制氢站使用维护说明书天津大陆.docx

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制氢站使用维护说明书天津大陆

制氢站

1水电解制氢装置用途

水电解制氢装置所制氢气可广泛用于电力、电子、冶金、化工、建材、宇航、原子、气象等需要氢气的行业，做为冷却气、保护气、原料气、还原气和燃料气。

2水电解制氢装置工作原理

2.1水电解制氢原理

电解水是直流电通过KOH或NaOH水溶液将水分解为氢气和氧气的过程，其化学反应如下：

阴极：

2H2O+2e→H2+2OH-

阳极：

2OH--2e→H2O+1/2O2

总反应式：

H2O=H2+1/2O2

2.2氢气干燥工作原理

氢气干燥是把水电解制取的氢气，利用分子筛采用常温吸附法去除氢气中的水份。

其原理如下：

由于水分子具有很强的极性，利用分子筛对水的强亲和力的特性，当含有水份的氢气通过分子筛床时，其中所含的水份被分子筛吸附，达到氢气干燥目的。

由于当分子筛吸附水达到饱和后，需要再生才能重新使用，故本系统采用加热再生的方法，将分子筛中吸附的水份解析，从而达到干燥系统连续使用的目的。

3FDQG10/3.2-IV型水电解制氢干燥装置系统详述：

系统由氢气制备及干燥系统、除盐水冷却系统、气体分配系统、储气系统、仪表气源系统五部分组成。

3.1氢气制备及干燥系统

氢气制备及干燥系统主要由水电解制氢、干燥部分，供配电及控制部分和加水配碱部分构成。

3.1.1水电解制氢、干燥部分（制氢干燥装置框架）

该部分由电解槽（00RAA10AM001），氢、氧分离器（00RAA10AT00400RAA10AT003），碱液过滤器（00RAA10AT00100RAA10AT002），碱液冷却器（00RAA10AC00100RAA10AC002），氢、氧气体冷却器（00RAA10AC00300RAA10AC004），氢气、氧气捕滴器（00RAA10AT00500RAA10AT006），氢气、氧气汽水分离器（00RAA10AT00700RAA10AT008），氢、氧碱液循环泵（00RAA10AP00100RAA10AP002），干燥器（00RAA10AT010、00RAA10AT011），气体干燥冷却器（00RAA10AC004、00RAA10AC006），氢气过滤器（00RAA10AT009）等和相关仪表、阀门组成。

3.1.2供配电及控制部分

供配电部分由配电柜（1台），动力柜（1台），控制柜（1台）和整流柜（1台）组成。

3.1.3加水配碱部分（补水配碱系统框架）

加水配碱部分由原料水箱（00RAF10BB001），碱液箱（00RAF10BB002），配碱泵（00RAF10AP002），补水泵（00RAF10AP001）组成。

3.2除盐水冷却系统

除盐水冷却系统主要是由除盐冷却水箱（00RAE10BB001）、板式换热器（00RAE10AC001、00RAE10AC002）、循环泵（00RAE10AP001、00RAE10AP002）、阀及相关仪表组成。

它是保证制氢干燥系统中碱液冷却器（00RAA10AC001、00RAA10AC002）气体冷却器（00RAA10AC003、00RAA10AC004）和气体干燥冷却器（00RAA10AC004、00RAA10AC006）冷却水的用水。

