36万制氢装置说明书new概论Word文档下载推荐.docx

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26%NaOH或30%KOH

●氢气干燥量：

10（5）Nm3/h

●干燥后氢气湿度:

露点≤-50C,绝对湿度≤0.0291g/m3

●干燥器工作温度:

干燥:

室温再生:

160C～230C

●干燥器工作周期:

24小时

●干燥器额定功率:

2.2KW

1.2水电解制氢装置组成：

●氢发生处理器

氢发生处理器为组合式框架结构,由电解槽、氢分离器、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。

注意：

电解槽为双极性压滤式结构,接线时中间接正极,两端接负极。

●氢气分配框架

由管路、阀门、减压器、压力开关、压力表等组成，用于氢气的充罐及向发电机补氢。

●供水泵

用于供给水电解制氢装置运行时所需要的蒸馏水。

●蒸馏水箱

用于蒸馏水的储存，并配有电磁阀和阀门等，由计算机控制水的储存量。

●碱液箱

用于碱液的配制及储存。

●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。

●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.

1.3工艺流程

电解制氢装置可分为十个子系统，（参看系统流程图DQ10（05）-00（W）,工程实际流程图见安装图册，此附图仅供参考）。

●氢气系统

由电解槽各电解小室阴极电解出来的氢气随碱液一起，借助于碱液循环泵的扬程和气体升力，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，在其内氢气与碱液分离，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，去除氢气中的水滴，使氢气的含湿度降到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，进入氢气分配框架。

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，升温带出饱和的水份，再经冷凝分离器将水份冷凝分离，随后进入另一只吸附器，经吸附后，合格的产品气送入氢气分配框架，然后分配送入各氢气储罐或直接送入发电机。

●氧气系统

由电解槽各电解小室阳极侧电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，在其内氧气与碱液分离，然后经气动薄膜调节阀排空（也可回收使用）。

●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，向极板区补充除盐水，增加电解区域电解液的搅拌，降低小室电压，减少能耗，本系统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管道或氧气管道，再分别进入氢分离洗涤器和氧分离器，从而构成完整的碱液循环系统。

●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，当氢气纯度达到标准后再充氢。

正常运行时，排空由氢发生器框架的常开两位两通阀1Q完成，PLC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，PLC又给出信号，打开1Q将系统内气体排空。

遇到紧急情况时，可直接打开1C、2C排空,但必须密切注意氢、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.

●补充水系统

电解过程中，除盐水不断消耗，必须及时向系统内补充除盐水。

补水系统主要包括除盐水箱和供水泵，水箱中的水根据氢氧分离器中碱液面高度通过供水泵打入氢分离器，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供水泵停运期间不回流，在送水管道上装有止回阀。

●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，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.

●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，排出清洗用除盐水及杂质或含有杂质的碱液。

第二路从氢发生处理器的洗涤器底部、捕滴器底部、排污器底部及氢排空管底部，通过14D、7D、11D和3D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。

●储氢系统

本系统由氢发生处理器、氢气分配框架和氢气储罐组成。

当电解槽产生的氢气满足所需标准后，由PLC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氢气分配框架。

通过氢气分配框架的阀门进入氢气储罐，完成氢气的存储。

●充氢系统

由氢气分配框架和氢气储罐组成，当发电机侧压力低于0.8Mpa时，氢气分配框架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，控制氢气分配框架相应的气动阀门打开，氢储罐中的氢气通过氢气分配框架开始往发电机补氢。

当发电机侧压力达到1Mpa时，压力开关（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。

●除盐水箱补水系统

制氢装置运行过程中，水箱液位信号传送给PLC，PLC根据水箱液位情况，自动控制水箱的进水电磁阀，实现了水箱补水的自动化。

1.4控制系统

本装置自动设计原则是根据工艺的操作条件设置检测、调节、报警、联锁及电气控制系统以保证制氢装置安全、可靠、高质量运行。

控制设计选用了具有防腐、防爆性能的仪表，不具备防爆性能的仪表和电气设备都安装在与现场相隔离的控制室内，不具备防腐性能的仪表采用隔离措施，与氧气相接触的仪表采取禁油措施，操作人员在控制室里就能方便地进行开、停车，监视制氢装置，了解运行机制、联锁点设置。

