DQ10制氢装置使用说明.docx
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DQ10制氢装置使用说明
DQ-10/3.2型中压水电解制氢装置
使用说明书
1、产品概况-----------------------------------2
2、主要技术参数-------------------------------3
3、工作原理及工作流程-------------------------4
4、结构简要说明-------------------------------4
5、装置的使用条件----------------------------10
6、装置的安装与调整--------------------------11
7、装置的使用--------------------------------12
8、装置的大修及其故障排除--------------------14
附录一装置报警、联锁一览表-------------------16
附录二氢氧化钾溶液比重表---------------------17
附录三露点温度、绝对湿度对照表---------------18
1.产品概况
DQ-10电解制氢装置氢气产量4~10Nm3/h，工作压力1.0~5.0Mpa（工作压力1Mpa、1.6Mpa、3.2Mpa、5Mpa根据用户要求确定）。
适用于电力、冶金、化工、建材、电子等行业。
该产品是国内水电解制氢设备的更新换代产品，具有以下特点：
1.1氢气纯度高、单位电耗低、使用寿命长等优点。
其主要技术指标均达到JB/T53144-1999的规定。
1.2具有内气、液道及“板框合一”的先进结构，主极板不在槽体密封环节上。
确保槽体不渗漏，电解槽大修周期≥10年，使用寿命≥30年。
1.3电解液自然循环，不需昂贵的电解液屏蔽泵及计量系统，具有安全、可靠免维护等优点。
1.4主机与辅机集装于一体，在制造厂完成装配，现场只需接上管路及能源、介质即可生产。
整套装置体积小、占地少、重量轻、易维护、运行稳定、无噪音。
1.5辅机、管路、阀门均采用优质不锈钢制造。
氢气、氧气系统采用公司系列设计、定制的零泄漏专用阀门，在高温、高压及强腐蚀介质的工况条件下实现零泄漏关闭，品质卓越。
1.6控制系统采用国际先进的PC（微机）、PLC（可编程控制器）、PID（智能数字调节器）。
实现对整套装置的工作液位、压力、温度、补水、等就地或远程操作，实现无人值守。
具有液位、压力、温度等越限连锁保护功能和在线氢中微量氧分析、在线氢气露点分析及数据采集功能，具有完备的自身保护功能。
符合国家电总颁布的《防止电力生产重大事故的二十五项重点要求》。
1.7防爆等级全部达到dⅡcT4级，符合国家标准规定。
2.主要技术参数
项目
单位
指标
DQ-10/3.2
氢气产量
Nm3/h
10
氧气产量
Nm3/h
5
氢气纯度
%
≥99.8
氧气纯度
%
≥99.3
氢气露点
℃
≤-50
工作压力
Mpa
3.2
工作温度
℃
85±5
直流电流
A
530
直流电压
V
105
单位电耗
kw/h
4.7~5.0/1Nm3H2
碱液浓度
%
28~30KOH
氢气出口温度
℃
≤40
干燥器控制温度
℃
150~200
干燥器加热终止温度
℃
150
干燥器再生周期
h
12
控制方式
PLC
3.工作原理及工作流程
3.1工作原理
本装置是采用电解水的方法制取氢气和氧气，其工作原理是将充满电解液的电解槽通入直流电流，对水进行分解，在阴极上析出氢气，在阳极上析出氧气。
在碱性溶液中的电解反应是：
阴极反应2H2O+2e→H2+2OH-
阳极反应2OH-→1/2O2+H2O+2e
总反应H2O→H2+1/2O2
