氢气发生器说明书中文.docx

1、氢气发生器说明书中文CHE-5000氢气发生器（原料氢气再生）操作使用手册编制：-校核：-审批：-扬州中电制氢设备有限公司2010.04.121、简述1.1、氢气的性质和用途：氢是自然界分布最广的元素之一，它在地球上主要以化合状态存在于化合物中。在大气层中的含量却很低，仅有约1ppm（体积比）。氢是最轻的气体。它的粘度最小，导热系数很高，化学活性、渗透性和扩散性强（扩散系数为0.63cm2/s，约为甲烷的三倍），它是一种强的还原剂，可同许多物质进行不同程度的化学反应，生成各种类型的氢化物。氢的着火、燃烧、爆炸性能是它的主要特性。氢含量范围在4-75%（空气环境）、4.65-93.9%（氧气环境

2、）时形成可爆燃气体，遇到明火或温度在585以上时可引起燃爆。压力水电解制出的氢气具有压力高（1.6或3.2MPa）便于输送，纯度高（99.8%以上）可直接用于一般场合，还可以通过纯化（纯度提高到99.999%）和干燥（露点提高到-40-90）的后续加工，可以作为燃料、载气、还原或保护气、冷却介质，广泛应用于国民经济的各行各业。1.2、水电解制氢原理：利用电能使某电解质溶液分解为其他物质的单元装置称为电解池。任何物质在电解过程中，在数量上的变化服从法拉第定律。法拉第定律指出：电解时，在电极上析出物质的数量，与通过溶液的电流强度和通电时间成正比；用相同的电量通过不同的电解质溶液时，各种溶液在两极上

3、析出物质量与它的电化当量成正比，而析出1克当量的任何物质都需要1法拉第单位96500库仑（26.8安培小时）的电量。水电解制氢符合法拉第电解定律，即在标准状态下，阴极析出1克分子的氢气，所需电量为53.6A/h。经过换算，生产1m3氢气（副产品0.5m3氧气）所需电量2390Ah，原料水消耗0.9kg。将水电解为氢气和氧气的过程，其电极反应为:阴极:2H2O+2eH2+2OH-阳极:2OH-2eH2O+1/2O2总反应:2H2O2H2+O2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水电解池，通以一定电压（达到水的分解电压1.23V和热平衡电压1.47V以上）的直流电，水就发生

4、电解。根据用户产量需求，使用多组水电解池组合，减小体积和增加产量，就形成水电解槽的压滤型组合结构。本公司生产的压力型水电解槽设计采用左右槽并联型结构，中间极板接直流电源正极，两端极板接直流电源负极，并采用双极性极板和隔膜垫片组成多个电解池。并在槽内下部形成共享的进液口和排污口，上部形成各自的氢碱和氧碱的气液体通道。由于历史原因，由电解槽纵向看，A、B系列的氧气出口设计在中心线靠直流铜排一侧（氧铜侧），C、D、E、F系列的氢气出口设计在中心线靠直流铜排一侧（氢铜侧）。我公司生产的压力型水电解槽，目前标准产品操作压力为1.6MPa和3.2MPa两种。具有结构紧凑，运行安全，使用寿命长的特点，电解液

5、采用强制循环，电解消耗的原料水由柱塞泵自动补充，相关参数实现自动监测和控制。正常生产时采用30KOH水溶液作为电解液，槽温控制在85-90左右，兼顾隔膜垫片的使用寿命和降低能耗的要求。水电解制氢的电解需要低电压、大电流的可调直流电源。工业上采用带平衡电抗器的双反星可控整流电路。这种电路有两个特点：第一，整流变压器有两组次极绕组，且都接成星形，为了消除变压器的直流磁化问题，两绕组的接线极性相反。第二，为了解决变压器的两组次极绕组的电流平衡问题，两组次极绕组中点通过平衡电抗器连在一起。2.主要技术性能和指标2.1氢气产量:5m3/h2.2氧气产量:2.5m3/h2.3氢气纯度:99.99%（v/v

