1、制氢装置说明书第一册DQ-10(5)/3.2型中压水电解制氢装置使用说明书第一册河北电力设备厂二零零五年元月 注 意1. 现场管道安装时,氢气管路必须先做脱脂处理。所有管道安装完毕后,整个系统必须先用清水冲洗干净,再采用无油氮气、以不小于20 m/s的流速进行吹扫,直至出口无铁锈无尘及其他杂物。2. 插焊球阀需现场安装时,则应在球阀点焊后解体,焊接好后再将球阀按解体反顺序组装好。截止阀需现场焊接时,则应先把截止阀打倒全开位,再进行焊接。 一. 概述: 1. DQ-10(5)/3.2型制氢型号说明 2. 水电解制氢设备工作原理 3. 水电解制氢设备用途与性能 4. 水电解制氢设备包括范围 5.
2、水电解制氢设备主要结构二. 系统介绍及设备安装 1. 工艺流程介绍2. PLC自控系统介绍(参看第二册)3. 设备安装三. 设备调试操作 1. 调试前准备 1).检查安装情况 2).制氢机清洗 3).气密试验 4).碱液的配制 5).其它准备工作 2. 设备试机 四. 设备的操作规程 1. 开机操作顺序 2. 定期巡视及维护 3. 正常情况下停机 4. 非正常情况下停机 5. 安全注意事项 6. 常见故障及排除方法一. 概述1、DQ-10(5)/3.2型制氢设备型号说明 DQ10(5) / 3.2 工作压力(Kg/cm2) 氢气产量(Nm3/h) 水电解制氢设备2、水电解制氢设备工作原理将直流
3、电通入强碱的水溶液,使水电解成为氢气和氧气。其反应式为: 阴极上: 4H2O+4e2H2+4OH 阳极上: 4OH4e2H 2O +O2总反应式: 2H 2O=2 H2+ O23、水电解制氢设备用途与性能(1) 用途DQ-10(5)/3.2型中压水电解制氢设备是用于氢冷发电机的制氢设备,同时也可用于电子、化工、冶金、建材等行业作为制氢或制氧设备。(2) 设备主要技术性能如下: 1).氢气产量:10(5)Nm3/h (20,1atm) 2).氧气产量: 5(2.5)Nm3/h 3).氢气纯度:99.9% 4).氧气纯度:99.2% 5).氢气含湿量: 4g/Nm3 (经过洗涤分离后) 6).系统
4、工作压力:3.14MPa(也可在0.8-3.14 MPa之间的任何压力下运行) 7).氢、氧分离器液位差:20mm 8).电解槽小室总数: 62(34)个 9). 小室电流: 370A 10).电解槽额定电压:62V72V(30V42V) 11).电解槽总电流:740A 12).电解槽工作温度:90 C 13).电解槽直流电耗:4.8KWh/Nm3H2 14).电解液:26%NaOH或30%KOH 15).氢气干燥量: 10(5)Nm3/h 16).干燥后氢气湿度:露点-50 C ,绝对湿度0.0291g/m3 17).干燥器工作温度:1.干燥:室温 2.再生:160 C230 C 18).干
5、燥器工作周期:24小时 19).干燥器额定功率:2.2KW(3).制氢装置使用条件1).设备布置在室内2).原料水:蒸馏水,要求电阻率105.cm,氯离子含量2g/m3,铁离子含量1g/m3,悬浮物1g/m3,用量: 10(5)Kg/h。3).冷却水:a.系统冷却水:温度30 C;压力0.15-0.3 MPa ;水质要求: 电阻率 2500.cm ,PH值在6-9之间; 用量约5m3/h。b.整流柜用冷却水:温度5-35 C,压力0.05-0.2 MPa ,水质要求同上;用量约1.5 m3/h。4).仪表气源:要求见第二册。5).电源:整个系统由MCC柜统一供电。进入MCC柜的母线应为两路:一
