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制氢系统开车后,氢气纯度达到要求后才能被送到储罐,在未达到纯度以前的氢气可以通过放空阀放空处理。
当水电解制氢系统装置压力压差系统由于调节阀出现失控或紧急事故需要将水电解制氢系统放空时,可以直接打开手动气体放空阀,使氢氧气体分别放出,但是要注意氢氧分离器的液位偏差不能过大。
2.4、原料水补充系统
电解过程中,装置内的原料水在被一直不停的消耗,因此,为了保证电解的连续性需要定期的向装置内补入原料水。
水箱中的水通过补水泵分别打入氢氧洗涤器,然后通过溢流管,注入分离器的液相部分和循环碱液一并通过碱液循环系统进入到电解小室进行连续电解,同时使电解液的浓度保持在最佳状态。
原料水通过注入洗涤器然后再溢流到分离器,可以稀释洗涤器中的碱液含量,降低产品气的含碱度。
为保证电解制氢装置压力系统中的气体和碱液在加水泵停转期间不外漏,在加水管道上均装有止回阀。
运行过程中,只打开单个的补水回路,即只开氢侧或氧侧。
2.5、冷却水系统
总管中的冷却水共分为三路,一路进入整流柜的可控硅元件,一路进入氢氧洗涤器的蛇管冷却氢氧气体。
另外一路冷却水通过气动薄膜调节阀控制进入碱液分离器中,根据循环碱液温度的高低自动的控制冷却水量,从而达到控制就爱你也温度的目的。
2.6、排污系统
排污管道共分五处:
第一处:
为就爱你也过滤器底部,通过碱液过滤器排污阀排出碱液和过滤器中过滤下来的石棉杂质及污物。
第二、三处:
为碱箱和水箱底部的排污口,通过排污阀排出箱中的污物或残液。
第四处:
从氢氧洗涤器的底部排出冷凝水或污物。
第五处:
从电解槽底部的进就碱管道上排出电解槽内的污物或碱液。
2.7补碱系统
同补水系统一样通过补水泵将碱液直接送入碱液环的管道内,在补碱管道上也装有止回阀。
3、电解槽
3.1电解槽的分类
3.1.1单极性电解槽
单极性电解槽每块极板只有一个极性,即一块板只担负阳极作用或只担负着阴极作用,因此称为单极性电解槽。
单极性电解槽安装、维修简便,但效率低,体积大。
3.1.2双极性压滤式电解槽
以双极性压滤式电解槽为例,电解槽的极板是垂直的,互相平行排列,电流只从一端极板导入,通过电极经电解液,传达到下一块极板,最后由下一个极板输出。
由于操作电压的关系,造成电解槽电压输入端至输出端的递降,这样就使得前一块极板相对于次一块极板就带正电荷。
因此,对同一块极板而言,在前一个电解小室中做阴极,在下一个小室中就做阳极,即每一块极板的正面是阴极,背面是阳极。
一板快起着两种极性作用,因此称为双极性电解槽。
双极性电解槽中的每块极板都传导总的电流。
极板上的电流密度等于总的电流强度除以极板正面(或背面)面积,槽内电压决定于相邻两电极的电位差。
电解槽的总电压为各个小室的电压之和。
双极性电解槽使用有绝缘边的隔膜作为电解小室的中间层,这样具有压滤机的结构,所以又称为双极性压滤式电解槽。
3.2加压水电解槽的特点
1、加压水电解槽采用双极性压滤式电解槽型式,在压力下运行,氢气可以在压力情况下进入氢气纯化装置或储罐,不需氢压机。
2、电解槽的操作温度比常压电解槽的温度高,因此提高了电解液的导电率,电解效率高,小室电压较低,降低了制氢能耗和制氢成本。
3、草薙的密封性能好,允许间断操作,使用寿命可达15~20年,产品气质量高。
3.3电解槽的结构及作用