6、）2.4氧气纯度:99.2%(v/v)2.5工作压力:0.8MPa2.6工作温度:852.7单位直流电耗:4.9KWh/m3H22.8直流总电流:400A2.9直流总电压:60V3、工作条件3.1.电解液:30%KOH水溶液3.2.原料水:3.2.1用量5Kg/h3.2.2水质要求:3.2.2.1电阻率1.0106欧姆厘米3.2.2.2铁离子含量1mg/L3.2.2.3氯离子含量2mg/L3.2.2.4干残渣含量7mg/L3.2.2.5悬浮物含量1mg/L3.3.冷却水3.3.1温度303.3.2用量2m3/h3.3.3压力:0.40.6MPa3.3.4水质:除盐水3.4.电源3.4.1控制柜

7、电源:三相四线制AC380V，50HZ，75KW3.4.2可控硅整流柜控制电源:三相四线制AC380V，50HZ，40KVA3.5.控制气源3.5.1压力:0.50.7MPa3.5.2流量:8m3/h3.5.3露点低于环境温度10以下3.5.4无油、无尘，含油量5mg/m34、工艺流程及子系统系统简述：在电解液的强制循环、电解槽通以直流电的条件下，氢气和氧气在电解槽产生，分离器气液分离后，产出的氢气和氧气源源不断送出系统。当水电解制氢的气体纯度或露点达不到客户要求时，本公司进一步提供纯化干燥系统，以水电解氢气为原料，经催化脱氧、吸附干燥，过滤除尘，从而获得纯度较高的干燥氢气。系统自动控制设定的

8、系统压力、槽温、分离器液位平衡、及时补充电解所消耗的原料水。各项运行参数实现自动监测和控制。可按用户需求不同，提供气动仪表控制、电动仪表控制、PLC可编程控制、上位机控制、远程通讯等控制手段以及各类分析仪表。制氢框架集成了制氢系统运行的主要设备（如分离器、洗涤器、冷却器、过滤器、碱液泵等，以及控制和调节阀门，工况测量的在线和远传仪表）。纯化干燥框架集成了纯化干燥系统运行的主要设备（如纯化器、干燥器等，以及控制和调节阀门，工况测量的在线和远传仪表）。按电力系统客户的特殊需要设计，A、B系列的制氢框架集成了纯化干燥系统，框架二集成汇流排分配阀组（便于氢气储罐和用户供氢的特殊控制），框架三集成原料水

9、箱、碱箱及补水泵（便于安装）。每套制氢系统通常配备控制柜、整流柜、整流变压器以及氧中氢、氢中氧分析仪，每套（纯化）干燥系统通常配备控制柜以及露点仪、（微氧仪）。每套A、B系列（电力系统）通常配备控制柜、整流柜（内含整流变压器）、配电动力柜以及氧中氢、氢中氧（配纯化时配微氧仪）、露点分析仪。CHE-5000型制氢装置，由流程（系统）图可以看出，该装置可分为十个子系统。4.1.电解液循环系统电解液循环系统的作用是：4.1.1从电解槽带走电解过程中产生的氢气、氧气和热量;4.1.2将补充的原料水送给电解槽;4.1.3对电解槽内电解反应区域进行“搅拌”，以减少浓差极化，降低电耗。该系统包括如下路线（内

10、循环）氢分离洗涤器碱液泵碱液过滤器电解槽碱液泵氧分离洗涤器4.2.氢气系统氢气从电解小室的阴极一侧分解出来，借助于电解液的循环和气液比重差，在氢分离洗涤器中与电解液分离形成产品气.其路线为:干燥系统电解槽氢分离洗涤器调节阀阻火器排空氢气的排空主要用于开停机期间，不正常操作或纯度不达标以及故障排空。4.3.氧气系统氧气作为水电解制氢装置的副产品具有综合利用价值.氧气系统与氢气系统有很强的对称性.装置的工作压力和工作温度也都以氧侧为测试点.它包括:用户或储存电解槽氧分离洗涤器或排空氧气的排空除与氢气排空作同样考虑外，对于不利用氧气的用户，排空是常开状态.4.4.原料水系统水电解制氢(氧)过程唯一的

