6制氢站系统.docx
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6制氢站系统
6制氢站系统
6.1制氢站系统概述：
当一对电极浸没在电解液中，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，在阴极和阳极分别发生如下化学反应，将水电解为氢气和氧气。
阴极：
2H2O+2e→H2↑+2OH-
阳极：
2OH--2e→H2O+1/2O2↑
总反应：
2H2O→2H2↑+O2↑
我厂制氢设备选用中国船舶工业总公司第七研究院第七一八研究所生产的CNDQ-10/3.2型一体化中压水电解制氢设备。
设备选用两套制氢装置公用一套循环冷却水系统的制氢形式。
由包括主体电解槽在内的三个框架、整流柜、控制柜、自动仪表、补水箱、补水泵、碱液箱及闭式循环冷却水装置等组成。
电解槽的电源经过硅整流装置，以KOH做电解质，五氧化二钒做添加剂，电解除盐水来制得高纯度的氢气。
整个制氢系统采用微机监控，全自动操作，以保证发电机氢冷却系统的安全稳定运行。
6.2制氢站的工艺流程：
6.2.1氢气系统流程：
电解槽→氢分离器→气体洗涤器→气水分离器→冷却器→干燥器→
└→排空└→排空
框架二→储氢罐
6.2.2氧气系统流程：
电解槽→氧分离器→排空
6.2.3循环冷却水系统流程：
工业水来水
↓
机房来除盐水→循环水箱→循环水泵→换热器→氢、氧分离器内部蛇管→循环水箱
└→气体冷却器内部蛇管
6.2.4补充水流程：
机房来除盐水→蒸馏水箱→补水泵→氢洗涤器→氢气分离器→电解槽
6.2.5碱液循环系统流程：
碱循环泵→电解槽→氢分离器与氧分离器→直角过滤器→碱循环泵
6.2.6排污系统流程：
汽水分离器→氢气水封→排污、放空
框架三排污口→排水槽
6.3制氢站的主要设备规范：
6.3.1框架一：
序号
名称
型号规格
单位
数量
技术数据
备注
1
框架一
套
2
氢气处理量：
10Nm3/h露点<-50℃
2
电解槽
CNDQ-10/3.2
台
2
产氢量:
10Nm3/h工作压力：
3.2MPa
3
氢分离器
台
2
Ø219×2000mm
1Cr18Ni9Ti
4
氢洗涤器
台
2
Ø219×480mm
1Cr18Ni9Ti
5
氧分离器
台
2
Ø219×2000mm
1Cr18Ni9Ti
6
碱液循环泵
F84-216
台
2
Q=0～3m3/h；P=4.0MPa
7
汽水分离器
台
2
Ø100×150mm
1Cr18Ni9Ti
8
冷却器
台
2
工作压力:
0.5～3.2MPa
1Cr18Ni9Ti
9
干燥器
台
4
工作压力:
0.5～3.2MPa
12Cr1MoV
6.3.2框架二：
2套，减压后压力：
0.8-1.0MPa
6.3.3框架三：
2套
1
蒸馏水箱
台
2
容积:
219L
2
碱液箱
台
2
容积:
219L
3
补水泵
1DB-0.06
台
2
Q=60L/h
4
氢气排水水封
台
2
Ø300×500mm
5
闭式除盐冷却水装置
套
1
V=1.4m3循环水泵流量:
12.5t/h
6
氢气储罐
台
4
V=14m3工作压力:
2.94MPa
材质16MnDR
7
压缩空气储罐
台
1
V=10m3设计压力:
0.88MPa
8
砾石阻火器
台
2
DN80
9
阻火器
台
4
DN20
10
可控硅整流柜
台
2
718所
11
动力控制柜
台
2
埃尔凯公司
12
配电柜
台
2
埃尔凯公司
13
工艺控制柜
台
2
718所
14
辅助控制柜
台
2
718所
15
氢分析仪
542型
套
2
718所
16
氧分析仪
EC-91
套
2
718所
6.4制氢站的主要技术参数：
氢气产量（Nm3／h）
10
自控气源压力
0.5～0.7（MPa）
氧气产量（Nm3／h）
5
气源耗量
3.5（m3／h）
氢气纯度（V／V）
≥99.8%
主电源动力电源容量
75（KVA）
氧气纯度（V／V）
≥99.2%
主电源动力电源电压
380V50Hz～220V50Hz
工作压力（MPa）
3.2
整流柜电源
0.5KV380V三相四线
氢气含水量（g／Nm3）
露点≤－40℃
控制柜电源
AC220V、50Hz
氢气含碱量（mg／Nm3）
≤1
冷却水温度
≤32℃
电解槽工作温度
85℃～90℃
冷却水压力（MPa）
0.4～0.6
直流额定电流（A）
820
冷却水水质
硬度=0µmol/l
直流额定电压（V）
