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电解水制氢工艺描述说课讲解
电解水制氢工艺描述
电解水生产氢气氧气是一个比较成熟的工艺。
其主要组成部分有:
电解槽、气水分离罐、加碱罐、洗涤罐、脱水罐、缓冲罐、冷却水箱等,电气、仪表及配套的设备元器件主要有:
直流电解电源(简称电解电源)、电源冷却循环泵(简称电源冷却泵或电源泵)、电解液循环泵(简称循环泵)、电解系统冷却循环泵(简称电解冷却泵或冷却泵)、补水泵、电磁阀、压力变送器、温度变送器、差压变送器、流量计、压力表、减压阀、回火防止器、纯净水生产装置等。
电解水制氢工艺流程示意图见图1。
电解水制氢工艺流程示意图1图
压力的单位为Mpa,小数点后面保留3位。
差压的单位为kPa,小数点后面保留2位,流3/h,小数点后面保留2位。
温度的单位为°C,小数点后面保留1位量单位为m,累计流量的3,小数点后面保留1位,累计工作时间的单位为hm,小数点后面保留1位。
单位为所有的电磁阀均为电开阀,通电开启,断电关闭。
一、电解电源DDY、电源冷却泵DLB、循环泵XHB及冷却泵LQB控制
表1电解系统与冷却系统对应输入输出关系表
信号来源
控制内容
说明
输入编号
信号来源名称
输出编号
控制对象名称
AI1(PT101)
P氢气压力H
DO1DO2)
(开关量
电解电源DDY电源冷却泵DLB循环泵XHB冷却泵LQB
根据氢气压力P控制电解电源HDDY、电源冷却泵DLB和循环泵XHB的启停。
根据系统温度TE控制冷却泵LQB的启停。
AI2(TT101)
T系统温度E(电解液温度)
1、氢气压力P由压力变送器PT101变送为4~20mA直流信号,根据氢气压力P控制电HH解电源DDY(电解电源DDY由一个开关量信号控制运行与停止)、电源冷却泵DLB和循环泵XHB(电源冷却泵DLB和循环泵XHB与电解电源DDY同步受氢气压力P控制)的通断,氢气压H力可以在触摸屏上设置:
氢气压力上限设定值○(简称压力设定上限)P的设置范围0~3.00Mpa(参考值0.40Mpa);1HH氢气压力下限设定值○(简称压力设定下限)P的设置范围0~3.00MPa(参考值0.35Mpa)。
2HL参考值就是第一次开机设置时(或者长时间断电数据丢失时)推荐使用的数值。
当氢气压力P高于压力设定上限P,P>P,DO1输出为OFF,电解电源DDY、电源泵○3HHHHHHDLB和循环泵XHB停止运行;
氢气压力P低于压力设定下限P,○P<P,DO1输出为ON,电解电源DDY、电源泵DLB4HLHHLH和循环泵XHB通电运行。
2、当电解系统温度(实际为电解系统电解液的温度,简称电解温度)T由温度变送器TT101E变送为4~20mA直流信号,根据电解温度T控制电解电源DDY的通断,电解温控温度可在触E摸屏上设置:
电解系统温度上限设定值○(简称电解温控上限)T设置范围55~95°C(参考值90°C);1EH电解系统温度下限设定值○(简称电解温控下限)T设置范围50~90°C(参考值85°C)。
2EL当电解系统温度T超过电解温控上限T,T>T,发出报警信号,DO9输出为ON,同○3EHEHEE时DO1输出为OFF,电解电源DDY、电源泵DLB和循环泵XHB停止运行,但这时其他系统继续正常工作。
.