3.3.1电解槽的外部结构
电解槽为并联双极性压滤式结构,由螺栓和两块端压板把极板夹在一起,呈圆柱体结构。
(1)、大螺栓、大螺母、弹簧导套、蝶形弹簧等用来将各个小室间的垫片压紧,使槽体能够承受内压,保证槽体不漏。
必须使各个螺栓承受一定的预紧力,而各个螺栓受力要均匀。
(2)、端压板:
两端的端压板的作用是承受电解槽的内部压力及密封垫片的密封压力。
电解槽在1.5—3.2Mpa压力下工作,承受的压力很大,因此要有足够的厚度,以免变形并保证槽体的密封性。
(3)、输电板:
电解槽的中间极板和左右端极板上都焊有输电板。
中间极板接直流输出正极,两个端极板接直流输出负极。
3.3.2电解槽内部结构
电解槽的每个小室由阳极板、阳副极网、隔膜、垫片、阴副极网、阴极板组成。
在电解槽中,每块极板既是阳极又是阴极,中间极板是阳极,左右端极板为阴极极板面向中间极板的一侧为阴极,另一侧为阳极。
在阴极上产生氢气,阳极上产生氧气。
在槽体上除中间极板、左、右端极板外按极板处的位置不同又分为左极板和右极板,他们的区别在于出气孔的位置不同。
(1)极板:
极板是主机板和极框焊接后镀镍而成。
镍是非消耗性电极,在碱液里不会被腐蚀,超电压低。
极板上的乳头起支撑负极网、隔膜布和输电流的作用。
电解液在乳头与隔膜布形成的空间里流动。
(2)阴副极网:
用纯镍丝编织而成,又用等离子喷涂法涂上拉内镍活化层,使用前要用稀碱液进行活化处理。
电化学反应时在其表面上产生氢气。
(3)阳副极网:
与阴副极网一样,在电化学反应时在其表面产生氧气。
(4)隔膜:
现行工业水电解制氢装置通常采用石棉作为隔膜。
隔膜的作用是隔开电解时所产生的氢氧气体,而不阻止离子运动。
石棉隔膜布在25%NaOH或30%KOH溶液里长期使用时其工作温度不得高于90℃。
(5)绝缘密封垫:
绝缘密封垫起绝缘作用,又起密封作用,它是采用特制的塑料膜压制而成,也可以与石棉布压在一起,是比较理想的密封材料。
(6)压片:
压片是用来保护极板上的进液孔和出气孔的。
当垫片压紧时,保证各通道不被密封的塑料因填充而阻塞。
(7)电解槽内各种孔道的设置:
在左右端极板的中部有外接管道口,他们是电解液的进口,电解液的从端极板进入槽体,穿过左右极板和密封垫片的流液孔道到达中间极板,在通过中间极板下部的孔,经槽体下部液体环道,通过进夜孔分配到各个小室里。
水电解后,各个阳极小室生成的氧气和碱液一起通过出气孔经气体环道一同流出氧气出气口;
各阴极生成的氢气和碱液一同流出氢气出口管。
(8)电解槽采用对角线循环路径,各电解此傲视碱液循环量均匀,小时电压均匀。
3.4电解槽使用时的注意事项及故障维护
3.4.1注意事项
电解槽是水电解制氢装置的核心,它的使用寿命与操作维护紧密相关。
严格的按照操作说明使用时电解槽经久耐用的关键,所以在使用中必须注意一下个点:
(1)控制槽温在90℃以下;
(2)槽压控制在规定范围内;
(3)电解液循环量控制在正常值;
(4)密切监视气体纯度;
(5)按时测量小室电压,测量时注意电极方向,且不能让电压表某一极棒的锄头同时接触两片极板造成短路;
(6)电解槽一定要清理干净,不得有金属物和碱液等导电介质,周围不得放置其它金属物品,以防落在槽体上引起短路;
(7)定期清洗过滤器,清楚滤网上的石棉绒毛和其它杂质;
(8)向槽内补充的原料水一定要符合要求。
电解质为分析纯或优级NaOH或KOH,定期测量碱液浓度,使浓度处于适合值。