3.3气体分配系统

气体分配系统主要由压力调整器、压力变送器、自动球阀及相关仪表组成，为保证用户的正常供气该系统设置了两个接口分别供给汽轮机。

经干燥系统处理后的氢气通过气体分配系统进入储气系统，并通过相关仪表检测实现储气系统工作压力均衡。

当用户需要用气时，通过相关仪表检测控制，从储气系统供给用氢单元。

该部分采用相关仪表检测用户供氢母管压力，实现供气母管的压力均衡及稳定，供气压力：

0.8～1.0MPa。

3.4储气系统

储气系统主要由氢气储罐及相关的仪表阀门组成，该系统由4台容积为13.9m3氢气储罐组成，氢气储罐保证了用户不连续用氢的要求。

3.5仪表气系统

本系统主要由空气罐（00RHM11BB001）及相关仪表阀门等组成。

为整个系统提供仪用压缩气源和正压保护气。

3.6制氢干燥部分主要设备的功能简述

3.6.1电解槽（00RAA10AM001）

电解槽是水电解制氢主体设备,在槽体充入30%KOH电解质水溶液，在直流电解作用下水被分解,阴极表面产生氢气,阳极表面产生氧气。

此设备为电解系统的核心部件。

3.6.2氢/氧分离器（00RAA10AT003、00RAA10AT004）

分离原理：

氢气、氧气均为难溶于水的气体，碱液和气体凭借各自的重力和浮力进行有效的分离。

3.6.3氢、氧气体冷却器（00RAA10AC003、00RAA10AC004）

作用：

通过热交换过程，把氢，氧气体的温度降下来，有利于下一工序的进行，并满足用户用气安全温度的要求。

温度由90℃左右降至35℃左右。

3.6.4氢气、氧气捕滴器（00RAA10AT005、00RAA10AT006）

作用：

氢、氧气体经过冷却后，温度降低，使气体中的水蒸汽形成液滴，通过捕滴器除去液滴，降低气体的含湿量。

3.6.5碱液过滤器（00RAA10AT001、00RAA10AT002）

作用：

过滤器主要是通过滤芯过滤掉碱液中的机械杂质，保护电解槽通道的畅通。

过滤器的过滤精度：

100目滤网。

3.6.6碱液冷却器（00RAA10AC001、00RAA10AC002）

作用：

电解液经过碱液冷却器，冷却到70℃左右，使电解槽在额定温度下正常工作。

3.6.7干燥器（00RAA10AT010、00RAA10AT011）

作用：

分子筛（吸附剂）在常温下吸附氢气中的水份，使氢气露点达到-50℃的要求。

再生采用电加热再生。

再生温度控制在250~300度左右。

3.6.8氢气冷却器（00RAA10AC004、00RAA10AC006）

作用：

干燥器再生时，由于温度较高，为保护阀密封件和分子筛的吸附工艺要求，需要将气体的温度降下来。

经冷却后的气体温度约为35℃。

3.6.9碱液循环泵（00RAA10AP001、00RAA10AP002）。

作用：

碱液循环泵是为水电解制氢系统中碱液循环提供动力的专用设备。

该泵的额定流量：

，扬程：

。

3.6.10补水泵（00RAF10AP001）

作用：

补水泵用于在水电解制氢过程中补充消耗的水和补充必需的碱，该泵为柱塞泵。

输出压力大于系统压力。

3.6.11配碱泵（00RAF10AP002）

作用：

与碱液箱实现配碱功能，并有系统开车注碱、停车抽碱的作用。

该泵为磁力泵。

额定流量：

；扬程:

15m。

3.6.12原料水箱（00RAF10BB001）

作用：

用于水电解制氢装置盛装原料水,以便及时的补水，配碱工作。

3.6.13碱液箱（00RAF10BB002）

作用：

用于水电解制氢装置盛装碱液或配置碱液。

3.6.14阻火器（00RAA10AZ001）

作用：

用于氢气放空时阻挡外界明火，防止火焰回烧到系统，保证设备安全运行（其余地方阻火器作用与此相同）。

3.6.15氢气排水水封（00RAE10AT001）

作用：

为湿式组火器，起切断火焰和安全排气作用，氧气排水水封作用相同。

4制氢干燥系统工作流程

4.1制氢干燥设备作业简介

制氢干燥部分的主机电解槽（00RAA10AM001）由供配电部分提供直流电源，其具体连接顺序为380V，50Hz，三相五线电源接入供配电部分抽屉式配电柜，分别供给PLC控制柜、动力柜和可控硅整流柜供电。

系统的电解电源由可控硅整流柜提供。

输出电流为920A电压为~50V的直流电，单位直流电耗约为

。

该过程完成了供配电部分给电解槽（00RAA10AM001）提供电解用直流电源的功能，并根据电解槽（00RAA10AM001）的负荷要求，通过调节可控硅整流柜的输出值，即可实现产氢量的调节。

4.2制氢干燥设备加水、补碱简介

制氢干燥部分的主机电解槽（00RAA10AM001）由配碱泵（00RAF10AP002）提供30%浓度KOH溶液，系统停车时由配碱泵（00RAF10AP002）完成碱液回收的工作。