11、“原材料”是高纯度水，此外氢气和氧气在离开系统时要带走少量的水分。因此，必须给系统不断补充原料水，同时通过补水还维持了电解液液位和浓度的稳定性。补充水可以从氢侧进也可同时从氢、氧两侧补入，一般按从氢侧补入。原料水箱补水泵氢分离洗涤器电解槽。4.5.冷却水系统水的电解过程是吸热反应，制氢过程必须供以电能，但水电解过程消耗的电能超过了水电解反应理论吸热量，超出部分主要由冷却水带走，以维持电解反应区正常的温度。电解反应区温度高，可降低能源消耗，但温度过高，石棉质的电解小室隔膜将破坏。本装置要求工作温度保持在不超过90为最佳。此外，所生成的氢气、氧气也须冷却除湿，脱氧后的氢气须冷却。可控硅整流装置也设

12、有必要的冷却管路。冷却水分五路流入系统：温度调节阀冷却器出口氢（氧）分离洗涤器出口冷却水入口（蛇管冷却器出口）整流柜冷却管路排放再生冷却器出口4.6.充氮和氮气吹扫系统装置在调试运行前，要对系统充氮作气密性试验。在正常开机前也要求对系统的气相充氮吹扫，以保证氢氧两侧气相空间的气体远离可燃可爆范围。充氮口设在氢、氧分离洗涤器连通管的一侧，氮气引入后流经:氢分离洗涤器阻火器排空充氮口氧分离洗涤器排空4.7氢气干燥（纯化）系统从电解水制备的氢气经过并联的干燥器除湿，最后经烧结镍管过滤器除尘获得干燥的氢气。（根据用户对产品氢气的要求，系统可能增加纯化装置，纯化采用钯铂双金属催化除氧）4.7.1系统组成

13、：本设备主要有两台干燥器，两只列管冷却器，一只过滤器和自动切换阀，管道等构成（有纯化的有一脱氧器）。另外，还有附件：一只阻火器，一只水封罐，分析仪等。控制与制氢合一于PLC控制柜内。其主要参数为：4.7.1.1对含氧0.5%，含湿5g/m3的原料氢气（水电解氢气）处理能力5m3/h4.7.1.1工作压力：1.6-3.2Mpa可调4.7.1.2干燥温度：常温4.7.1.3再生温度（塔底温度）：120-1504.7.1.4耗电：0.3KWH/m3H24.7.1.5冷却水耗量：1t/h（32，0.3Mpa）4.7.1.6再生气：原料H24.7.1.7切换周期：24h4.7.1.8露点：-604.7.

14、1.9操作方式：自动切换4.7.2流程简述水电解来的原料氢气，经原料氢入口阀LLJV01进入，在0-8小时，QZV10a，QZV10d，QZV10e自动打开，QZV10b，QZV10c，QZV10f自动关闭。这样，氢气经QZV10d进入干燥器里，在干燥器氢气被自动加热并温控于120-150下吹水再生塔的干燥剂，带有水汽的热气流又经列管冷却器，列管冷却器二次冷却分离水后进入干燥器被吸附去湿，再经QZV10c，过滤器除尘。在此自动运行期间，当取样分析合格时送纯氢气产品一路出去，如果不合格，二位三通气动球阀自动切换至放空状态氢气经阻火器自动放空。干燥器被加热再生8小时，自动停电加热，变再生为吹冷，当

15、吹冷到塔顶温度80，自动小切换，QZV10a，QZV10d自动关闭，QZV10e自动打开，原料氢气直接经QZV10e进入列管冷却器后进入干燥器被去湿，最后经QZV10c和过滤器获得产品氢气。当到达24小时，阀门自动大切换QZV10A，QZV10C，QZV10F自动打开，QZV10E，QZV10d，QZV10c自动关闭，变干燥器吸附去湿，变干燥器自动加热并温控于120-150下再生8小时，然后停电加热吹冷到塔顶温度80时，又一次自动小切换，QZV10e自动打开，QZV10a，QZV10c自动关闭原料氢气直接经QZV10e，列管换热器入干燥器被去湿，经QZV10f和过滤器获得产品氢气。装置的压力将