6、路工作,一路备用。电压: 380V 50HZ,三相四线制。功耗: 100(80) kw。4. 水电解制氢设备包括范围 氢发生处理器 DQ10(5)-QF 框架二 K52-00 主要设备 送水泵 JZ200/40 框架三 蒸馏水箱 QR06-012-00W DQ-10(5)/3.2 碱液箱 QR06-014-00型中压水电解制 工艺控制柜 QR06-011A-00W4氢设备系统 整流柜 KSZ-WJ1000/72(42) MCC开关柜 GCS 氢气储罐 HSC0233-00 压缩空气储罐(按用户需要提供) 配套设备 氢气排水水封 SF-00 氧气储罐(按用户需要提供) 闭式冷却水系统(按用户需要
7、提供) 5. 水电解制氢设备主要结构 (1).氢发生处理器氢发生处理器为组合式框架结构,由电解槽、氢分离、氧分离器、氢洗涤器、循环泵、碱液过滤器、捕滴器、气体吸附器(两台)、冷凝分离器、排污器、电磁先导气动执行的两位两通阀、两位三通阀、两位四通阀、温度、压力测量仪表及阀门、一次仪表、管路等组成,主要作用是气液分离、冷却、碱液加压循环、气水分离、氢气净化干燥、控制系统压力、液位平衡、控制氢气的湿度、纯度等。电解槽为双极性压滤式结构,电解液从一端进,另一端出气。接线时,中间接正极,两端接负极。(3).框架二 由管路、阀门、减压器、压力开关、压力表等组成,用于氢气的充罐及往发电机补氢。(4).送水泵
8、 供给设备运行所需的纯水。(5).蒸馏水箱 用于纯水的储存,并配有电磁阀和阀门等,由微机控制水的储存量。(6).碱液箱 用于碱液的配制及储存。(7).工艺控制柜 由可编程序控制器(PLC)、安全栅、分析仪等组成,可实现自动运行、调节显示报警联锁等功能,并可将各种信号进行远程传输。(8).整流柜 由整流变压器、可控硅等组成,供给电解槽所需的直流电源.二.设备系统介绍1.工艺流程介绍: DQ-10(5)/3.2型中压水电解制氢装置的主要设备可分为十个系统,先分别介绍如下(参看系统流程图DQ5-00,工程实际流程图见安装图册,此附图仅供参考)。(1).氢气系统由电解槽各电解小室阴极分解出来的氢气随碱
9、液一起,借助于碱液循环泵的扬程和气体本身升力,从主极板阴极侧的出气孔进入氢气管道,再从右端极板流出进入氢分离器,在其内与碱液分离,然后从氢分离器的氢气管道进入氢气洗涤器。在洗涤器中洗涤氢气中含有的微量碱,并将氢气由75-90冷却至40左右,进入捕滴器,捕捉氢气中的水滴,使含湿度降到4g/ m3 以下后,经气动薄膜调节阀压力调节,流向吸附器A(B)进行再生吹冷,再进入冷凝分离器,到吸附器B(A)进行吸附,此时产品氢气含湿量已降到0.02912g/ m3 以下,进入框架二。 当进行吸附的吸附器饱和需要进行再生时,由PLC控制相应的气动球阀动作,使氢气进入需再生的吸附器,升温带出饱和的水分,再经冷凝
10、分离器将水分冷凝分离,随后进入另一只吸附器,经吸附后,合格的产品气送入框架二。氢气进入框架二进行分配送入各氢气储罐或直接送入发电机。(2).氧气系统由电解槽各电解小室阳极侧分解出来的氧气随碱液一起,从主极板阳极侧的出气孔进入氧气管道,再从右端极板流出,进入氧分离器,在其内与碱液分离,然后经气动薄膜调节阀排空(也可回收使用)。(3).碱液循环系统为了随时带走电解过程中产生的氢气、氧气和热量 ,并向极板区补充蒸馏水,必须要求系统内的碱液按一定的速度和方向进行循环。此外碱液的循环还可增加电解区域电解液的搅拌,以减少浓差极化电压,降低碱液中的含气度,从而降低小室电压,减少能耗。由于本系统所用的电解槽体
11、积小、管道细、碱液流动阻力较大且电流密度较高,故要求碱液循环次数能达到每小时2-3 次以上。所以在本系统中采用循环泵强制循环。碱液在氢分离器和氧分离器中分离出氢气和氧气后,在两分离器底部的连通管内汇合,经碱液过滤器去除固态杂质,再进入循环泵,由泵加压后回到电解槽。在电解槽中,碱液从左端压板进入各主极板的进液孔,流经各电解小室,在各电解小室中进行电解,而后与电解出来的氢气或氧气一起,分别从各自的出气孔进入氢气道或氧气道,再分别进入氢分离洗涤器或氧分离器,从而构成完整的碱液循环系统。(4).气体排空系统制氢装置在每次刚开机运行时,其氢气纯度不能马上达到所需标准,所以一般是先将其排空,待氢气纯度达到
