电解制氢工序开车方案设计1Word文档下载推荐.docx

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4.电解液的配置及注入8

5稀碱试运行的具体操作步骤9

6额定状态下的浓碱运行9

7正常情况下停车9

8紧急情况下停车10

五.开车的安全注意事项12

六.开车期间可能出现的问题及对策（附表）12

七.开车的工艺控制指标13

八.开车运行记录和停车记录（附表）13

九.主机设备及辅助设备一览表（附表）13

一、系统简介与开车围

1概述

制氢装置采用DQ250/1.6型水电解制氢装置及QCZ-1000/1.6型氢气干燥装置，电解生成合格的氢气供给氯化氢合成单元及还原、氢化车间使用。

装置采用4台DQ250/1.6型水电解制氢装置并配套QCZ-1000/1.6型氢气干燥装置，单台电解制氢装置制氢能力为250Nm3/h（20℃，1标准大气压），QCZ-1000/1.6型氢气干燥装置干燥能力为1000Nm3/h。

1.1制氢装置工作原理

水电解制氢（氧）是用KOH水溶液作为电解液，将水电解为氢气和氧气的过程，其电极反应为:

阴极:

2H2O+2e→H2↑+2OH-

阳极:

2OH--2e→H2O+1/2O2↑

总反应:

2H2O→2H2↑+O2↑

DQ-250/1.6型制氢装置电解槽为两个双极板型的电解小室组并联而成，两小室组的小室数相等，具有共用的正极输电板。

其结构紧凑，运行安全。

工艺性能可靠。

氢、氧分离器为卧式，分离性能好，氢氧两侧液位平衡稳定，装置高度大大降低。

电解液强制循环，电解消耗的原料水由柱塞泵自动补充，各项运行参数实现自动监测和控制。

1.2制氢装置工艺流程简介

1.2.1碱液循环系统

电解液循环系统的作用是：

1）从电解槽带走电解过程中产生的氢气、氧气和热量；

2）将补充的原料水送给电解槽；

3）对电解槽电解反应区域进行“搅拌”，以减少浓差极化，降低电耗。

该系统包括如下路线：

┌氢分离器┐

碱液泵→碱液冷却器→碱液过滤器→电解槽┤├→碱液泵

└氧分离器┘

1.2.2氢气系统

氢气从电解小室的阴极侧分解出来，借助于电解液的循环和气液比重差，在氢分离器中与电解液分离形成产品气、其路线为:

┌储存（合格氢气）

电解槽→氢水分离器→氢综合塔→氢冷却器→氢汽水分离器→气动薄膜调节阀┤

└阻火器排空

氢气的排空主要用于不合格氢气、开停机期间，不正常操作或故障排空时。

1.2.3氧气系统

氧气作为水电解制氢装置的副产品具有综合利用价值、氧气系统与氢气

系统有很强的对称性、装置的工作压力和工作温度也都以氧侧为测试点。

它包括:

电解槽→氧水分离器→氧综合塔→氧冷却器→氧汽水分离器→气动薄膜调节阀→排空

氧气的排空除与氢气排空作同样考虑外，对于不利用氧气的用户，排空是常开状态。

1.2.4原料水系统

水电解制氢过程唯一的“原材料”是纯水。

此外氢气和氧气在离开系统时要带走少量的水份。

因此，必须给系统不断补充原料水。

通过补水还维持了电解液液位和浓度的稳定性。

补充水可以从氢侧补入也可同时从氢、氧两侧补入，这里按从两侧补入。

┌氢气洗涤器（综合塔）→氢水分离器┐

原料水箱→补水泵┤├→电解槽。

└氧气洗涤器（综合塔）→氧水分离器┘

1.2.5冷却水系统

水的电解过程是吸热反应，制氢过程必须供以电能，但水电解过程消耗的电能超过了水电解反应的理论电能，因此在电解过程中会放热而超出的热量主要由冷却水带走，以维持电解反应区正常的温度。