理论上在电解过程中只有水得到分解，电解质是不消耗的，但由于气体逸出时的携带及机械损失，实际电解质还是有一定的损失，大约每生产1Nm3H2和0.5Nm3O2要消耗0.9L水和0.1～5mg的碱。
3.2工艺流程（见工艺流程图）
电解槽在直流电流作用下在阴极析出的氢气和在阳极析出的氧气分别由极框上的支气道汇集在各自的主气道中，经各自的出气管进入氢分离器和氧分离器，在分离器中气、液进行分离，氢气进入氢洗涤器，进一步洗涤后，经氢电动调解阀输出，经过氢气干燥装置脱水后进入氢气主干道系统；氧气进入分离器后经氧电动调解阀、水封后放空。
由氢、氧气体带入分离器的碱液，在分离器内由冷却器进行冷却，再经U型管汇合，流经碱液过滤器由底部回到电解槽内。
构成电解液闭合自然循环。
4.结构简要说明
水电解制氢装置主要有水电解槽、氢、氧分离器、氢冷却器、氢洗涤器、碱液过滤器、氢气干燥装置、充氢装置、氧水封、补水配碱系统、冷却水系统、氮气吹扫系统、排污系统、电气控制系统，低压配电柜、整流柜、PLC自动控制柜和工业控制计算机系统（上位机）组成。
4.1水电解槽
水电解槽是双极性、压滤机式，整个电解槽体由极框组组成46个电解小室，每个极框组间由石棉隔膜隔开，并用聚四氟乙烯垫圈保证两极框组间密封和绝缘，极框组由板框和阴、阳副极板组成，所有的极框组用阴、阳端板夹持，由六根拉紧螺栓和弹簧盘压紧以保证各极框组间可靠密封。
4.2分离器
由于电解出来的气体携带大量的水蒸气和微滴状电解液飞沫,这需要在分离器内进行气液分离,本装置的分离器为筒形卧式,内设蛇管冷却器用以冷却电解液,冷却了的电解液通过U形管及碱液管道回到电解槽内,以维持电解槽的热平衡。
分离器采用优质不锈钢制造
两分离器上均设有吹扫口、压力表接口、进气口、出气口、回碱口、补水口及压力传感器采样口和总压力变送器接口。
4.3氢冷却器
氢气分离器上部设有氢冷却器，冷却器为一级翅式套管换热器，氢气在此进一步降温、脱水、冷凝下来的水又通过进气口回到分离器中，氢气从洗涤器进入冷却器、输气管路经电动调解阀送入氢气干燥装置。
冷却器采用优质不锈钢制造，不需维修与更换。
4.4碱液过滤器
从连接氢、氧分离器的U形管回流下来的经过冷却降温的碱液经碱液过滤器回到电解槽内，用以清除碱液中的机械杂质，保证各电解小室的碱液纯净，进出通畅。
碱液过滤器为立式筒状，杂质通过附在内滤筒上的滤网被阻止再循环，使其附在滤网上和落在滤筒内，因此碱液过滤器要定期进行水冲洗。
必要时打开上盖抽出内滤筒进行清洗。
过滤器采用优质不锈钢制造，不需更换。
4.5氢洗涤器
进一步洗涤氢气，去除氢气中的微量碱，该装置为立式安装，设有进气口、出气口、加水口、排污口。
采用优质不锈钢制造。
4.6氢气干燥装置
4.6.1工作原理
QCG-10/3.2氢气干燥装置包括一对交替使用的干燥器。
这一对干燥器作为装置的核心部件安装在系统内，在24个小时工作和再生过程中，它们自动地交替使用，即干燥塔I工作12小时后，自动切换到再生过程；与此同时，干燥塔II再生12小时后，自动切换到工作过程。
反之亦然。
其过程如下：
再生过程中，干燥器内的加热器开始通电加热，使分子筛在干燥过程中所吸附的水变成水蒸气。
此时从另一干燥器出来的少部分产品氢气由节流器进入干燥器中，对其进行吹扫，把水蒸气吹到冷凝器，水蒸气在冷凝器凝结成水后自动排出。
加热4.5小时后加热器停止加热，继续用少量的产品气进行吹冷7.5小时，则再生过程结束。
然后通过四通阀切换至工作状态，这时另一台干燥器进入再生过程，12小时后，四通阀再切换一次，则完成一次工作周期（24小时）。
4.6.2技术条件
a.原料氢气的纯度：
≥99.7%
b.原料氢气的含湿量：
≤45℃
c.电源：
220VAC1kW
4.6.3技术指标
a.最大处理量：
12Nm3
