水电解制氢装置

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1、 水电解制氢装置讲义中国船舶重工集 团 公 司第七一八研究所87 / 92目录前言1通用局部第一章氢气1第一节氢气的制备1第二节氢气的性质和用途6第二章水电解制氢8第一节水电解制氢装置的工作原理8第二节水电解制氢装置的用途与技术参数9第三节水电解制氢装置121. 水电解制氢装置的组成122. 工艺流程简介123. 电解槽154. 处理器框架I20第四节其它设备301. 控制柜302. 整流装置303. 计算机系统304. 框架305. 框架316. 柱塞泵317. 碱箱、水箱338. 阻火器33第三章安装351. 制氢站352. 工艺局部363. 自控局部404. 整流局部42第四章设备维护、

2、平安事项与故障的排除43第五章配制电解液50第一节物料与器材50第二节碱液配制方法51专用局部第六章微机控制系统的操作规程57第一节开机前的准备57第二节开机顺序76第七章气动仪表控制系统的操作规程80第一节开机前的准备80第二节开机顺序82附录1 NaOH溶液温度比重对照表84附录2 氢氧化钾溶液比重表85附录3 KOH溶液比重温度浓度关系表86前 言自从1800年尼尔科森等人成功地将水电解成氢气和氧气以来，水电解制氢技术的开展已有近200年的历史了。现今，水电解制氢技术已在全世界得到了普遍的应用。由于能源的日渐紧和工业飞速开展，对氢的需求量也在不断的增加，致使世界各国纷纷制定研制新型水电解

3、制氢技术的开展规划。而当前水电解制氢技术普遍存在的问题是能耗大、效率低、本钱高。针对这些问题，世界各国除对现行技术进展改良外，同时还在研究和探索新的水电解制氢工艺，寻找新型隔膜和材料，力图降低能耗，提高水电解制氢效率。当前工业水电解制氢装置多数仍采用石棉隔膜，操作温度8090，操作压力0.73.2Mpa，小室电压2.02.2V，氢气纯度99.8体积比，氧气纯度99.2，使用寿命1520年。同时，高效水电解制氢装置、固体聚合物和高温水蒸汽固体聚合物水电解制氢装置也在研制中。固体聚合物水电解制氢装置具有效率高、能耗低、平安可靠、体积小、重量轻的优点，具有广阔的应用前景。我所是全国唯一的一家从事水电

4、解制氢技术研究的科研单位，至今已有四十多年的历史。我所研制开发的水电解制氢装置是在总结以前的科研成果并吸收国外同类装置优点的根底上研制而成的。经过多年的努力，逐步形成了现今具有相当规模的系列产品。从0.5m3/h300m3/h的不同型号和不同规格的水电解制氢装置，我所均已设计生产。这些产品已广泛地应用于航天、电力、电子、冶金、化工、气象和玻璃制造等工业部门，并有多台已出口国外。我所研制生产的水电解制氢装置配套齐全。设备的主要技术指标接近或到达国外同类装置的先进水平。槽体密封性能好，在反复开停机的条件下确保槽体不漏。在自动控制方面，可根据用户的要求采用气动控制、程序控制和最先进的微机控制。设备具

5、有很高的自动化和标准化程度，便于操作和维护。在设计和生产过程中，我们严格遵循质量第一，用户至上的原那么，严把质量关，确保不合格的产品不出厂。同时，我们还为用户提供周到的售后效劳，指导安装调试，代培运行操作人员。由于时间紧迫，水平有限，错误缺点在所难免，请批评指正。第一章氢 气第一节氢气的制备氢气的开展是随着用氢工业部门和石油工业部门的开展而向前开展的。进入70年代以来，由于能源紧，人们开场寻找新的能源。氢气作为能源，在来源、使用和储运等方面具有较大的优势和较强的适应性。由于氢气燃烧后形成水，无污染，所以氢气被誉为“清洁能源而倍受人们青睐。制氢方法多种多样，但工业上通常采用水电解制氢。下面简单介