电解反应区温度高，可降低能源消耗，但温度过高，电解小室里的隔膜（石棉材质）将被破坏。

本装置要求工作温度不超过90℃。

此外，所生成的氢气、氧气也须冷却除湿。

可控硅整流装置也设有必要的冷却管路。

（整流装置的冷却管路管径较小且冷却水压力要求为0.1-0.2Mpa如循环水水质较差易造成冷却管路堵塞，给生产带来不利影响。

）

冷却水分三路流入系统：

　┌温度调节阀→碱液冷却器→出口

冷却水入口├氢气冷却器（氧气冷却器）→出口

└整流柜冷却管路→排放

1.2.6充氮和氮气吹扫系统

装置在调试运行前，要对系统充氮作气密性试验。

在正常开机前也要求对系统的气相管路和设备进行充氮和吹扫，以保证氢氧两侧气相空间的气体远离可燃可爆围。

充氮口设在氢、氧分离器连通管的中间，氮气引入后流经:

┌─氢分离器→氢综合塔→氢气冷却器→阻火器→排空

充氮口┤

└─氧分离器→氧综合塔→氧气冷却器→排空

1.2.7排污系统

排污系统是由如下排污点组成：

1）电解槽两端排污管口；

2）碱液过滤器排污管口；

3）氢气系统排水器排出口；

4）氧气系统排水器排出口；

5）原料水箱排污管口；

6）碱箱排污管口。

1.2.8整流系统

根据法拉第定律，水电解制氢装置产品气的产量与小室电解电流成正比，通入的电流越大氢气产量越大。

本装置额定电流为6600A（小室电流3300A），电解槽电压172V左右。

详见整流系统说明书（暂没资料）。

1.2.9控制系统见控制系统说明书（暂没资料）

它主要包括以下四个系统：

1.2.9.1压力控制系统。

通过安装在氧侧分离器上的压力变送器进行压力测量并将测量信号变为4~20mA的直流信号送至PLC，经过与设定值的比较，通过PID运算，输出电信号给电气转换器，转换产生0.02~0.1Mpa的气信号，以此控制氧侧气动薄膜调节阀的开度来达到控制系统压力稳定的目的。

系统的压力设定可以在人机交流界面行进行。

1.2.9.2液位控制系统。

a.氢分离器液位的控制

在电解过程中，原料水不断消耗，使氢氧分离器液位不断下降，因此需要通过补水泵补充原料水，以满足电解消耗需要。

本系统是通过安装在氢侧的差压变送器进行液位高度测量，并产生标准的4~20mA电流信号，输入PLC；

通过与设定的液位上下限报警及联锁报警。

液位上下限报警及联锁值的设定可以在人机界面上进行。

b.氢氧侧压力差的控制

本系统的任务是控制电解槽氢、氧侧的压力平衡。

由安装在氧侧分离器和氢侧分离器上的差压变器分别测量氢、氧侧的气、液相压差，两个4~20mA测量信号被送入PLC。

氢侧压力作为测量，二者进行比较个经过PID运算（P：

比例，I：

积分，D：

微分（可选项）正作用运算），运算结果输出给电气转换器，转换产生0.02~0.1Mpa的气信号，控制安装在氢气出口管道上的气动薄膜调节阀的开度，从而达到控制两侧压力平衡的目的。

控制方框流程图如下

1.2.9.3槽温控制系统。

电解槽工作温度是装置的一个重要参数，槽温的控制通过安装在氧侧分离器上温度变送器测量氧槽温，输出一个4~20mA信号送至PLC，在此输入PLC的槽温设定值进行比较，并进行反作用PID运算，再输出信号给电气转换器产生0.02~0.1Mpa的气信号，控制安装在冷却水管道上的调节阀的开度，从而达到控制氧槽温度的目的。

1.2.9.4产氢量自动调节系统。

用气负荷的变化会带来氢气储罐压力的波动，安装在储罐上的压力变送器就会输出一个4~20mA信号送至PLC与原设定值进行比较，并进行反变换及PID运算后，输出一个20~4mA信号送至整流柜来调整电解电流的大小，从而根据用氢负荷变化的变化实现氢气产量自动调节的目的。