12、标准后再充氢。正常运行时,排空由框架一的两通阀1Q完成,微机检测氢气纯度合格且各项指标符合要求后,给出信号关闭1Q开始充氢,当正常停机或故障紧急情况停机卸压时,微机又给出信号,打开1Q将系统内气体排空。但如遇到紧急情况时,也可直接打开1C、2C排空,但此时必须密切注意氢、氧分离器中的液位差,严防氢氧差压过大造成氢、氧混合发生事故.(5).补水系统电解过程中,蒸馏水不断消耗,必须及时向系统内补充蒸馏水。补水系统主要包括蒸馏水箱和送水泵,水箱中的水通过送水泵打入氢分离器,从而进入碱液循环系统。在正常情况下,补水可自动进行,特殊情况下也可手动操作。为保证系统中的气体和碱液在送水泵停转期间不回流,在送
13、水管道上装有止回阀。(6).冷却水系统冷却水系统共分三路:第一路通过氢发生处理器的冷却水气动薄膜调节阀,再分成两路分别进入氢分离器和氧分离器以冷却分离器中的碱液。电解过程中的电解槽温度的控制就是通过改变这路冷却水量的大小来实现的。第二路进入氢发生处理器的氢气冷凝分离器冷却再生时被加热的氢气,使氢气降温,冷凝氢气中的微量水。第三路进入整流柜,冷却可控硅整流元件.(7).排污系统排污系统主要有三路 第一路从氢发生处理器的碱液过滤器底部和电解槽的底部,通过2B和6B,排出清洗用蒸馏水及杂质或含有杂质的碱液。 第二路从氢发生处理器的捕滴器底部和冷凝分离器排污器底部及氢排空管底部,通过7D、11D和3D
14、,排出氢气系统冷凝下来的液体,经排水水封,排入污水沟。 第三路从氢发生处理器的氧排空管底部,通过2D排出氧气冷凝水。(8).储氢系统 本系统由氢发生处理器、框架二、和氢气储罐组成。当电解槽产生的氢气满足充罐要求后,由微机控制氢发生处理器上自动充氢阀门1Q关闭,氢气由氢发生处理器出来到框架二。通过框架二的阀门进入氢气储罐,完成氢气的存储。(9).充氢系统本系统由框架二和氢气储罐组成,当发电机侧压力低于0.8Mpa时,框架二上发电机侧压力开关(或压力变送器)将压力信号传送到控制柜上的PLC,控制框架二相应的气动阀门打开,氢储罐中的氢气通过框架二开始往发电机补氢。 当发电机侧压力达到1Mpa时,压力
15、开关(或压力变送器)上限接点接通,PLC发出信号, 气动阀门关闭,系统停止往发电机补氢。(10).蒸馏水箱补水系统制氢设备运行过程中,水箱液位信号传送给PLC,PLC根据水箱液位情况,自动控制水箱的电磁阀,实现了水箱补水的自动化。2.PLC自控系统介绍(参看第二册)3.设备安装: 整套设备的安装布置根据GB50177-93氢氧站设计规范,和西南电力设计院提供的典型设计进行.也可由用户根据现场情况自行进行布置安排,但还应注意如下各点:(1).设备布置 从安全方便的原则出发,主要设备应分如下各室布置:1).制氢间: 放置氢发生处理器、框架二以及氢、氧分析仪的气路箱和湿度仪的取样部分等。2).电气控
16、制间: 放置MCC开关柜、整流柜、控制柜等。3).辅助间: 主要放置送水泵、蒸馏水箱、碱液箱、冷却水循环装置。(2).工艺安装要求: 1).液体管路沿地沟敷设,气体管路架空敷设,各管路连接应尽量缩短距离减少弯曲。 2). 电缆应沿地沟敷设,电缆地沟与管路地沟应分别设置,沟沿应高出地面5cm。 3).氢、氧排空管出口距离应不小于10m,其高度应超出房顶1.5m以上,管口应设防雨装置,氢气排空口安装阻火器。 4).制氢间及辅助间的地面应耐碱,并有排污下水道。氢发生处理器框架的基础高出地面5-10cm。 5).电解槽在运输过程中为了安全,两端都固定,在运行时只固定一端,将靠近碟型弹簧侧的两条固定螺栓
