制氢站使用维护说明书天津大陆.docx
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制氢站使用维护说明书天津大陆
制氢站
1水电解制氢装置用途
水电解制氢装置所制氢气可广泛用于电力、电子、冶金、化工、建材、宇航、原子、气象等需要氢气的行业,做为冷却气、保护气、原料气、还原气和燃料气。
2水电解制氢装置工作原理
2.1水电解制氢原理
电解水是直流电通过KOH或NaOH水溶液将水分解为氢气和氧气的过程,其化学反应如下:
阴极:
2H2O+2e→H2+2OH-
阳极:
2OH--2e→H2O+1/2O2
总反应式:
H2O=H2+1/2O2
2.2氢气干燥工作原理
氢气干燥是把水电解制取的氢气,利用分子筛采用常温吸附法去除氢气中的水份。
其原理如下:
由于水分子具有很强的极性,利用分子筛对水的强亲和力的特性,当含有水份的氢气通过分子筛床时,其中所含的水份被分子筛吸附,达到氢气干燥目的。
由于当分子筛吸附水达到饱和后,需要再生才能重新使用,故本系统采用加热再生的方法,将分子筛中吸附的水份解析,从而达到干燥系统连续使用的目的。
3FDQG10/3.2-IV型水电解制氢干燥装置系统详述:
系统由氢气制备及干燥系统、除盐水冷却系统、气体分配系统、储气系统、仪表气源系统五部分组成。
3.1氢气制备及干燥系统
氢气制备及干燥系统主要由水电解制氢、干燥部分,供配电及控制部分和加水配碱部分构成。
3.1.1水电解制氢、干燥部分(制氢干燥装置框架)
该部分由电解槽(00RAA10AM001),氢、氧分离器(00RAA10AT00400RAA10AT003),碱液过滤器(00RAA10AT00100RAA10AT002),碱液冷却器(00RAA10AC00100RAA10AC002),氢、氧气体冷却器(00RAA10AC00300RAA10AC004),氢气、氧气捕滴器(00RAA10AT00500RAA10AT006),氢气、氧气汽水分离器(00RAA10AT00700RAA10AT008),氢、氧碱液循环泵(00RAA10AP00100RAA10AP002),干燥器(00RAA10AT010、00RAA10AT011),气体干燥冷却器(00RAA10AC004、00RAA10AC006),氢气过滤器(00RAA10AT009)等和相关仪表、阀门组成。
3.1.2供配电及控制部分
供配电部分由配电柜(1台),动力柜(1台),控制柜(1台)和整流柜(1台)组成。
3.1.3加水配碱部分(补水配碱系统框架)
加水配碱部分由原料水箱(00RAF10BB001),碱液箱(00RAF10BB002),配碱泵(00RAF10AP002),补水泵(00RAF10AP001)组成。
3.2除盐水冷却系统
除盐水冷却系统主要是由除盐冷却水箱(00RAE10BB001)、板式换热器(00RAE10AC001、00RAE10AC002)、循环泵(00RAE10AP001、00RAE10AP002)、阀及相关仪表组成。
它是保证制氢干燥系统中碱液冷却器(00RAA10AC001、00RAA10AC002)气体冷却器(00RAA10AC003、00RAA10AC004)和气体干燥冷却器(00RAA10AC004、00RAA10AC006)冷却水的用水。
3.3气体分配系统
气体分配系统主要由压力调整器、压力变送器、自动球阀及相关仪表组成,为保证用户的正常供气该系统设置了两个接口分别供给汽轮机。
经干燥系统处理后的氢气通过气体分配系统进入储气系统,并通过相关仪表检测实现储气系统工作压力均衡。
当用户需要用气时,通过相关仪表检测控制,从储气系统供给用氢单元。
该部分采用相关仪表检测用户供氢母管压力,实现供气母管的压力均衡及稳定,供气压力:
0.8~1.0MPa。
