制氢设备运行操作

制氢设备运行操作氢气具有传热系数大、易扩散和冷却效率高等优点，在发电厂中作为一种良好的冷却剂被广泛地应用，采用水电解制取氢气是目前应用较广、技术成熟的方法。第一节制氢站和发电机氢气系统有关规定第二节氢气性质和电解系统第三节电解制氢设备第四节制氢设备的操作及维护第一节制氢站和发电机氢气系统有关规定一、制氢站规定：1制氢纯度不低于99.8%，绝对湿度不大于4g/m3，露点温度小于-25℃。2设备运行时每四小时分析氢气纯度一次，将结果及设备运行参数填在报表上。3每班计算本班制氢量、供氢量。4严禁氢、氧气体急剧排放，避免因静电火花产生自燃，氢、氧气门应缓慢开关。5发现制氢设备、氢罐、发电机漏氢量大时，立即向班长、值长及部门领导汇报，并及时查找原因，及时消除。6每瓶CO2、N2经分析合格（CO2含量≥95%，N2含量≥95%）后，应贴上标签，未经分析的CO2、N2禁止使用。7向发电机补氢时，储氢和供氢不能用同一套罐，特殊情况经领导批准后可以进行，以防有水进入发电机内。8检查漏氢时，只能用肥皂水或微量测氢仪来检查，严禁用火找漏。9冻结的氢管道、阀门及其他设备等，只能用蒸汽或热水来解冻，严禁使用火烤。10制氢值班人员应严格执行《电业安全工作规程》和有关规定。11与工作无关人员严禁进入制氢站内。制氢间严禁明火、抽烟、穿钉鞋。工作人员不宜穿合成纤维、毛料工作服，严禁用铁器工具相互撞击。制氢间禁止存放易燃易爆物品。12电解槽表面应保持清洁，严防任何金属导体掉到或碱液撒在电解槽上，以防极板间的短路。13制氢间工作人员要定期检查消防器材是否完整，缺少或失效应及时补充和更换。14制氢室着火时，应立即停止电气设备运行，切断电源，排除系统压力，并用二氧化碳灭火器灭火。由于漏氢而着火时应用CO2灭火，并用石棉布密封漏氢处，不使氢气逸出，或用其他方法切断气源。15进行与碱液有关的工作时应戴上橡胶手套和防护眼镜。16油脂和油类不能和氧气接触，以防油剧烈氧化而燃烧，制氢操作人员的手和衣服不应沾有油脂。17氢氧混合具有爆炸危险，上限96%氢、4%氧，下限5%氢、95%氧，故严禁使氢氧混合。二、发电机氢气系统1每天对发电机内的氢气纯度分析一次，并做记录，发现异常要及时处理，并汇报相关领导。2每周对发电机氢气湿度手动分析一次，并做记录，发现异常要及时处理，并汇报相关领导。第二节氢气性质和电解系统一、氢气冷却的优越性氢气作为良好的冷却介质，是由它的理化性质决定的。1.氢气的物理性质（1）纯净的氢气是无色、无味、无臭的气体，它是最轻的一种物质，密度仅0.09g/l，其凝固点为-259.2℃，沸点为-252.7℃；（2）在气体中，氢气的导热系数最大，为空气的6.74倍；（3）氢气的渗透性很强，常温下能渗透胶膜，高温下能渗透钢板，因此必须严密封闭。（4）氢气的扩散性很强，在空气中的扩散系数是0.645m3/s，因此，它能很快地扩散开将所吸收的热量带走。同时，氢系统中若有泄漏也不易查出。（5）氢气在水中的溶解度很小，但易溶于钯、铂等金属。2.化学性质（1）常温下氢气的化学性质稳定，但在有明火的情况下，氢气能燃烧与氧气化合成水：2H2+O2=2H2O+热（点燃）（2）氢气与空气的混合气体，当其中氢气的成分为5～76%时，有爆炸的危险，因此，发电机的机壳内要保持一定的压力，使空气不易进入。（3）氢气具有还原性，在高温下氢气能与金属氧化物中的氧化合而使金属还原：CuO+H2=Cu+H2O（加热）3.氢气冷却的优点（1）优点（a）通风损耗低，机械（指发电机转子上的风扇）效率高，这是因为氢气密度小的原因；（b）散热快，冷却效率高，因为氢气的导热系数大，扩散性好，能将热量迅速导出，通常能使发电机的温升降低10～15℃。（c）由于氢气不助燃，而发电机内充入的氢气中氧气含量又小于2%，所以一旦发电机绕组被击穿时，着火的危险性很小。（2）缺点（a）氢气的渗透性很强，易于扩散泄漏，所以发电机的外壳必须很好的密封。