17、去掉。 6).土建工程设计与施工按有关国家规范执行。 7).所有管路接口与制氢设备联接前,必须进行吹扫、清洗、排污,特别是与氢气、氧气、碱液接触的管路必须进行脱脂处理,直到管路内部干净后才能与制氢设备联接。 8).严禁对电解槽进行解体检查。二.设备调试操作制氢设备安装完毕后,必须由专业人员进行调试,待各项指标达到规定要求以后,才能正式交付使用.1.调试前准备:(1).检查安装情况:检查制氢管路、管件的安装是否符合规范要求。检查电气控制系统安装情况,都达到要求后,方可进行调试。(2).制氢设备清洗: 一台水电解制氢设备正式投入生产前应进行蒸馏水清洗,以除去设备在加工过程中存留在各部件内部的机械杂
18、质。 1).将所有阀门都处于关闭状态,擦干净所有部件、管道、阀门及仪表上的尘土及污垢。特别要注意电解槽表面的清理,决不允许电解槽表面极板间遗留任何金属碎屑或其他杂物。 2).接通控制柜电源. 3).打开5A,此时,水箱为空的,液位信号下限接通, 6A电磁阀自动打开,开始往水箱注水,当到达上限时,自动关闭。(7A备用)4).打开4B、3B、12B、1C、2C,手动启动循环泵,慢慢打开14B,将蒸馏水箱中的蒸馏水打入电解槽,使氢发生处理器中蒸馏水液位升至氢、氧分离器液位计中部,停循环泵,关4B。若启动循环泵后,水打不进槽,表示循环泵内有气体,可关闭14B,打开泵的排气阀,将泵内气体排掉后关闭排气阀
19、。5).打开13B,启动循环泵,调节14B使泵流量至最大,冲洗系统1小时。6).关闭14B,停循环泵,通过碱液过滤器下部的排污阀2B和电解槽下部的排污阀6B,将清洗污水排掉。7).按上述方法反复进行2-3次,直至排出液清洁为止。(3).气密试验1).制氢系统气密试验a.按上述方法将蒸馏水打入氢发生处理器中氢、氧分离器液位计中部。关闭制氢系统与外界联接的所有阀门1Q、2B、4B、5B、6B、7B、8B、9B、10B、11B、1C、2C、3C、1D、2D、3D、4D、6D、7D、11D、12D;打开系统内的所有阀门: 3B、12B、13B、14B、5D、8D、9D、10D、13D、1TA以及氢发生
20、处理器上氢氧分离器液位计上下阀门。(注:1Q的关闭及1TA的打开由电气控制系统完成,PS由人工设定)从6D往系统内充氮气,观察氧槽压表1PI及氢发生处理器出口压力表3PI,使系统压力缓缓升至3.34Mpa后,用肥皂水检查系统内所有阀件接头,法兰联接处,以及管路焊口等部位,看有无泄漏现象。如有则排除后继续检查,直至不漏为止。然后保压12小时,泄漏量应不超过平均每小时0.5%,则可视为气密试验合格。b.储气系统气密试验(包括框架二和储氢罐) 先将储氢罐内灌满水(以第一储罐为例:关闭32B,打开31B、21D、22D从31B往里注水,从21D处有水流出时,表示该罐内已灌满,依次再灌其它各储罐)。每个
21、储罐的气密试验可单独进行,也可多罐(根据工程可能为三罐、四罐、五罐、六罐)同时进行。但框架二上与储罐有关的阀门与管路的气密试验与该罐同时进行(注:不允许储罐中的水流入框架二)。29D可作为充氮口,待所试储罐压力升值2.94 Mpa,用肥皂水查漏,保压12小时,泄漏量平均每小时不超过0.5%为合格。(4).电解液配制 先配制重量浓度10%的NaOH水溶液180Kg,配制方法:在塑料桶内盛162 Kg蒸馏水,将18 Kg NaOH粉末慢慢倒入,搅拌至完全溶解,待温度降至室温后即可倒入碱液箱备用,重量浓度为10%水溶液其比重在30时约为1.1。制氢机正式生产时用的溶液浓度为20%-26%。配制浓度为
