系列水电解制氢装置安装使用说明书.docx
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系列水电解制氢装置安装使用说明书
CNDQ系列水电解制氢装置
安装使用说明书
（微机控制）
目录
第一章概述
1.水电解制氢装置工作原理1
2.水电解制氢装置用途与技术参数1
3.水电解制氢装置用途与技术参数2
4.水电解制氢装置工艺流程3
第二章安装
1.制氢站4
2.工艺部分5
3.控制部分6
4.整流部分7
5.配电装置7
第三章操作规程
1.工艺系统开机前的准备8
2．整流装置开机前的准备9
3．自控开机前的准备10
4．稀碱试车10
5．浓碱正式运行12
第四章设备维护安全事项与故障排除
1．设备维护12
2．安全注意事项13
3．故障及排除方法14
附录一ZDQ系列水电解制氢装置带控制点的工艺流程图
附录二KOH水溶液温度比重对照表18
附录三用户自备件清单19
附录四系统控制参数整定值参考21
附录五报警连锁一览表22
第一章概述
1.水电解制氢装置工作原理
水电解制氢的原理是由浸没在电解液中的一对电极中间隔以防止气体渗透的隔膜而构成的水电解池，当通以一定的直流电时，水就发生分解，在阴极析出氢气，阳极析出氧气。
其反应式如下阴极：
2H2O+2—H2T+2OH-
阳极：
2OH-—2—H2O+1/2O2T
总反应:
2日2。
72H2T+。
2T
产生的氢气进入干燥部分，由干燥剂吸附氢气携带的水分，达到用户对氢气湿度的要求。
本装置干燥部分采用原料氢气再生，在一干燥塔再生的同时，另一干燥塔继续进行工作。
2.水电解制氢装置的用途与技术参数
表1制氢装置主要技术参数表
2.1设备的用途
CNDQ系列水电解制氢干燥装置是中国船舶重工集团公司第七一八研究所新研制
直流额定电压（V）
28
56
纯水耗量（kg/h）
5
10
主电源动力电源容量（KVA
40
75
原料水水质要求
电导率w5卩s/cm氯离子含量＜2mg/l悬浮物＜1mg/l
冷却水用量（mVh）
3
整流柜冷却水出口背压
<0.1Mpa
电解槽直流电耗
w4.8KWh/mH
碱液浓度
26〜30%KOH
自控气源压力
0.5〜0.7Mpa
气源耗量
3.5m3/h
主电源动力电电压
N380V50HZC相〜220V50Hz
整流柜电源
0.5KV380三相四线50Hz
控制柜电源
AC220V50Hz
冷却水温度
w32r
冷却水压力
0.4〜0.6MPa
冷却水水质
w6德国度
氢气出口温度
w40°C
干燥温控温度
250r〜350C
干燥加热终止温度
180C
干燥器再生周期
24h
环境温度
0〜45C
成功并独家生产的全自动操作的制氢干燥设备,其主要技术指标达到或超过九十年代末世界先进水平,适用于化工、冶金、电子、航天等对氢气质量要求高的部门,是目前国内最先进的并可替代进口的制氢设备。
2.2主要技术参数
CNDQ5〜10/3.2型水电解制氢干燥装置的主要技术参数如表1
本装置采用微机控制，对本装置的主要的主要参数：
压力、温度、氢氧液位差可进行自动调节;对干燥器的再生时间及再生温度进行自动控制。
对装置的工作压力、温度、氢液位、氧液位、氢气纯度能集中显示；在干燥器再生开始及结束事，有自动声光报警。
若氢阀后压力、冷却水压力、气源压力、氢氧液位上下限、氢氧纯度产生一定的偏差事能自动声光报警；若装置的主要参数压力、温度、氢氧液位、碱液循环量、气源压力偏离正常值太大，又不能及时处理事，该装置能自动声光报警停车；为了进一步提高本装置的安全运行系数，装置的主要参数压力，设置了双重独立系统，当系统压力控制失灵，装置的运行状态达到危险值时，该独立系统可使装置自动声光报警并停车。