6、绍各种制氢方法：1. 水电解制氢水电解制氢技术可靠，操作简单、维修方便，不产生污染，制取的氢气纯度高。伴随着国家大力开展水电事业与水电解制氢工艺和设备的改良，如新型隔膜、新型电极的不断推出，将会大大提高单位体积的产气量，从而大大提高它的适用围。特别是高温固定聚合物水电解工艺的开发应用，将可能使制氢的总效率达4050，水电解制氢的本钱可降低到目前的1/31/4。2. 热化学分解水制取氢气在闭合循环中利用热化学法制取氢气，是使水在某一化学反响过程中，在热的作用下进展分解。热化学法分解水是在复杂的系统和多个中间反响来完成的，至少为两个以上的阶段。这种制氢方法，目前仍处于实验室研究阶段。3. 光催化作

7、用制取氢气在光的作用下，当有光催化剂存在时，水可以分解成氢气和氧气，所选用的光催化剂应在相当宽的光谱区域有吸收光的能力和光合再生的性能。所以首先要研制出有效的光催化剂，目前已取得了一些实验室成果，如TiO2晶体。4. 矿物燃料转化制氢由各种矿物燃料天燃气、石油与其制品、煤制氢，其过程有很大的相似性。根本过程是：烃类的蒸汽转化包括天然气、轻油等的蒸汽转化；局部氧化法原油、重油等液体的局部氧化；煤的转化。随着国家西气东输工程的开展，我所已研制出经济实用的天然气制氢设备。5. 氨分解制氢在一定温度下，通过催化剂的氨气被分解为氮氢混合气75的氢、25的氮，2NH3 催化剂3H2N2Q催化剂一般可采用合

8、成氨用的催化剂，如国产的A6催化剂时，分解温度为650700，分解率可达99以上。分解后的高温混合气体经过冷却器、别离器、枯燥器后，纯度为：含氧量20PPm，含水量露点40，含氨量0.01，每公斤液氨可生产2.64Nm3混合气。我所在此方面已研制多年。6. 甲醇分解制氢甲醇分解制氢装置是采用甲醇和水在催化剂上分解、转化制取氢气的一种方法。与其它制氢方法相比具有投资本钱低、运行费用少、反响条件温和等优点，可用于化工、医药、轻工、建材、冶金等多种工业部门，其缺点主要是甲醇的价格不稳定。我所研制的各种型号的甲醇分解制置已有多台投入运行。现将其原理与主要技术指标简介如下：6.1 主要技术指标产品气流量

9、501500m3/h压力1.0Mpa温度40纯度99.99%(vol)CO5ppm6.2 主要消耗指标甲醇0.590.68kg/m3H2脱盐水0.350.45kg/m3H2电0.2kWh/m3H2煤0.36kg/m3H2冷却水20kg/m3H2仪表空气10m3/h6.3 原理甲醇分解制氢装置包括甲醇分解转化和变压吸附两个过程：流程框图见附件1。 甲醇分解转化来自原料液贮槽的脱盐水与甲醇经计量、混合后，用进料泵加压后送入换热器，与分解气换热升温后进入汽化器，生成甲醇、水蒸气过热混合气体后进入反响器，反响温度为240280，在催化剂的作用下同时发生以下分解和变换反响： CH3OHCO2H2Q11

10、COH2OCO2H2Q22总反响为：CH3OHH2OCO23H2Q13总反响是吸热的，反响器和汽化器所需的热量由导热油炉的循环热油提供。从反响器出来的分解气主要是氢气和二氧化碳气体在换热器与进料换热降温后，经冷却器冷却、冷凝和别离出未反响的少量甲醇和水，再经水洗塔用脱盐水洗涤残留的微量甲醇和其它杂质，经分解气缓冲罐进入变压吸附装置PSA。 变压吸附PSA纯化甲醇分解变换后的分解气进入由数台并列操作的吸附器和一系列程序控制阀构成的变压吸附系统。每个吸附器装填有吸附材料，其中一台吸附器通过原料气时，原料气中的杂质组分被吸附剂吸附而获得高纯度的氢气；同时其它吸附器处于吸附床再生的不同阶段。各台吸附器

