水电解制氢作业指导书Word格式.docx

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KOH（或NaOH）在水中的作用在于增加水的电导，本身不参加反应，理论上是不消耗的。

3.2气液处理器（1000）

气液处理器由氢气分离器1002、氧气分离器1003、氢气洗涤器1001、氧气洗涤器1005、氢侧换热器1006、氧侧换热器1007、碱液过滤器1009、碱液循环泵1M11及各类阀门、一次仪表、管路等组成，主要用来分离来自电解槽的氢气与碱液的混合物及氧气与碱液的混合物，经过冷却、分离、洗涤、除雾获取纯净的氢气和氧气。

装置除在控制室设有集中显示的仪表外，还装有压力、液位、温度等现场仪表，用来显示设备运行的各主要参数，保证设备安全运行。

3.3水碱箱系统（1300）

水碱箱系统由水箱1301、碱箱1311、加水泵1M21及阀门等组成。

水箱用来存储原料水，碱箱用来配制储存碱液。

装置运行中，通过加水泵向系统中注入原料水，有时也通过加水泵向系统中适当补充碱液。

3.4整流系统

整流系统由整流变压器1024和整流柜1022组成。

整流变压器用来将高压电转变为适合于可控硅工作的电压，初级绕组接高压电、次级绕组接整流柜。

整流柜用来将交流电转变为直流电，通过铜排为电解槽提供直流电。

3.5控制系统

控制系统包括控制柜1020和上位机。

控制柜由PLC、二次仪表、安全栅、声光报警器及操作按钮、开关等构成。

可实现对装置各种参数的自动检测、调节、故障报警与联锁、自动开机与停机等功能。

上位机可实现对装置各参数的监控和记录等功能，并可对设备进行远程操作。

4主要技术参数及运行条件

4.1主要技术参数见表1.1

4.2运行条件见表1.2

4.3调试配件条件见表1.3

表1.1主要技术参数

项目

氢气产量Nm3/h

120

氧气产量Nm3/h

60

氢气纯度%

≥99.8

氧气纯度%

≥99.2

氢气含水量g/m3

≤4

氢气含碱量mg/m3

≤1

直流电压V

122

直流电流A

4560

工作压力MPa

1.5

工作温度℃

85±

5

直流电耗kWh/m3

≤4.6

小室数个

电解液量（30%KOH）L

2890

槽体大修期年

≥5

控制方式

PLC控制

表1.2运行条件

变压器容量（KVA）

1000

整流柜电源

2.0Kw,380V,50Hz三相四线制

控制柜电源

30Kw,380V,50Hz三相四线制

原料水耗量（kg/h）

冷却水压力（MPa）

≥0.3

冷却水温度（℃）

≤32

冷却水流量（Nm3/h）

20

仪表气源压力（MPa）

0.5~0.7

仪表气源流量（Nm3/h）

环境温度（℃）

0~45

表1.3调试配备条件

电解液1）（L）

KOH用量（kg）

（试车用量+正式运行用量）

555+1110

V2O5用量2）（kg）

7.4

原料水

见表1.2（电阻>

105Ωcm）

冷却水

见表1.2（不结垢水）

仪表气源

见表1.2（无尘，无水，无油压缩空气或氮气，露点比环境温度低10℃）

防爆工具

一套

双踪示波器

一台

万用表

一只

奥氏分析仪

比重计、量筒

各一只

1）试车用电解液为15%KOH溶液，正式运行所用电解液为30%KOH溶液。

2）V2O5用量为电解液重量的2‰。

第二章工艺流程及自控系统

1工艺流程简介

制氢装置的工艺部分由氢、氧气体分离洗涤系统、电解液循环系统、原料水补充系统、补碱系统、退碱系统、冷却水系统、排污系统和氮气吹扫系统等九部分构成。

1.1氢、氧气体系统

电解槽（1001）电解电解液产生的氢气同碱液一起通过极框上的出气孔流过氢气道，从左右端极框流出，首先进入氢气冷却器1006；

冷却后的氢气、碱液混合物进入氢气分离器1002，在重力作用下进行气液分离；

气液分离后含微量碱液的氢气进入氢气洗涤器1004，通过充分的洗涤和进一步的冷却，再经其顶部捕滴器除去液滴后成为含水量小于4g/m3、含碱量小于1mg/m3的氢气；

经氢气薄膜调节阀LV1001、气动三通球阀QS1030进入氢气纯化装置（或氢缓冲罐）或防空。

氧气处理过程与上述过程基本相同。

1.2电解液循环系统

氢气分离器1002、氧气分离器1003中的电解液通过容器底部的连通管汇集，在碱液过滤器1009中过滤掉碱液中的固体杂质，由碱液循环泵1M11驱动电解液，经过流量开关（FIS1001）打回电解槽（1001），形成电解液循环系统。

1.3原料水补充系统

原料水通过加水泵1M21，经单向阀H1040、球阀Q1040注入氢气洗涤器1004，或者经单向阀H1041、球阀Q1041注入氧气洗涤器1005，以补充电解所消耗的水。

注意事项：

为防止单向阀失效而导致氢、氧串气，只能向一侧补水。

当向氢侧补水时必须关闭球阀Q1041；

向氧侧补水时，关闭球阀Q1040.