当电解系统温度T低于电解温控下限T,T<T,解除报警,DO9为OFF,电解系统○4ELEELE恢复正常工作。
3、根据电解温度T控制冷却泵LQB的通断,冷却温控温度上下限可在触摸屏上设置:
E电解冷却温度上限设定值○(简称冷却温控上限)T设置范围30~90°C(参考值90°C);1CH电解冷却温度下限设定值○(简称冷却温控下限)T设置范围30~90°C(参考值85°C)。
2CL当电解温度T超过冷却温控上限T,T>T,DO2输出为OFF,冷却泵LQB停止运行。
○3CHECHE当电解温度T低于冷却温控下限T,T<T,解除报警,DO9为OFF,电解系统恢复○4CLCLEE正常工作。
电解与冷却控制流程框图如下:
PT101)
氢气AI1HH
TT101)>TTOR
电解温度AI2(电解停止OFF,DO10为EHEDO9)产生报警(共8个报警
力PPT101)
<P氢气压AI1(HLH
TT101)
TT<AND
系统温度AI2(电解开始ON,DO11为ELE
)8个报警解除报警(共OFF
TT101)
T>TSQ
SETAI2(电解温度CHEQ
TT101)
RCLRAI2(电解温度T<T
1
TE<T,DO2为ON,冷却泵运行CLTE>T,DO2为OFF,冷却泵运行CH
0
CLE
二、气水分离罐补水控制
表2气水分离罐补水控制对应输入与输出关系表
信号来源
控制内容
说明
输入编号
信号来源名称
输出编号
控制对象名称
DI1(L1L)
氢气加碱罐液位下限
DO3DO4
氢气加碱罐补水电磁阀BV1氢气加碱罐补水电磁阀BV2
根据氢气加碱罐和氧气加碱罐液位控制氢气加碱罐补水电磁阀BV1和氧气气加碱罐补水电磁阀BV2的开闭
L1H)(DI2
氢气加碱罐液位上限
)L2LDI3(
氧气加碱罐液位下限
)L2H(DI4
氧气加碱罐液位上限
。
氢气加BV2和BV1氢气加碱罐和氧气加碱罐各安装了一套液位开关,控制补水电磁阀.
碱罐液位开关的下限接点为L1L(对应数字量输入编号为DI1),氢气加碱罐液位开关的上限接点为L1H(DI2),氧气加碱罐液位开关的下限接点为L2L(DI3),氧气加碱罐液位开关的上限接点为L2H(DI4)。
1、补水电磁阀BV1、BV2的开阀条件(同时开阀)
液位开关L1L接通(DI1为ON)或者液位开关关L2L接通(DI3为ON),DO3、DO4输出为ON,同时打开补水电磁阀BV1和BV2。
2、补水电磁阀BV1、BV2的关阀条件(分别关阀)
当加碱罐的液位开关L1H断开(DI2为OFF)时,DO3输出为OFF,关闭补水电磁阀BV1。
当加碱罐的液位开关L2H断开(DI4为OFF)时,DO4输出为OFF,关闭补水电磁阀BV2。
3、氢气加碱罐的液位状态显示三种:
低液位、正常、高液位
低液位:
液位开关L1L接通(DI1为ON)+液位开关L1H接通(DI2为ON)。
正常:
液位开关L1L断开(DI1为OFF)+液位开关L1H接通(DI2为ON)。
高液位:
液位开关L1L断开(DI1为OFF)+液位开关L1H断开(DI2为OFF)。
4、氧气加碱罐的液位状态显示三种:
低液位、正常、高液位
低液位:
液位开关L2L接通(DI3为ON)+液位开关L2H接通(DI4为ON)。
正常:
液位开关L2L断开(DI3为OFF)+液位开关L2H接通(DI4为ON)。
高液位:
液位开关L2L断开(DI3为OFF)+液位开关L2H断开(DI4为OFF)。
气水分离罐补水流程框图如下:
氢气加碱罐的液位L1L为ONON