11、定时切换，交替吸附和再生，使原料气不断输入，产品氢气不断输出。附件1换 热 器反 应 器冷 却 器洗 涤 器气 水 分 离变 压 吸 附汽 化 器 甲醇水 氢气甲醇分解制氢系统框图第二节氢气的性质和用途 1. 氢气的性质氢气是无色、无臭、无毒和无味的可燃气体。它同氮气、氩气、甲烷等气体一样，都是窒息气，可使肺缺氧。氢是最轻的气体，分子量是2.0158。它的粘度最小，导热系数高，临介温度239.9，凝固点259.14。氢气的化学性质活泼，可与许多非金属化合，生成各种类型的氢化物。氢气是一种易燃、易爆的气体。在空气中的爆炸极限：上限75.5，下限4；在纯氧中的爆炸极限：上限94，下限4。氢气的着火

12、性能随着温度和压力的不同而变化。通常压力增加，温度上升，可燃气体混合物的着火下限降低，上限提高，着火围变宽。压力、温度下降那么相反。氢气的燃烧过程由于密闭、引燃的状况和气体组合等条件的不同，可以成为爆炸和爆轰两种燃烧反响中的任何一种。2. 氢气的用途氢气广泛应用于化学、冶金、电子、电力等工业部门。在化学化工方面，氢是合成氨、氯化氢、有机合成的氢化反响和油脂硬化等的原料。在尼龙、塑料、农药的生产中也都离不开氢，需参加一定纯度的氢气，生产相应的产品。在冶金工业中，氢气的使用颇为广泛。在有色金属钨、钼、钛等的生产和加工中，使用高纯度的氢气作为复原气。在一些磁性材料、磁性合金的生产中，需要高纯度氢气作

13、保护气，以提高其磁性和稳定性；在硅钢片的生产中，需要高纯度的氢气作保护气；在硬质合金、粉末冶金材料的生产中，也需要高纯度氢气作保护气；在一些薄板、带钢的轧制中常常使用氮气氢气混合气作为保护气。在电子工业中，也十分广泛地使用高纯度氢气，主要用于电子材料、半导体材料和器件、集成电路以与真空器件的生产。在建筑材料和轻工业中，如玻璃和人造宝石的制造和加工，氢气被广泛地用作燃烧气和保护气；在电力工业中，氢气可作为汽轮发电机的冷却剂。液态氢又是宇航和火箭的重要燃料；固态氢具有金属性并有超导性能。氢气的应用不只上述几个方面。由于能源危机，氢气作为一种新型能源受到人们的普遍重视。人们已认识到，尽管能从煤、石油

14、和天燃气等原料中制取氢气，但这些原料正逐年减少以至枯竭，人们不得不寻找新型的能源。水电解制氢是比拟理想的。许多专家认为，未来除了电以外，起重要作用的一种二次能量载体将是氢气。氢气具有许多优点，它便于储存和运输，对环境无污染，被誉为“清洁的新能源。第二章 水电解制氢第一节水电解制氢装置的工作原理 1. 电解定律任何物质在电解过程中，在数量上的变化都服从法拉第定律：1.1 电解时，在电极上析出的物质的数量，与通过溶液的电流强度和通电时间成正比，也就是说与通过溶液的电量成正比，即 GKeIt式中：G化学反响生成物的量 I电流 t通电时间 Ke电化当量 1.2用一样的电量通过不同的电解质溶液时，各种溶

15、液在两极上析出的物质量与它的电化当量成正比，而析出1克当量的任何物质都需要96500库伦C的电量，以法拉第F表示。1法拉第96500库伦26.8安培小时显然，电化当量的数值应等于化学当量e被法拉第常数除所得的商，即 GKeIt It因此在阴极上析出1克分子的氢，所需的电量为： ItGF/e226.8/l53.6安时2. 水的电解水存在下面的电离平衡： H2OHOH将一对电极插入水中，通以电流，氢离子逐渐向阴极移动，在阴极上取得电子被复原为H2。Na或K离子在电解液的浓度下，其析出电位要比氢析出电位负得多，因此阴极上H先放电，析出氢；OH逐渐移向阳极，阳极失去电子而被氧化为O2。纯水是极弱的电解