控制系统由可编程控制器（PLC）、集中管理监控机和通讯三部分组成。

可编程序控制器（PLC）控制制氢设备，完成系统主要的调节、控制、联锁保护功能，保证了系统的高可靠性；

集中管理监控机监控可编程控制器的运行，通过不同的人机交互界面使运行人员直观的监视各类系统参数，手动干预各调节参数和控制参数；

集中管理监控机与可编程控制器之间通过网卡进行通讯。

本手册只对人机交互界面的使用进行说明，关于集中管理监控机、可编程控制器、网卡等硬件方面的使用请参考相关硬件使用说明书。

●控制参数

序号

参数名称

调节范围

检测点

联锁点设置

上限报警

下限报警

1

电解槽压力（MPa）

0～3.14

3.40

2

氢气管道压力（MPa）

0～2.94

3

氢氧分离器液位差（mm）

－20～+20

4

氧分离器液位（mm）

400～500

350480

450

355

5

除盐水箱液位

400~800

350850

6

氢分离器液位（mm）

350480

7

循环碱液温度（℃）

65～75

8

碱液循环量（L/h）

400～900

400

9

氧气侧电解槽温度（℃）

＜90

95

90

10

氢气侧电解槽温度（℃）

11

气源压力（MPa）

0.3～0.7

0.2

0.3

12

氢气纯度

≥99.8

99.5

13

供氢母管压力（MPa）

0.8～1.0

1.0

0.8

14

漏氢量（%）

0.2～1.0

1.2

15

整流柜电压（V）

42～50

16

整流柜电流（A）

740

●气源控制

气源由压缩空气站提供净化过的压缩空气。

压缩空气进入电磁阀柜，通过空气过滤器过滤后提供给电磁阀，通过电磁阀将电信号转换为气信号，直接送给相应的两位两通阀、两位三通阀和两位四通阀；

过滤器将气信号提供给电气转换器，通过电气转换器将4～20mA电信号转换成0.02～0.1MPa的压力信号，通过信号分配板将信号送给氢发生处理器的气动薄膜调节阀。

压力表指示总气源压力，气源压力低于下限时报警、联锁停整流柜。

●电源

制氢站采用三相四线制供电方式；

交流电压380V/220V，频率50Hz，功率100KVA，要求制氢站进线电源为两路，一路工作，一路备用。

●电解槽压力调节

压力变送器由氧分离器上部空间取得压力信号，经转换输出4～20mA电信号，经输入安全栅送给PLC，PLC将测量值与给定值进行比较和运算，输出4～20mA电信号送给电气转换器，电气转换器将4～20mA电信转换成0.02～0.1MPa的压力信号送给氧侧调节阀，调节阀根据气压信号的大小调整开度，从而调整氧气的压力，使氧分离器的压力维持在设定压力下运行，氧分离器压力就是电解槽压力。

氧侧电解槽压力的数值同时在氢发生处理器上的压力表和集中管理监控机上指示出来。

●氢氧分离器液位调节

设置液位调节的目的是控制氢、氧分离器的液位，使液位维持在400mm～500mm的高度。

从分离器取液位信号送给差压变送器，变送器输出4～20mA信号经输入安全栅隔离送给PLC，PLC对氢氧分离器液位进行比较，输出4～20mA电信号转换成0.02～0.1MPa的压力信号送给调节阀，调节阀根据气压信号的大小调整开度，使氢氧分离器的液位维持在设定液位范围。