氧气加碱罐的液位L2L为
1OR1
开启为ON,BV1DO3开启ON,BV2DO4为
L1H
氧气加碱罐液位关闭OFF,BV1DO3为0OFF
L2H
氧气加碱罐液位关闭DO4为OFF,BV20OFF
·三、补水泵BSB及补水电磁阀BV3、BV4控制
氢气洗涤罐和氧气洗涤罐上分别安装了一套液位开关,氢气洗涤罐上的液位开关的下限开关为L3L(DI5)、上限开关为L3H(DI6),氧气洗涤罐上的液位开关的下限开关为L4L(DI7),。
BV4、BV3和补水电磁阀BSB),用于控制补水泵DI8(L4H上限开关为
表3洗涤罐补水控制输入与输出对应关系表
信号来源
控制内容
说明
输入编号
信号来源名称
输出编号
控制对象名称
DI5(L3L)
氢气洗涤罐液位下限)下限为低液位(
DO5DO6DO7
氢气洗涤罐补BV3水电磁阀氧气洗涤罐补BV4水电磁阀BSB
补水泵
根据氢气洗涤罐液位,控制补水泵BSB启停和氢气洗涤罐补水电磁阀BV3、氧气洗涤罐补水电磁阀BV4的开闭
L3H)DI6(
氢气洗涤罐液位上限)上限为高液位(
DI7(L4L)
氧气洗涤罐液位下限
(L4H)DI8
氧气洗涤罐液位上限
1、开泵条件和开阀条件(泵和两个补水电磁阀同时打开)
L3L的下限开关(DI5)和L4L的下限开关(DI7)任意一个接通或者两个全部接通,接通补水泵电源(DO7为ON),同时打开补水电磁阀BV3、BV4(DO5、DO6为ON)。
2、关阀和关泵条件
当氢气洗涤罐高液位接点L3H(DI6)断开,关闭补水电磁阀BV3(DO5为OFF)。
当氧气洗涤罐高液位接点L4H(DI8)断开,关闭补水电磁阀BV4(DO6为OFF)。
当两个电磁阀BV3、BV4全部关闭后,关闭补水泵(DO7为OFF)。
3、氢气洗涤罐的液位状态显示三种:
低液位、正常、高液位
低液位:
液位开关L3L接通(DI5为ON)+液位开关L3H接通(DI6为ON)。
正常:
液位开关L3L断开(DI5为OFF)+液位开关L3H接通(DI6为ON)。
高液位:
液位开关L3L断开(DI5为OFF)+液位开关L3H断开(DI6为OFF)。
4、氧气洗涤罐的液位状态显示三种:
低液位、正常、高液位
低液位:
液位开关L4L接通(DI7为ON)+液位开关L4H接通(DI8为ON)。
正常:
液位开关L4L断开(DI7为OFF)+液位开关L4H接通(DI8为ON)。
高液位:
液位开关L4L断开(DI7为OFF)+液位开关L4H断开(DI8为OFF)。
洗涤罐补水流程框图如下:
开启ON,BV31DO5为ON氢气洗涤罐的液位为L3L开启ON,BV4DO61为OR
ON
氧气洗涤罐的液位L4L为开启为DO71ON,BSB
L3H氧气洗涤罐液位关闭0DO5OFF,BV3为OFF
L4H氧气洗涤罐液位关闭OFF,BV4为DO60OFF
氢气洗涤罐液L3HOFFAND
关OFF,BSDOL4H氧气洗涤罐液OFF
四、差压调节系统(氢气与氧气压力平衡)
氧气与氢气压力的差压P由压力变送器PdT101变送为4~20mA直流信号,根据差压Pdd控制排氧电磁阀PV1的通断。
表4排氧电磁阀PV1控制输入与输出对应关系表
信号来源
控制内容
说明
输入编号
信号来源名称
输出编号
控制对象名称
AI3
氧气与氢气的压差P(ΔP)d
DO8
降压排氧电磁阀PV1
根据氧气与氢气的压差P,控制d降压排氧电磁阀PV1的开闭
P=氧气压力-氢气压力,排氧所需的差压上限设定值(简称压差设定上限)P和排氧差压dHd下限设定值(简称压差设定下限)可以在触摸屏上设置:
压差设定上限P的设置范围为-3kPa~+3kPa,参考值0.50kPa;○1dH压差设定下限P的设置范围为-3kPa~+3kPa,参考值-0.50kPa);○2dL当差压P超过压差设定上限P,P>P,DO8输出为ON,排氧电磁阀PV1开启。
○3dHdHdd当差压P低于压差设定下限P,P>P,DO8输出为OFF,排氧电磁阀PV1关闭。
○4dLdddL报警压差设定值P的设置范围为3.00~5.00kPa,参考值3.50kPa,当氧气与氢气的⑤dA差压P的绝对值│P│>P,发出报警信号,DO9为ON,DO1为OFF。
dAdd差压调节系统流程框图如下:
AI3(差压PdT101)Pd
P>P
SQ
SET
10
dHd<PT
Q
RCLR
差压AI3(PdT101)Pd
dLd
阀ON排DOd氧OFF,DOdd
五、瞬时流量与累计流量直流信号,要求在触摸屏上显示瞬时4~20mA变送为由流量变送器Q氢气的流量FT101H流量和累计流量QQ。
AH表氢气流量信号与输入输出对应关系表5
信号来源
控制内容
说明
输入编号
信号来源名称
输出编号
控制对象名称
AI4
FT101
流量变送器
无
无
Q显示瞬时流量和累计流量QAH.
六、报警显示、记录与查询
要求在触摸屏设一个报警记录查询页面,将所有报警按时间顺序记录下来,在触摸屏上能够查阅,存储器记录满了,循环抹除前面的记录,另外在该页面设一个报警消除按钮,按一下消除按钮,停止报警,DO9为OFF,但若仍然满足报警条件,间隔60秒,继续报警(DO9为ON)。
为了防止处于报警临界点时继电器频繁动作,以及干扰引起的报警,要求满足报警条件达到3秒以上,才能发出报警信号(DO9为ON),同一个报警源每两次报警之间需要间隔3秒,也就是说,当报警条件消除后,报警自动消除,如果又达到报警条件,至少延迟3秒才能再次报警,如果是人工消除报警,同一报警源需要延迟60秒才能再次报警。
1、当氢气压力P>(P+0.05MPa)时报警,DO9为ON,同时DO1为OFF;报警时显示的HHH报警名称为“氢气压力过高”。
2、当系统温度(AI1)超过温度设定上限时报警,报警名称为“电解液温度过高”
3、当氢气加碱罐液位过低,同时氧气加碱罐液位过高时报警,DO9为ON),DO1为OFF,因为加碱罐与气水分离罐连通,加碱罐与气水分离罐的液位完全相同,报警名称为“两个气水分离罐水位相差过大(氧高氢低)”
4、当氧气加碱罐液位过低,同时氢气加碱罐液位过高时报警,DO9为ON),DO1为OFF,报警名称为“两个气水分离罐水位相差过大(氧低氢高)”。
5、当氢气洗涤罐液位过低,同时氧气洗涤罐液位过高时报警,DO9为ON,同时切断电解电源,DO1为OFF,报警名称为“两个洗涤罐水位相差过大(氧高氢低)”。
6、当氧气洗涤罐液位过低,同时氢气洗涤罐液位过高时报警,DO9为ON,DO1为OFF,报警名称为“两个洗涤罐水位相差过大(氧低氢高)”。
7、当氧气与氢气的差压P的绝对值大于报警差压设定值P,│P│>P,发出报警信号,dAdddADO9为ON,DO1为OFF,报警名称为“氢氧压力相差过大。
8、当大功率直流电解电源DDY出现故障,电解电源DDY送来一个故障信号(DI13为ON),发出报警信号,DO9为ON,同时关闭电解电源,DO1为OFF,报警时显示的报警名称为“直流电解电源故障”。
报警流程框图如下:
氢气压力(PT101)PP>P+0.5MPaHHHHT电解温度(TT101)T>TEEHE