16、质，H与OH离子浓度极少，在25时，H1107M；OH1107M。所以纯水几乎是不导电的。所以在水电解时必须参加其它的强电解质，如NaOH或KOH，以增强导电能力。此时，阳极反响：4OH4e2H2OO2阴极反响：4H2O4e2H24OH总 反 应：2H2O2H2O2从反响方程式看出：1) 水电解时，产生一份氧气和两份氢气。2) 参加OH只起导电作用，在电解过程中不被消耗。第二节水电解制氢装置的用途与技术参数 1. 设备的用途水电解制氢除用于宇航、核潜艇和水下试验室等军事设备外，还广泛用于化工、冶金、电子、电力、航天、建材、气象等工业部门。2. 主要技术参数局部型号见表1。表1 ZDQ5300型

17、与CNDQ510型水电解制氢装置主要技术参数表20型 号ZDQ-5ZDQ-6ZDQ-8ZDQ-10ZDQ-12ZDQ-16ZDQ-20ZDQ-24ZDQ-30ZDQ-40ZDQ-50ZDQ-60ZDQ-65氢气产量Nm3/h56810121620243040506065氧气产量Nm3/h2.53456810121520253032.5氢气纯度V/V99.8%氧气纯度V/V99.2%工作压力Mpa1.53.21.53.2氢气含水量(g/Nm3)4氢气含碱量(mg/Nm3)1电解槽工作温度855直流额定电流(A)3807601450直流额定电压(V)647496122146901141381701

18、14146170186纯水耗量(kg/h)56810121620243040506065冷却水用量(m3/h)1.31.41.61.92.13.64.14.65.16.68.19.19.6主电源动力电源容量(KVA)4048638090110125160200250315380400电解槽直流电耗4.8kwh/m3H2碱液浓度25%NaOH或30%KOH自控气源压力0.50.7MPa气源耗量5m3/h主电源动力电电压AC 380V(50Hz)变压器在整流柜AC 6kv 或10KV50Hz整流柜电源1KW 380V 三相四线 50Hz控制柜电源6KVA 380V 三相四线 50Hz冷却水温度32

19、冷却水压力0.40.6MPa冷却水水质6德国度环境温度045续表1型 号ZDQ-80ZDQ-100ZDQ-125ZDQ-150ZDQ-175ZDQ-200ZDQ-225ZDQ-250ZDQ-275ZDQ-300ZDQ-350CNDQ-5CNDQ-10氢气产量Nm3/h80100125150175200225250275300350510氧气产量Nm3/h405062.575137.5100112.5125137.51501752.55氢气纯度V/V99.8氧气纯度V/V99.2%工作压力Mpa1.52.01.53.2氢气含水量(g/Nm3)4氢气含碱量(mg/Nm3)1电解槽工作温度855直流

20、额定电流(A)45606360820直流额定电压(V)821021261501261461621821982182503058纯水耗量(kg/h)80100125150175200225250275300350510冷却水用量(m3/h)12152025262833384348551.31.9主电源动力电源容量(KVA)6308001000120014001600180020002200240027004080电解槽直流电耗4.6Kwh/m3H2碱液浓度25%NaOH或30KOH自控气源压力0.50.7Mpa气源耗量5m3/h主电源动力电电压6KV或10KV(50Hz)AC380V(50Hz)

21、变压器在整流柜整流柜电源1KW 380V 三相四线 50Hz控制柜电源10KVA 380V 三相四线 50Hz6 kVA 、AC380V三相四线 50Hz冷却水温度32冷却水压力0.40.6Mpa冷却水水质6德国度环境温度045第三节水电解制氢装置1. 水电解制氢装置的组成本装置由电解槽、气液处理器、整流装置、控制柜计算机管理系统、加水泵、碱箱、水箱等几大局部组成。2. 工艺流程简介2.1 气体系统当电解槽接通直流电源，电解电流上升到一定数值时，电解槽的水被电解成氢气和氧气。来自电解槽各电解小室阴极侧的氢气和碱液，借助循环泵的扬程和气体升力，进入氢别离洗涤器的别离段制氢量80m3/h的先进入碱