注意※所有数据及控制功能均可在工业控制计算机上显示和进行控制。

制氢系统重要参数检测点：

A、原料纯水液位

B、原料碱液液位

C、系统压力

D、纯化氢侧压力※

E、氢、氧液位

F、碱温度

G、氢、氧压差

H、氢、氧槽温度

I、碱液循环量

J、出电解槽氧含氢量、出电解槽氢含氧量

K、整流柜输出直流电流、电压检测点

L、外送氢气含微氧量（纯化后）

M、外送氢气含微量水量露点显示（纯化后）

N、储罐压力变送器检测点

1.3纯化装置工艺流程简介

参见纯化装置工艺流程图。

下面以氢气纯化为例，说明纯化工艺流程：

由中压水电解制氢设备所制得氢气，经汽水分离器分离去除游离子水后进入脱氧器（温度控制在80-100℃）,在钯铂触媒催化剂的作用下,使原料氢中的杂质氧与氢反应生成水汽。

脱除杂质氧后，经氢气冷却冷凝器，分离去除游离态的凝水，然后经再生冷却器进入吸附干燥器去湿，再通过薄膜调节阀调定纯化系统运行压力，最后通过高效过滤器除尘，获得纯氢产品。

装置设有三台吸附干燥器，当干燥器（I）对100%氢气去湿后，从干燥器（I）获得的100%产品气中抽取20%（由再生流量计上下的截止阀V225、V226调节流量）去加热再生干燥器（Ⅱ），再生后的热湿氢气，经使用6℃冷冻水的再生冷却器冷却冷凝，再经过汽水分离器进一步使氢气中的水汽分离，并自动去除冷凝水，接着进入干燥器（Ⅲ）吸附去湿，将20%再生氢气处理成纯氢产品，合并于装置压力调节阀后汇成100%纯氢产品，共同经高效过滤器除尘后送储氢罐。

0-24小时间：

干燥器（I）处理100%氢气24小时的同时，干燥器（Ⅱ）进入20%产品氢气作为再生气被自动加热温控在250℃再生8小时，尔后自动停电加热吹冷16小时，干燥器（Ⅲ）对20%冷却冷凝后的再生气工作24小时。

24小时时：

装置自动大切换阀门。

变干燥器（Ⅲ）处理100%氢气24小时，干燥器（Ⅰ）对20%再生气自动被加热温控于250℃再生8小时，尔后自动停电加热吹冷16小时，干燥器（Ⅱ）对25%冷却冷凝后的再生气工作24小时。

48小时时：

装置又一次自动大切换阀门。

变干燥器（Ⅱ）处理100%氢气24小时，干燥器（Ⅲ）对20%再生气自动加热温控于250℃再生8小时，尔后自动停电加热吹冷16小时，干燥器（Ⅰ）对20%冷却冷凝后的再生气工作24小时。

72小时时：

装置再一次自动大切换阀门，重复回到0-24小时时干燥器（Ⅰ）工作24小时，干燥器（Ⅱ）自动加热温控于250℃，尔后自动停电加热吹冷16小时，干燥器（Ⅲ）工作24小时的状态。

这样72小时一个周期地循环往复下去，获得100%纯氢送往氢储罐，供使用户使用。

装置的工作压力1、4～1、5Mpa、再生温度250℃、再生流量20%的氢气、阀门的切换都是由PLC自动操作控制的。

冷凝水采用定时排放，排水阀打开时间不超过5s，且尽量避免同时打开两个排水阀。

因排放冷凝水过程中会带走少量氢气，因此在冷凝水出口设置一个水封罐，排放出的冷凝水直接进入水封罐，被带出的氢气则通过水封罐上端的放空口排放至室外，为保证水封罐中一直有水，设置一个加水口。