L1L为氢气加碱罐液位ON
AND
OFFL2H为氧气加碱罐液位
OFFL1H氢气加碱罐液位为
AND
ON为L2L氧气加碱罐液位ON1为DO9AND
ONL3L氢气洗涤罐液位为
AND
OFFL4H为氧气洗涤罐液位
OFF
L3H为氢气洗涤罐液位
AND
氧气洗涤罐液位L4L为ON
氧氢差压(PdT101)P│P│>PddAd
电源故障(DDY),DI13为ON
七、PLC主页面显示内容
八、氢氧分离系统I/O点表
1、模拟量(AI)输入共计4点,见表5。
表5、模拟量输入(AI)点表
序号数量信号来源及种类安装位置说明
氢气系统压力,量程0~1.0MPa11压力变送器PT101氢气气水分离器上部
电解系统温度,量程0~150°21温度变送器TT101氧气气水分离器顶部C
氧气与氢气的压差,量程-5kPa~+31差压变送器PdT101两个气水分离器之间氢气流量,瞬时流量量程流量变送器41FT101脱水罐后氢气管道上合计4全部为4~20mADC标准信号
0-45m
5kPa2、数字量输入(DI)共计14。
点,见表6)点表6、数字量输入(DI表
说明数量信号来源安装位置序号氢气系统的加碱罐上液位过低,低液位接点11来自液位计L121来自液位计L1氢气系统的加碱罐上液位过高,高液位接点氧气系统的加碱罐上液位过低,低液位接点13来自液位计L2L241来自液位计氧气系统的加碱罐上液位过高,高液位接点液位过低,低液位接点51来自液位计L3氢气系统的洗涤罐上液位过高,高液位接点1来自液位计L3氢气系统的洗涤罐上6液位过低,低液位接点17来自液位计L4氧气系统的洗涤罐上L4泵泵泵
L1LL1HL2LL2HL3LL3HL4L4HKM1接触器,泵运行接泵运行,触器KM2触运泵行,接器KM3器接行运,触KM4辅助源,故源电DDY障电号信冲脉量流出发器
接通断开接通断开接通断开接通L断开辅助触头触头辅助辅触头助接头触点障故触累于用,
81来自液位计
氧气系统的洗涤罐上
接触器
液位过高,高液位接点环电解循
控制箱内解19来自电循环冷来101自电解却控制箱内
触接器器接触
电解冷却源电冷却补水泵解流直电送变量流
控制箱内却源自111来电冷来自补水泵接触器112解电流器送
控制箱内直流电解电源箱脱水罐后氢气管道上
DDY电直自来131源
量流114变14合计
计
3、模拟量输出(AO)本次没有使用。
4、数字量输出(DO)共9点,见表7。
表7、数字量输出(DO)点表
序号数量信号用途安装位置
说明
11
(1)控制大功率直直流电解电源本体
当氢气压力(AI1)P低于压力设定下H
限上预留了一个控制接点流电解电源DDY,
P时,电解电源DDY运行,开始电解,HL
同时接通循环泵循环泵XHB安装在
(2)控制电解液
XHB、电源冷却泵DLB的
电源(电解液循环管道上循环泵XHB,
DO1为ON)
当氢气压力高于压力设定上限时,电安(3)控制电源冷却电源冷却泵DLB
解电源DY水循环泵(简称电停止输出电流,装在电解电源DDY水冷同时关闭循环泵XHB、电源冷却泵源泵)DLB
DLB的电源(系统的管路上。
DO1为OFF
2
1
控制电解冷却水
电解冷却水循环泵(简
当电解温度(AI3)T超过冷却设定上限时,
循环泵(简称冷却
称冷却泵)安装在电解
EDO2为ON,接通冷却泵LQB,当电解液温
泵)LQB
冷却水循环管路上。
度低于冷却设定下限时,DO2为OFF,关闭
冷却泵LQB的电源。
3
1
控制氢气气水分
