入制氢装置以补充电解所消耗的水，当系统需补碱时也可使用加水泵将碱箱内配置好的碱液补入系统。
水箱装有带远传功能的磁翻板液位计它可将水箱的液位信号送入PLC，当液位过低时自动开启电磁阀将原料水补入水箱，液位达到高限时关闭该阀停止补水。
4、设备技术规范
序号
设备名称
KKS编码
型号及规范
单位
数量
备注
1
框架一
10Nm3/h1.5MPa
套
2
1-1
电解槽
产氢气量：
10Nm3/h,氧气量：
5Nm3/h
台
2
1-2
氢分离器
台
2
1-3
氧分离器
台
2
气体冷却器
FDQ10-09
台
2*2
氢/氧气捕滴器
FDQ10-10
台
2*2
碱液冷却器
FDQ10-06
台
2*2
碱液过滤器
FDQ10-05
台
2*2
气水分离器
FDQ10-11
台
2*2
1-4
氢气冷却器
台
2
1-5
脱氧塔
台
2
1-6
冷凝器
台
2
1-7
干燥器A
Q=10Nm3/hGZ10-02
台
2
1-8
干燥器B
Q=10Nm3/hGZ10-02
台
2
1-9
干燥器C
Q=10Nm3/hGZ10-02
台
2
1-10
氢气冷却器
GZ10-05
台
3*2
1-11
汽水分离器
FDQ10-11
台
2
1-12
氢气过滤器
12F-F12L-100-B
台
2
1-13
集液器
台
4*2
1-14
碱液循环泵
F82-216H4BM-0201-S1-B
台
2*2
2
框架二
补氢
套
1
3
框架三
加水,补碱
套
1
3-1
补水箱
FDQ10-03
台
2
3-2
碱箱
FDQ10-04
台
1
3-3
加水泵
BZ210
台
2
3-4
配碱泵
25CQ-15
台
1
4
缓冲系统
套
2
4-1
缓冲罐
φ1800H=6200
V=13.9m3P=1.5MPa
主体材质：
Q345R
台
2
5
压缩及充瓶装置
5-1
氢气压缩机
G-10/14-150
10-12.5Nm³/hr
套
2
5-2
汇流排
套
2
5-3
氢气钢瓶
15MPa，40L
个
280
6
辅助系统
套
1
6-1
空气储罐
V=10m3P=1.0MPa
主体材质：
Q345R
台
1
6-2
水封
台
5
6-3
阻火器
规格:
DN20
台
1
7
除盐水冷却装置
FDQG10/1.5-04
套
1
7-1
除盐水箱
SL-10-01
台
1
SS304
7-2
换热器
台
2
316L
7-3
冷却水泵
ISG-40-160
台
2
8
仪表及控制柜
8-1
整流柜
KGHS-1010/54
台
2
8-2
动力柜
台
2
8-3
配电柜
台
2
8-4
控制柜
FDQG-ⅣC
台
1
8-5
氧中氢分析仪
KM1550
台
2
8-6
氢中氧分析仪
KM1550
台
2
8-7
氢气测报仪
MIG219N
台
2
8-8
氢气纯度仪
KM1550
台
2
8-9
露点仪
XDM319
台
2
三、调试前应具备的条件及要求
1、制氢系统土建、安装工作已完成，防腐施工完毕，排水沟道畅通，栏杆、沟盖板齐全平整，道路畅通，能满足调试的要求。
2、按照《电力建设施工及验收规范》“化学篇”的要求对土建工程及电解槽、水箱等设备验收合格。
3、系统应经水压试验合格（包括碱系统），设备和管道全部用水冲洗干净。
4、所有转动设备通过单体调试，润滑油已按规定加注，电机接线正确，绝缘合格，能正常投入使用。
5、所有气动阀门应严密不漏，并经启闭试验，开、关灵活，指示信号及反馈正确。
6、与系统有关的电气设备（配电盘、操作按钮、指示表计等）均应安装校正完毕,指示正确，操作灵敏。
电源线路接通，并已送到相应设备的接线端子排。
7、热工仪表和化学仪表已正确安装到位，所有热工仪表均已校验合格。
8、系统严密无漏点，管路经吹扫无水、无油、无杂质颗粒。
9、碱设施附近应有冲洗水水源，安全淋浴器安装完毕能使用。
10、现场照明和通讯设施应完善，场地整洁，所有施工安装期间的临时设施均应拆
除。
11、运行及化验人员应熟悉系统、设备以及电厂制订的《运行规程》，并经培训考核
合格，具备上岗资格。
12、所有阀门、设备应编号挂牌完毕。
13、调试期间应有检修人员和运行人员配合进行工作。
14、试验班的工作应与调试工作同步，并在调试前做好试样分析的准备工作,分析
用药剂、仪器应配齐待用。
调试期间，按要求做好取样分析工作。