22、26% ( 30 比重1.28),配制方法同上,待NaOH完全溶解后向溶液加入千分之二V2O5 。注意:NaOH为强碱,有极强的腐蚀性,所以在操作过程中必须戴好防护眼睛及穿上防护服装。(5).其它准备工作 1).打开工艺控制柜的G阀门和控制各气动阀门的截止阀。 2).检查所有压缩空气管路是否畅通,有无泄漏,气动阀门开闭是否动作正常。将工艺控制柜上控制电气转换器的空气过滤减压器的输出调整在0.14Mpa左右。 3).检查冷却水系统是否正常。 4).检查蒸馏水系统是否正常。 5).检查消防安全器材是否能正常工作。 6).电气自动控制部分准备工作、参数的设置、联锁报警等试验内容参看第二册。 7).整
23、流柜的调试由专业人员进行。调好设备后方可整机试机。2.设备试机用10% NaOH溶液试机48小时,其开停机操作顺序见设备操作规程。试机目的:(1).检查电解槽组装是否正确(通过测量气体纯度及小室电压可判定)。(2).检查电气控制调节是否正确运行。(3).进一步清洗制氢机,特别是清洗掉电解槽中石棉隔膜上的绒毛及其它存残的机械杂质。试机完毕,放掉碱液,拆洗碱液过滤器。四.设备操作规程1.开机操作顺序(1).制氢机充氮:为了开机安全、制氢机首次开机或停机较长时间后再开机,一般要求先充氮,充氮压力0.3-0.4Mpa,目的排除系统内空气。(2).接通MCC柜电源,接通控制柜电源,接通整流柜电源。观察各
24、盘面的指示。(3).打开冷却水系统阀门1A、17A、18A、1B、41B (水封灌满水后关闭)。(4).接通气源。打开控制柜上控制氢发生处理器和框架二各气动管路阀门。(5).将26%浓度NaOH溶液打进电解槽至氢发生处理器的氢、氧分离器液位计最低液位。(6).检查所有阀门:应处于关闭的阀门:1C、2C、3C、2B、3B、4B、5B、6B、8B、10B、15B、41B、1D、2D、3D、4D、6D、7D、11D、12D、7A、8A、9A、11A、12A、13A、14A、15A、16A。 应处于开启的阀门:1Q、1A、5A、10A、17A、18A、 7B、9B、11B、12B、13B、14B、5D
25、、8D、9D、10D、13D、以及氢发生处理器氢、氧分离器液位计上下阀门 (注:1Q开启由微机控制)。(7).启动循环泵,调节14B使其流量达450L/h左右,循环半小时。(8). 调节整流柜冷却水阀门17A、18A使压力在0.1Mpa左右,将柜内切换开关至自动,工作方式选择:中间位置;接通交流电源,启动控制电路,此时设备进行微机自检,待数码显示后进行下一步操作;启动主回路,给开工信号此时数码显示“2” (升电流、升电压微机自动控制)。(9).自动运行1).启动整流柜后系统进入自动升压阶段。在温度未达到50前,系统使槽压自动稳定在0.8 Mpa以下,当槽温升到50后,槽压自动控制在设定值。2)
26、.升电流过程由微机自动完成。3).系统正常运行时,屏幕显示制氢流程图,同时不断循环监测实时运行参数,并在流程图相应部位数字显示当前状态值,系统还可以直方图方式直观的显示当前状态,同时还可以单变量的趋势图进行显示。4).当氢气纯度99.5%,且槽压与氢管压之差大于其设定值且槽压达50以上的压力设定值,且整流柜正常运行时,微机自动关闭氢处理器1Q开始充氢至吸附器(吸附器的工作状态见表一)。打开框架二及储罐相应阀门,纯度、湿度合格的氢气充入氢罐,直至充满。当吸附器有问题,需处理时,可将控制气体进入吸附器的气动阀门2Q设在手动状态,并让该阀门得电,且立即打开短路门10B,使氢气不通过两个吸附器直接进入