BV3安装在氢气气水分
当氢气气水分离罐和氧气气水分离罐
离罐补水电磁阀
离罐与氢气洗涤罐之间
低液位接点任意一个或两个同时接通时,
BV3
的管道上
同时打开BV3、BV4(DO3、DO4为ON)。
4
1
控制氧气气水分
BV4安装在氧气气水分
当氢气气水分离罐高液位接点断开
离罐补水电磁阀
离罐与氧气气体洗涤罐
)OFFBV3(DO3为时,关闭氢气补水电磁阀
BV4
之间的管道上
当氧气气水分离罐高液位接点断开
DO4为OFF)时,关闭氧气补水电磁阀BV4(
5
1
控制补水泵BSB。
安装在氢气和氧气洗涤
当氢气和氧气洗涤罐低液位接点任意
罐补水管路上。
一个或两个同时接通时,同时打开补水泵
6
1
控制氢气洗涤罐
BV1安装在氢气洗涤罐
DO6BSB、BV1、BV2(DO5、、DO7同时为ON)
当氢气洗涤罐高液位接点断开时,关补水电磁阀BV1与补水泵之间的管道上
OFFDO6闭氢气洗涤罐补水电磁阀BV1(为控制氧气洗涤罐BV27
1
安装在氧气洗涤罐当氧气洗涤罐高液位接点断开时,关补水电磁阀BV2与补水泵之间的管道上(闭氢气洗涤罐补水电磁阀BV2DO7为OFF当两个洗涤罐高液位接点全部断开时,关)。
OFFDO5BSB闭补水泵(为81
氧气降压排气电氧气降压排气电磁阀大于压差设定上限,打开降P当压差dPV1安装在氧气气水分PV1
ONDO8(PV1压排气电磁阀为)。
磁阀离器后面的排气管道上P当压差小于压差设定下限,关闭降dP压排气电磁阀)。
OFFDO8(PV1为氢气压力-氧气压力=d
)
9
1
报警输出,接闪光
闪光报警器安装在氢氧
1、当氢气压力P>(P+0.05Mpa)时HHH
报警器,同时在触摸屏上显示报警原因个报警内容共有81、氢气压力过高2、电解液温度过高
机控制面板上ON,接同报警时DO9为闪光报警器,闪光的同时发出警报声,同时切为断电解电源(DO1OFF)注意:
需要在触摸屏上
报警,报警名称为“氢气压力过高”。
2、当系统温度(AI1)超过温度设定上限时报警,报警名称为“电解液温度过高”3、当氢气加碱罐液位过低,同时氧气加碱罐液位过高时报警,报警名称为“两个气水分离罐水位相差过大(氧高氢低)”。
4、当氧气加碱罐液位过低,同时氢气
、两个气水分离3罐水位相差过大(氧高氢低)、两个气水分离4
设一个报警消除按钮。
加碱罐液位过高时报警,报警名称为“两个气水分离罐水位相差过大(氧低氢高)”。
5、当氢气洗涤罐液位过低,同时氧气洗涤罐液位过高时报警,报警名称为“两
罐水位相差过大(氧低氢高)、两个洗涤罐水5
个洗涤罐水位相差过大(氧高氢低)”。
6、当氧气洗涤罐液位过低,同时氢气洗涤罐液位过高时报警,报警名称为“两个洗涤罐水位相差过大(氧低氢高)”。
7、当氧气与氢气的差压P的绝对值d大于报警差压设定值P,│P│>P,发dAddA
(氧高位相差过大氢低)、洗涤罐水位相6差过大(氢水位
高)、氢氧压力相差7
出报警信号,报警名称为“氢氧压力相差过大。
8、当电解电源出现故障,(DI13为ON)时报警,报警名称为“直流电解电源故障”。
,预留2~4点DI,预留1点AI(4~20mA)。
过大8、大功率直流电
合计
9
解电源故障实际使用9点。
建议设计硬件时预留
1~2点DO
5、4个模拟量需要绘出参数曲线记录下来,点击“趋势”,显示如下画面,点击一下曲线,弹出对话框,见图2。
绝对时
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