由补水泵（00RAF10AP001）提供在电解过程中消耗的水及系统损失的碱。

4.3配碱：

在碱箱（00RAF10BB002）中加入根据系统用量而计算的水，启动配碱泵（00RAF10AP002），进行碱箱中水的循环，进行系统的动态配碱工作，此时阀门的状态为：

（此前系统中所有手动阀门处于关闭状态）手动球阀00RAF10AA002、00RAF10AA004开启，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，配碱工作结束。

配碱结束时先停配碱泵（00RAF10AP002），然后关闭00RAF10AA002、00RAF10AA004手动阀门至此配碱工作结束。

KOH的量（按100%计算）=30%×溶液的体积×溶液的比重。

所需要KOH约52Kg;

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%NaOH溶液比重为1.281（系统浓碱开车时碱液浓度及比重）。

4.4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，根据需要，配碱泵（00RAF10AP002）将配好的碱液打入系统中，且注意碱液在氢氧分离器（00RAA10AT003、00RAA10AT004）的液位。

（液位通常控制在液位计的1/2处）此时阀门状态为：

开启手动阀门00RAF10AA002、00RAF10AA009、00RAA10AA003、00RAA10AA004、00RAA10AA005、00RAA10AA006、00RAA10AA502、00RAA10AA503（其他阀门关闭）。

当液位达到氢、氧分离器（00RAA10AT003、00RAA10AT004）磁翻转液位计指定高度（液位通常控制在液位计的1/2处）时关闭配碱泵并关闭阀门00RAF10AA009、00RAA10AA003、00RAA10AA006。

打开阀门00RAA10AA013、00RAA10AA019。

然后适当打开阀门00RAA10AA007、00RAA10AA008，当阀门口有碱液向外溢出时关闭阀门00RAA10AA007、00RAA10AA008，再打开碱液循环泵（00RAA10AP002、00RAA10AP001）的排气阀门，以排除系统管线中的气体。

最后关闭00RAA10AA502、00RAA10AA503，系统注碱完毕。

4.5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（00RAF10AP002）将系统碱液抽回碱箱。

此时阀门的状态为：

开启阀门00RAF10AA010、00RAF10AA004、00RAF10AA006、00RAA10AA003、00RAA10AA004、00RAA10AA005、00RAA10AA006、00RAA10AA013、00RAA10AA019、00RAA10AA502、00RAA10AA503，此时补水配碱及制氢系统中其余阀门关闭。

当碱液完全回收后，停配碱泵（00RAF10AP002），关闭阀门00RAF10AA010、00RAF10AA006、00RAF10AA004结束碱液回收工作。

4.6制氢干燥过程（该过程进行前必须用氮气置换）。

4.6.1制氢过程

以下手动阀门为开启状态：

00RAA10AA004、00RAA10AA005、00RAA10AA010、00RAA10AA502、00RAA10AA503、00RAA10AA025、00RAA10AA026、00RAA10AA013、00RAA10AA019。

此时系统充氮置换完毕，气动球阀、气动薄膜调节阀由PLC控制。

上述阀门状态开启无误，闭式循环冷却水装置、仪表气系统开始工作，且工作正常，启动碱液循环泵（00RAA10AP002、00RAA10AP001），在泵的强制作用下实现制氢过程的碱液循环。

碱液循环流程如下：

碱液在碱液循环泵（00RAA10AP002、00RAA10AP001）作用下由氢、氧分离器（00RAA10AT003、00RAA10AT004）经过碱液过滤器（00RAA10AT001、00RAA10AT002）、碱液冷却器（00RAA10AC001、00RAA10AC002）打入电解槽（00RAA10AM001）电解小室，经电解后形成氢气与KOH的混合液（或氧气与KOH的混合液）流回氢、氧分离器（00RAA10AT003、00RAA10AT004），混合液在氢、氧分离器（00RAA10AT003、00RAA10AT004）经气液分离后液体经泵重新打入电解槽进行电解过程。

电解过程碱液的循环回路：

气体流程：

氧气经氧气体冷却器（00RAA10AC003），氧气捕滴器（00RAA10AT005）过氧气水分离器（00RAA10AT007）将冷凝水排放后，再经气动薄膜调节阀（00RAA10AA101）调节开度，控制系统的压力；当系统压力达到设定值时，调节阀门将氧气放入大气。