装置出口产品氢气纯度是通过在线分析仪（微水仪、微氧仪）自动检测的。

一旦氢气不合格系统将自动会报警，并由放空阀自动放空，待产品合格后又自动恢复至正常状态。

注：

根据实际操作使用情况及处理量的大小，干燥器加热温度、再生吹冷时间、阀门切换时间可作适当调整。

也可按露点值决定阀门的切换时间。

第一次投用需人为设定三塔的工作状态，吹冷分两个过程：

一是强制吹冷，指加热的干燥塔停止加热，但阀门不切换，继续用氢气吹冷，使干燥塔的温度迅速降低；

二是自动吹冷，指当被吹冷的干燥塔温度降至100℃时，自动关掉吹冷氢气，使其自动冷却。

2、开车围

制氢岗位的开车围为制氢车间包括电解制氢装置及氢气纯化装置在的所有设备、阀门、仪表及相关的分析、检测装置和控制系统等。

二、开车所需条件

1、车间级开车组织及人员：

需配备安全及行政管理人员1名，操作人员8名以上。

（现只有六名人员请公司领导尽快为我们配齐所需人员）

2.试车必备条件

1）.试车前土建施工必须全部结束，临时设施及障碍物全部拆除，周围环境清洁，道路畅通，消防设施齐备。

2）照明及通讯设施良好，电气、仪表控制经调试合格。

（由电气和仪表车间确认）

3）.泵和风机的安装技术文件齐全，数据准确可靠并经技术负责人审查，符合泵和风机安装规及安装说明书要求。

4）.试车人员应掌握制氢装置和纯化装置的工作原理、制氢站的安全注意事项，柱塞泵和屏敝泵、风机的操作说明。

5）.试车现场及氢站周围应有明显的安全防火、防爆标记，无关人员不得进入试车现场。

3所需公用工程：

1）氢氧化钾：

白色晶体，化学纯以上最好为分析纯。

用量3T/台

2）、原料水

（1）水质要求：

电阻率≧1、0×

106Ω/cm2

PH值6.95—7.32

铁离子（Fe2+）<

1mg/L

氯离子（CL-）<

2mg/L

干燥残渣含量<

（2）电解水用量1000L/h（满负荷250L/h/台）

3）、冷却水

（1）入口温度≦32℃

（2）入口压力0.3—0.5Mpa

※整流柜冷却水入口压力0.1—0.2Mpa（根据现场情况做适当调整）。

（3）水质要求工业软水为佳（硬度小于4个德国度）

（4）用量250m3/h（其中纯化装置26m3/h）

3）、电

（1）整流电源10KV，AC，50Hz，2000KVA

（2）控制电源380V，AC，50Hz，90KW（其中纯化装置48KW）

4）、仪表空气

（1）压力0.5—0.7Mpa

（2）露点低于环境温度10℃

（3）质量无尘、无水、无油

（4）用量3—4m3/h

4.对开车进度的需求：

水、电、气调试前必须具备且符合指标要求。

5.开车的临时措施

1）为避免首次循环的冲洗水进入系统和换热器，跨接部分管线完成初次冲洗和循环。

2）对装置中的各处循环水阀，除临时跨接的外，其余全部关闭，拆除阀后管道，在冲洗循环后期间断开进行冲洗。

三、开车前的检查

1、详细检查有无金属工具杂物等导体散落在电解槽上，槽体应清洁干燥，无短路和绝缘不良现象。

整流柜铜排清洁干净，无接触不良和绝缘不良现象，整个工艺系统整洁，稳固，排污沟畅通，槽体上部无漏雨和其它的滴漏。

2、按流程图检查现场连管和安装无误。

3、检查接地、防雷装置，应符合有关规。

1）接地线应为多股钢导线,其截面应符合热稳定的要求,但最小截面不应小于25mm2

2）避雷针的构造：

接闪器、引下线、接地装置。

3）接地电阻要求小于5Ω。

4、原料水管应采用无污染的材料制成，并经过除油、除污处理，通常采用不锈钢材质。

冷却水水压、水温及水量应满足工艺要求，水质指标应符合上述要求，仪表气源应符合三无要求（无水、无油、无尘），压力在设定的围。

5.联系仪表车间检查系统各仪表接点连接是否完好，确认各变送器和仪表盘连接完好，并已投入正常使用。

6.联系电气车间，检查电气各部件状态良好，指示灯应齐全，过流保护应投上，整流柜、控制柜、动力柜应具备运行条件。

四、开车的具体步骤和要求

1.联系调度要求送原料水、冷冻水、冷却水、仪表空气、氮气以及送电。

2.单机试车

1）风机的启动，点动风机然后停止，确认风机的转向是否正确。

（由电气人员配合）

2）屏敝泵的启动，确认安装无误点动泵然后停止，确认泵的转向是否正确，如不正确由电气人员调向。

3）柱塞泵的启动，同上。

3、稀碱试运行前准备

（1）、制氢装置调试运行前，须用原料水清洗系统部:

a、补水泵的起动转换开关为手动档；

b、清洗水箱，保证原料水达到要求后做以下步骤:

c、开启电磁阀，由V152阀自动将原料水箱注满原料水。

置所有阀门为关闭状态。

开V102，V103，V108，V109，V150，V161，V162开启碱液泵将原料水打入电解槽，当液位到氢氧分离器液位中部时，停泵，关V109。

d、开V101，然后启动碱液泵，调循环清洗系统3～4小时，停泵，打开V105，V111，V112，将水排净（或对系统充氮将水压出，以加快排污速度）。

e、重复上述c,d步骤2-3次，直至排出液体符合原料水纯度要求为止。

f、清洗合格后，系统注水到氢氧分离器液位35-45CM

（2）气密试验

a、关闭电解槽及附属设备框架所有外联阀门（V107、V109、V111、V112、V105、V154、V153、V135、V144、V139、V129），打开该框架所有阀门。

b、通过阀V155向系统充入高纯氮气（注意液位平衡、）压力到1.0MPa时，检查系统有无泄漏，确保无泄漏后，再升压到1.6MPa检查气密情况，检查泄漏情况并消除漏点。

系统保压12小时，泄漏量不超过每小时5‰为良好。

c、启动碱液泵，循环1～2小时，停泵。

d、打开V129，V139，缓缓卸压，或慢慢打开V105，V111，V112利用氮气压力排污，卸压，排污结束后关闭上述阀门。

（3）冷却水检漏

通过0.3—0.5Mpa循环冷却水，检漏合格。

※整流柜冷却系统通过0.1—0.2Mpa循环冷却水，检漏合格

（4）自控系统准备

由自控调试人员完成，工艺配合。

（5）整流系统准备及单机调试（含整流变压器）

由整流调试人员完成，自控、工艺调试人员配合。

，

2、电解液的配置及注入

30℃时，15%KOH水溶液比重1.180。

30℃时，30%KOH水溶液比重1.281。

（1）置碱箱所有阀门（V147、V143、V144、V145）为关闭状态。

（2）开V146，向碱液箱注原料水3000升，关V146。

（3）打开碱箱阀门（V143、V144），及制氢框架V102、V103、V107、V109、V161、V162，确保阀门开启无误时启动碱液循环泵，调节V107，至碱液流量最大，进行配碱循环。

（4）缓慢加入KOH（分析纯，配稀碱溶液时，加入800Kg，配浓碱溶液时加入1700Kg），待完全溶解后加入0.2%的V2O5。

电解液配好后，停泵，关闭V107。

（5）待配好的电解液温度降到常温后启动循环泵，缓慢开V108，将配好的电解液（<

50℃）打入电解槽，至氢氧分离器液位最低位。

关泵，关V109。

（6）开V101，启动循环泵，使碱液在制氢装置系统循环，观察流量指示是否正常，正常后小心开取样放空阀V106，取碱样（用量筒），稍静置，待温度降至30℃时，测比重在1.18左右（稀碱时），或比重为1.281（浓碱时）。

则碱浓度符合要求。

否则加水或加固体碱进行调整，直至合格为止。

3电解制氢稀碱试运行的具体操作规程

3.1接通控制柜总电源及盘上各仪表电源。

接通控制柜及框架上气源管线。

（电气、仪表人员配合）

3.2将控制系统置为准备状态将工作压力给定设在0.6MPa，补水泵启动开关在自动档，检查原料水、冷却水（包括制氢框架、整流柜）、仪表气压力以及各电气柜、变压器的供电情况。

3.3按整流系统说明书使整流装置为备用状态。

（电气人员配合）

3.4检查各报警连锁点的设置是否正确，主要有氢氧液位（上下限报警连锁）、系统压力（上限报警连锁）、气源压力（下限连锁，电接点压力表）、氢氧槽温（上限报警，氧侧连锁）、碱液温度（上限报警连锁）、碱液流量（下限报警连锁）。

3.5置所有阀门与气密性试验相同状态后，打开充氮阀门V155，向系统充氮至0.8MPa，关V155，缓缓开启氢侧V129和氧侧V138放空，放空过程中需保证氢氧分离器液位相平。

等压力降为零后关V129，V138，再通过V155向系统充氮至0.3MPa，关V155。

3.5检查确保排污阀门（V105、V135、V144、V111、V112、V153、V154）以及配碱阀门（V107、V109）为关闭，框架的外出接口阀门均为关闭。