22、液换热器，然后进入别离器，在重力的作用下氢气和碱液别离。别离后的气体进入洗涤段，对气体进展冷却、洗涤制氢量175m3/h的无洗涤和除雾，然后进入贮罐待用对CNDQ型制氢装置，气体再经过枯燥处理才进入贮罐。氧气别离过程根本一样。氧气放空或进入贮罐待用。2.2 电解液循环系统电解液循环的目的在于向电极区域补充电解消耗的纯水，带走电解过程中产生的氢气、氧气和热量，增加电极区域电解液的搅拌，减少浓差极化电压，降低碱液中的含气度，降低小室电压，减少能耗等，以使电解槽在稳定条件下工作。碱液循环量的大小影响槽小室电压和气体纯度。对于一个特定的电解槽，应有一个适宜的循环量。一般槽电解液更换次数每小时24次。在

23、常压电解系统中，通常用自然循环，而在压力电解系统中，因电解装置体积小，管道细，气液流通阻力大，加上电流密度较大，要求电解液更换的次数比拟多，采用自然循环难于到达，一般采用强制循环。碱液在氢别离器和氧别离器中，靠重力作用与氢、氧气体别离后，通过氢氧别离器的连通管汇总，再经碱液过滤器除去机械杂质，然后由碱液循环泵把碱液送入电解槽，形成完整的电解液循环系统。2.3 气体排空氮气置换系统水电解制氢装置设有充氮口，用于系统的气密检查与开机前的氮气置换。制氢系统开车后，氢气纯度到达要求后才能被送到贮罐或净化设备，在未到达要求纯度以前的氢气可通过调节阀后的气体放空阀放空。当水电解制氢装置压力压差系统由于调节

24、阀阀芯的磨损而出现失控现象时或紧急事故需要将水电解制氢系统排空时，可直接翻开“手动气体放空阀，使氢氧气体分别放出，但要注意氢氧别离器液位差不大于150mmH2O。 2.4 原料水补充系统电解过程中，装置的原料水一直不停地在消耗，因此，为保证水电解的连续进展，需定期向制氢装置补充原料水。水箱中的水通过加水泵分别打入氢、氧洗涤器，然后通过溢流管，注入别离器下部的液相局部和循环碱液一并进入电解小室进展连续电解，同时使电解液中碱的浓度保持在最正确浓度围。原料水通过注入洗涤器然后再溢流到别离器，可以稀释洗涤器中的碱含量，降低产品气的含碱度。为保证水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

25、，在加水管道上均装有止回阀。运行过程中，只开启单个补水回路，即只开氢侧或氧侧补水回路。2.5 冷却水系统总管中的冷却水共分为三路：一路进入整流柜供可控硅元件冷却，一路进入氢氧洗涤器的蛇管产氢量175m3/h的设备是进入气体冷却器冷却氢氧气体。上述二路均为手控截止阀开度来调节所需的冷却水量。另外一路冷却水通过气动薄膜调节阀控制进入别离器蛇管中产氢量80m3/h的设备是控制进入碱液冷却器中，根据循环碱液温度的上下自动控制冷却水量，从而到达控制操作温度的目的。对于CNDQ510型装置，还有第四路冷却水，第四路冷却水进入氢气枯燥系统用气体冷却器中，以给待枯燥的气体降温或冷却从枯燥器出来的再生气体。2.

26、6 排污系统排污管道共分四处：第一处：为碱液过滤器底部，通过过滤器排污阀排出碱液和过滤器中过滤下来的石棉绒杂质与污物。对CNDQ510型装置，可通过拆卸管道过滤器法兰来去除机械杂物。第二、三处：为水箱和碱箱底部排污口，通过其排污阀排出箱中的污物或残液。第四处：从氢气枯燥局部的气水别离器中排出冷凝水仅用于CNDQ510型装置。2.7 补碱系统CNDQ510装置需补碱时，应在停机泄压状态下进展，按要求计算应补充碱的数量，重新配制碱液，通过碱箱到电解槽的阀门系统将碱液打入电解槽中，对ZDQ系列的装置需补充的碱液可直接送入别离器的连通管，直接进入碱液循环中，在补碱管道上也装有止回阀。3. 电解槽3.1