56
氢气出口温度
≤40℃
纯水耗量（kg／h）
10
干燥温控温度
250℃～350℃
冷却水用量（m3／h）
3
干燥加热终止温度
180℃
电解槽直流电耗
≤4.8kwh／m3H2
干燥器切换周期
24h
碱液浓度
30%KOH
环境温度
45℃
6.5制氢站的控制标准与发电机的运行监督：
6.5.1制氢站的控制标准：
序号
项目
标准
1
新制氢气纯度
≥99.5%
新制氢气湿度（露点）
≤－40℃
2
新制氧气纯度
≥99.2%
3
设备工作压力
3.2Mpa
储罐最高压力
≯2.8Mpa
储罐最低压力
≮0.9Mpa
4
电解液质量
设备运行期间KOH浓度及配制浓度
25%～30%；30%
五氧化二钒
0.2%
5
发电机
氢气纯度
≥98%
氢气湿度（露点）
-25℃～-5℃
6
置换用气体质量
氮气纯度
≥98%
二氧化碳纯度
≥98%
7
系统由空气置换为氢气
氮气置换空气
含O2<2%
CO2置换空气
CO2纯度>85%
氢气置换氮气
H2纯度≥96%
氢气置换CO2
H2纯度≥96%
8
系统由氢气置换为空气
氮气置换氢气
H2纯度≤1.5%
CO2置换氢气
CO2纯度≥94%
空气置换氮气
含O2≥15%
空气置换CO2
CO2纯度≤10%
9
氢气系统泄漏量
H2<2%
6.5.2氢冷发电机的运行监督：
6.5.2.1氢冷发电机气体标准：
氢气纯度不小于98%，含氧量不大于2%，露点小于-5℃。
6.5.2.2每天早班对氢冷发电机内的氢气纯度和湿度各分析一次（特殊情况增加分析次数），并记录氢气纯度分析仪、湿度检测仪指示值，发现异常情况，应及时汇报班长和值长。
6.5.2.3检修工作人员在发电机周围明火作业前，先办理好动火工作票，由值长通知化学制氢人员按“发电机周围明火作业要求”进行漏氢量测定，将测定结果通知检修人员和值长，并在动火工作票上签注测定人员姓名、测定时间及结果。
6.6制氢站调试的操作：
6.6.1系统启动前的准备：
6.6.1.1制氢系统的清洗：
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。
6.6.1.2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%KOH）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，在刚完全溶解的溶液中加入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：
160升电解液需100kg氢氧化钾。
碱箱中的碱液不得长期存放,一般不超过1个月。
6.6.1.3检查各极框之间、正负极间有无短路或有无金属导体、发现后必须排除。
6.6.2整流装置开机前的准备：
6.6.2.1仔细检查整流变压器各接头及整流柜各回路，严防短路。
6.6.2.2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。
6.6.3稀碱试运：
6.6.3.1启动循环泵，用调节阀调整循环量，制氢装置系统碱液循环量0.45～0.65m3/h；
6.6.3.2点击上位机上“开机”命令。
6.6.3.3开启整流柜：
6.6.3.3.1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。
6.6.3.3.2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。
6.6.3.3.3对系统控制参数根据设备运行情况进行整定。
6.6.3.3.4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。
6.6.3.3.5气体纯度分析，系统运行稳定后，进行气体纯度分析。
6.6.3.3.6停运：
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。
冷却水调节阀开至最大，30分钟后，关闭循环泵。
关闭框架一与外部连接的所有阀门。
6.6.3.3.7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。
6.6.3.3.8稀碱运行时各主要参数均受到监控，保证装置安全运行。
6.6.3.3.9当装置发生故障时，可手动泄压，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。