16、被自动控制在1.6-3.2Mpa中的一个设定值上。直到48小时，阀门再一次自动大切换。前面再生的干燥器将变成工作的干燥器，自动地周期性往复操作，连续获得纯氢气送氢气分配盘。在此运行期间，超温将会报警，加热器会自动地开关，温度超限会联锁。4.8.排污系统由如下排污点组成：4.8.1电解槽两端排污管4.8.2碱液过滤器排污管4.8.3原料水箱排污管4.8.4碱箱排污管4.8.5氢（氧）管路排污管4.8.6氢（氧）分离器液位计排污管4.8.7再生冷却器排污管（蛇管冷却分离器排污管）4.9.整流系统根据法拉第定律，水电解制氢装置产品气的产量与小室电解电流成正比。本装置额定电流为500A(小室电流250

17、A)，电解槽电压50V左右。详见整流系统说明书。4.10.控制系统5、制氢站安装5.1.CHE-5000系列设备布置，符合GB50177-93氢氧站设计规范，要求一般可分为三室布置:5.1.1制氢间:放置电解槽及框架。5.1.2控制间:放置控制柜、整流变压器。5.1.3辅助间:放置补水泵、（碱液箱、原料水箱、无油空压机、原料水制备装置等。）5.2.制氢间与辅助间的地板应耐碱，并设有排污下水道。5.3.制氢机与各辅助设备的液体管路以及电解槽与框架间的液体管路宜在地沟敷设，电解槽与框架间的气体管路可在空间或地沟内架设。5.4.整流柜与电解槽连接的电缆地沟最好与排污地沟分别设置，并设有地沟盖。5.5

18、.氢氧气放空出口应分别设置在制氢间两侧，并高出房顶1.5m以上，管口应作防雨设施。5.6仪表取样气体必须用管引至室外放空。5.7.控制柜与框架折线距离不大于20m，框架与电解槽距离约4m电解槽与墙的距离3m。5.8.主要设备重量及安装尺寸以及布置见图册备注：具体布置和安装根据用户实际情况参照设计规范布置和安装。6、操作与维护开机前检查a.详细检查无金属工具杂物等导体落放在电解槽上，槽体清洁干燥，无短路和绝缘不良现象。整流柜铜排清洁干净，无接触不良和绝缘不良现象，整个工艺系统整洁，稳固，排污沟畅通，槽体上部无漏雨和其它的滴漏。b.按流程图检查现场连管和安装无误。c.检查，接地，防雷装置，气源等符

19、合说明书要求，并预先联系好保证稳定供电、供气。检查原料水系统为无污染、无腐蚀材料制成，并经过严格除油、除污，阀除油除锈，一般宜为不锈钢制作。冷却水系统压力，流量能满足工艺要求并确保冷却水系统无泄漏。d.排空系统畅通，无冻结阻塞。e.检查设备仪器仪表系统安装的正确性,检查电、气接头有无松动、脱开。6.1.稀碱试运行前准备6.1.1制氢装置调试运行前，须用原料水清洗系统内部容器和管路:6.1.1.1.补水泵的起动转换开关为联锁消除档；6.1.1.2.清洗水箱、碱箱，并给原料水箱充满水；6.1.1.3.置所有阀门为关闭状态，然后开SXV03，JV04，JV02，启动碱液泵后，调节JV02，将原料水打

20、入制氢机（加水和加碱操作均为此,见下图），当液位到氢氧分离器中部液位时切换阀门，打开JV01的同时关闭JV04（切换至内循环操作）。6.1.1.4.调节JV02，使流量至最大。循环清洗系统34小时，停泵，打开GLQV04，V109，V108，YV08，QV09将水排净(或对系统充氮将水压出，以加快排污速度)。6.1.1.5.重复上述上面步骤2-3次，直至排出液体符合原料水纯度要求为止。6.1.1.6.清洗合格后，注水到到分离器中部液位（操作参照6.1.1.3）后停泵。6.1.2气密试验6.1.2.1.关闭制氢机所有外连阀门，打开制氢机内机内所有阀门。6.1.2.2.通过阀GV06向系统充入工业