27、 电解槽的分类 单极性电解槽单极性电解槽是由外部并联假设干个单元电解槽组成的。而单元电解槽那么由假设干个彼此交替着的、彼此平行的阳极板和阴极板组成。每个单元浸没在盛有电解液的箱中，箱可以是开放的，也可以是密闭的。2 隔膜1 阳极3 外壳4 阴极图1 单极性电解槽示意图在这种联接中，每块极板只有一个极性，即一块板只担负着阳极作用，或只担负着阴极作用，因此称为单极性电解槽。单极电解槽安装、维修简便，但效率低，体积大。 双极性压滤式电解槽以串联式双极性压滤式电解槽为例，电解槽的极板也是垂直的，互相平行排列，电流只从一端极板导入，通过电极经电解液，传到下一块极板，最后由另一端极板输出。由于操作电压的关

28、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作阴极，在下一个电解小室中就作阳极，即每块极板的正面是阴极，反面是阳极。一块板起着两种极性作用，因此称为双极性电解槽。单阳极隔膜双极性电极单阴极图2 双极性电解槽示意图双极性水电解槽中的每块极板都传导总的电流。极板上的电流密度槽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电压之和。双极性水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。双极性压滤式电解槽的体积小，效率高，但造价高，维修不便。3.2 加压水电

29、解槽的特点 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，氢气可在压力情况下进入氢气纯化枯燥装置或贮氢罐，不需氢压机。 电解槽的操作温度比常压电解槽高，因此提高了电解液的电导率，电解效率高，小室电压较低，降低了能耗和制氢本钱； 槽体的密封性能好，允许连续操作，使用寿命可达1520年；产品气体质量高，氢气纯度超过行业标准CB352193；3.3 电解槽的结构与作用 电解槽外部结构电解槽为并联双极性压滤式结构，由螺栓和二块端压板把极板夹在一起，呈园柱体结构。1大螺栓、大螺母、弹簧导套、蝶形弹簧等用来将各小室间的垫片压紧，使槽体能承受压，保证槽体不漏。必须使各螺栓承受有一定的预紧力，而且各螺

30、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部压力与密封垫片的密封压力。电解槽在1.53.2Mpa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。一般工业上用的电解槽也可采用串联型式，即一端为正极，另一端为负极。正负端极板与端压板间有良好的绝缘。 电解槽的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，中间极板为阳极，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

31、产生氢气，在阳极上产生氧气。在槽体上除中间极板、左端极板、右端极板外，按极板处的位置不同又分为左极板和右极板，它们的区别在于出气孔的位置不同。1极板：极板又称圾框组件是由主极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。极板上的乳头起支承副极网、隔膜布和输电的作用。电解液能够在乳头与隔膜布形成的空间里流动。2阴副极网：用纯镍丝编织而成的，又用等离子喷涂法涂上拉镍活化层，使用前要用稀碱液进展活化处理。电化学反响时，在其外表上产生氢气。3阳副极网：与阴副极网一样可不喷涂拉镍，电化学反响时，在其外表上产生氧气。4隔膜：现行工业水电解槽通常采用石棉布作为隔膜。隔膜的作用是隔开

32、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25NaOH(或30%KOH)溶液里长期使用时其工作温度不得高于90。隔膜石棉布必须符合国家标准。5绝缘密封垫：绝缘密封垫即起绝缘作用，又起密封作用，它是采用特制的塑料模压而成的，也可与石棉布模压在一起，是比拟理想的密封材料。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垫的塑料因填充而阻塞。7电解槽各种孔道的设置：观察电解槽总装配图，在左右端极板的中下部有外接收口，它们是电解液的进口，电解液从端极板进入槽体，穿过左、右极板和密封垫片的液流孔道到达中间极板，再通过中间极板下部的孔，经极板下部液体环道，通过

33、进液孔分配到各小室里去。水电解后，各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口管；各阴极室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，各电解小室碱液循环量均匀，小室电压均匀。3.4 电解槽使用时的考前须知与故障与维护 考前须知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严密相关。严格地按照操作说明书进展操作使用是电解槽经久耐用的关键所在。所以在使用中必须注意下述各点：（1） 槽温控制在90以下；（2） 槽压控制在规定值围；（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，测电压时注意电极方向，且不能让电压表某一极棒