3.4储气系统
储气系统主要由氢气储罐及相关的仪表阀门组成,该系统由4台容积为13.9m3氢气储罐组成,氢气储罐保证了用户不连续用氢的要求。
3.5仪表气系统
本系统主要由空气罐(00RHM11BB001)及相关仪表阀门等组成。
为整个系统提供仪用压缩气源和正压保护气。
3.6制氢干燥部分主要设备的功能简述
3.6.1电解槽(00RAA10AM001)
电解槽是水电解制氢主体设备,在槽体充入30%KOH电解质水溶液,在直流电解作用下水被分解,阴极表面产生氢气,阳极表面产生氧气。
此设备为电解系统的核心部件。
3.6.2氢/氧分离器(00RAA10AT003、00RAA10AT004)
分离原理:
氢气、氧气均为难溶于水的气体,碱液和气体凭借各自的重力和浮力进行有效的分离。
3.6.3氢、氧气体冷却器(00RAA10AC003、00RAA10AC004)
作用:
通过热交换过程,把氢,氧气体的温度降下来,有利于下一工序的进行,并满足用户用气安全温度的要求。
温度由90℃左右降至35℃左右。
3.6.4氢气、氧气捕滴器(00RAA10AT005、00RAA10AT006)
作用:
氢、氧气体经过冷却后,温度降低,使气体中的水蒸汽形成液滴,通过捕滴器除去液滴,降低气体的含湿量。
3.6.5碱液过滤器(00RAA10AT001、00RAA10AT002)
作用:
过滤器主要是通过滤芯过滤掉碱液中的机械杂质,保护电解槽通道的畅通。
过滤器的过滤精度:
100目滤网。
3.6.6碱液冷却器(00RAA10AC001、00RAA10AC002)
作用:
电解液经过碱液冷却器,冷却到70℃左右,使电解槽在额定温度下正常工作。
3.6.7干燥器(00RAA10AT010、00RAA10AT011)
作用:
分子筛(吸附剂)在常温下吸附氢气中的水份,使氢气露点达到-50℃的要求。
再生采用电加热再生。
再生温度控制在250~300度左右。
3.6.8氢气冷却器(00RAA10AC004、00RAA10AC006)
作用:
干燥器再生时,由于温度较高,为保护阀密封件和分子筛的吸附工艺要求,需要将气体的温度降下来。
经冷却后的气体温度约为35℃。
3.6.9碱液循环泵(00RAA10AP001、00RAA10AP002)。
作用:
碱液循环泵是为水电解制氢系统中碱液循环提供动力的专用设备。
该泵的额定流量:
,扬程:
。
3.6.10补水泵(00RAF10AP001)
作用:
补水泵用于在水电解制氢过程中补充消耗的水和补充必需的碱,该泵为柱塞泵。
输出压力大于系统压力。
3.6.11配碱泵(00RAF10AP002)
作用:
与碱液箱实现配碱功能,并有系统开车注碱、停车抽碱的作用。
该泵为磁力泵。
额定流量:
;扬程:
15m。
3.6.12原料水箱(00RAF10BB001)
作用:
用于水电解制氢装置盛装原料水,以便及时的补水,配碱工作。
3.6.13碱液箱(00RAF10BB002)
作用:
用于水电解制氢装置盛装碱液或配置碱液。
3.6.14阻火器(00RAA10AZ001)
作用:
用于氢气放空时阻挡外界明火,防止火焰回烧到系统,保证设备安全运行(其余地方阻火器作用与此相同)。
3.6.15氢气排水水封(00RAE10AT001)
作用:
为湿式组火器,起切断火焰和安全排气作用,氧气排水水封作用相同。
4制氢干燥系统工作流程
4.1制氢干燥设备作业简介
制氢干燥部分的主机电解槽(00RAA10AM001)由供配电部分提供直流电源,其具体连接顺序为380V,50Hz,三相五线电源接入供配电部分抽屉式配电柜,分别供给PLC控制柜、动力柜和可控硅整流柜供电。
系统的电解电源由可控硅整流柜提供。
输出电流为920A电压为~50V的直流电,单位直流电耗约为
。