实现系统压力的自动调节。

注：

（1）其中气动球阀（00RAA10AA102、00RAA10AA103）根据程序的要求，自动启闭，实现冷凝水的排放。

（2）通过调节阀（00RAA10AA101）的开度控制系统的压力，保持系统的压力。

氢气经氢气冷却器（00RAA10AC004），氢气捕滴器（00RAA10AT006）过氢气水分离器（00RAA10AT008）将冷凝水排放后，再经气动薄膜调节阀（00RAA10AA107）调节开度放入大气，实现制氢系统液位的控制。

注：

（1）其中气动阀门（00RAA10AA105、00RAA10AA106）根据程序的要求，自动启闭，实现冷凝水的排放。

（2）通过调节阀（00RAA10AA107）的开度控制氢、氧侧液位的平衡。

4.6.2干燥过程

干燥部分按常温吸附法去除氢气中的水份，用电加热方法根据分子筛再生的原理实现系统氢气干燥的目的。

干燥系统主要由两台吸附干燥器（00RAA10AT010、00RAA10AT011）氢气冷却器（00RAA10AC004、00RAA10AC006）和气体过滤器（00RAA10AT009）及相应的阻火器、仪表、阀门组成。

干燥部分两台吸附干燥器（00RAA10AT010、00RAA10AT011）一台工作，另一台再生（原料气再生，无氢气排放），互相切换，交替工作，连续供气。

4.6.2.1干燥器（00RAA10AT010）吸附，干燥器（00RAA10AT011）加热再生过程。

电解氢气经气动阀门（00RAA10AA113）进入干燥器（00RAA10AT011）进行部分子筛的加热再生，气体经氢气气体冷却器（00RAA10AC006）通过气动阀门（00RAA10AA116、00RAA10AA117）进入氢气气体冷却器（00RAA10AC004）后再进入吸附干燥器（00RAA10AT010）进行吸附干燥，通过气动阀门（00RAA10AA112）再经气体过滤器（00RAA10AT009）过滤进入下一环节。

氢气中的水份在气体冷却器中凝结经气动球阀（00RAA10AA118、00RAA10AA119）定时排放。

通过排水水封（00RAE10AA001）排凝。

4.6.2.2干燥器（00RAA10AT010）吸附，（00RAA10AT011）吹冷过程

上一过程阀门工作状态不变，停止干燥器（00RAA10AT011）的加热，进行干燥器（00RAA10AT011）的吹冷过程。

氢气流程不变。

4.6.2.3干燥器（00RAA10AT010）吸附，干燥器（00RAA10AT011）自冷过程

在上述流程阀门状态下，关闭气动球阀（00RAA10AA117、00RAA10AA113），打开气动球阀（00RAA10AA109、00RAA10AA116），氢气经气动球阀（00RAA10AA109、00RAA10AA116）进入干燥器（00RAA10AT010）进行吸附。

干燥后的气体通过气动球阀（00RAA10AA112）、气体过滤器（00RAA10AT009）继续提供干燥的气体。

4.6.2.4以下为工作流程：

a.干燥器（00RAA10AT011）加热，加热时间8~10小时。

（00RAA10AT010）吸附过程

b.干燥器（00RAA10AT011）吹冷，吹冷时间2~4小时。

（00RAA10AT010）吸附过程

c.干燥器（00RAA10AT011）自冷，自冷时间10~14小时。

（00RAA10AT010）吸附过程

d.干燥器（00RAA10AT011）加热，加热时间8~10小时。

（00RAA10AT010）吸附过程

e.干燥器（00RAA10AT011）吹冷，吹冷时间2~4小时。

（00RAA10AT010）吸附过程

f.干燥器（00RAA10AT011）自冷，自冷时间10~14小时。

（00RAA10AT010）吸附过程

4.7N2置换流程

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，部阀门打开。

通过自动阀（00RHM12AA101）向系统充氮气。

系统压力升至0.5MPa，关闭自动阀（00RHM12AA101），打开自动放空阀门（00RAA10AA107、00RAA10AA501）释放压力，当压力到达0.1MPa时,关闭自动放空阀（00RAA10AA107、00RAA10AA501）。