电解液中的杂质应控制在:
SO4-2<100mg/L;
Fe+3<3mg/L;
CL-<800mg/L。
(9)电解槽前放置一橡胶板,测量电压时踏于橡胶板上,以确保操作人员的安全。
3.4.2故障与维护
(1)电解槽个别小室电压不断增加到2.5伏或者更高,这说明小室内电解液流通不畅,这时需要停车,清洗过滤器,打开电解槽下不部的排污阀,排除污物,在开车。
用碱液循环泵大流量循环碱液,通过冲刷作用把堵塞的小室疏通。
如果还不行,则要考虑相邻两片极板短路,使它们内部不产生气体;
(2)法兰接口处漏碱:
适当拧紧螺母或更换聚四氟垫片。
(3)弹簧垫片:
每根拉紧螺栓受力都是很大的,蝶形弹簧长期处于工作状态,可能由于加工质量不佳,出现碟片破裂现象,这时可先停车待温度恢复到常温状态时,在其它螺栓拧紧的情况下松开相应的螺栓,拆下损坏的弹簧垫片,换上备件重新拧紧;
(4)气体纯度下降:
当碱液循环量正常,压差和碱液温度控制正常情况下,如果气体纯度不断下降,氢气纯度到98.5%以下,则要考虑石棉隔膜布可能破损,这是电解槽需要大修。
把槽体打开,更换全部氟塑料隔膜石棉布垫片,重新组装;
(5)电解槽温度过高,整流柜上电流表达不到额定值:
如果整流柜本身没出问题,则要考虑电解液被不洁净原料水污染,电阻过大,致使电流达不到额定值,应更换电解液。
4、框架
4.1框架的作用
框架是一个包含许多化工过程的多功能综合设备,它的作用如下:
(1)把从电解槽来的气液混合物在分离设备中进行气液分离。
(2)把分离出来的气体进行冷却、洗涤、除雾。
(3)把碱液进行冷却以维持电解系统的适宜温度。
(4)通过碱液过滤器去除碱液中的机械杂质或绒毛。
(5)通过碱液循环泵提升碱液的压力,以维持碱液以适宜的流量在系统中流动,从电解槽中带出电解产生的气体和电解过程中产生的热量,促使电解液进行搅拌,保证电解槽的正常电解过程。
4.2框架的结构
框架的结构主要包含以下几部分:
碱液换热器、氢氧分离器、综合塔、碱液过滤器、循环碱泵及管道。
其中综合塔包含有氢氧洗涤器、氢氧换热器、捕滴器。
4.2.1碱液换热器
碱液换热器为固定管板列管间壁式冷却器,碱液冷却器管程流通的是热介质的氢、碱液混合物或氧碱液混合物,壳程流通的是冷却介质冷却水,碱液冷却器的作用是冷却循环碱液控制电解槽的温度。
碱液换热器一般不需要维修,要求运行条件必须符合参数的设计条件,但是碱液换热器内的列管在知情装置长期运行后有可能出现下述现象:
1、换热能力下降:
表现为冷却水来那个足够,冷却水的进口温度正常,但是冷却水的出口温差逐渐减小,碱液的温度达不到冷却的要求。
原因可能是冷却水的水质不符合要求,形成水垢,碱液侧也会形成一定的结垢,增大了传热阻力,致使热解释释放出来的热量不能够既是的被冷却水带走,解决的办法是用机械法或化学法进行除垢,改善传热条件。
2、换热器或换热部件发生热介质向冷介质的泄露:
表现为电解槽各参数(特别是电解槽的总电流)均正常,但离开分离器的气体产量减小,冷却水内有气体排出;
或是冷却水出现高碱性,向循环碱液系统补水量明显的增加,短期内碱液浓度明显的下降。
这时应该怀疑换热器发生泄漏。
出现上述泄漏后,应该停车泄压排液,寻找泄漏点进行处理,甚至更换设备。
4.2.2氢氧分离器
分离器的作用就是依靠气体和液体的重力进行气液分离的。
在运行时应注意:
(1)在运行中应经常观察分离器上的压力显示值和液位高度,看看其工作压力、液位、液位差是否处于正常状态。
擦后果规定范围,首先用手动放空阀将气体放空,使压力也液位维持在正常状态。
然后找出原因,排除故障、恢复正常。
如果原因一时找不到或找到但不能很快的解决的话应该停车处理,等恢复正常后再重新开车,注意在打开放空阀时,一定要慢慢开启,且要保持液位差趋于平衡。
(2)如果液位计进液孔堵塞,所示液面不能反映出分离器碱液的真实高度。
则应停车、泄压后进行清洗排除。
方法:
(a)关闭液位计上、下阀门,拆下液位计,用纯水对液位计进行冲洗,清除内壁的污物。
(b)用细铁丝捅入液孔,将孔内杂质清除,然后重新装好。
4.2.3碱液过滤器
碱液过滤器由筒体、滤网、滤筒、法兰等组成,过滤器中滤筒、滤网的有效流通面积应使其过滤效果好且电解液通过时阻力尽可能的小。
过滤网选用60~80目的不锈钢丝网或镍丝网。
当结循环量不断下降,槽体温度升高或者分离器冷却而槽体温度又难以冷却,说明过滤器的过滤网堵塞,应取出滤芯进行清洗。
过滤器的清洗应在停车的状态下进行,清洗方法是关闭过滤器的进出口阀,打开排污阀排尽过滤器内的碱液。
拆开过滤器法兰的螺栓,取下法兰盖,卸下滤筒进行清洗。
清洗时最好打开滤网,用尼龙刷进行内外刷洗,用净水冲洗干净,重新装好,用纯水浸泡后装上。
同时用清水对滤筒内部进行清洗,并由过滤器排污阀放出,然后用纯水再次进行清洗。
完成以上步骤后将过滤筒装好,装好过滤器的大盖法兰,拧紧螺栓,拧紧螺栓时应注意对称,用力均匀。
最后对过滤器进行吹扫置换,缓慢打开过滤器的进口阀,待碱液充满过滤器后开全进口阀,打开出口阀检查法兰连接处是否有漏,正常后投入运行。
4.2.4碱液循环泵
碱液循环泵采用屏蔽泵,屏蔽泵是根据装置要求从专业生产厂家订购的,使用要求是:
(1)严禁空转运行:
(2)彻底清除装置内的铁锈及固体异物;
(3)空气排除后方可运行;
(4)断流运行不得超过30秒;
(5)不得逆向持续运转;
(6)在运转的过程中,如果发现异常声响或振动等,必须查清原因后排除故障;
(7)TRG表指示红色区域,不允许运转;
(8)在没有查清楚故障原因时不得运行;
(9)小于最小流量时不得运行;
4.2.5综合塔
综合塔分为三个部分即洗涤器、冷却器、捕滴器。
(1)洗涤器:
主要是除去气体中的碱雾,降低气体的含碱度。
(2)冷却器:
冷却器为蛇管冷却器,主要是对气体进行冷却除水,降低气体的湿度。
(3)捕滴器:
捕滴器装在综合塔的顶部,用于分离氢氧气体中夹带的直径为0.3u以上的微液滴。
它是在一定直径的圆筒内装填一定规格和数量的不锈钢捕滴网。
当进入捕滴器的气体流速控制在一定范围时,气体中夹带的液滴撞到丝网并附着其上,在水滴聚集到一定程度,在重力作用下沿丝网下流,达到分离液滴的目的。
运行中注意,如发现捕滴器捕滴效果变差,阻力变大时,应打开顶部法兰盖,取出丝网清理里面的液体结晶或污物。
清理后,将丝网卷成密度均匀的圆筒型,重新装上。
五、其它设备
1、控制柜
控制柜包括工业控制机、二次仪表、氢氧分析仪、稳压电源及操作按钮、开关等。
可实现自动检测、调节、显示、故障报警、连锁、自动开机与停机等功能。
工业控制机PLC是控制的核心部分。
2、整理装置
整流装置由整流变压器、整流柜组成,用于给电解提供所需的直流电源。
3、计算机管理系统
可对装置自动运行程序进行监控、操作,并有记录、打印等功能,是控制部分的外部窗口。