（b）氢气与氧气混合能形成爆炸性气体，一旦泄漏，遇火即能引起爆炸，因此，在用氢冷却的发电机四周严禁明火。（c）采用氢气冷却必须设置一套制氢的电解设备和控制系统，增加了基建投资和维修费用。综合氢气冷却的优缺点，其高效率是其它冷却介质无法比拟的，所以大多数发电机采用氢冷却方式。二、电解制氢原理1.工业上的制氢法（1）将水蒸汽通过灼热的煤碳（通常是焦碳），可取得纯度只有75%左右的氢气。反应式为：H2O+C=CO（灼烧）（2）水蒸汽通过灼热的铁，可得纯度在97%以下的氢气：2H2O+Fe=Fe（OH）2+H2（加热）（3）水煤气中提取氢气，它的纯度更低。（4）电解水制氢，纯度高达99%以上，用于冷却发电机的氢气，都是由电解水制得。2.电解制氢原理（1）电解的定义电解就是通过直流电的作用，将溶解在水中的电解质分解成新物质的过程，简单地说，电解就是利用直流电分解物质的过程。（2）电解过程2H2O=2H2+O2（电解）阴极：2H2O+2e→H2+2OH－阳极：2OH－－2e→H2O+O2（为增强导电性加入电解质碱KOH等）3.电解制氢的系统流程中压水电解制氢装置以双电极压滤式电解槽为主体，在电解槽后连有若干系统，主要包括氢侧系统、氧侧系统、碱液循环系统、补充水系统、冷却水系统。现分别予以介绍。（1）氢侧系统从电解槽电解小室阴极侧分解出来的氢气和碱液一起，借助于碱液循环泵的扬程和气体本身的升力，通过极板上阴极侧的出气孔，流过氢气通道，从电解槽左右端极板流出汇合后进入氢气分离洗涤器下部，在重力作用下氢气和碱液进行分离，分离后的氢气通过分离器的气相空间沿氢气管道进入气体冷却器蛇形管内，冷却后的氢气进入气水分离器，在这里气体与冷凝的水滴分离后，经气动隔膜调节阀进入氢气干燥装置干燥后，送往贮氢罐或直接送往主厂房用氢处。（2）氧侧系统从电解槽电解小室阳极侧分解出来的氧气和碱液一起，通过极板上阳极侧的出气孔，流过氧气通道，从电解槽左右端极板流出汇合后进入氧气分离洗涤器下部，在重力作用进行气液分离，分离后的氧气经气动隔膜调节阀后进入贮氧罐。（3）碱液循环系统随氢气、氧气从电解槽中带出的碱液，分别在氢气分离洗涤器和氧气分离洗涤器中与气体分离后，经碱液冷却器冷却，通过氢、氧分离器底部的连通管进入碱液过滤器，滤出机械杂质后，由碱液循环泵送往电解槽，然后与氢气、氧气一起进入氢气分离洗涤器和氧气分离器，形成完整的电解液（碱液）循环系统。碱液循环的目的是向电解槽补充消耗的蒸馏水及带出电解槽的碱液，以便及时带走电解过程中产生的氢气、氧气和热量，使电解槽在稳定的条件下进行工作，增加电极区域电解液的搅拌，减少浓度差极化，降低碱液中的含气度，降低小室电压，减少能耗等。（4）补充水系统在水的电解过程中，水不断地被消耗，为保证电解水质，必须连续不断地补充除盐水，补充水箱中的水通过加水泵补入氢气分离洗涤器，或着补入碱液循环泵入口和循环碱液一道被送入电解小室。（5）冷却水系统：由生活水管来的冷却水分别送往；（a）框架冷却器（干燥装置）后排至冷却塔蓄水池；（b）可控硅整流柜后排至冷却塔蓄水池；（c）经过冷却器后，通过三通分别送往氢气分离洗涤器、氧气分离器，然后排至冷却塔蓄水池。第二节电解制氢设备一电解槽电解槽由64个小室组成，每个小室由阳极板、阳副极网塑料石棉隔膜布垫片、阴副极网、阴极板组成。在电解槽中，每个左极板和每个右极板都是阳极也都是阴极，中间极板是阳极，左右两端是阴极，左右极板面向中间极板的一侧是阴极，另一侧是阳极。在阴极上产生氢气，在阳极上产生氧气。1.电解槽的结构（1）极板极板由主极板和极框焊接后镀镍而成。因为镍是非耗性电极，在碱液里不会被腐蚀，超电压又低。极板上的乳头起支撑副极网和隔膜布的作用。电解液能够在乳头和隔膜布形成的空间里流动，乳头还起输电的作用。（2）阳副极网它是由纯镍丝编制而成，又用等离子喷涂法喷上拉内镍活化层，使用前用稀碱液处理，氧气在其表面产生。