27、框架二,当问题处理完后,可将气动阀门2Q设回自动状态,关闭短路门10B,气体按原流程运行。5).可设定时间,打印机自动打印运行记录。6).当系统运行稳定后,值班人员可以在上微机时时监控和进行部分操作。(10).开机40分钟后就可进行气体纯度分析,打开1D、4D,调节氢处理器耐腐蚀减压器,将氢气、氧气分别通入各自的分析仪(具体操作见仪表使用说明书)。2.定期巡视及维护正常运行时,应该时时监视微机的屏幕,还要定时巡视现场。定期巡视及维护过程应注意如下几点:(1).当有报警出现时,应及时判断报警位置,找出原因并进行处理。(2).注意空气过滤减压器的压力指示,如有偏差及时调整,使其输出保持在0.14M
28、pa左右。(3).对所有管路接头阀门等经常巡视,注意有无泄漏现象。(4).氢、氧分析仪气路箱气体流量是否在规定刻度上。当氧气纯度低于98.5%,或氢气纯度低于99.4%时需要检查原因,必要时应停机,查明原因并排除后才能开机。 (5).每班定期排放氢发生处理器排污罐的污水,最好是在停机状态排放。排污罐带压力排污时一定注意先关闭10D再缓缓打开11D排完后,关闭11D,再缓缓打开10D。(6).注意循环泵的运转,调节14B使循环流量控制在600-900L/h之间的某一最佳值.(7). 当氢发生处理器的碱液流量计流量持续慢慢下降时,说明碱液过滤器脏了,需要清洗过滤器。在停机状态下,先拆开顶盖,取出滤
29、芯,用蒸馏水充洗干净后应重新装好,紧固顶盖,使过滤器重新投入工作.(8).蒸馏水箱、氢发生处理器自动补水是否正常。(9).观察就地仪表有无异常。(10).设备每次开机前,打开8B,关闭7B,手动开补水泵,使除盐水通过洗涤器进入氢分离器,当液位到分离器中部时,停补水泵。然后再打开7B,关闭8B。(11).设备正常运行期间每2个月测定一次碱液浓度,如设备搁置较长时间后重新开机也应测量碱液浓度,使其保持在正常值。当碱液浓度低,需补碱时,应在碱箱配好碱液后,关闭10A,打开13A由补水泵从7B打入系统内(可手动控制补水泵开、关或在自动控制补水泵时根据液位高低补碱)。(12).设备中的仪表、泵的正常操作
30、及维护参看各部分的说明书。3.正常情况下停机(1).先关控制柜上氢、氧分析仪电源。(2).将氢发生处理器上氢、氧分析仪及湿度仪取样减压器关闭。(3).在上微机上,用鼠标单击“系统降压”,断开整流柜电源,这时系统根据程序自动降压到0.8Mpa,系统稳定在0.8Mpa,当槽温降为50以下时,系统压力自动降为零。(4).关闭整流柜和系统冷却水。(5).关闭气源。(6).在上微机上,退出应用程序,关微机,关掉控制柜电源。注: )若用上微机实现远控,停机操作到(3)即可。)若框架二往发电机自动补氢, 停机操作到(4)即可。4.非正常情况下停机 (1). 当氢发生处理器设备出现带压部分突然泄漏或当微机正常
31、运行时,联锁保护起作用时,微机均会依据正常程序将设备停运泄压,并记录当时各数据供检修分析。(2).当微机自身故障时,PLC继续工作,检修微机或关闭整流柜冷却水阀门。(3).当设备突然停电,自控失灵,制氢机需要紧急卸压时,关闭1D、4D,12D密切注意氢氧分离器液位计指示,慢慢打开1C、2C,在保持液位平衡的情况下,将系统压力排泄。非正常情况下停机后,应对整个设备进行检查,确认设备良好后方可开机。5.安全注意事项 (1).设备应良好接地,以防止产生静电引起氢气燃烧和爆炸。 (2).氢发生处理器电解槽前操作地面上应放置一块绝缘橡胶板。 (3).电解间应置防爆灯,室内应有良好的通风。(4).凡是和氢气、氧气接触的管道、阀门都要用四氯化碳清洗以去除油污。(5).装置运行中不得进行任何检修工作,若必须修理需先停机,但不能动火焊电焊。必须在制氢间焊接时,首先应对制氢间空气中氢气浓度进行分析,必须低于爆炸极限值(体积比4%),并在需要
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