如果氢分离器液位高于氧分离器液位关闭氢分离器侧调节阀；

氢分离器液位低于氧分离器液位打开氢分离器侧调节阀。

●电解槽温度调节

设置电解槽温度调节系统的目的是控制氢、氧侧电解槽温度，使电解槽温度维持在85℃左右。

在碱液循环泵出口取得碱液温度信号，由温度变送器将温度信号转换成4～20mA的电流信号，送至PLC，PLC将测量值与给定值进行比较和运算，输出4～20mA信号送给电气转换器，电气转换器将4～20mA信号转换成0.02～0.1MPa的压力信号送给冷却水调节阀。

调节阀根据气压信号的大小调整调节阀的开度，从而调整冷却水的流量以控制电解槽温度在一定的范围之内，同时在集中管理监控机上显示。

●整流柜电流调整

PLC根据系统的工艺控制条件输出4～20mA电流信号控制整流柜电流。

整流柜电流调整分两个阶段：

第一阶段整流柜电流在第一次达到额定电流值之前，为使系统尽快正常运行整流柜工作在稳压状态；

当整流柜达到过额定电流之后整流柜工作在稳流状态，整流柜升流条件如下：

槽压小于槽压报警上限；

氢槽温小于报警上限；

氧槽温小于报警上限；

氢液位小于报警上限；

氧液位小于报警上限；

氧液位大于报警下限；

氢液位大于报警下限；

碱液流量大于开关下限报警；

水箱液位大于报警下限。

●氢发生处理器两位两通阀控制：

a、系统运行时出现下列任何一种现象时，氢发生处理器两通阀打开，氢气排空：

整流柜故障、气源压力超下限、电解槽压力超上限、氧气侧槽温超上限、氢气侧槽温超上限、碱流量下限开关闭合、系统压力达到设定值时氢、氧液位超上下限。

b、当氢气纯度≥99.8%时，电解槽压力与氢管压力之差大于其设定值且电解槽温度达到50℃以上的设定值，整流柜正常运行，系统关闭氢发生处理器两位两通阀开始向贮氢罐充氢。

●补充水控制：

补水控制的操纵量为供水泵的开或停，参考量是氧液位。

供水泵可以通过转换开关实现自动控制和手动控制。

自动控制：

当氧分离器液位低于补水设定值时打开供水泵进行补水，当氧分离器液位高于补水上限时关闭供水泵；

手动控制：

根据实际液位，液位低时手操按钮打开供水泵，液位高时手操按钮关闭供水泵。

整流柜发生联锁故障时整流柜关停同时自动关停供水泵。

●原料水控制：

电解所需的除盐水来自水箱，水箱入口安装一个电磁阀。

水箱液位低于下限时自动打开进水电磁阀，水箱液位高于上限时关闭进水电磁阀。

同时，水箱输出4～20mA电流信号，水箱液位低于设定下限时关停整流柜。

●循环泵控制：

循环泵的控制通过转换开关实现自动和手动两种控制方式。

在自动状态下，微机开机时自动开启循环泵。

手动状态下，通过按钮控制循环泵的启停。

●干燥器三通阀控制：

1#、2#、3#三个两位三通阀的阀位由氢气干燥装置工艺流程决定，详见氢气干燥装置工艺流程附表。

●干燥器四通阀控制：

两位四通阀的阀位由干燥器的吸附、再生、吹冷时间控制，三者时间之和为阀位切换时间。

两位四通阀有状态1和状态2两个位置，四通阀由状态1到状态2再由状态2返回状态1时完成一个完整周期。

吸附、再生、吹冷时间可以根据实际情况相应调整。

●干燥器再生温度控制：

当再生温度达到230℃停止加热，由于惯性温度继续上升，上升至240℃左右温度下降，下降至230℃开始加热由于惯性温度继续下降，下降至220℃左右温度开始上升，上升至230℃停止加热，重复上述过程，直至达到再生时间。

再生温度可根据需要调节参数。

●氢气分配框架两位两通阀（补氢）控制：

两位两通阀是向供氢母管补氢的自动阀门，当供氢母管压力达到下限设定值（0.8MPa）时，自动打开两通阀往发电机补氢，当压力达到上限设定值（1.0MPa）时，自动关闭两通阀，使供氢母管的压力维持在规定的压力范围。