该过程完成了供配电部分给电解槽(00RAA10AM001)提供电解用直流电源的功能,并根据电解槽(00RAA10AM001)的负荷要求,通过调节可控硅整流柜的输出值,即可实现产氢量的调节。
4.2制氢干燥设备加水、补碱简介
制氢干燥部分的主机电解槽(00RAA10AM001)由配碱泵(00RAF10AP002)提供30%浓度KOH溶液,系统停车时由配碱泵(00RAF10AP002)完成碱液回收的工作。
由补水泵(00RAF10AP001)提供在电解过程中消耗的水及系统损失的碱。
4.3配碱:
在碱箱(00RAF10BB002)中加入根据系统用量而计算的水,启动配碱泵(00RAF10AP002),进行碱箱中水的循环,进行系统的动态配碱工作,此时阀门的状态为:
(此前系统中所有手动阀门处于关闭状态)手动球阀00RAF10AA002、00RAF10AA004开启,若配碱泵的工作正常,水的循环正常,少量多次地加入配置30%KOH溶液所需要的KOH的量,直至配碱工作的完毕。
当碱液的比重达到为1.281时,配碱工作结束。
配碱结束时先停配碱泵(00RAF10AP002),然后关闭00RAF10AA002、00RAF10AA004手动阀门至此配碱工作结束。
KOH的量(按100%计算)=30%×溶液的体积×溶液的比重。
所需要KOH约52Kg;
注:
30℃时,15%KOH溶液比重为1.18(系统稀碱开车时碱液浓度及比重)。
30℃时,30%NaOH溶液比重为1.281(系统浓碱开车时碱液浓度及比重)。
4.4注碱
注碱前系统状态:
停车、常压、纯水清洗、氮气置换完毕。
配碱完毕后,根据需要,配碱泵(00RAF10AP002)将配好的碱液打入系统中,且注意碱液在氢氧分离器(00RAA10AT003、00RAA10AT004)的液位。
(液位通常控制在液位计的1/2处)此时阀门状态为:
开启手动阀门00RAF10AA002、00RAF10AA009、00RAA10AA003、00RAA10AA004、00RAA10AA005、00RAA10AA006、00RAA10AA502、00RAA10AA503(其他阀门关闭)。
当液位达到氢、氧分离器(00RAA10AT003、00RAA10AT004)磁翻转液位计指定高度(液位通常控制在液位计的1/2处)时关闭配碱泵并关闭阀门00RAF10AA009、00RAA10AA003、00RAA10AA006。
打开阀门00RAA10AA013、00RAA10AA019。
然后适当打开阀门00RAA10AA007、00RAA10AA008,当阀门口有碱液向外溢出时关闭阀门00RAA10AA007、00RAA10AA008,再打开碱液循环泵(00RAA10AP002、00RAA10AP001)的排气阀门,以排除系统管线中的气体。
最后关闭00RAA10AA502、00RAA10AA503,系统注碱完毕。
4.5碱液从系统回收至碱箱
系统状态:
停车、常压、氮气置换
当系统的设备需要维修或有其他要求,系统碱液需回收时,启动配碱泵(00RAF10AP002)将系统碱液抽回碱箱。
此时阀门的状态为:
开启阀门00RAF10AA010、00RAF10AA004、00RAF10AA006、00RAA10AA003、00RAA10AA004、00RAA10AA005、00RAA10AA006、00RAA10AA013、00RAA10AA019、00RAA10AA502、00RAA10AA503,此时补水配碱及制氢系统中其余阀门关闭。
当碱液完全回收后,停配碱泵(00RAF10AP002),关闭阀门00RAF10AA010、00RAF10AA006、00RAF10AA004结束碱液回收工作。
4.6制氢干燥过程(该过程进行前必须用氮气置换)。
4.6.1制氢过程
以下手动阀门为开启状态:
00RAA10AA004、00RAA10AA005、00RAA10AA010、00RAA10AA502、00RAA10AA503、00RAA10AA025、00RAA10AA026、00RAA10AA013、00RAA10AA019。
此时系统充氮置换完毕,气动球阀、气动薄膜调节阀由PLC控制。
上述阀门状态开启无误,闭式循环冷却水装置、仪表气系统开始工作,且工作正常,启动碱液循环泵(00RAA10AP002、00RAA10AP001),在泵的强制作用下实现制氢过程的碱液循环。
碱液循环流程如下:
碱液在碱液循环泵(00RAA10AP002、00RAA10AP001)作用下由氢、氧分离器(00RAA10AT003、00RAA10AT004)经过碱液过滤器(00RAA10AT001、00RAA10AT002)、碱液冷却器(00RAA10AC001、00RAA10AC002)打入电解槽(00RAA10AM001)电解小室,经电解后形成氢气与KOH的混合液(或氧气与KOH的混合液)流回氢、氧分离器(00RAA10AT003、00RAA10AT004),混合液在氢、氧分离器(00RAA10AT003、00RAA10AT004)经气液分离后液体经泵重新打入电解槽进行电解过程。
电解过程碱液的循环回路:
气体流程:
氧气经氧气体冷却器(00RAA10AC003),氧气捕滴器(00RAA10AT005)过氧气水分离器(00RAA10AT007)将冷凝水排放后,再经气动薄膜调节阀(00RAA10AA101)调节开度,控制系统的压力;当系统压力达到设定值时,调节阀门将氧气放入大气。
实现系统压力的自动调节。
注:
(1)其中气动球阀(00RAA10AA102、00RAA10AA103)根据程序的要求,自动启闭,实现冷凝水的排放。
(2)通过调节阀(00RAA10AA101)的开度控制系统的压力,保持系统的压力。
氢气经氢气冷却器(00RAA10AC004),氢气捕滴器(00RAA10AT006)过氢气水分离器(00RAA10AT008)将冷凝水排放后,再经气动薄膜调节阀(00RAA10AA107)调节开度放入大气,实现制氢系统液位的控制。
注:
(1)其中气动阀门(00RAA10AA105、00RAA10AA106)根据程序的要求,自动启闭,实现冷凝水的排放。
(2)通过调节阀(00RAA10AA107)的开度控制氢、氧侧液位的平衡。
4.6.2干燥过程
干燥部分按常温吸附法去除氢气中的水份,用电加热方法根据分子筛再生的原理实现系统氢气干燥的目的。
干燥系统主要由两台吸附干燥器(00RAA10AT010、00RAA10AT011)氢气冷却器(00RAA10AC004、00RAA10AC006)和气体过滤器(00RAA10AT009)及相应的阻火器、仪表、阀门组成。
干燥部分两台吸附干燥器(00RAA10AT010、00RAA10AT011)一台工作,另一台再生(原料气再生,无氢气排放),互相切换,交替工作,连续供气。
4.6.2.1干燥器(00RAA10AT010)吸附,干燥器(00RAA10AT011)加热再生过程。
电解氢气经气动阀门(00RAA10AA113)进入干燥器(00RAA10AT011)进行部分子筛的加热再生,气体经氢气气体冷却器(00RAA10AC006)通过气动阀门(00RAA10AA116、00RAA10AA117)进入氢气气体冷却器(00RAA10AC004)后再进入吸附干燥器(00RAA10AT010)进行吸附干燥,通过气动阀门(00RAA10AA112)再经气体过滤器(00RAA10AT009)过滤进入下一环节。
氢气中的水份在气体冷却器中凝结经气动球阀(00RAA10AA118、00RAA10AA119)定时排放。
通过排水水封(00RAE10AA001)排凝。