b.系统工作压力：
3.2Mpa
c.产品气纯度：
99.8%
d.产品气湿度：
＜-50℃
e.再生气体：
产品气
f.再生周期：
12小时
g.控制方式：
全自动采用制氢系统PLC控制
4.6.4设备外形尺寸、重量
设备主体：
长×宽×高1100×350×1300mm
重量200kg
4.6.5控制系统
系统采用制氢系统可编程控制器（PLC）及其它附属设备进行集中控制。
实现全自动控制。
4.6.6安装
a.设备主体采用防爆设计，可将设备放置于防爆间内运行。
b.设备有氢气进气口和氢气出气口和氢气放空口。
接口为卡套式连接，均布置在设备的后上部。
c.QCG-10/3.2氢气纯化干燥设备应放置在防爆间内，且与最近的墙壁的距离不小于1米，以方便设备的维修。
d.主体设备的外接端子排设置在设备左侧中部的防爆接线箱内。
（见附件A）
4.6.7操作
系统电源接通后当PLC指令启动干燥装置时，系统进入工作状态，系统加热的塔显示---：
a.按“电源开关”，同时系统可编程控制器上电，但是设备没有启动。
b.按“启动”系统进入工作状态，同时显示器“工作状态A（B）塔处无变化显示”，“加热状态B（A）塔处有颜色显示”；设备启动。
运行状态下，阀门开与关及四通阀切换是有颜色显示。
c.按“停止”系统进入停止状态，同时所有指示灯熄灭，设备停止。
设备的启停也可由PLC集中控制。
4.6.8气密性试验
本装置在超过6个月未运行，重新投入运行前，必须进行气密性试验，其试验过程如下：
a.接通电源并启动设备
b.将外接氮气与设备氢气进气口连接，并将氮气缓慢充入设备内，同时注意观察两只干燥器升压，并作好记录。
停止充氮气。
c.重新启动设备，并将氮气缓慢充入设备内，当设备压力升至3.2MPa（若用户所需系统操作压力为1.0Mpa，则此处为时1.0Mpa）时，切断氮气气源，保压1小时后，设备压力降小于0.5%，则设备的密封性达到要求。
d.停止设备。
4.6.9吹扫气量的设定
设备中设有节流阀（C18）是用于设定再生吹扫气量的。
设备正常运行时，应将节流阀设定在旋转0.5到1圈即可。
若在运行中发觉吹扫气量过大或过小，可将节流阀调小或调大，并同时注意氢气露点值是否达到设定值。
注意：
每调整一次节流阀后，需等到24小时后，才能记录露点值。
以上所有工作完成后，即可以正式启动使用设备。
4.6.10维护和保养
定期对设备进行维修和保养是非常必要的。
我们建议用户每年对设备进行一次全面的维修、保养，其主要工作如下：
4.6.10.1氢气干燥装置的维修、保养
在纯化干燥进行再生时，要求保证适量的吹扫气，所以要求对节流阀进行定期的拆卸清洗。
虽然对纯化干燥器内的分子筛没有要求作定期的更换，但排除了其它原因后产品氢气的指标还达不到，应该更换新的分子筛。
纯化干燥必须从系统中卸下。
在卸下之前确保系统压力为常压，纯化干燥已经冷却，加热器电线断开。
4.6.10.2分子筛的更换步骤如下：
a.把纯化干燥器从设备中拆卸下来。
b.旋下纯化干燥器顶部的丝堵，把内部原有的分子筛清理出来。
c.用水清洗纯化干燥器内部，并使其干燥。
d.用欧姆表检查加热器是否断路和加热器与筒体表面是否短路。
e.把纯化干燥器立直，用漏斗慢慢将分子筛加入加料口。
f.把缠绕了生料带的丝堵旋紧在纯化干燥器上。
g.将纯化干燥器装回设备内
注意：
在搬运纯化干燥器时始终要保持垂直。
4.6.11故障处理
在设备出现故障时，首先要判断故障发生的原因，分析具体情况，然后再进行处理。
以下是为设备的操作、维修人员在判断和处理故障时提供可能的故障原因及推荐的处理方法。
现象
可能的故障原因/处理方法
设备不能启动
无电源/检查电源
可编程控制器不在运行模式/开关切入到运行模式
产品氢气露点指标不合格
不加热/检查加热器及电气部件