原料水补充有自动和手动两种方式。
3水电解制氢装置结构
本装置由框架一、整流柜、控制柜、配电装置、计算机管理系统、框架二、框架三等几部分组成。
3．1框架一
框架一由电解槽、氢、氧分离器、氢洗涤器、循环泵、干燥器、冷却器、汽水分离器等组成，电解槽为压滤式双极性结构，一端下部有进液管，另一端上部有氢气、氧气及碱液出口管，中间极板为正极，两端极板为负极。
3.2整流柜
整流柜由整流变压器，整流装置组成，用于供给电解所需直流电源。
使用方法详见“可控硅整流装置使用说明书”。
3．3控制柜及计算机管理系统
控制柜由下位机、电磁阀、安全栅、测量仪表及控制仪表组成，计算机管理系统主要由上位机及打印机组成。
能够实现自动控制、自动检测、自动存罐。
显示、故障报警、连锁、自动开机与停机等功能。
3．4配电装置
配电装置一般由配电柜和动力柜组成，用于对制氢系统所有动力装置的供电，对循环泵，加水泵、风机等动力设备的启停进行控制。
3．5框架二
框架二为氢气分配装置，与制氢装置、储氢罐及发电机供氢管道相连接。
3．6框架三框架三用于碱液的配制和储存、原料水的储存以及为制氢装置提供原料水及碱液。
4水电解制氢装置工艺流程
水电解制氢装置工艺流程详见附录一工艺流程图。
4.2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,在重力作用下分别与氢气、氧气分离，经蛇管冷却后,电解液通过氢、氧分离器底部的连通管经过过滤器进入循环泵,然后
进入电解槽形成了电解液循环系统。
4.3补充系统
4.3.1补充原料水
水箱中的水通过加水泵经过止回阀H1、球阀Q5被注入氢洗涤器，先供冷却洗涤，然后通过溢流管流入氢分离器,经循环泵送入电解槽，不断地补充电解消耗的原料水。
4.3.2补充碱液
水电解过程中,碱起到增加电导作用,理论上不消耗碱,正常运行中一般不需补充碱,如确需补充碱时，可通过加水泵经过止回阀H2、球阀Q1直接泵入碱液循环系统中。
注意：
在补碱液时，应关闭补水阀Q1,避免碱液加入氢洗涤器内。
4.4冷却水系统
冷却水共分四路第一路：
进入整流柜以冷却可控硅整流元件。
第二路：
通过冷却水调节阀分别进入氢、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:
通过球阀Q11进入气体冷却器内部蛇管，以冷却氢气，此冷却水为常流水，由Q11调节流量大小。
4.5氮气吹扫系统
通过J1，J7向系统内充氮气,用于系统的气密试验与开机前的氮气吹扫。
当使用氮气时用软管与氮气源临时连接,不用金属管道与氮气管道气源固定连接。
4.6排污系统排污管道共分三处
第一处:
框架一的排污口（排污阀Q12）。
第二处:
通过球阀Q7Q8排出气水分离器中的水。
第三处:
为框架三排污口
第二章安装
1制氢站
1.1制氢站的设计应符合GB5017乙93《氢氧站设计规范》。
1.2制氢装置的安装：
制氢间:
放置框架一和框架二。
整流控制间:
放置控制柜、整流柜、配电装置、微机等。
辅助间:
放置框架三;
房间的数量、设备布局,使用单位或设计院可根据当地具体情况，参照《氢氧站设计规范》作相应改变。
1.3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,泄压面积与厂房的比值（m2/m3）一般采用0.05-0.10。
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。
制氢站的防雷接地和电器防爆的要求按照《氢氧站设计规范》的规定执行。
制氢间室温不应低于15C。
制氢间高度不低于5米,门窗向外开。