●检测

氢气侧电解槽温度、氧气侧电解槽温度、循环碱温、干燥A、干燥B再生温度均采用温度变送器作为传感器；

氢分离器液位、氧分离器液位由电容式差压变送器作为传感器；

槽压、氢管压由压力变送器作为传感器；

碱流量由金属管浮子流量计作为传感器；

氢气湿度由湿度分析仪探头作为传感器；

水箱液位由磁翻转液位计作为传感器；

漏氢量由氢气测报仪探头作为传感器；

整流电压、电流由整流柜单片机输出；

氢、氧气纯度由氢、氧分析仪探头作为传感器。

以上信号均为标准的4-20mA信号，以模拟量信号输入给PLC，进行调节或控制，并通过集中管理监控机显示出来。

总气源、冷却水、补氢、贮罐压力用就地压力表来测量。

●信号报警及联锁

信号报警和联锁系统有冷却水超下限；

气源压力超下限；

电解槽压力超上限；

氧气侧电解槽温度超上限、氢气侧电解槽温度超上限；

碱液循环超下限；

电解槽压力达到设定值氢、氧分离器液位超上、下限；

水箱液位超上下限，当参数超限时微机发出报警信号由蜂鸣器报警，同时完成联锁功能，停整流柜使系统自动卸压。

报警信号：

水箱液位超上、下限；

氢、氧气纯度超下限；

整流柜自身故障报警。

●紧急手动开/停机

当发生紧急情况时，用紧急手动开机和手动停机按钮。

2、制氢装置使用条件

●设备布置在室内；

●原料水：

除盐水，要求电阻率＞105Ω.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；

●冷却水:

a.系统冷却水:

温度≤30C；

压力0.15-0.3MPa；

水质要求:

电阻率2500Ω.cm，PH值在6-9之间；

用量约5m3/h。

b.整流柜用冷却水:

温度5-35C，压力0.05-0.2MPa；

水质要求同上；

用量约1.5m3/h。

●仪表气源:

压力为0.5～0.7MPa，含油量小于5mg/m3，露点比环境最低温度低10℃，流量为4Nm3/h纯净的压缩空气。

●电源:

由低压开关柜（电源柜）统一供电。

接入低压开关柜的母线为两路:

一路工作，一路备用。

电压:

380V/220V频率50HZ，三相四线制。

3、安全注意事项

操作运行前请阅读以下内容并严格遵守

●保证设备良好接地，以防止产生静电引起氢气燃烧和爆炸；

●氢发生处理器电解槽前操作地面上放置一块绝缘橡胶板；

●电解间照明采用防爆灯，保持室内通风良好；

●所有与氢气、氧气接触的管道、阀门要用四氯化碳清洗以去除油污；

●装置运行时严禁进行任何检修工作；

●制氢间严禁明火和存放易燃易爆物品，禁止吸烟；

●操作运行人员应穿着防静电工作服和防静电鞋，戴防护眼镜。

操作时严禁金属工具相互撞击，以免产生火花；

●制氢间必须设置如二氧化碳、沙子、石棉布等防火器材；

●制氢间内必须备有2-3%的硼酸溶液，以防万一设备漏碱时碱液喷溅到脸上或身上时及时清洗；

●在操作和维修设备时，手和衣物不能沾有油脂。

任何油脂都不允许落入有可能与氧气接触的设备上。

●不允许碱液掉到电解槽极板之间或极板与拉紧螺栓之间，更不允许任何金属杂质物落到电解槽上，以防引起极板间短路；

●禁止氧气、氢气由压力设备及管道内急剧放出。

4.设备安装:

水电解制氢装置的安装布置是根据GB50177-2005《氢氧站设计规范》进行设计的，在安装过程中应认真参照设计方的设计进行施工安装,并应注意:

●设备布置

从安全方便的原则出发,主要设备按以下要求布置:

制氢间：

放置氢发生处理器、氢气分配框架以及氢、氧分析仪的取样装置和湿度仪的取样部分等。

电气控制间:

放置低压开关柜（电源柜、动力柜）、整流柜、控制柜、电磁阀柜等。

辅助间:

放置供水泵、蒸馏水箱、碱液箱、冷却水循环装置。

●工艺安装要求:

※安装前请做好相应准备工作；

※小心打开包装物，部件从包装物中取出后，检查其完整性及受损情况；

※本装置安装不需任何特殊安装工具；

※处理分析仪表和电气部件时，应特别小心；

※禁止铁酸盐材料或工具与不锈钢材质接触；

※安装地点须干燥、清洁；

※液体管路沿地沟敷设，气体管路架空敷设，各管路连接应尽量减少弯曲；

※电缆应沿地沟敷设，电缆地沟与管路地沟分别设置，沟沿高出地面50mm。

导线或电缆用的保护钢管应按照《电力工程电缆设计规范》的要求做隔离密封；

※氢、氧排空管出口距离不小于10m，其高度应超出房顶1.5m以上，管口设防雨装置，氢气排空口安装阻火器；

※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50-100mm。

※土建工程设计与施工按国家相关标准和规范执行。

※现场管道安装与制氢设备联接前，氢气和氧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20m/s的流速进行吹扫，直至出口无铁锈无尘及其他杂物。

※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，则应先把截止阀打到全开位，再进行焊接。

在运输过程中电解槽两端固定，在运行时只固定一端，将靠近碟型弹簧侧的两条固定螺栓去掉！

严禁对电解槽进行解体检查！

5、调试

制氢装置安装完毕后,必须由专业人员进行调试,各项指标达到规定要求后,才能正式交付使用.

●检查:

※系统设备之间连接管道是否已连接并符合要求；

※电气控制系统接线是否正确连接并符合要求；

※是否符合安全规范的要求并已采取了相应的安全防范措施；

确定所有的检查事项完成后才可以进入调试程序！

●清洗系统:

水电解制氢装置正式投入运行前应进行除盐水清洗，以除去设备在加工过程中存留在各部件内部的机械杂质。

操作顺序如下：

※将所有阀门都置于关闭状态，擦干净所有部件、管道、阀门及仪表上的尘土及污垢。

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。

※接通控制柜电源.

※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）

※打开4B、3B、2A（12B）、1C、2C，手动启动循环泵，慢慢打开4A（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，除盐水打不进电解槽，表示循环泵内有气体，可关闭4A（14B），打开泵的排气阀，将泵内气体排掉后关闭排气阀。

※打开3A（13B），启动循环泵，调节4A（14B）使泵流量至最大，冲洗系统1小时。

※关闭4A（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。

※按上述方法反复进行2-3次，直至排出液清洁为止。

●系统气密试验

※制氢系统气密试验：

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、14D；

打开系统内的所有阀门:

3B、2A（12B）、3A（13B）、4A（14B）、5D、8D、9D、10D、13D、1TA以及氢发生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。

如有泄漏现象则排除后继续检查，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。

※储气系统气密试验（包括氢气分配框架和储氢罐）

先将储氢罐内灌满水（以第一储罐为例:

关闭30B，打开32B、32B’、31D、32D，从32B’往里注水，从31D处有水流出时，表示该罐内已灌满，依次再灌其它各储罐）。

每个储罐的气密试验可单独进行，也可多罐（根据工程可能为三个罐、四个罐、五个罐、六个罐）同时进行。

但氢气分配框架上与储罐有关的阀门与管路的气密试验与该罐同时进行。

注意:

不允许储罐中的水流入氢气分配框架

20D可作为充氮气口，待所试验储罐压力升值2.94Mpa，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。

●电解液配制

先配制重量浓度10%的NaOH水溶液180Kg