冷却水是否通过冷凝器和水温过高
自动排水是否通畅
调整节流阀门开度。
4.7充氢装置
本装置的管路、阀门均采用优质不锈钢制造。
由母管、支架和充氢管级成。
向氢气储罐补充氢气，该装置在出口向机房供氢功能。
4.8水封
安全排气装置。
氧气从水封顶部进气口经侵入水中的喇叭口进入水封，由出气口排入大气。
水封设有一根补水管和一根排水管，水封的水为长流水。
水封采用优质不锈钢制造，不需维护与更换。
4.9补水配碱系统
电解槽首次开启使用前须进行配碱（电解液）：
容器中加入纯水、碱，开启泵可进行闭合循环将碱融化；用泵将碱液送入电解槽中，剩余碱液汇入一容器中以备补碱时使用。
另一容器加入纯水用泵向电解槽自动补水。
4.10冷却水系统
冷却水分二路，一路经电动调节阀进入氢、氧分离器；一路不经调节流量进入氢气冷却器、干燥器的冷却器。
4.11氮气吹扫系统
本系统主要用于制氢装置开机前的置换、停机检修也需置换，也可用于气密性试验。
C4和C10等截止阀入口处备有快速软管接头，用后要及时卸掉，不得改用硬管固定连接。
4.12过滤器的清洗
4.12.1清洗时打开D2阀，关闭D1、D3，再打开C23排气后，即可打开碱液过滤器部上法兰；将过滤器滤芯取出清洗后装回，再将D1、D3打开，D2关闭，即可恢复工作。
4.13清洗排污系统
本装置的排污通过阀门完成，排污后要将阀门关严。
4.14低压配电柜
用于对水电解制氢装置的所有动力装置供电，如：
整流柜、PLC自动控制柜、计量泵、干燥器、氢气站内照明等。
4.15整流柜（详见整流柜使用说明书）
4.16PLC自动控制柜和工业控制计算机
自动控制柜的下位机由PLC（可编程序控制器）、配电器、安全栅等组成，上位机由工业控制计算机和显示器、鼠标、键盘等组成，配有先进的软件系统，实现对水电解制氢系统的自动控制、自动调节、自动检测、自动开机与停机、数据采集、集中显示、故障报警及联锁停机等功能。
（详见自动控制系统使用说明书）。
4.17其它设备参数
4.17.1计量泵（补水泵）
型号； JYMZ-60/4.0Mpa
排出压力2.5-4.0Mpa
流量60l/h
电机型号YS8024;
电机功率0.5kw
5.装置的使用条件
5.1本装置所生产的产品是氢气和氧气，两个容积的氢和一个容积的氧的混合物，称为爆鸣气。
氢气和氧气，氢气和空气当按体积计在下例混合范围内：
H2：
4.65%～93.9％；O2：
95.35％～6.1％
H2：
4%～75％；空气：
96%～25％
在火焰、火花、高温的作用下会发生爆炸，因此装置所在生产场所必须具备可靠的防火、防爆条件，按国家有关规定、电解间、生产火灾危险性类别为“甲类”，爆炸危险环境为1区。
5.2为保障电解槽正常工作，延长使用寿命，提高气体纯度，应该对生产原料加以质量控制。
5.2.1电解质
固体KOH纯度应符合GB2306－80《氢氧化钾》标准中化学纯以上等级的要求，其主要杂质含量为：
KOH≥80%
碳酸盐（以碳酸钾计）≤3%
氯化物（Cl）≤0.025%
硫酸盐（SO4）≤0.01%
铁（Fe）≤0.02%
5.2.2电解用原料水
电解用原料水的水质应控制在
电阻率1×105（Ω.cm）
干残渣≤7mg/L
Cl-1≤2mg/L
Fe+3≤1mg/L
5.2.3电解液杂质含量应控制在
SO4-2≤100mL/L
Fe+3≤3mg/L
Cl-1≤800mg/L
碳酸盐（以碳酸钾计）≤20g/L
5.2.4主动力电源容量75KVA
5.2.5冷却水用量3～5m3/h
5.2.6冷却水温度≤32℃
5.2.7冷却水压力0.2～0.4Mpa
5.2.8直流电源及自控设施
直流电源使用环境应满足以下要求：
最高温度≤４0℃
最低温度5℃
相对温度≤85％
无腐蚀性气体，尘埃小，空气流通的室内，
自控仪表使用环境应满足：