制氢间顶棚应设适当数量的通风孔,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，通风孔应设在顶棚最高处。
为了便于安装维修,制氢间应设行车,起重能力应大于框架一的重量。
制氢间的地板应耐碱,并设有排污下水道,便于污水排放。
制氢间应设有供系统吹扫试压用的氮气管道以及自来水管和水池。
2工艺部分
2.1水电解制氢装置参照工艺流程图安装。
各技术参数及要求见表1。
2.2框架一和框架三之间的管路一般应沿地沟敷设,框架一和框架二管路宜架空设置,各管路的长度尽可能短,并减少弯曲,以减少阻力。
2.3整流柜与电解槽的连接电缆应沿地沟敷设并与各管路地沟分别设置；控制电缆应架空敷设，若不能架空敷设，控制电缆与动力电缆应沿不同地沟敷设或采取屏蔽措施。
电缆地沟应考虑排水。
2.4氢气、氧气放空管出口应分别在制氢间两侧，距离大于10m,高出房脊1.5m以上。
管口应考虑防雨,氢放空口应装阻火器。
2.5
20米。
控制柜与框架一之间距离不能过远。
控制柜与框架一实际距离不大于
15001900
2100
1►
i沏0r
图L
2.6安装框架一、框架三的基础应高出地面一定高度，详见各设备的基础图。
2.7主要设备及安装尺寸
2.7.1框架一重为W吨,外形尺寸长X宽乂高=2400X1800X2200mm安装时将电解槽进碱液端地脚螺栓卸下，另一端固定，以利于伸缩。
气液处理器与独立封闭地线的连接至少有两处，接地电阻不大于4Q,地线的截面积不小于160mm。
框架一基础地脚安装尺寸如图1,其中W
数据如表2。
表2
型号
CNDQ5
CNDQ10
重量（W
2100Kg
2800Kg
2.7.2框架三重量为270kg,外形尺寸为2000X1400X1200其地脚螺栓孔安装尺寸如图2:
4-4*24
11601400
图2
3控制部分
3.1供电供气要求
控制柜所需电源总功率不小于7KW三相四线制供电。
进柜供电电缆，详见相应的控制柜外部接线图。
无尘、无水干净的压缩空气或氮气,含油量小
4-©21
境最低温度低10C
3.2」控制柜的安装
图3
控制柜选用
KG-221型，外形尺寸为长X宽乂高=1000X900X2100mm其地脚螺栓孔尺寸如图3:
控制柜可不设基础，直接置于线缆地沟之上，并要有良好的接地，接地电阻小于4Q
3.3
控制柜各外接管线按照控制柜外部电气接线图连接。
外接电气管线均从控制柜底部进线。
3.4控制柜与框架一之间的电线、电缆敷设一定要注意弱电和强电分开铺设，以免相互干扰。
3.5控制柜与框架三之间的水泵电源线以及控制柜与整流柜之间的信号电缆可预埋穿线管。
3.6微机应尽量靠近控制柜摆放，它们之间的通信电缆可沿地沟敷设或架空敷设。
4整流部分
4.1整流部分由整流柜组成。
4.2整流柜的安装
整流柜重量500kg,外形尺寸为1000X900X2100（宽X深X高）mm,其地脚螺栓孔尺寸如图4:
整流柜跨于地沟之上，进出电缆从整流柜底部进入地沟与电解槽连接。
5配电装置
5.1配电装置一般由配电柜和动力柜组成。
5.2配电装置的外形尺寸和基础尺寸及安装要求详见《CND係列水电解制氢装置设计资料》。
5.3配电装置的外接管线
配电装置的外接管线均从柜体底部进入地沟与其他柜体的相应端子连接。
第三章操作规程
1工艺系统开机前的准备
1.1制氢系统的清洗：
水电解制氢设备在正式投入运行前应对系统进行清洗，以去除存留在各部件内部的机械杂质。
1.1.1将水箱、碱箱清洗干净，置框架三所有阀门为关闭状态。
1.1.2打开川一Q1,向碱箱内注满原料水后，关闭川一Q1。