6.6.4浓碱正式运行：
6.6.4.1将配制好的浓碱打入系统中。
6.6.4.2进行氮气置换2～3次。
6.6.4.3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。
6.6.4.4接通配电装置中控制柜、整流柜电源，启动上位机。
6.6.4.5检查各阀门状态。
6.6.4.6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。
6.6.4.7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。
6.6.4.8启动循环泵，调整碱液流量至规定值。
6.6.4.9点击上位机上“开机”命令。
6.6.4.10接通整流柜主电源，按“触发启动”。
6.6.4.11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。
6.6.4.12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℃～350℃，再生加热终止温度为180℃，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。
6.6.4.13氢气露点达到要求后即可充罐，充罐自动进行。
6.6.4.14遇到以下紧急情况时，首先切断整流柜电源，然后泄压。
6.6.4.14.1装置或管道漏气，制氢间的氢气浓度超出要求指标。
6.6.4.14.2出现事故或设备大量漏碱，立即切断电源，分析原因排除故障。
6.6.4.14.3制氢装置运行时，冷却泵突然跳闸，立即切断整流柜电源，然后泄压。
6.7制氢设备检查：
6.7.1闭式循环冷却水系统检查：
6.7.1.1检查循环水泵处于备用状态，泵周围干净无影响运转的杂物。
6.7.1.2检查水泵外形完整，地角螺丝牢固，靠背轮及防护罩牢固，盘车正常无卡塞及金属摩擦声。
6.7.1.3观察润滑油位正常（一般在1/2到1/3之间），油质良好。
6.7.1.4检查电机接线、接地良好。
6.7.1.5检修后或停运30天以上，电机在启动前需测试绝缘合格，并检查其转向正确方可投运。
6.7.1.6检查压力表、温度表完好，指示正常。
6.7.1.7检查循环水箱水位应在1/2以上，不低于1/3。
自动补水装置工作正常，水箱旁路门处于关闭状态。
6.7.1.8检查循环水泵出入口门处于开启状态，设备一台备用一台投运。
6.7.1.9换热器出、入口门开，工业冷却水出、入口门打开，冷却水量充足，水温正常。
6.7.1.10制氢系统冷却器冷却水入口门开启。
6.7.1.11检查整流柜冷却水压力正常。
6.7.2电解槽的检查：
6.7.2.1电解槽的组装应正确，符合设计要求。
6.7.2.2电解小室间无搭接物，电解槽四脚绝缘应完好，对地绝缘电阻不小于1MΩ。
6.7.2.3检查系统中仪表、阀门、电源、硅整流盘等设备齐全完好。
6.7.3整体设备的检查维护：
6.7.3.1在正常运行状态下，运行人员检查运行情况，正确操作，及时记录各参数及异常情况，一般每2小时记录一次，遇到异常情况应及时停机处理。
6.7.3.2每1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。
6.7.3.3注意碱液循环量不能过大或过小，调节循环量，使其保持在额定范围内。
6.7.3.4检查一次分析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。
6.7.3.5检查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。
6.7.3.6当氢、氧分离器温度差大于10℃，或槽温与分离器温度差30℃以上时，应清洗过滤器。
6.7.3.7每隔一年应对全套装置检修一次。
6.7.3.8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。
6.7.3.9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。
6.7.3.10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填满干燥剂，然后以氮气试压及吹扫。