温度0～４0℃
湿度≤85％
无腐蚀性气体，无强碱性的室内。
6.装置的安装与调整
6.1安装前的准备工作和注意事项
6.1.1首先应熟悉使用说明书。
按装箱单清点货物后，对运输中出现的松动、磕碰现象进行处理。
6.1.2装配前检查地面是否平整;辅机及管路是否通畅，如有污物用四氯化碳清洗干净，一定要对阀门及含油零件进行脱脂处理。
6.1.3电解槽在出厂前内充适量氮气防锈，在联接管路前不要过早打开盲板，以免锈蚀。
对系统管线的钢管内壁要用压缩空气吹扫。
6.2装置就位
6.2.1按平面布置图所示的位置，将框架一（电解槽、氢氧分离器、氢冷却器、氢洗涤器、碱液过滤器、电动调节阀及传感器等、氢气干燥装置、）补水配碱系统及自动充氢系统等置于制氢间内，摆正并调节使其水平。
将PLC控制柜、低压配电柜及上位机等置于电气间内，摆正并调节使其水平。
6.2.2按工艺流程图配置系统管路。
6.2.3按电气接线图敷设电缆。
6.3水压试验
安装后随即对全装置作水压试验，水压试验前检查电解槽体的夹紧弹簧有无损坏及压紧程度有无变化，夹紧程度按下图检查。
L＝188.8（弹簧自由长度）
L=167.2（夹紧后长度）
L＝188.8（弹簧自由长度）
L=167.2（夹紧后长度）
水压试验时注意水不得有腐蚀性及油污染，试验压力为3.4MPa，要逐渐升压，升至0.25MPa时停留3～5分钟，当升至3.4MPa时保持压力15分钟，然后降至3.2MPa保持30分钟同时检查不得有渗漏，水压试验后对辅机氢分离器、氢冷却器、氢洗涤器、氧分离器及主机（电解槽）用自来水进行全面清洗，至排出清洗水洁净为止，然后再用原料水冲洗一遍。
6.4气密性试验
在水压试验合格清洗后随即作全装置气密性试验，试验气体为氮气，温度不低于15℃，试验压力为3.2MPa，压力先升至0.1MPa，然后在升至0.5MPa，最后升至3.2MPa，每次升压匀需用肥皂水进行检查，以无泄漏点为合格，合格后将氮气泄压至0.02MPa,保压，等待充碱。
6.5检查各绝缘部位的绝缘程度：
用500V兆欧表测量端板对拉紧螺栓的电阻为1MΩ.（最小不低于0.25MΩ）以上，不符合要求应处理，直到满足上述要求。
6.6检查直流电源接线极性是否正确。
6.7拆除压力试验用盲板并作好记录。
6.8PLC自动监控系统空载调试（见自动控制系统说明书）。
6.9鉴于电解槽系带电操作，在槽体四周地面上应放置绝缘橡胶板。
7.装置的使用
7.1动态清洗运行，
当新装置首次投入使用时，需对其进行动态清洗，其过程为：
7.1.1充碱
把符合要求的电解质（KOH化学纯），原料水配制成8％浓度的清洗电解液400L，其操作：
上位机开至手动，补水、关闭碱系统阀门B2、B5、B1、B9，开启阀门B10、B8、B11、B13，此时电解槽部分B21、B17（开启排空），其余阀门关闭；开启柱塞泵9向装置充碱液。
充入装置内使液面高度在距分离器液位计中心上20mm位置。
停泵后关闭B13、B11、B8；开启B10、B5启动泵9将碱筒
（1）中的剩余碱液打入碱筒
（2）。
关闭阀门B5；开启阀门B3向水箱加水，上位机开至自动。
7.1.2气体置换
将氮气源接入氢、氧分离器吹扫口C10、C4，打开放空阀B21，B17，以0.1MPa的气体压力对系统进行气体置换，直到由F5，F2，取样口取出的气体含氧量不大于3％；关闭B21、B17。
7.1.3装置起动、运行（见自动控制系统使用说明书）
7.1.3.1检查冷却水，原料水压应正常，检查分离器液位应正常。
7.1.3.2整流柜的手动操作
将整流柜的选择开关打到＂本控＂位置，控制电源的转换开关打到＂通＂位指示灯ＬＤ亮，将输出电位器逆时针调到零位，运行指示灯ＨＤ亮，再顺时针绶慢调节输出给定电位器，使输出电流达到150Ａ，电压不超过额定电压下，电流逐渐升至额定值。