1.1.3打开川—Q4Q15J3、J4,关闭Q13Q9,依靠碱箱内水位高度自流入系统，打开J2及循环泵排气阀，待流出水后，即表明水泵内已充满水，关J2及循环泵排气阀，打开J1,启动循环泵,慢慢打开J12,碱箱中之原料水打入系统，待J1流出水后，关闭J1,当液位升至氢、氧分离器液位计中部时，关闭J12,停泵,关闭川一Q4Q15（循环泵使用方法，详见其使用说明
书）。
1.1.4打开Q13J2，待气排净后,关闭J2，启动循环泵,打开J12至最大,冲洗系统一小时。
1.1.5关闭J12,停循环泵。
关闭Q13打开Q9及川一Q5和川一Q6启动循环泵，慢慢打开Q14,将污水打入碱箱内排掉，之后将碱箱清洗干净。
或者打开J3、J4、Q12将污水排入地沟。
1.1.6按上述方法反复进行2〜3次,直至排出液清洁为止。
1.2气密检验
设备安装完毕后，需对制氢系统进行全面的气密检验。
1.2.1按1.1.3中叙述方法将原料水打入制氢系统至分离器液位计中部。
1.2.2将氮气源与J1、J7连接，关闭制氢干燥系统与外部连接的所有阀门，打开系统内所有阀门，通过J1、J7向系统内送气并使系统压力缓缓升至系统工作压力，并关闭J1、J7,检查所有阀门、接头、法兰及管路焊口部位有无漏气以和漏液现象。
待确认不漏后，保压12小
时，泄漏量平均每小时不超过0.5%P为合格（P为系统工作压力见表1）。
1.2.3慢慢打开J2及循环泵排气阀，将气排净后关闭J2及循环泵排气阀，启动循环泵,将系统内原料水打循环，清洗系统一小时，然后通过氢氧旁通阀J3、J4将制氢系统压力卸至常压，通过J7将干燥系统压力卸至1.0MP&之后按照1.1.5将水放掉。
1.3电解液的配制
在准备工作完成后,整套装置首先要用稀碱（15%K0H试车,对系统进行清洗。
稀碱运行后把稀碱排空,然后充入浓碱（30%KOH千分之二的五氧化二钒）进行正式运行。
配制碱液的方法如下：
配制各型号所需电解液及KOH数量如表3:
表3:
型号
名称
CND—5
CND—10
氢氧化钾（kg）
75
100
电解液（升）
115
160
打开川一Q1,根据所配电解液的体积，往碱箱中注入适当体积的原料水，关闭川一Q1。
打开m-Q4M—Q5Q15，此时其它阀门处于关闭位置，打开循环泵出口的J2及循环泵排气阀排气，在流出液体后关闭J2及循环泵排气阀，启动循环泵，慢慢打开Q14,使循环量最大。
把碱箱盖打开,将氢氧化钾慢慢地倒入碱箱中，待其完全溶解后，用比重计测量配制电解液的比重，
使之达到要求。
（配制浓碱时，在刚完全溶解的溶液中加入千分之二的五氧化二钒）当溶液冷却至50T以下时,可通过循环泵把配制好的碱液打入系统内部。
打开m-Q4Q15J3、J4;关闭川一Q5Q14,Q13J12。
检查阀门位置无误后,打开J2排气，再流出碱液后关闭J2,然后启动循环泵,慢慢打开J12,把碱液打入电解槽和氢、氧分离器,当液位升至分离器液位计四分之一处时,关闭J12,停泵。
如碱箱中有剩余少量碱液,可通过补碱系统将剩余碱液泵入碱液循环系统中。
碱箱中的碱液不得长期存放,一般不超过1个月。
1.4氮气吹扫，将制氢系统与外部连接的所有阀门关闭，然后打开J1和J7向装置内充入氮气使系统压力升至1MPa关闭J1、J7,通过J3、J4及J7,将系统压力减压至0.1〜0.2MP&重复操作2~3次。
1.5氢中氧、氧中氢两分析仪器的调试,详见其使用说明书。
1.6检查各阀门的状态,打开系统冷却水进出口阀,整流柜的冷却水阀门,所有压力表截止阀
以及Q1Q2Q3Q4Q5Q13关闭Q6Q9Q12Q14Q15J3、J4、J5、J6、J12以及所有排污阀排气阀。
1.7检查各极框之间,正负极间有无短路或有金属导体,发现后必须排除。
2整流装置开机前的准备
2.1整流装置的检查见《可控硅整流装置使用说明书》。
2.2仔细检查整流变压器各接头及整流柜各回路,严防短路。