6.7.3.11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。
6.7.3.12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。
6.7.3.13干燥器运行5年以上，若干燥器有效工作时间达不到24h，应更换干燥剂。
6.8水电解制氢装置安全注意事项：
6.8.1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。
6.8.2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。
6.8.3凡是与氧、氢气接触的管道、阀门均应经过除油清洗处理。
6.8.4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，分析合格方能进行修理工作。
6.8.5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，以免产生火花。
6.8.6制氢间应设有消防器材，按数量、要求就位；制氢间应备有2%硼酸溶液，操作人员应配置防护眼镜和耐碱手套等防护用具。
6.8.7严禁氢气、氧气由压力设备及管道内急剧放出，以免造成爆炸或火灾。
6.8.8氢气系统运行时，不准敲击，不准带压修理，严禁负压。
6.8.9动植物、矿物油脂和油类不得落在与氧气接触的设备上。
在操作和维修时，手和衣物不得沾有油脂。
6.8.10保持电解槽表面清洁，严防任何金属导体或其它杂物掉到电解槽上。
严禁碱液掉到极板间或极板与拉紧螺栓之间。
6.8.11出现事故或设备大量漏碱或漏气体时，立即切断电源并进行通风，分析原因，尽快排除故障。
6.8.12用肥皂水或气体防爆检测仪检查氢、氧系统、管道、阀门是否渗漏，严禁使用明火检查。
6.8.13制氢间不得存放易燃、易爆物品，禁止无关人员入内（持氢站临时出入证者，需登记）。
6.8.14注意氢气的含氧量不得高于0.5％，若高于0.5％氢气不得进入干燥部分。
6.8.15再生进气温度不得超过350℃，再生加热终止温度不得超过250℃。
6.8.16没有氢气流过电加热器时禁止长时间（15s〕开启电加热器，以防烧毁电加热元件。
6.8.17装置运行时冷却水不得中断。
6.8.18各设备、仪表应有良好接地。
6.8.19冻结的管道、阀门及其他设备只能用蒸汽吹洗或热水解冻，禁止用明火烤。
6.9制氢站的故障及处理：
6.9.1装置突然停车：
原因分析1供电系统停电。
2整流电源发生故障。
3冷却水中断或流量过小压力不足引起跳闸。
4电流突然升高引起过流或出现短路引起跳闸。
5快速熔断器烧坏而跳闸。
6由控制柜联锁使整流柜停止。
7槽压过高联锁使整流柜跳闸。
8碱液循环量下限联锁整流柜跳闸。
9槽温过高联锁使整流柜跳闸。
处理措施1启动备用装置。
2联系检修排除供电系统。
3联系检修排除电器设备故障。
4检查并联系检修解决冷却水存在的故障。
5将整流柜输出电位器调至零位，再按复位，重新调电流如再出故障，则仔细检查并联系检修排除短路故障。
6联系检修更换新的快速熔断器，并检查可控硅。
7控制柜调整结束后再开整流柜。
8调整槽压在额定出力。
9增加循环量或清洗过滤器。
10查清原因，降低槽温。
6.9.2槽总电压过高：
原因分析1槽内电解液脏致使电解小室进液孔或出气孔堵塞电阻增大。
2槽温控制过低。
3碱液浓度过高、过低。
4添加剂量不足。
处理措施1采用搅动负荷的方法把堵物冲开，或停车冲洗电解槽。
2改变槽温设定值在85～90℃。
3测碱液浓度，调整碱浓度至规定值。
4可通过碱液过滤器向槽内加V2O5
6.9.3原料水供水不足或液位报警：
原因分析1加水泵停止加水。
2水箱无水。
3自动加水系统失灵不能启动。
4加水泵进出口阀未打开。
5液位测量系统故障。
处理措施1启动备用泵，停缺陷泵联系检修修复。
2向水箱注入原料水。
3检查是否自动运行状态；查氢液位设定值和开关量输出线路并联系检修排除故障。
4打开进出口阀。
5检查液位测量系统如有缺陷联系检修处理。
6.9.4系统压力或分离器液位波动较大：
原因分析1液位与压力变送器零点漂移。
2液位与压力变送器内有碱液。
3压力调节系统故障。
4氧液位调节系统故障。
5气体管路漏气严重。
处理措施1联系检修调整零位。
2清除液位与压力变送器内的碱液。
3联系检修排除压力调节系统故障。
4联系检修排除氧液位调节系统故障。