1.4补碱系统

在制氢设备运行过程中，氢、氧气会带走少量碱液，经过一段时间的运行后，系统中碱液浓度会有所降低。

所以应及时向制氢系统补充碱液。

配置好的碱液存放在碱箱1311中，通过加水泵1M21经单向阀H1042、球阀Q1042注入碱液循环系统中。

补碱前先打开球阀Q1344、Q1042,同时关闭球阀Q1040、Q1041后开启加水泵。

1.5退碱系统

设备长期停车或检修时，需要将系统内的碱液排空。

电解槽1001内的碱液可经球阀Q1074、碱液循环泵1M11、Q1072、Q1076、Q1371回到碱箱1311中；

气液处理器1000内的碱液经循环泵1M11、Q1072、Q1076、Q1371回到碱箱1311中。

1.6冷却水系统

冷却水经球阀Q1077分二路进入制氢系统：

一路通过球阀Q1050进入氢气洗涤器1004、氧气洗涤器1005中，冷却洗涤后的氢、氧气；

另一路经薄膜调节阀TV1001冷却循环碱液，使电解槽1001的工作温度保持在规定范围内，冷却水量由气动调节阀TV1001控制。

1.7排污系统

制氢设备原料水箱1301、碱箱1311、碱液过滤器1009等均设有排污阀，以备清洗、维修之用；

电解槽废水可通过球阀Q1044排出；

1.8氮气吹扫系统

在氢气分离器1002、氧气分离器1003上部设有充氮口，用于制氢装置开机前和停车后的氮气吹扫。

氮气经球阀Q1022一路经单向阀H1020、球阀Q1023,另一路经单向阀H1021、球阀H1024吹扫气液处理器，在吹扫时可通过调节球阀Q1023、Q1024的开度大小使氢侧与氧侧液位保持水平。

注意事项：

当吹扫完毕，必须将球阀Q1022、Q1023、Q1024关闭，同时打开放气阀J1012以防碱液回流造成危险。

2控制系统简介

自控系统由压力调节系统、液位调节系统、温度调节系统、水箱液位控制系统、产量调节系统、显示报警软联锁系统及硬联锁系统构成。

2.1控制柜（1020）

制氢设备控制柜由西门子PLC、触摸屏、仪表、安全珊、继电器、指示灯及操作按钮等构成。

可实现对设备参数的自动检测、调节、故障报警与联锁保护、一停机等功能

2.2压力调节系统

压力调节系统由压力变送器PT1001、安全栅、PLC、电气转换器PY1001及压力调节阀PV1001构成，其中压力变送器PT1001、压力调节阀PV1001安装于制氢设备气液处理器内，PLC、安全栅和电气转换器PY1001安装于制氢控制柜内。

压力变送器PT1001将测到的设备压力信号经安全栅送入PLC模拟量输入模块，PLC将输入值与设定压力值进行比较，经过PID运算后通过模拟量输出模块输出的4-20mA信号，输出信号经电气转换器PY1001转换为0.3-1.3bar气信号调节压力调节阀PV1001的开度，从而使系统工作压力保持稳定。

2.3液位调节系统

液位调节系统由液位变送器LT1003，氧液位变送器LT1001,安全栅，PLC,电气转换器LY1001及压力调节阀LVVV1001安装于制氢设备气液处理器内，PIC,安全栅及电气转换器LY1001安装于制氢控制柜内。

氢液位变送器LT1003和氧液位变送器LT1001测得的系统氢、氧液位信号经安全栅送入PLC的模拟量输入模块，PLC将氢液位信号作为给定，氧液位信号调节信号，两信号经PLC比较及PID运算后，通过模拟量输出模块输出4~20mA信号，输出信号经电气转换器LY1001转换为气信号调节液位调节阀LV1001的开度，从而使系统氢氧液位保持平衡。