21、纯以上氮气(注意液位)，压力到1.6MPa时关GV06，检查系统有无泄漏，确保无泄漏后，再升压到4.0MPa检查气密情况，检查泄漏情况并消除漏点。系统保压12小时，泄漏量不超过每小时5为良好。6.1.2.3.启动碱液泵，循环12小时，停泵。6.1.2.4.打开YV03，QV03，缓缓卸压（先确认YV02，QY02已打开，QV04置于放空状态）。或关YV03，QV03，慢慢打开GLQV04，V109，V108利用氮气压力排污卸压，卸压完毕关闭对应的阀门并打开YV08，QV09排污。注意：如果是两台碱液泵可选择任一台泵并开对应的阀门进行操作，其他（如补水泵）类似。6.2电解液的准备30时，15%K

22、OH水溶液比重1.18030时，30%KOH水溶液比重1.2816.2.1置所有阀门为关闭状态。6.2.2开QXV05，向碱液箱内注原料水160升(浓碱加水145升)，关QXV05。6.2.3打开JXV02，JV04，JV04，JV02，启动循环泵，调JV02，至碱液流量最大，进行配碱循环（操作见下图）。6.2.4缓慢加入KOH（分析纯，配稀碱溶液时，加入28-30Kg，配浓碱溶液时加入50Kg），待完全溶解后加入0.2%的V2O5。电解液配好后，停泵，关闭V123。6.2.5待配好的电解液温度降到常温后，启动循环泵，缓慢开JV02，将配好的电解液（50）打入制氢机，至氢氧分离器液位最低位。停

23、泵，关JV04，JXV02。6.2.6启动循环泵，使碱液在制氢机内循环，观察流量指示是否正常，缓缓打开GLQV05，小心取碱样(用量筒)，稍静置，测比重在1.18左右，并分析碱样为合格。碱纯度不合格时，碱液打循环3-4小时后，将碱液排放，重新配制合格碱液，用原料水清洗系统后，再注入合格碱液，比重小可将碱液退回碱箱加KOH后（退回碱箱操作步骤：关闭JV02打开JV03，JV05，JXV01）再注入系统至比重合格。比重过大可向系统通过补水泵注原料水至比重合格或退回碱箱加水。6.2.7自控系统准备6.2.8整流系统准备6.2.9开机前检查6.2.9.1.详细检查无金属工具杂物等导体落放在电解槽上，槽

24、体清洁干燥，无短路和绝缘不良现象。整流柜铜排清洁干净，无接触不良和绝缘不良现象，整个工艺系统整洁，稳固，排污沟畅通，槽体上部无漏雨和其它的滴漏。6.2.9.2.按流程图检查现场连管和安装无误。6.2.9.3.检查，接地，防雷装置，气源等符合说明书要求，并预先联系好保证稳定供电、供气。检查原料水系统为无污染、无腐蚀材料制成，并经过严格除油、除污，阀除油除锈，一般宜为不锈钢制作。冷却水系统压力，流量能满足工艺要求并确保冷却水系统无泄漏。6.2.9.4.排空系统畅通，无冻结阻塞。6.3.稀碱试运行6.3.1接通控制柜总电源及盘上各仪表电源。接通控制柜及框架上气源。6.3.2将控制系统置为准备状态将工

25、作压力给定设在0.4MPa，补水泵启动开关在手动停止档，控制系统处于正常工作状态。6.3.3按整流系统说明书使整流装置为备用状态。6.3.4置所有阀门与气密性试验相同状态后，打开GV06，向系统充氮至0.8MPa，关GV06，缓开V112，V103放空，放空过程中需保证氢氧分离器液位相平。等压力降为接近零后关YV02，QV02，再通过GV06向系统充氮至0.3MPa，关GV06。6.3.5检查确保其他阀门为关闭。其余框架的外出口阀门均为关闭。启动碱液泵，调节JV02，流量在600L/h左右。6.3.6整流柜设在稳流档，启动整流柜，使直流总电压在50V左右，并注意控制系统是否控制良好并及时调整控

26、制系统参数。在槽电压不超过50V情况下随槽温上升而增大电流给定值到200A，同时打开氢氧出口阀（YV02，QV02关闭），正常后置补水泵于自动运行档。6.3.7槽温上升到60时，开启冷却水进口阀并调节温度控制，待槽温升80后，观察槽温的变化趋势，重新整定循环碱温的给定值，使氧槽温稳定在80-85的范围内。在保持槽电压不超过50V前提下可适当提高电流，尽可能接近额定电流500A。6.3.8工作温度在65以上运行34小时后，可逐步增大工作压力给定值到3.2MPa。稀碱试运行在48小时以上。循环流量自行下降时要考虑清洗过滤器，然后再继续运行。6.3.9稀碱运行后停机(与正常停机步骤同，见后面正常停机