再次打开气动球阀（00RAA10AA101）向系统注入氮气至0.5MPa。

释放到0.1MPa。

此工作重复3~5次，置换过程结束。

进入下一程序阶段。

5FDQG10/3.2-IV型循环水电解制氢及干燥操作规程

5.1工艺部分开车前准备

5.1.1制氢装置开车前准备

5.1.1.1制氢机的清洗：

水电解制氢机在投运前，应用原料水清洗。

a置所有阀门为关闭状态。

b开球阀（00RAF10AA001）将碱液箱（00RAF10BB002）注满原料水，关闭球阀（00RAF10AA001）。

c按4.4步骤把原料水注入制氢系统。

开启碱液循环泵（00RAA10AP002、00RAA10AP001），使原料水在制氢机循环，冲洗制氢机一小时，停泵，打开阀（00RAA10AA001、00RAA10AA002）排污。

排污后，关严阀（00RAA10AA001、00RAA10AA002）。

d重复上述操作3~4次，直至排液清洁为止。

5.1.1.2气密检验

a按4.4步骤把原料水注入制氢系统，至分离器液位计中部。

b关闭制氢机所有外连阀门，打开机所有阀（注：

关闭所有的放空阀门和排污阀门），通过（00RHM12AA101）气动阀门向制氢机充氮，使压力缓慢升至1.0MPa，关阀（00RHM12AA101），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，再次通过气动阀门（00RHM12AA101）向制氢机充氮，使压力缓慢升至2.0MPa，关阀（00RHM12AA101），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（00RHM12AA101）气动阀门向制氢机充氮，使压力缓慢升至3.2MPa，关阀（00RHM12AA101），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,确认不漏后保压十二小时，泄漏率以平均每小时小于0.5%为合格。

c启动碱液循环泵（00RAA10AP001、00RAA10AP002），清洗一小时后，停泵、泄压、排污。

5.1.1.2电解液的配制

30℃时，10%NaOH、15%KOH溶液比重分别为1.1043、1.180。

30℃时，26%NaOH、30%KOH溶液比重分别为1.28、1.281。

a置所有阀门为关闭状态

b按4.3步骤进行配碱，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。

5.1.1.3对氢氧分析仪、露点仪进行调校。

5.1.1.4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。

5.1.1.5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。

5.1.1.6检查制氢装置的冷却水阀门处于开启状态。

5.1.1.7用15%KOH溶液试车二十四小时（开停车操作同正常操作规程），然后将其排污。

5.1.2纯化装置开车前准备

5.1.2.1控制柜通电，检查装置是否处于正常状态。

5.1.2.2设定干燥器（00RAA10AT010、00RAA10AT011）上下部温度，各为450~400℃和~300℃。

5.1.2.3系统进行氮气置换。

5.2气动部分开车前的准备

5.2.1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）。

5.2.2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。

5.2.3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。

5.2.4在同一信号值下，分别检查气动调节阀开度，通过触摸屏或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。

5.2.5最后证实所有有关的设定值是否正确。

以备开车。

5.3开车顺序

5.3.1接通配电柜总电源及控制柜上各仪表电源。

53.2接通控制柜及框架的气源。

5.3.3按4.4步骤将配好的碱打入制氢系统。

通过阀（00RAA10AA101）向系统充氮至0.5MPa，关闭阀（00RAA10AA101）。

5.3.4将液位调节系统切至“手动”加水位置，开阀（00RAA10AA010）。

将液位记录调节仪、槽压记录调节仪切换开关均置于“自动”位置上，调好给定值，此时三只调节阀均应处于自然状态。

将液位联锁开关放在“消除”位置。

5.3.5启动碱液循环泵（00RAA10AP001、00RAA10AP002），调节阀门（00RAA10AA004、00RAA10AA005）的开度，使碱液循环量逐渐达到工艺要求。

5.3.6通过自动阀（00RAA10AA501、00RAA10AA107）控制气体排出，以便产出的气体排空。

5.3.7将整流柜电流调节电位器反时针方向旋到“0”位，再将选择开关放在稳压档；送上系统电源，主回路指示灯亮；合主令开关，控制电源指示灯亮；按下运行按钮，运行指示灯亮；缓慢地按顺时针方向旋转电流调节电位器，调输出总电压，保持工艺要求的总电压，此时电解开始，分离器中液位上升，槽温逐渐升高；总电