15、控制系统供货商的软件编制已完成，并经模拟试运合格。
四、调试期间主要工作内容
1、制氢系统的冲洗和严密性试验
2、系统充氮
3、贮氢罐的气体置换
4、电解液的配制
5、制氢装置的启动调试
五、调试期间所需药品及质量
氢氧化钾KOH（分析纯或优级纯）800Kg
五氧化二钒V2O5（化学纯）3Kg
氮气钢瓶（40L15MPa）6只
六、调试方法及步骤
6.1调试前的准备
6.1.1调试前的物品准备
设备在正式调试前，用户要将开车所需的一些电源、原料水、工业冷却水等公用条件接至氢站，并经检验水质等参数均已达标。
一些调试用的消耗物品如
、
及调试用的工具如比重计、量筒、电流表等均要准备齐全。
6.1.2调试前制氢设备的检查
调试前，调试人员首先要检查制氢设备的外部缺陷，因为长途运输、安装等原因，一些设备部件可能会有些损坏或连接状态已经改变，因此要对整个制氢站内的设备、管路连接、电缆连接对照相关图纸进行检查并填写检查记录，确认制氢设备连接正确，性能良好后向主管领导汇报，以备开车。
6.2调试顺序
6.2.1压力试验（一般在安装验收阶段进行）
制氢设备为低压水电解制氢装置，为了保证设备的正常运行，设备在投入生产前均要进行水压试验。
6.2.1.1水压试验前的准备
A.一块压力表应直接与容器顶部相连接，为便于观察，则应于可见处另设一个压力表。
B.试验用表盘式压力表的量程，最好为预定试验压力的2倍左右，不小于1.5倍，不大于4倍试验压力。
C.所用压力表均应采用标准活塞式压力计或标准表检定，并在检查有效期内，压力表每隔6个月检定一次，且记录检定情况。
D.容器充水时压力表的安装孔可作为空气的出口，只有在试验容器充满试验液体后，才能安装压力表。
E.加压前检查试验设备是否密封，不受压的低压上水管及其它设施应隔离，安全阀一定要卸下并用法兰盖封死。
6.2.1.2水压试验
A.压力容器水压试验水温度至少保持在最小设计金属温度30°F（17C）以上，不能超过120°F（49C），容器必须要等到试验介质温度与金属壁温基本一致时再加压。
除另有规定外，一般水压试验压力保压时间应为10分钟。
B.试验压力的确定
水压试验压力按以下公式确定：
P=1.3×（MAWP）×（最低应力比值）
式中：
MAWP=最大许用工作压力；P=试验压力；
应力比值=
；Sa=许用应力值。
在整个试验期间，试验压力应予适当控制，使试验压力不超出其规定值的6%，在该阶段对泄漏不要求进行严格的直观检验。
C.在经受6.2.1.2A中所述的水压试验压力以后，降低压力容器的压力为试验压力的
倍，并保压进行所有焊缝和连接处的泄漏检查。
D.在整个水压试验中，操作者不准离开工作岗位。
6.2.1.3水压试验后
达到水压试验压力并满足保压无泄漏、无异常情况者，则应判为合格，应将容器内的积水放净、吹干，同时操作者应将实验结果记录在《压力试验检验报告》中。
（如干燥后的氢罐，为保证气体干燥度，可不进行水压试验，而采用气压试验。
）
6.2.2气密试验
6.2.2.1按6.2.5注碱步骤把原料水注入制氢系统，至分离器液位计中部。
6.2.2.2关闭制氢机所有外连阀门，打开机内所有阀（注：
关闭所有的放空阀门和排污阀门），通过充氮阀门向制氢机充氮，使压力缓慢升至0.5MPa，关闭充氮阀门，用肥皂水检查各气路连接部位和阀门是否漏气，并观察液路有无漏液，确认不漏后，再次通过充氮阀门向制氢机充氮，使压力缓慢升至1.0MPa，关充氮阀门，用肥皂水检查各气路连接部位和阀门是否漏气，并观察液路有无漏液，确认不漏后，再次通过充氮阀门向制氢机充氮，使压力缓慢升至1.76MPa，关充氮阀门，用肥皂水检查各气路连接部位和阀门是否漏气，并观察液路有无漏液,确认不漏后保压24小时，泄漏率以平均每小时小于0.5%为合格。
6.2.2.3启动碱液循环泵，清洗2~3小时后，停泵、泄压、排污。
6.2.3制氢机的清洗
水电解制氢机在投运前，应用原料水清洗。
清洗步骤为：
6.2.3.1置所有阀门为关闭状态。
6.2.3.2将碱液箱注满原料水。
6.2.3.3按6.2.5注碱步骤把原料水注入制氢系统，浸泡12小时后，开启碱液循环泵，使原料水在制氢机内循环，冲洗制氢机3～4小时，停泵，排污。
排污后，关严排污阀门
6.2.3.4重复上述操作2～3次，直至排液清洁为止。
6.2.4电解液的配置
6.2.4.1置所有阀门为关闭状态