同时PLC还根据氢液位信号控制加水泵的起停，以补充设备电解所消耗的水。

设备启动后，但压力高于0.5MPa，且氢侧液位值低于加水泵启动设定值时，PLC自动向配电柜加水泵控制回路输出闭合触点信号，启动加水泵，向设备内补水；

如果设备停车或氢侧液位值高于加水泵停止设定值时，PLC输出触点断开，自动停止加水泵运行。

2．4温度调节系统

温度调节系统由安装在氧侧电解槽出口测温元件铂电阻TE1001、温度变送器TT1001、PLC、电气转换器TY1001及冷却水调节阀TV1001构成，其中铂电阻TEl001及温度调节阀TV1001安装于制氢设备气液处理器内，PLC、温度变送器TT1001、电气转换器TY1001安装于制氢控制柜内。

电解槽碱液出口的温度铂电阻TE1001经温度变送器TT1001转换为4—20mA信号送入PLC的模拟量输入模块，PLC自动与设定温度进行比较并经过PID运算后，经模拟量输出模块输出4—20mA信号经电气转换器TY1001转换为0.2—1.2bar的气信号调节冷却水调节阀TVl00l的开度，从而使电解槽工作温度保持稳定。

2．5电流调节系统

电流调节系统由安装于制氢控制柜内的输入端电压变送器ETl501、电流ET150l、PLC、输出端电压变送器ET1502组成。

整流柜输出的直流电压和电流信号分别经过电压变送器ET1501、电流变送器IT1501送入PLC的模拟量输入模块，PLC分别将电压值和电流值与电压、电流设定值进行比较并通过模拟量输出模块输出4—20mA调节信号，该信号经电压变送器ET1502转变成0—10V的电压给定信号送给整

流柜触发板，以调节整流柜直流输出，达到电流调节目的。

2．6显示报警及软联锁系统

显示报警及软联锁系统用于备工艺参数的显示。

当相应参数超上限或下限时，发出声、光报警信号提示操作者进行处理。

一些关键性的工艺参数（如系统压力、氢氧液位、系统温度及碱液流量等）一旦未及时处理，参数超上上限或下下限时，执行软联锁停机动作。

装置的工艺参数又可分为模拟量和开关量两大类，对于模拟量参数其系统通常

由变送器、安全栅、PLC组成。

变送器安装于现场，安全栅及PLC安装于控制柜内（如

变送器安装于非防爆间内则可取消安全栅）。

对于开关量参数其系统通常由压力开

关、开关量输入安全栅、PLC组成。

压力开关安装于现场，安全栅及PLC安装于控制

柜内（如压力开关安装于非防爆间内则可取消安全栅）。

报警执行动作：

声光报警

软联锁执行动作：

1．停整流柜10222．停加水泵1M213．阀QS1030切换至氢气放空状态4．压力调节阀PV1001开启70％迅速卸压5．温度调节阀TV1001开启

100％降温6．声光报警

2．7硬联锁系统

装置设置了电接点压力表PIS1002硬联锁触点，一旦设备压力变送器信号有误软联锁失效，设备超压达到电接点压力表PS1002设定值，触点闭合并通过安全栅直接联锁整流柜1022，停止整流柜直流电流输出，同时整流柜作为整流柜综合故障报警信号送入制氢控制柜中的PLC，PLC控制设备软联锁停车卸压，从而保障装置的安全运行。

硬联锁执行动作：

1．停整流柜10222．停加水泵1M213．阀QS1030切换至氢气放空状态4．压力调节阀PVI001．开启70％迅速卸压5．温度调节阀TVI001开启100％降温6．声光报警

2．8人机界面’