（3）阴副极网它是由纯镍丝编制而成，又用等离子喷涂法喷上拉内镍活化层，使用前用稀碱液处理，氢气在其表面产生。（4）隔膜采用石棉布作为隔膜，隔膜的作用是隔开产生的氢、氧气体，而又能阻止离子运动，石棉隔膜布在30%KOH溶液中，只能在90℃以下长期使用。2.电解槽的使用注意事项（1）槽温控制在90℃以下；（2）槽压控制在规定范围内；（3）电解液控制在正常值；（4）密切监视气体纯度；（5）按时测量小室电压，注意电极方向，同时防止一个触头同时接触两个电极造成短路；（6）定期清洗过滤器，清除滤网上的石棉绒毛和其他杂质；（7）向电解槽内补水质量一定要符合要求，电解质为化学纯KOH，定期测量其比重，使浓度处于合适值；（8）电解槽前放一橡胶板，测量电压时，踏于橡胶板上，确保操作人员安全。二气液分离器在气液分离器内，依靠重力作用使氢气和氧气与循环的碱液分离，除掉气体中的碱雾并降低气体和碱液温度，通过液位计看窗观察氢氧分离器液位，控制电解所需电解液容量。1.气液分离器结构分离器内设置有蛇型冷却管、溢流管及通气管和液位计。2.气液分离器的使用（1）应经常观察分离器上的压力显示值和液位高度，看其压力、液位、液位差是否处于正常状态。否则应手动打开放空阀，使压力和液位维持正常状态，然后查找原因。打开放空阀时应注意慢慢开启，保持两侧液位平衡。（2）在冬季气温低的情况碱液容易发生结晶，容易堵塞筛板孔眼，造成气流通过时阻力加大，严重时，小孔大部分被堵塞，使碱液通过溢流管逆流至筛板上，这时氢分离器液位下降，氧分离器液位上升，氢气出口管路灌进碱液，自动控制失灵，出口管道振动，这种情况下应立即停车。处理方法：排除氢气管路和变送器内积液，检查自动仪表；小孔堵塞可用柱塞泵打纯水冲洗。三碱液过滤器碱液过滤器用来过滤掉循环碱液中的机械杂质和石棉绒毛。1.碱液过滤器的结构碱液过滤器由筒体、滤筒、滤网、法兰组成，滤网的有效流通面积以过滤效果好且电解液通过阻力尽可能小为参考，过滤网选用100～120目的不锈钢丝网或镍丝网。2.碱液过滤器的使用碱液停止循环或碱液循环量不足，这时槽温上升，如果冷却水量大，分离器冷却效果好而槽温又难以冷却下来，这说明滤芯的滤网堵塞，应将滤芯取出进行清洗。过滤器的清洗可以在运行和停车状态进行。第四节制氢设备的操作及维护开机前检查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。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。按流程图检查现场连管和安装无误。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。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。排空系统畅通，无冻结阻塞。1.稀碱试运行前准备(1)制氢装置调试运行前，须用原料水清洗系统内部:补水泵的起动转换开关为手动档;清洗水箱，保证原料水达到要求后做以下步骤:置所有阀门为关闭状态。开Q1346、Q1042，Q1040，Q1041，Q1030，启动碱液泵将原料水打入制氢机，当液位到氢氧分离器液位中部时，停泵，关Q1042。d.开Q1045，然后启动碱液泵，使流量至最大。循环清洗系统3～4小时，停泵，打开Q1031，将水排净(或对系统充氮将水压出，以加快排污速度)。重复上述c,d步骤2-3次，直至排出液体符合原料水纯度要求为止。清洗合格后，关闭Q1031，系统注水到到分离器液位中部。(2)气密试验a.关闭制氢机所有外联阀门，打开机内所有阀门。b.开启氮气入口阀J1011向系统充入工业纯以上氮气，(注意液位.)压力到1.6MPa时关闭氮气入口阀，检查系统有无泄漏，确保无泄漏后，再升压到3.2MPa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。c.启动碱液泵，循环1～2小时，