4、储罐
储存气体并将气体分给用户,在储罐上装有压力表和压力远传变送器。
5、柱塞泵
向制氢电解系统补送纯水货电解碱液。
柱塞泵由涡轮、蜗杆传动机构、泵缸头托架、联轴器及电机等主要里部件组成。
电动机通过蜗杆涡轮带动曲轴,经过连杆、十字头使柱塞做往复运动。
从而将纯水输送到系统中去。
6、阻火器
阻火器安装在氢气储罐放空管道上和制氢框架放空管道上。
用来防止外部火焰窜入储罐、制氢系统或组织火焰在制氢系统与其他系统设备及管道上蔓延,保证制氢设备的安全运行。
制氢安全注意事项及设备常见故障与排除
一、安全注意事项
(1)制氢设备如果长时间闲置,超过半年以上,开机前应改详细检查设备状况;
(2)制氢间应该保持良好的通风效果;
(3)制氢车间严禁烟火、穿钉子鞋,操作人员不易穿合成纤维、毛料工作服,严禁金属铁器相撞以免产生火花;
(4)严禁氢氧气体由管道内急剧的放出,以免造成爆炸或火灾;
(5)氢气系统运行时严禁带压修理,严禁负压;
(6)保持电解槽槽体表面清洁干燥,严禁任何金属导体或其他杂物掉落到电解槽上,以免造成短路;
(7)应经常用肥皂水或氢气测报仪对气体管道检漏,发现漏点及时处理;
(8)制氢车间严禁存放易燃、易爆物品,禁止无关人员入内。
二、设备常见故障及排除
1、突然停车:
1.1供电系统停电;
检修供电系统;
1.2整流电源发生故障;
检修电器设备;
1.3整流柜冷却水中断或流量过小压力不足引起连锁;
解决冷却水存在的问题;
1.4电流突然升高引起过流或出现短路引发连锁;
将电流调至零,并按过流复位,重新启车;
1.5快速熔断器烧坏引起连锁;
更换新的快速熔断器,并检查可控硅是否击穿;
1.6槽压过高引发连锁;
降低槽压后重新启车;
1.7碱液循环流量下限连锁;
增加循环量过清洗过滤器;
1.8槽温过高引发连锁;
更改槽温设定值;
1.9分离器液位偏差较大引发连锁;
调整分离器的液位,或更改设定值。
2、槽总电压过高:
2.1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;
采用搅动负荷(升降电流或升降电解液循环量)的方法把堵塞无冲开或停车冲洗电解槽;
2.2槽温控制过低;
改变槽温设定值在85~90℃;
2.3碱液浓度过高或过低;
测量碱液浓度,调整碱液浓度至规定值;
2.4添加剂不足;
可通过碱液向电解液里增加V2O5。
3、原料水供应不足:
3.1加水泵停止加水;
停泵检修;
3.2水箱无水;
向水箱就爱如原料水;
3.3自动加水系统失灵不能启动;
检查是否是自动状态;
检查氢液位设定值和开关输出线路并排除
3.4加水泵进出口未打开;
打开进出口阀;
3.5液位测量系统故障;
检查液位测量系统;
4、系统压力或分离器液位波动较大:
4.1液位与压力变送器零点漂移;
调整零位;
4.2液位与压力变送器内有碱液;
清除液位与压力变送器内的碱液;
4.3压力调节系统故障;
排出压力调节系统故障;
4.4氧液位调节系统故障;
排出氧液位调节系统故障;
4.5气体管路漏气严重;
堵漏处理。
5、气体纯度下降或纯度报警:
5.1隔膜损坏;
停车进行电解槽大修;
5.2氢氧分离器液位太低;
补充原料水;
5.3分析仪不准;
检查分析仪,重校零位;
5.4碱液循环量过大;
调整循环量在合理范围内;
5.5碱液浓度太低;
调整碱液浓度在规定值;
5.6原料水水质不符合要求;