4.6.2.2干燥器(00RAA10AT010)吸附,(00RAA10AT011)吹冷过程
上一过程阀门工作状态不变,停止干燥器(00RAA10AT011)的加热,进行干燥器(00RAA10AT011)的吹冷过程。
氢气流程不变。
4.6.2.3干燥器(00RAA10AT010)吸附,干燥器(00RAA10AT011)自冷过程
在上述流程阀门状态下,关闭气动球阀(00RAA10AA117、00RAA10AA113),打开气动球阀(00RAA10AA109、00RAA10AA116),氢气经气动球阀(00RAA10AA109、00RAA10AA116)进入干燥器(00RAA10AT010)进行吸附。
干燥后的气体通过气动球阀(00RAA10AA112)、气体过滤器(00RAA10AT009)继续提供干燥的气体。
4.6.2.4以下为工作流程:
a.干燥器(00RAA10AT011)加热,加热时间8~10小时。
(00RAA10AT010)吸附过程
b.干燥器(00RAA10AT011)吹冷,吹冷时间2~4小时。
(00RAA10AT010)吸附过程
c.干燥器(00RAA10AT011)自冷,自冷时间10~14小时。
(00RAA10AT010)吸附过程
d.干燥器(00RAA10AT011)加热,加热时间8~10小时。
(00RAA10AT010)吸附过程
e.干燥器(00RAA10AT011)吹冷,吹冷时间2~4小时。
(00RAA10AT010)吸附过程
f.干燥器(00RAA10AT011)自冷,自冷时间10~14小时。
(00RAA10AT010)吸附过程
4.7N2置换流程
系统状态:
停车、常压,纯水清洗(系统充水至分离器液位1/3处或更高,这样可减少氮气置换时的氮气用量,并减少相关阀门的操作数量)。
系统外连阀门全部关闭,部阀门打开。
通过自动阀(00RHM12AA101)向系统充氮气。
系统压力升至0.5MPa,关闭自动阀(00RHM12AA101),打开自动放空阀门(00RAA10AA107、00RAA10AA501)释放压力,当压力到达0.1MPa时,关闭自动放空阀(00RAA10AA107、00RAA10AA501)。
再次打开气动球阀(00RAA10AA101)向系统注入氮气至0.5MPa。
释放到0.1MPa。
此工作重复3~5次,置换过程结束。
进入下一程序阶段。
5FDQG10/3.2-IV型循环水电解制氢及干燥操作规程
5.1工艺部分开车前准备
5.1.1制氢装置开车前准备
5.1.1.1制氢机的清洗:
水电解制氢机在投运前,应用原料水清洗。
a置所有阀门为关闭状态。
b开球阀(00RAF10AA001)将碱液箱(00RAF10BB002)注满原料水,关闭球阀(00RAF10AA001)。
c按4.4步骤把原料水注入制氢系统。
开启碱液循环泵(00RAA10AP002、00RAA10AP001),使原料水在制氢机循环,冲洗制氢机一小时,停泵,打开阀(00RAA10AA001、00RAA10AA002)排污。
排污后,关严阀(00RAA10AA001、00RAA10AA002)。
d重复上述操作3~4次,直至排液清洁为止。
5.1.1.2气密检验
a按4.4步骤把原料水注入制氢系统,至分离器液位计中部。
b关闭制氢机所有外连阀门,打开机所有阀(注:
关闭所有的放空阀门和排污阀门),通过(00RHM12AA101)气动阀门向制氢机充氮,使压力缓慢升至1.0MPa,关阀(00RHM12AA101),用肥皂水检查各气路连接部位和阀门是否漏气,并观察液路有无漏液,确认不漏后,再次通过气动阀门(00RHM12AA101)向制氢机充氮,使压力缓慢升至2.0MPa,关阀(00RHM12AA101),用肥皂水检查各气路连接部位和阀门是否漏气,并观察液路有无漏液,确认不漏后,再次通过(00RHM12AA101)气动阀门向制氢机充氮,使压力缓慢升至3.2MPa,关阀(00RHM12AA101),用肥皂水检查各气路连接部位和阀门是否漏气,并观察液路有无漏液,确认不漏后保压十二小时,泄漏率以平均每小时小于0.5%为合格。
