AB系列说明书北京中电资料Word下载.docx
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阳极:
-
H2O
1/2O2↑
总反应:
2H2↑
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用的进液口和排污口,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30%KOH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、主要技术性能指标和消耗
参数系列
项目
2.5
4
5
8
10
12
氢气产量(m3/h)
氧气产量(m3/h)
1.25
2
6
额定总电流(A)
500
920
额定总电压(V)
30
42
50
48
52
62
碱液循环量(m3/h)
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.8
纯水消耗量(Kg/h)
冷却水消耗量(t/h)
1
1.8
2.2
稀碱消耗碱量(Kg)
20
60
70
浓碱消耗碱量(Kg)
40
100
120
140
总功率(KW)
变压器容量(KVA)
35
45
80
3、工作条件
3.1.电解液:
30%KOH水溶液
3.2.原料水:
3.2.1用量见上表
3.2.2水质要求:
3.2.2.1电阻率≥1.0×
105欧姆·
厘米
3.2.2.2铁离子含量<
1mg/L
3.2.2.3氯离子含量<
2mg/L
3.2.2.4干残渣含量<
7mg/L
3.2.2.5悬浮物含量<
3.3.冷却水
3.3.1温度≤30℃
3.3.2用量见上表
3.3.3压力:
0.4~0.6MPa
3.3.4水质:
自来水
3.4.电源
3.4.1控制柜电源:
三相四线制AC380V,50HZ,功率见上表
3.4.2可控硅整流柜控制电源:
三相四线制AC380V,50HZ
3.5.控制气源
3.5.1压力:
0.5~0.7MPa
3.5.2流量:
8m3/h
3.5.3露点低于环境温度10℃以下
3.5.4无油、无尘,含油量≤5mg/m3
4、工艺流程及子系统
系统简述:
电解液的在强制循环、电解槽通以直流电的条件下,氢气和氧气在电解槽产生,经过分离器气液分离后,产出的氢气和氧气源源不断送出系统(当客户对气体的纯度或露点有特别的要求时,本公司可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、过滤除尘等工序获得纯度较高的干燥氢气)。
系统自动控制设定的系统压力、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)。
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、氢中氧等分析仪表。
AB系列制氢装置,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(内循环)
┌→氢分离器┐
碱液泵→碱液过滤器→电解槽┤├→碱液泵
└→氧分离器┘
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:
┌氢气出口电解槽→氢分离器→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.装置的工作压力和槽温也都以氧侧为测试点.
它包括:
┌用户或储存电解槽→氧洗涤器→┤
└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“原材料”是高纯水,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。
补充水同时从氢、氧两侧补入。
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被破坏,同时对设备长期运行带来不利。
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。
可控硅整流装置也设有必要的冷却管路。
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:
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):
120-150℃
4.7.1.4耗电:
0.3KWH/m3H2
4.7.1.5冷却水耗量:
1t/h(≤32℃,0.3Mpa)
4.7.1.6再生气:
原料H2
4.7.1.7切换周期:
24h
4.7.1.8露点:
≤-50℃
4.7.1.9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v201进入,在0-8小时,氢气经Vt03和Vt04进入干燥器Ⅱ里,在干燥器Ⅱ氢气被自动加热并温控于120-150℃下吹水再生Ⅱ塔的干燥剂,带有水汽的热气流又经列管冷却器Ⅱ,列管冷却器Ⅰ二次冷却分离水后进入干燥器Ⅰ被吸附去湿,再经Vt04,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Ⅱ被加热再生8小时,自动停电加热,变再生为吹冷,当吹冷到塔顶温度80℃,自动小切换,Vt03切换至直接进入干燥器Ⅰ内,原料氢气直接经Vt03进入列管冷却器后进入干燥器Ⅰ被去湿,最后经Vt04和过滤器获得产品氢气。
当到达24小时,阀门自动大切换,此时Vt03切换至直接进Vt04状态,Vt04切换至原料氢进入干燥器Ⅰ的状态,这样变干燥器Ⅱ吸附去湿,变干燥器Ⅰ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,Vt03切换至直接进入列管换热器Ⅱ和干燥器Ⅱ被去湿,经Vt04和过滤器获得产品氢气。