6.2.4.2在碱箱中加入根据系统用量而计算的水，启动配碱泵，进行碱箱中水的循环，进行系统的动态配碱工作，若配碱泵的工作正常，水的循环正常，少量多次地加入配置30%KOH溶液所需要的KOH的量，直至配碱工作的完毕。
当碱液的比重达到为1.281时（30℃），配碱工作结束。
配碱结束时先停配碱泵，然后关闭阀门，至此配碱工作结束。
KOH的量（按82%计算）=30%×溶液的体积×溶液的比重/0.82。
注：
30℃时，15%KOH溶液比重为1.18（系统稀碱开车时碱液浓度及比重）。
30℃时，30%KOH溶液比重为1.281（系统浓碱开车时碱液浓度及比重）。
6.2.4.3按上述步骤进行配置，待完全溶解，且测得碱液比重达到理论值后，加入碱液重量的2‰V2O5添加剂（按工艺要求添加），则电解液配好。
（注明：
设备稀碱开车时，可不添加V2O5，稀碱开车48h实现设备连调,且氢气纯度达到99.5%（V/V）,氧气纯度达到99.0%（V/V），停车将系统内的稀碱排掉。
同时配置浓碱进行整体设备试车并测试制氢设备的各项运行及性能指标与用户签订验收报告。
）
6.2.5注碱
注碱前系统状态：
停车、常压、纯水清洗、氮气置换完毕。
配碱完毕后，需要用配碱泵将配好的碱液打入系统中，且注意碱液在氢氧分离器的液位。
当液位达到氢、氧分离器磁翻转液位计指定高度（液位通常控制在液位计的1/3处）时关闭配碱泵。
打开碱液循环泵的排气阀门，以排除系统管线中的气体。
6.2.6碱液从系统回收至碱箱
系统状态：
停车、常压、氮气置换。
当系统的设备需要维修或有其他要求，系统碱液需回收时，启动配碱泵将系统碱液抽回碱箱。
6.2.7氮气置换
系统状态：
停车、常压，纯水清洗（系统充水至分离器液位1/3处或更高，这样可减少氮气置换时的氮气用量，并减少相关阀门的操作数量）。
系统外连阀门全部关闭，内部阀门打开。
打开充氮阀门向系统内充氮气。
系统压力升至0.4MPa，关闭阀门，打开放空阀门释放压力，当压力到达0.1MPa时,关闭放空阀。
再次打开充氮阀门向系统内注入氮气至0.4MPa，打开放空阀门释放到0.1MPa。
此工作重复3～5次后，置换过程结束。
进入下一程序阶段。
6.2.8对氢氧分析仪、露点仪进行调校
氢氧分析仪、露点仪的调校方法参见相关仪表的说明书。
6.2.9气动部分开车前的准备
6.2.9.1接通气源后，分别检查过滤减压器的输出是否为0.14MPa，然后用肥皂水检查气动管路及仪表接头是否漏气（每三个月定期检查一次）。
6.2.9.2通过现场电磁阀的手动操作方式进行对气动球阀及气动管路的测试，按下此开关看相应的气动球阀是否作出相应的动作。
6.2.9.3分别旋松差压变送器正前方的螺钉，进行排气，气相排干净液，液相排气，然后将螺钉旋紧。
6.2.9.4在同一信号值下，分别检查气动调节阀开度，通过上位机手动方式进行变化信号值（0-100%方向变化），相应的气动调节阀开度（氢氧侧调节阀的开度从小到大增大，水阀调节阀的开度从大到小减小）。
可适当进行零点调节。
无误后切换到自动调节位置，看其调节的灵敏度，相应的动作。
6.2.10设定脱氧器上下部温度，各为300~350℃和150℃；干燥器上下部温度，各为400~350℃和~300℃，对电加热管进行试通电，验证电加热管是否完好。
6.2.11开车前的细节检查
6.2.11.1检查各极框之间，正负极输电铜排间有无短路或有无金属导体，或有无电解液泄漏现象，发现后必须排除。
6.2.11.2仔细检查整流变压器各个接点、可控硅整流柜各回路及正极输电铜排对地的绝缘性，严防短路。
6.2.11.3检查制氢装置的冷却水阀门是否处于开启状态。
6.2.12以上步骤逐项进行完毕后，可进入开车阶段。
6.3装置运行
稀碱开车
为了初步检验制氢设备的性能及对制氢机再次清洗以备将制氢机开到额定值，需要对整个制氢系统进行稀碱开车。
稀碱开车的步骤为：
6.3.1接通配电柜总电源及控制柜上各仪表电源。
6.3.2接通程控柜及框架的气源。
6.3.3按6.2.5注碱步骤将配好的
溶液打入制氢系统（具体配碱步骤见6.2.4电解液的配置。
向系统充氮至0.4MPa。
6.3.4将液位调节系统切至“手动”加水位置，此时三只调节阀均应处于自然状态。
将液位联锁开关放在
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