提高原料水水质,冲洗电解槽,严重的需要拆开清洗;
5.7氢氧分离器压差过大;
调整控制系统就爱你少压差;
6、槽温升高波动较大或温度报警:
6.1冷却水量不足;
增加冷却水量;
6.2碱液循环量不足;
清洗过滤器;
6.3电流不稳;
调节电流稳流部分;
6.4槽温自控失灵;
检查调节阀检修温度二次仪表;
6.5换热器结垢;
清除结垢;
7、电解液停止循环或循环报警:
7.1碱液过滤器滤网堵塞;
清洗过滤网;
7.2碱液循环量调节阀开度太小;
调整调节阀开度,维持正常流量;
7.3循环泵损坏;
更换备用泵,对泵进行检修;
7.4循环泵内有气;
排空泵内的气体;
7.5流量计指示报警仪误差过大或指示失灵;
校准流量计,检修指示报警仪。
8、碱液温度接近槽温:
8.1冷却水来那个不足或水温过高;
调节流量或降低水温;
8.2槽温自控失灵;
检查槽温自控系统并排除故障;
8.3碱液循环量超过规定值;
调节流量在规定值范围内;
8.4换热器结垢;
清洗换热器内的结垢。
9、循环泵声音不正常:
9.1泵内有脏污;
停泵拆开检修;
9.2泵内防松螺母松动;
打开泵头拧紧放松螺母;
9.3轴承磨损;
更换轴承;
9.4电源缺相;
检查电源排除故障。
10、槽压达不到额定值:
10.1控制槽压的氧气薄膜调节阀阀芯磨损;
调节阀芯位置,更换气动薄膜调节阀;
10.2旁通阀内漏,更换旁通阀;
10.3气相部分有严重泄露处;
检查堵漏;
10.4压力调节不正常;
检查压力调节系统。
11、电解槽槽体漏碱:
11.1隔膜垫片压缩变薄密封性能下降;
用专用扳手紧槽体的拉紧螺母至槽体紧密;
11.2蝶形弹簧弹性下降;
更换蝶形垫片;
11.3密封垫片老化、更换垫片大修电解槽。
12、电解小室电压不均匀:
是电解槽故障,停车检修电解槽
13、压力上限报警:
是氧气侧调节阀不开启;
检修调节阀、检修压力变送器、检查计算机系统。
14、氢液位越来越低,氧液位越来越高:
氢侧调节阀不开启;
检修调节阀、检修液位变送器、检查计算机系统。
15、氢氧减压阀失灵:
减压器内有碱液;
清洗减压器、清除碱液。
配置电解液
一、物料及器材
1、纯水:
配制碱液和补充电解用水,应是二次蒸馏水或合格的离子交换水。
对水的要求是电阻率在1×
105~1×
106㎝。
2、氢氧化钠或氢氧化钾:
KOH:
导电效率高,粘度小,欧姆电阻低,溶解度高不易结晶;
缺点是价格高,腐蚀性高于NaOH。
NaOH:
腐蚀性小,价格便宜,导电率和溶解度稍逊于氢氧化钾。
3、五氧化二钒:
要求采用分析纯含量在千分之二,一般每升溶液加2克。
4、比重计:
1.00~2.00
5、量筒:
500ml或1000ml
6、温度计:
0~100℃
7、比重、温度、浓度关系表
8、2%的硼酸溶液、眼睛、橡胶手套、口罩、胶靴。
二、碱液要求:
氢站纯化系统操作规程
一、氢站纯化器工作原理
本设备是一种连续纯化水电解氢气的方法,水电解氢气经一座脱氧塔和3座干燥塔干燥去湿,整个纯化过程在一座脱氧塔和三座干燥塔内周期性连续进行,每个工作周期分为三个阶段:
当水电解氢气经汽水分离器除掉游离态水后进入脱氧塔后经过脱氧塔内钯触媒催化剂使氢气与少量得氧气反应除去氢气中的氧,经冷却器、汽水分离器进入I号干燥塔全气量去湿,由产出的高纯产品氢
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