7.1.3.3整流柜的自动操作（见自动控制使用说明3.1.3开机与停机）
将整流柜的选择开关打到＂外控＂位置，控制电源转换开关打到通位进入自动运行状态，整流柜的输出电流通过上位机手动调节，也可由上位机自动控制增加电流，直至额定值．注意，运行时槽体温度达不到50℃时槽压设定1MPa，50℃以后可达到给定压力。
7.1.3.4清洗运行时电解液中的石棉绒等污物含量很高，所以对碱液过滤器要经常进行每斑不少于两次的清洗，清洗时打开D2阀，关闭D1、D3，再打开C23排气后，即可打开碱液过滤器部上法兰；将过滤器滤芯取出清洗后装回，再将D1、D3打开，D2关闭，即可恢复工作。
清洗运行要进行24小时，在此期间每班要清洗过滤器一次，清洗运行全过程，气体均放空。
7.1.3.5装置清洗运行以后，停机放出电解液，再用原料水冲洗电解槽2遍。
7.2装置的正常运行
7.2.1将配制好的电解液充入碱液系统，
7.2.2用氮气将系统置换2次。
7.2.3检查冷却水，原料水正常，检查分离器液位应正常，
7.2.4接通低压开关柜，整流柜，PLC柜电源，启动上位机。
7.2.5检查各阀门的状态，打开冷却水进出口阀，所有压力表截止阀。
7.2.6将整流柜选择开关打到“外控”位置，控制电源打到“通”位置，整流柜进入自动控制状态。
7.2.7点击上位机“开机”命令。
7.2.8在系统运行时，系统压力和槽温由上位机自动给定，也可由键盘输入给定。
将压力设定为1MPa，待槽温达到50℃时将压力升到设定值。
7.2.9氢气纯度分析
氢气纯度分析由在线氢纯度分析仪完成，当氢气纯度合格后，自动进入氢气干燥器进行干燥除湿。
7.2.10氢气露点测定由在线氢露点仪完成，当氢气露点≤－50℃时即可充罐。
7.2.11氢气储罐运行的压力上限（满罐）2.5Mpa为宜。
7.2.12停机
当要停止设备运行时（停机），装置将罐充至2.5Mpa后需停机时，点击上位机“停机”命令，此时由PLC将电流降至小于50A后断电，压力缓慢降至1MPa，冷却水全部打开，槽温降到50℃时关闭所有的阀门和,B20，B24,B25及冷却水阀。
7.2.13遇有紧急情况，首先按紧急停机按钮，然后通过氢氧分离器上的放空阀泄压（B17、B21），注意此过程不能过快，泄压时注意观察氢氧分离器的液位变化。
尽量使氢，氧分离器的液位平衡。
7.3装置的维护与安全
7.3.1在运行中操作人员应注意检查氢、氧分离器的液位差不大于±25mm。
7.3.2每二小时监测氢气纯度，温度并记录，每班用手动检测一次氢气纯度，露点，校核自动分析仪器是否正常。
7.3.3每班测量一次小时电压并记录。
7.3.4每月测一次电解液浓度，如低于25％时应补充氢氧化钾（对照附录１）。
7.3.5要定期清洗碱液过滤器，正常运行时清洗间隔为一周。
7.3.6要根椐凝结水量，排放凝结水罐中的凝结水。
7.3.7氢气干燥器中的电加热器为易损件，当发现损坏时应及时更换。
7.3.8系统中的阀门及其它连接处运行一段时间会发生泄漏或松动，（内漏或外漏）应定期维护。
7.3.9各种配套仪器仪表的维护见各自的使用说明书。
7.3.10装置运行时不得进行任何修理工作，确需修理应停机、置换并检测制氢间的氢气浓度，必须小于3％时才能进行。
如需要焊接时必须办理动火工作票并做好措施后才能进行。
（详情按电厂氢站规定）
7.3.11更换阀门需经脱脂后才能使用。
7.3.12要保持装置的表面清洁，特别是电解槽表面，严禁任何金属导体放在电解槽上，严禁将碱液溅到极框间。
8装置的大修及其故障排除．
8.1大修
本装置在正常使用情况下，每年进行一次清洗检查，维护保养，大修周期为2-3
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