装置的压力将被自动控制在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。
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。
额定电流见后上表。
4.10.控制系统5、制氢站安装
5.1.AB系列制氢设备布置,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(含纯化框架)。
5.1.2控制间:
放置控制柜、整流柜。
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.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2.5m,电解槽与墙的距离≥1.5m。
备注:
具体布置和安装根据用户实际情况并参照设计规范布置和安装。
6、操作与维护
6.1开机前检查
6.1.1.详细检查有无金属工具杂物等异物落放在电解槽上,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。
6.1.2.按流程图检查现场连管和安装是否正确,按照电气图检查接线是否正确规范。
6.1.3.检查接地、防雷装置、气源等是否符合要求,并预先联系好保证稳定供电、供气、供水。
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。
6.1.4.排空系统畅通,无冻结阻塞。
6.1.5.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。
6.2气密性试验
6.2.1.关闭制氢机所有外连阀门(V101,V102,V111,V113,V130,V133,V134,V140,V183,V184,V185,V187,V188,V189),打开制氢机内机内所有阀门。
6.2.2.通过阀V140向系统充入工业纯以上氮气,压力到1.0MPa时关V101,检查系统有无泄漏,检查没泄露后升压至1.2MPa观察有无泄露,确保无泄漏后,再升压到1.68MPa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。
6.2.3.打开V102,V113,缓缓卸压(注意:
先确认V103,V114已打开,Vt01,Vt02置于放空状态)。
或关V102,V113,慢慢打开V183,V184,V185利用氮气压力卸压,卸压完毕后关闭相应的阀门。
6.2.4.干燥系统设有充氮口,可以直接从充氮口直接充,也可以通过切换Vt01直接从制氢系统引入,升压程序同前,在此不再做叙述,需要说明的是,试压完毕后打开V240,V283,V284缓缓卸压。
6.3.清洗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:
6.3.1.补水泵的起动转换开关为手动停止档(联锁消除档);
6.3.2.清洗水箱、碱箱,并给原料水箱充满水;
6.3.3.置所有阀门为关闭状态,然后开V143,V134,V122(V124),V123(V125),V127,V128,V131,启动碱液泵,调节V131保持流量在正常工作时碱液的循环量上(见上表),将原料水打入制氢机(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V121的同时关闭V134(切换至内循环操作)。
6.2.1.4.调节V131,使流量达到流量计满量程的85%。
循环清洗系统3~4小时,停泵,打开V183,V184,V185,V188,V189将水排净(或对系统充氮将水压出,以加快排污速度)。
6.2.1.5.重复上述上面步骤2-3次直至排出原料水洁净无污。
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。
清洗合格后,如果需要做水压试验,注水到到分离器中部液位然后进行(操作参照6.1.1.3)后停泵然后进行和气密性试验相同的操作方法,在此不再做详细的叙述。
6.4电解液的准备
30℃时,15%KOH水溶液比重1.180
30℃时,30%KOH水溶液比重1.281
6.4.1置所有阀门为关闭状态。
6.4.2开V145,向碱液箱内注原料水(其加水量根据技术性能和消耗表中所列数据进行换算(体积用升表示),稀碱换算方法为:
消耗稀碱量(Kg)÷
15%-消耗稀碱量,浓碱把15改为30即可),注水完毕后关V145。
(注意,如果碱箱体积不能一次配好,可以采用一次把所用的碱加完打进设备然后加水进行稀释,也可以分几次完成,建议采用后者)
6.4.3打开V136,V134,V130,V122(V124),V123(V125),V133,V135启动循环泵,调V133,至碱液流量最大,进行配碱循环(操作见下图)。
6.4.4缓慢加入KOH,待完全溶解后加入0.2%的V2O5。
电解液配好后,停泵,关闭V133。
6.4.5待配好的电解液温度降到常温后,启动循环泵(先确认V121关闭),调节V131,将配好的电解液(<
50℃)打入制氢机,至氢氧分离器液位中下部。
停泵,关V134,V136。
6.4.6开V121,启动循环泵,使碱液在制氢机内循环,缓慢调节V131使流量指示在规定的范围内,内循环进行半小时后缓缓打开V130,小心取碱样(用量筒),稍静置,检测碱液比重(30℃时检测最佳)。
比重小可将碱液退回碱箱加KOH后(退回碱箱操作步骤:
关闭V131打开V132,V134,V136)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。
6.5.稀碱试运行
6.5.1开机前检查
6.5.1.1.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。
6.5.1.2.按流程图和电气图检查现场连管、接线和安装是否正确。
6.5.1.3.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。
6.5.1.4.排空系统畅通,无冻结阻塞。
6.5.2接通控制柜、整流柜总电源及盘上各仪表电源。
接通控制柜及框架上气源。
6.5.3将控制系统置为准备状态,将工作压力给定设在0.6MPa,补水泵启动开关在手动停止档,检查原料水、冷却水(包括制氢框架、整流柜)、仪表气压力以及各电气柜、变压器供电情况。
6.5.3按整流系统说明书使整流装置为备用状态。
6.5.4检查各报警联锁点的设置是否正确,主要有氢氧液位(上下限报警联锁)、系统压力(上限联锁)、气源压力(下限联锁,电接点压力表)、氢氧槽温(上限报警,氧侧联锁)、碱液温度(上限报警联锁)、碱液流量(下限报警联锁)。
6.5.4置所有阀门与气密性试验相同状态后,把Vt01,Vt02置于放空状态,关闭V132,打开V140,向系统充氮至0.3MPa,关V140,缓开V114,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V114,V103,再通过V140向系统充氮至0.3MPa,关V140。
6.5.5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。
启动碱液泵进行内循环,调节V131,流量调节到正常工作值(见上表)。
6.5.6整流柜设在稳压档,启动整流柜,使直流总电压额定电压值,并注意控制系统是否控制良好并及时调整控制系统参数,系统正常后置补水泵于自动运行档运行。
在总电压不超过额定电压情况下随槽温上升电流会达到到最大电流值(注意:
一般来说由于碱液浓度不高,很难达到额定电流值)
6.5.7槽温上升到60℃时,Vt01,Vt02置于进气状态,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。
6.5.8工作温度在65℃以上运行1~2小时后,可逐步增大工作压力给定值到1.6MPa。
稀碱试运行在24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(需要说明:
稀碱运行主要考虑调试时进行参数的进一步调整,此运行时间可以灵活掌握)。
6.5.9稀碱运行后停机(与正常停机步骤同,见后面正常停机一节)。
停机后,将碱液从V183,V184,V185排出。
制氢机注入原料水,循环清洗2~3遍,然后排掉。
6.5.10清洗碱液过滤器,打开V183排污。
(操作技巧:
正常开机操作遵循先升温度后升压力的原则,停车遵循先降压后降温的原则。
6.6.干燥系统运行
干燥系统运行在稀碱运行正常后进行
6.6.1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)。
6.6.2当稀碱运行氢气合格后就可以切换Vt01至充氢状态向干燥系统供氢
6.6.3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)。
6.6.4运行正常后打开仪表取样分析。
6.6.5操作注意事项:
6.6.5.1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。
6.6.5.2装置的工作压力可以通过压力调节阀调节控制在1.6-3.2Mpa任意值。
但不能过低。
6.6.5.3装置运行中,不得中断冷却水。
6.6.5.4每班必须排放至少一次冷凝水(将V262,V263阀分别开3-4秒)。
6.6.5.5取样分析后的氢气要通到室外。
6.6.5.6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。
6.6.5.7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。
6.6.配浓碱,额定状态下运行。
操作步骤同上,需要注意的是在整流柜稳压档工作一段时间,当槽温达到85℃左右时电流会达到额定电流,当达到额定电流值时将整流柜切换到稳流档。
6.7正常停机
6.8.1.补水泵启动开关置于停止档。
6.8.2.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
6.8.3.将整流柜总电流给定缓缓调到0。
6.8.4.分步逐渐调低系统压力设定值,并注意观察氢氧侧液位,必要时借助V103,V114手动调节液位。
6.8.5.设定碱液温度值为0,使碱液循环量最大,以冷却碱液。
6.8.6.碱液泵继续运行1~2小时后停泵。
6.8.7.切断电源、气源,冷却水之后,可关各阀,装置停车完毕。
6.8紧急停机
6.8.1在紧急停电但无其它故障情况下,应快速关闭氢氧两侧保压阀以及干燥出口保压阀V102,V113,V228关闭氢氧两侧分析仪取样阀。
如果短时间供电正常,可打开V102,V113,V228,通过自控系统按正常开机步骤开机,如果长时间停机待电,需手动开启V114,V103,在维持两侧液位基本平衡情况下卸压,其它操作同上。
6.8.2设备故障紧急停车时,立即停止整流柜,迅速关闭保压阀V102,V113,V228,快速
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