5查漏并联系检修堵漏。
6.9.5气体纯度下降或纯度报警：
原因分析1隔膜损坏。
2氢氧分离器液位太低。
3分析仪不准。
4碱液循环量过大。
5碱液浓度过低。
6原料水水质不符合要求。
7氢、氧分离器差压过大。
处理措施1启动备用设备，停车进行电解槽大修。
2补充除盐水。
3检查分析仪，联系检修重新校零位。
4调整循环量在合适的范围内。
5调整碱液浓度在规定范围内。
6提高原料水水质，冲洗电解槽。
7调整控制系统减小差压。
6.9.6槽温升高波动较大或温度报警：
原因分析1冷却碱的蛇管内冷却水量不足。
2碱液循环量不足。
3电流不稳定。
4槽温自控失灵。
5蛇管水通道结垢。
处理措施1增加冷却水量。
2清洗过滤器。
3调节电流稳流部分。
4查槽温调节阀，联系检修校正温度二次仪表。
5清洗除垢。
6.9.7电解液停止循环或循环报警：
原因分析1过滤网堵塞。
2碱液循环量调节阀开度太小。
3循环泵内有气体。
4循环泵损坏。
5流量计及指示报警仪指示失灵。
处理措施1停止设备运行，启动备用设备。
2清洗过滤网堵塞。
3调整碱液循环量调节阀开度。
4用排气阀排放循环泵内的气体。
5切换备用泵，联系检修对缺陷泵进行检修。
6联系检修校准流量计，检修指示报警仪。
6.9.8碱温接近槽温：
原因分析1蛇管内冷却水不足或冷却水温高。
2槽温自控失灵。
3碱液循环量超过规定范围。
4蛇管结垢严重。
处理措施1调节冷却水量，降低冷却水温度。
2检查槽温自控系统并联系检修排除故障。
3调整碱液循环量在规定范围内。
4清洗冷却水管道内的结垢。
6.9.9循环泵声音不正常：
原因分析1泵内有脏物。
2泵内叶轮防松螺母松动。
3轴承磨损。
4电源缺相。
处理措施1切换备用泵，停泵联系检修拆开清洗。
2切换备用泵，联系检修打开泵头，拧紧防松螺母。
3联系检修更换轴承。
4检查电源联系检修排除故障。
6.9.10槽压达不到额定值：
原因分析1控制氧气薄膜调节阀阀芯磨损。
2旁通阀内漏。
3气相部位有严重泄漏处。
4压力调节不正常。
处理措施1启动备用设备，停止有缺陷设备运行。
2联系检修调节阀芯位置，更换气动薄膜调节阀。
3联系检修更换旁通阀。
4查漏联系检修堵漏。
5检查压力调节系统，调整压力系统。
6.9.11电解槽槽体漏碱：
原因分析1隔膜垫片压缩变薄密封性能下降。
2碟形弹簧弹性下降。
3密封垫片老化。
处理措施1用专用板拉紧螺母至槽体密封。
2启动备用设备，停止有缺陷设备运行。
3联系检修更换碟形弹簧或垫片，大修电解槽。
6.9.12电解槽小室电压不均（相差1V以上）：
原因分析1电解槽故障
处理措施1启动备用设备，停止有缺陷设备运行。
2大修电解槽。
6.9.13压力上限报警：
原因分析1氧侧调节阀不开启
处理措施1检查调节阀或压力变送器，如有缺陷联系检修处理。
2检查计算机系统，如有问题联系相关人员检修。
6.9.14氢（氧）液位（高）：
原因分析1氢侧调节阀不打开
处理措施1检查调节阀或压力变送器，如有缺陷联系检修处理。
2检查计算机系统，如有问题联系相关人员检修。
6.9.15氢、氧减压器失灵：
原因分析1减压器内有碱液。
处理措施1清洗减压器，去除碱液。
6.9.16产品氢气含湿量较高：
原因分析1阀门未关紧或者内漏。
2干燥剂再生不彻底。
3分析取样管道吹扫不彻底。
4系统工作压力太低。
5干燥剂性能下降。
处理措施1关紧阀门或联系检修更换阀门。
2彻底再生干燥剂。
3彻底吹扫分析取样管道。
4提高系统工作压力。
5更换新的干燥剂。
6.9.17加热温度达不到要求：
原因分析1电加热元件损坏。
2测温元件或控制仪表失灵。
3气量偏差较大。
处理措施1启动备用设备，停止有缺陷设备运行。
2联系检修更换新的电加热元件。
3联系检修修复测温元件或控制仪表。
4调整气量。
6.10气体分析操作：
6.10.1分析前的准备工作：
6.10.1.1各种吸收药剂的配制：
6.10.1.1.1CO2的吸收液：
30%KOH溶液。
称取300g固体KOH（纯度90%以上），溶于600ml除盐水中，静置2~3天（沉淀除去K2CO3），吸取上部澄清液以备用。
6.10.1.1.2O2的吸收液：
焦性没食子酸的碱溶液。
A溶液：
称取300g焦性没食子酸溶于900ml热除盐水中。
B溶液：
30%KOH溶液，配制方法同1．1．1。
A．B两种溶液应分别存放，同时取40mlA溶液
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