c启动碱液循环泵(00RAA10AP001、00RAA10AP002),清洗一小时后,停泵、泄压、排污。
5.1.1.2电解液的配制
30℃时,10%NaOH、15%KOH溶液比重分别为1.1043、1.180。
30℃时,26%NaOH、30%KOH溶液比重分别为1.28、1.281。
a置所有阀门为关闭状态
b按4.3步骤进行配碱,待完全溶解,且测得碱液比重达到理论值后,加入碱液重量的2‰V2O5添加剂(按工艺要求添加),则电解液配好。
5.1.1.3对氢氧分析仪、露点仪进行调校。
5.1.1.4检查各极框之间,正负极输电铜排间有无短路或有无金属导体,或有无电解液泄漏现象,发现后必须排除。
5.1.1.5仔细检查整流变压器各个接点、可控硅整流柜各回路及正极输电铜排对地的绝缘性,严防短路。
5.1.1.6检查制氢装置的冷却水阀门处于开启状态。
5.1.1.7用15%KOH溶液试车二十四小时(开停车操作同正常操作规程),然后将其排污。
5.1.2纯化装置开车前准备
5.1.2.1控制柜通电,检查装置是否处于正常状态。
5.1.2.2设定干燥器(00RAA10AT010、00RAA10AT011)上下部温度,各为450~400℃和~300℃。
5.1.2.3系统进行氮气置换。
5.2气动部分开车前的准备
5.2.1接通气源后,分别检查过滤减压器的输出是否为0.14Mpa,然后用肥皂水检查气动管路及仪表接头是否漏气(每三个月定期检查一次)。
5.2.2通过现场电磁阀的手动操作方式进行对气动球阀及气动管路的测试,按下此开关看相应的气动球阀是否作出相应的动作。
5.2.3分别旋松差压变送器正前方的螺钉,进行排气,气相排干净液,液相排气,然后将螺钉旋紧。
5.2.4在同一信号值下,分别检查气动调节阀开度,通过触摸屏或上位机手动方式进行变化信号值(0-100%方向变化),相应的气动调节阀开度(氢氧侧调节阀的开度从小到大增大,水阀调节阀的开度从大到小减小)。
可适当进行零点调节。
无误后切换到自动调节位置,看其调节的灵敏度,相应的动作。
5.2.5最后证实所有有关的设定值是否正确。
以备开车。
5.3开车顺序
5.3.1接通配电柜总电源及控制柜上各仪表电源。
53.2接通控制柜及框架的气源。
5.3.3按4.4步骤将配好的碱打入制氢系统。
通过阀(00RAA10AA101)向系统充氮至0.5MPa,关闭阀(00RAA10AA101)。
5.3.4将液位调节系统切至“手动”加水位置,开阀(00RAA10AA010)。
将液位记录调节仪、槽压记录调节仪切换开关均置于“自动”位置上,调好给定值,此时三只调节阀均应处于自然状态。
将液位联锁开关放在“消除”位置。
5.3.5启动碱液循环泵(00RAA10AP001、00RAA10AP002),调节阀门(00RAA10AA004、00RAA10AA005)的开度,使碱液循环量逐渐达到工艺要求。
5.3.6通过自动阀(00RAA10AA501、00RAA10AA107)控制气体排出,以便产出的气体排空。
5.3.7将整流柜电流调节电位器反时针方向旋到“0”位,再将选择开关放在稳压档;送上系统电源,主回路指示灯亮;合主令开关,控制电源指示灯亮;按下运行按钮,运行指示灯亮;缓慢地按顺时针方向旋转电流调节电位器,调输出总电压,保持工艺要求的总电压,此时电解开始,分离器中液位上升,槽温逐渐升高;总电
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