控制信号采集、计算、比较、输出主要由PLC和外围控制电路来完成。

上位监控机（简称上位机），与PLC组成MPI网络。

上位机可对所有PLC进行通讯，从而实现对全套系统运行参数、工艺流程进行监控，同时操作人员可以通过上位机发布操作命令，达到人工干预的目的，更好的控制设备的运行。

第三章安装

1制氢站

1．1制氢站的要求

制氢站一般包括以下房间。

制氢工艺间：

安装电解槽、气液处理器、氢纯化装置。

水碱箱系统间：

安装水箱、碱箱、加水泵。

控制室：

安装控制柜、配电柜、计算机监控系统。

整流室：

安装整流柜。

整流变压器室：

安装整流变压器。

1．2制氢间的要求

制氢间应为单层不可燃材料建筑。

制氢间应设置必要的泄压面积，门窗及轻质墙体可作为泄压面积，泄压面积应布置合理，并应靠近爆炸部位，不应面对人员集中的地方和交通要道。

制氢间门窗向外开。

制氢间应设数个通风孔，通风孔直径不小于．200mm，外设防雨帽，下缘与顶棚平齐并设置拉线活门，以利于冬季保温。

2设备安装要求

2．1整流变压器交流供电为l0kV，所需容量见表1.2。

控制柜电源为380V，50Hz，三相四线制。

2．2设备所需仪表气为无油、无水、干净的氮气或压缩空气，其含油量小于5mg/m3，露点比环境温度低10℃，用量、压力见表1.2。

2．3冷却水水温不高于32℃，用量见表1.2，压力不低于0.3MPa。

2．4去离子水电阻率≥1×

105S．cm。

氯离子含量≤2mg／L，干残渣≤1mg／L。

2．5电解槽安装在50mm高的混凝土底座上，一端用地脚螺栓固定，另一端置于光滑的钢板上。

气液处理器安装在100mm高的混凝土底座上，四只地脚螺栓固定。

2．6气液处理器应设置独立地线，截面积不少于160mm2。

，至少有两点引出地面与气液处理器相连。

气液处理器接地电阻不大于4Ω。

2．7电解间内的氢、氧管道均应采用架空敷设，其它管道及电缆可采用地沟敷设。

氢、氧气体管道不应穿过控制室、电源室等非防爆房间。

氢气管道与其它管道共同敷设分层布置时，氢气管道应布置在最上、最外层。

2．8氢气放空管路尾端应安装阻火器，管口应高于房顶，并做防雨考虑。

2．9按流程图连接管线，弯管半径不小于管子直径的2．5倍。

2．10全套装置安装完毕后需进行1．5MPa气密性试验。

各容器、管道、阀门的连接

处无泄漏方为合格。

设备之间管道焊接连接时应采用氩弧焊，每一道焊缝的焊渣必须清

理干净，以防止有损坏泵、堵塞电解槽内部通道及内部短路、使单向阀失灵等情况

发生。

第四章装置的调试与开机

1准备工作

制氢系统首次开机或闲置很久后重新使用时，应做如下准备工作：

检查电源、气源、冷却水源是否正常。

将水、碱箱清洗干净后启动纯水装置注入去离子水。

随后进入以下操作步骤：

注：

以下每一步骤开始前，均假设所有阀门处于关闭状态。

1．1清洗容器及电解槽

将控制柜上循环泵转换按钮置于“手动”位置。

打开球阀Q1370、Q1075、Q1072、

Q1073，打开手动放空球阀Q1030、Q1033，缓慢打开截止阀J1010排气、打开循环泵1M11的排气阀排气，在配电柜上手动开启碱液循环泵将去离子水打入系统至气液分

离器中部，停碱液循环泵，关闭球阀Q1370、Q1075。

打开球阀Q1070、Q1071，缓慢打开截止阀J1O1O排气、循环泵1M11排气阀排气至流出清水没有气泡，反复操作2次，在配电柜上手动开启循环泵，使去离子水在系统内循环，清洗容器及电解槽1～2小时后停循环泵，打开碱液过滤器下部排污阀Q1051将污水排出。

电解槽内部污水由阀门Q1044排出。

将上述过程反复做2～3次后系统冲洗完毕。

关闭所有阀门。

在开启循环泵之前所有管道必须冲洗干净，管道内部不能有焊渣等固体物。

开启时先将调节流量的球阀Q1072开启7～10度，观察泵的指针是否在绿区及是否有流量，正常后方可把阀门开启到适当的角度。

1．2配制电解液

去离子水贮存于碱箱1311中，打开球阀Q1370、Q1371、Q1075、Q1076、Q1072，打开碱液循环泵1M11排气阀排气至流出清水没有气泡，反复操作2次，开唐泵，使去离子水循环起来。

将氢氧化钾（分析纯）缓慢加入碱箱1311中，待氢氧化钾全部溶解后，在溶液中加入0．2％五氧化二钒（稀碱运行时不添加五氧化二钒），继续循环，使之全部溶解，待碱液温度降至50℃，可将配制好的碱液打入制氢系统中。

在碱液配制时或配制完毕没有打入系统之前一定要装上碱箱盖以防止空气中的二氧化碳污染碱液。

K0H溶液或NaOH溶液为强腐蚀性液体，对人体具有伤害作用，操作

者应配备橡胶手套、口罩及护目镜等防护用品，如碱液溅至皮肤或其它部位应及时

清洗，清洗可采用硼酸溶液或流动的清水。

1．3充灌电解液

将装置上所有阀门置于关闭状态，将控制柜上循环泵转换按钮置于“手动”位

置。

打开球阀Q1370、Q1075、Ql072、Q1073，打开手动放空球阀Ql030、Q1033，缓慢打开截止阀J1010排气、打开循环泵1M11排气阀排气，手动开启碱液循环泵将碱液打入系统至气液分离器中部，停泵。