2.3将整流柜“自动/手动”转换开关转到“手动”档,将“稳压/稳流”转换开关转至“稳压”档。
3自控开机前的准备
3.1气动部分
3.1.1用洁净的压缩空气吹扫仪表气源及自动阀气源管路。
3.1.2对气源管路进行检漏,特别是讯号管路不能有漏点。
3.1.3接通气源,看气源压力是否在正常值范围,把气源压力的下限报警值整定在0.5MPa,把供给电气转换器的空气过滤减压阀的压力整定在0.14MPa，把供给气动球阀的空气过滤减压阀压力整定在0.4MPa。
3.2电气部分
3.2.1用万用表检查各回路有否短路故障,检查各熔断器是否正常;检查各指示灯有无损坏;检查气液处理器的接地电阻是否小于4Q。
2.2.2循环泵开关置于"自动"位置,加水泵开关置于"手动"位置。
2.2.3接通总电源。
2.2.4新装置的碱液在未进分离器之前,调整各仪表的零位
225检查氢氧分离器液位是否在适当的位置。
226把系统压力开关、氢阀后压力开关的参数整定到规定数值。
2.2.7把氧槽温联锁整定在92C。
2.2.8检查氢中氧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。
2.3上位机的操作详见《制氢及干燥装置计算机监控系统使用说明书》。
4稀碱试车
在上述准备工作完成后，便可进行稀碱试车。
目的是为了进一步清洗电解槽，对控制系统进行
故障排除与控制参数设定与调整
4.1启动循环泵
通过上位机启动循环泵，调节J12阀调整循环量，制氢装置系统碱液循环量参考表5:
制氢装置系统碱液循环量参考值表5
型号
CNDQ-5
CNDQ-10
碱液循环量m^/h
0.3~0.45
0.45〜0.65
4.2点击上位机上“开机”命令。
4.3开启整流柜
4.3.1手动开启整流柜
接通主电源，按“触发启动”，按顺时针方向旋转“电压给定”，注意观察氢、氧分离器液位，防止液位上升太快和液位偏差过大。
当输出电压达到额定值时，停止调节输出电压。
随着槽温升高，电流随之上升，当电流达到额定值时，将“电压给定”逆时针调至零位，按“触发停止”，然后把“稳压/稳流”开关转至“稳流”档，按“触发启动”按钮，调“电流给定”至额定电流。
（详细操作见以整流柜说明书）
4.2.2整流柜的自动操作
将整流柜“自动/手动”转换开关转到“自动”档，按“触发启动”。
当自动运行时，整流柜输出电流可在上位机中手动调节，也可由上位机自动控制增加电流，直至额定值。
4.3对系统控制参数根据设备运行情况进行整定。
4.4在系统运行时，系统压力和槽温可由上位机自动给定；也可由键盘输入数值给定。
4.5气体纯度分析
系统运行稳定后，打开J5、J6可进行气体纯度分析。
详细操作方法见《氧分析仪使用说明书》
和《氢分析仪使用说明书》。
4.6停机
在槽温达到额定工作温度，槽压达到额定工作压力两小时后开始停车。
点击上位机上“停机”，先停整流柜，然后进行泄压，使系统压力降为零。
冷却水调节阀开支最大，30分钟后，
关闭循环泵。
按1.4对系统进行氮气吹扫1~2次。
切断控制柜、整流柜的电源、气源、水源
4.7按1.1.5将系统内稀碱排净，关闭框架一与外部连接的所有阀门。
4.8清洗过滤器，拆下过滤器盖，取出滤芯用自来水冲洗干净，再用原料水清洗一遍。
装入过滤器，装好法兰盖，确认不漏即可使用。
表6制氢装置控制系统参数设定参考值
型号规格
CNDQ-10/3.2
项目
给定
上限
下限
报警
联锁
报警
联锁
槽压Mpa
3.2MPa
3.4
3.5
槽温C
85
90
92
碱液循环量n^/h
0.25
0.15
气源压力MPa
0.7
0.4
4.9稀碱运行时各主要参数均受到监控，保证装置安全运行。
表6中列出了各项参数的报警联锁点参考值。