启动碱液泵，调节V108，流量在10m3/h左右。

3.6（整流柜操作程序详见整流柜使用说明书）整流柜设在稳压档，启动整流柜，使直流总电压在172V左右，并注意控制系统是否控制良好并及时调整控制系统参数。

在槽电压不超过172V情况下随槽温上升而增大电流给定值到4600A。

随着槽温上升，将压力给定调至0.8MPa，当槽温升至50℃后，将压力给定调至1.0MPa，待槽压开到额定后，补水泵置自动加水档，并检查确保vt01（二位三通气动球阀）为打开放空状态。

将工作压力稳定在0.5MPa，温度在50℃以上时可打开氢侧V132分析氢纯度，氧侧V142分析氧气纯度，详细操作见氢中氧、氧中氢分析仪说明书。

3.7槽温上升到60℃时，开启冷却水进口阀V175并调节温度控制，使槽温缓慢上升，待槽温上升至80℃后，观察槽温的变化趋势，重新整定循环碱温的给定值，使槽温稳定在80-85℃的围。

在保持槽电压不超过172V前提下可适当提高电流，尽可能接近额定电流6600A。

注意：

一般来说由于碱液浓度不高，很达到额定电流值。

用远近代档起动，无需操作整流柜，只要把开关打在远控和稳流状态，电流直接在上位机上给定。

3.8工作温度在65℃以上运行3～4小时后，可逐步增大工作压力给定值到1.6MPa。

稀碱试运行在48小时以上。

循环流量自行下降时要考虑清洗过滤器，然后再继续运行。

3.9稀碱运行后停机（与正常停机步骤同，见后面正常停机一节）。

停机后，将碱液从过滤器排污阀V105和电解槽排污阀V111、V112排出。

置换注入原料水，循环清洗2～3遍，然后排掉。

3.10）清洗碱液过滤器，打开V105排污。

4额定状态下的浓碱运行

4.1浓碱运行步骤参照稀碱运行一节，只需注意额定状态下总电流为6600A，工作温度为85-90℃.

4.2额定状态下运行稳定，产品氢气纯度合格后，开向氢纯化装置或直接向用户供氢气。

用同样的方法向外供氧气。

4.3工作记录，值班人员要每隔1小时作工作记录和每周作电解槽小室电压测定。

5正常停车

5.1.补水泵启动开关置于停止档。

5.2.切断分析仪电源，关闭分析气样取样阀。

氢氧侧二位三通处于放空状态

5.3.将整流柜总电流给定缓缓调到0。

5.4.分步逐渐调低系统压力设定值，并注意观察氢氧侧液位，必要时借助V138，V129手动调节液位。

短时间停车等系统压力降到1.0Mpa保压，如长时间停车可在0.3Mpa保压。

5.5.设定碱液温度值为0，使碱液循环量最大，以冷却碱液，短时间停车不需降碱温设定。

5.6.碱液泵继续运行1～2小时后停泵。

5.7.切断电源、气源，冷却水之后，可关各阀，装置停车完毕。

（短时停车电源、气源、冷却水可不关）

6紧急停电情况下停机

6.1.在紧急停电但无其它故障情况下，应快速关闭氢氧两侧保压阀V140、V130，注意氢氧侧液位平衡。

关闭氢氧两侧分析仪取样阀。

如果短时间供电正常，可打开V140，V130，通过自控系统按正常开机步骤开机，如果长时间停机待电，需手动开启V138，V129，在维持两侧液位基本平衡情况下卸压，其它操作同上。

6.2.设备故障紧急停车时，立即停止整流柜，迅速关闭氢氧两侧保压阀V140，V130，密切注意使液位均衡，严防氢氧混合，紧急停机后要作好停机记录供事后分析和处理。

属设备故障，则须对故障进行认真分析和排除，正常后方可投入运行。

五、开车的安全注意事项

1、氢气纯化装置安全操作注意事项

a、平时使用中要经常注意、观察设备运行是否正常。

如装置入口氢工作压力，系统调节的压力，脱氧器和干燥器及H2冷却冷凝器温度，再生气量等是否在规定围