关闭球阀Q1370、Q1075。

打开球阀Q1070、Q107l，缓慢打开截止阀Jl0l0排气、打开循环泵1M11排气阀排气至流出碱液没有气泡，反复操作2次，再次开启循环泵使碱液充分混合。

将气液处理器上的去离子水进口法兰拆开，开启加水泵对管道进行反复冲洗，然后停泵，重新上紧法兰，开启加水泵将氢、氧气洗涤器充满并观测溢流管是否正常，最后停泵。

1．4电解液的取样和测量

缓慢开启截止阀J1010，取约450ml碱液至量筒中，关闭截止阀J1010。

将测量范围为1～1．5的比重计插入量筒，使其自然悬浮（不得贴靠筒壁），待其稳定后读出比重数值，依照附表将其转换成浓度。

如配置浓度过低，则可通过计算得出所差的碱液，依据前述方法配置相应的碱液打入系统；

如配置浓度过高，则可将系统内的碱液部分放回碱箱，然后向系统内补充相应数量的去离子水以稀释碱液。

观测比重计读数时须使眼睛与液面位于同一水平面上，同时记录碱液温度，正确换算出碱液浓度；

为防止碱液飞溅，开启截止阀J1010时应缓慢，同时取样者应佩戴胶皮手套等防护用品，如碱液溅至皮肤或其它部位，应及时清洗，清洗可采用硼酸溶液或流动的清水。

1．5整流装置的检查

1．6控制系统查线和仪表检查

因为设备经过长途运输，应在安装完毕后检查设备内部接线是否牢固可靠。

首先依照设备外接线图检查电源及与现场各仪表间的联线是否正确；

然后接通电源，检查各显示仪表和显示值是否正常，在监控界面中检查给定值设置各仪表、控制参数。

1．7检查控制柜仪表气源。

调整制氢控制柜内空气过滤减压阀压力顶部的设定旋钮，使向柜内电磁阀供气的过滤减压阀PN1输出压力为0．4MPa，向柜内电气转换器供气的过滤减压阀PN2输出压力为O．14MPa。

检查气动管路．是否有泄漏现象。

2调试

1检查全套装置的供电、供水、供气是否正常。

2检查气液处理器的接地电阻应符合第三章第2．6项要求

3接通控制柜电源

4接通计算机（上位机）电源

依次接通显示器电源、计算机（上位机）电源和打印机电源。

5调整参数设定值。

6安装于现场的一次仪表（各种变送器、压力开关等）在装置出厂前已经调校完毕，并出具仪表校验单，调试时可直接，使用。

对于有相应校验设备和能力的用户，也可在调试前对上述一次仪表进行再一次校验。

7对于二次部分的模拟量参数，可使用电流发生器或校准仪提供4—20mA标准信号按照控制柜外接线图接入相应端子，观察该通道显示是否正常，改变输入信号使之达到报警或联锁值，试验报警及联锁动作是否正常，并进行相应的调整。

对于开关量参数则通过模拟触点的通断，观察相应的报警或联锁动作是否正常。

8检查分析仪一次表中的干燥剂,硼酸片及稳流瓶中的水是否加好，干燥剂如变成粉红色则需更新，硼酸片受潮变粘也要更换。

3装置的开机与停机

供应高低压交流电源，配电柜、控制柜、整流柜上电，供应冷却水、压缩气源，上位机通电，打开上位机监控平台，启动监控软件，进入监控画面。

3．1开机

3．1．1开机前的准备

3．1．1．1检查各阀门的状态

关闭系统所有阀门，开启压力表前截止阀J1020、J1021；

开启氢侧球阀Q1031、Q1032、氧侧球阀Q1034；

开启冷却水路球阀Q1077、Q1078．Q1050。

开启阀门Q1070、Q1071、Q1072、Q1073。

3．1．1．2充氮置换

在氢气分离器1002、氧气分离器1003上部设有充氮管口，用于制氢装置开机前和停车后的氮气吹扫。

氮气经球阀Q1022一路经单向阀H1020、球阀Q1023，另一路经单向阀H1021、球阀Q1024进入气液处理器，在吹扫时可通过调节球阀Q1023、Ql024的开度大小使氢侧与氧侧液位保持水平。

利用上位监控平台将系统压力设定为0．2～0．3MPa，待压力升至设定值后，将