4.10当装置发生故障时,可通过J5、J6手动泄压，此过程不可过快,泄压时注意氢、氧分离器液位变化，应尽量使两分离器液位平衡。
5浓碱正式运行
5.1将配制好的浓碱按1.3打入系统中。
5.2按1.4进行氮气置换2~3次。
5.3检查冷却水、压缩空气以及原料水是否正常，检查分离器液位是否正常。
5.4接通配电装置中控制柜、整流柜电源，启动上位机。
5.5按1.6检查各阀门状态。
5.6控制柜上循环泵开关置于"自动"位置,加水泵开关置于"手动"位置。
5.7将整流柜“自动/手动”转换开关转到“自动”档，将“稳压/稳流”转换开关置于“稳流”位置
5.8启动循环泵，调整碱液流量至规定值。
5.9点击上位机上“开机”命令。
5.10接通整流柜主电源，按“触发启动”。
5.11按4.4和4.5进行操作。
5.12系统运行平稳后，将“加水泵”转换开关和“氢贮罐/放空/自动”置于“自动”位置。
5.12当气体的纯度达到要求后氢气即进入干燥器进行干燥除湿。
干燥器首次使用时，必须进行预再生。
再生气进口温度为250〜350C，再生加热终止温度为180C，自然冷却至常温。
正常情况下被再生一次的干燥器可认为再生好，能够投入干燥工作。
用露点仪检验氢气湿度，是判断干燥器是否再生充分最可靠的办法。
5.13氢气露点达到要求后即可充罐，充罐自动进行。
5.12停机按4.6进行。
5.13遇到紧急情况，首先切断整流柜电源，然后通过J5、J6泄压，此过程不可过快,泄压时注意氢、氧分离器液位变化,应尽量使两分离器液位平衡。
第四章设备维护安全事项与故障的排除
1设备维护
1.1在正常运行状态下,操作人员经常观察运行情况,正确操作,及时记录各参数及异常情况,一般每1-2小时记录一次,遇到异常情况应及时停机处理。
1.2每2个月测一次碱液比重,如氢氧化钾浓度低于25%,则应补充氢氧化钾。
1.3注意碱液循环量不能过大或过小,通过J12调节循环量,使其保持在额定范围内。
1.4经常观察分析仪一次仪表的气体流量和干燥剂是否变色,及时调节流量和调换干燥剂及硼酸片（详见分析仪说明书）。
1.5经常观察水箱内有无原料水以及冷却水流量是否正常。
定期分析原料水的电导率，应满足使用要求。
1.6当氢、氧分离器温度差大于10°C（位于分离器下部）,或槽温与分离器温度差30r以上时,也应清洗过滤器。
1.7每隔一年应对全套装置检修一次（不拆电解槽）。
1.8电解槽大修期不小于5年,大修时更换所有隔膜和密封垫片。
1.9电加热元件为易损件，当发现损坏时应及时更换，更换后用氮气试压和吹扫。
1.10长期使用后（2年以上〕干燥器内的干燥剂会有所减少，可通过干燥器填料口添满干燥剂，然后以氮气试压及吹扫。
1.11长期使用后（2年以上）气水分离器和氢气过滤器会因尘粒堵塞造成阻力增加，应更换滤芯。
1.12阀门在运行一段时间后会发生外漏或内漏，应定期维护，内漏严重的阀门应更换。
1.13干燥器运行5年以上，若干燥器有效工作时间达不到24h,可考虑更换干燥剂。
1.14各仪器、仪表维护参见各自的使用说明书。
2安全注意事项
2.1制氢装置如闲置时间过长,超过半年以上,开机前应详细检查设备状态;
2.2制氢间应通风良好,并采取相应的防爆措施,如防爆灯和安装报警器等;
2.3凡是与氧、氢气接触的管道、阀门均应经过除油清洗处理；
2.4装置运行时不得进行任何修理工作，如若进行修理应先停车，分析制氢间的氢气浓度是否低于爆炸极限，同时必须通氮气以排除装置和管道中的氢和氧气，分析合格方能焊接；
2.5制氢间严禁明火、穿钉子鞋，操作人员应穿防静电工作服。
严禁金属铁器等物相撞击，以
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