27、一节)。停机后，将碱液从GLQV04，V109，V108排出。制氢机注入原料水，循环清洗23遍，然后排掉。6.3.10清洗碱液过滤器，打开GLQV04排污。6.4.干燥系统运行，6.4.1系统气密性试验可与制氢系统同步进行（升压程序和前同）方法为：置所有氢气路上的手动阀门和气动阀门为打开状态（气动阀门也可根据干燥器工作状态的切换来实现，仪表阀均打开），与干燥系统外联的阀门为关闭状态，打开QV02向干燥系统充氮（升压程序和前同），完毕后关QV02（也可以切换QV04从制氢直接把制氢系统的氮气引入干燥系统）。6.4.2气密性试验完毕后卸压：打开QV02缓缓卸压。6.4.3用氮气吹扫干燥系统2-3次

28、6.4.4根据工艺需要，对干燥器低端温控值设定在120-150和报警连锁温度设定在200（加热控制温度），干燥器塔顶温度设定在80（再生小切换控制温度），再生加热时间和大切换时间分别设定在8h，24h（具体可根据用户实际处理气体的量以及气体的露点来确定加热再生和工作时间以及温度）。6.4.5当稀碱运行氢气合格后就可以切换QV04至充氢状态向干燥系统供氢6.4.6让设备进入自控运行状态（具体参照上述流程，根据实际情况选择干燥器的工作状态）。6.4.5运行正常后打开仪表取样分析。6.4.7操作注意事项：（1）干燥器底部温控120-150再生时间8h，塔顶吹冷温度80，可根据实际使用情况做适当调整。

29、（2）装置的工作压力可以通过压力调节阀调节控制在1.6-2.8Mpa任意值。但不能过低。（3）装置运行中，不得中断冷却水。（4）取样分析后的氢气要通到室外。（5）干燥器在吸附除湿必须在温度不太高的条件下进行，所以干燥器在再生时严禁切换塔的工作状态。（6）设备停机最好在再生加热结束后停，这样不会影响再生的效果。6.5.配浓碱，额定状态下运行。6.5.1配制重量浓度为30%的KOH溶液，需含结晶水20的固体碱65Kg。在30时，比重为1.281，浓碱配制中加入化学纯以上V2O50.5Kg。6.5.2额定状态下运行步骤参照稀碱运行一节，只需注意额定状态下总电流为500A，工作温度为90。6.5.3额

30、定状态下运行稳定，产品气纯度合格后，二位三通自动切换入干燥系统6.5.4工作记录值班人员要每隔2小时作工作记录和每周作电解槽小室电压测定。6.5.5正常停机6.5.5.1.补水泵启动开关置于手动停止档。6.5.5.2.切断分析仪电源，分析气样流量调到0。二位三通处于放空状态6.5.5.3.将整流柜总电流给定缓缓调到0。6.5.5.4.注意观察并使氢氧侧液位基本平衡。6.5.5.5.调碱液循环温度给定到0，使水阀完全打开，将JV02开到最大，使碱液循环量最大，以冷却碱液。6.5.5.6.碱液泵继续运行12小时后停泵。6.5.5.7.切断电源、气源，冷却水之后，可关各阀，装置停车完毕。6.6紧急停电情况下停机6.6.1在紧急停电但无其它故障情况下，应快速关YV03，QV03，使系统处于保压状态。如果短时间供电正常，可打开YV03，QV03，通过自控系统按正常开机步骤开机，但开机后，产品气要排空，至运行稳定。产品气合格方可供产品气。如果需长时间停机待电，需手动开启QV02，YV02，在维持两侧液位基本平衡情况下卸压，其它操作同上。6.6.2紧急停车时，立即停止整流柜主回路电源，然后迅速用使补水泵停止工作。调节两气体薄膜阀，最大限度迅速放空，但要密切注意使液位均衡，严防氢氧混合，压力降为零时，关闭所有阀门。切断控制柜电源，气源，切断整流柜的同步电源。6.6.3紧急停