34、的触头同时接触两片极板造成短路；6电解槽上一定要清理干净，不得有金属物和碱液等导电介质，周围不能放置其它金属物品，以防不慎落在槽体上造成小室短路；7定期清洗过滤器，去除滤网上的石棉绒毛和其它杂质；8向槽体补充的原料水水质一定要符合要求。电解质为分析纯或优级纯NaOH或KOH，定期测量碱液浓度，使浓度处于适宜值。电解液中杂质的含量应控制在：SO42100mg/L；Fe33mg/L；Cl800mg/L。9电解槽前放一橡胶板，测量电压时踏于橡胶板上，以确保操作人员的平安。 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，这说明此小室电解液流通不畅，这时需要停车，清洗过滤器，翻开电解槽下面的

35、排污阀，排除污物，再开车。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通道疏通。如还不行，那么要考虑相邻两片极板短路，使它们部不产生气体；2法兰接口处漏碱：适当拧紧螺母或更换聚四氟垫片；3弹簧片碎裂：每根拉紧螺栓受力都是很大的，碟形弹簧长期处于工作状态，有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，拆下损坏的弹簧片，换上备件重新拧紧；4气体纯度下降：当碱液循环量正常，差压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，那么要考虑石棉隔膜布可能破损，这时电解槽那么需大修。把槽体拆开，更换全部氟塑

36、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，那么要考虑电解液被不洁原料水所污染，电阻过大，至使电流达不到额定值，应更换电解液。4. 处理器框架I4.1 处理器的作用处理器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别离设备中进展气液别离。2. 把别离出来的气体氢气和氧气进展冷却、洗涤和除雾除去气体夹带的液滴，以制成产品气。3.把别离后的碱液进展冷却以维持电解系统的适宜温度。4. 通过碱液过滤器除去碱液中机械杂质或绒毛主要由电解槽中的隔膜产生。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

37、在系统中流动，从电解槽中带出电解产生的气体和在电解过程中产生的热量，促使电解液进展搅拌，保证电解槽的正常电解过程。4.2 处理器的结构由于制氢装置的产氢量从5300 m3/h变化围很大，因此要完成以上的综合功能，部组成上有一些不同的构成，比方对ZDQ565 m3/h系列，完成别离、冷却、除雾等过程全部在立式氢氧别离洗涤器中来完成；对ZDQ80150 m3/h型，把气一液别离、碱液冷却和气体的洗涤、冷却和除雾分成三个单独的设备，即卧式氢氧别离器，碱液冷却器和立式氢氧洗涤器；对ZDQ175300 m3/h型，主要由卧式氢氧别离器，碱液冷却器和氢氧气体冷却器组成；对CNDQ510 m3/h型，把电解

38、槽、气液处理设备和氢气枯燥设备都安装在处理器的框架中，其主要组成包括卧式氢氧别离冷却器和立式氢氧洗涤器，枯燥器，枯燥气体冷却器等。4.3 立式氢氧别离洗涤器 应用该型别离洗涤器安装于ZDQ512，ZDQ1630和ZDQ4065型的处理器中。 作用该型别离洗涤器分为两段，下部为别离冷却段，上部为洗涤冷却除雾段。作用：1、 借助于重力使水电解产生的氢气和氧气与循环的碱液别离；2、 除掉气体中的碱雾与液滴并降低气体温度；3、 维持水电解过程中所需的电解液容量，并观察液位；4、 通过别离器设置的蛇管冷却循环碱液，控制槽温。5、 通过洗涤器设置的蛇管冷却洗涤液电解补充水，以保证氢氧气的洗涤冷却效果。 结

39、构：外件：容器由筒体、上下封头焊接而成并装有液位计。件：下部的别离段和上部的洗涤段设有蛇管冷却器，上、下段之间焊装隔板，隔板上安装U型通气管和气体分布器以与溢流管，上部洗涤段的顶端设有滤芯。 使用与维护1经常观察别离器上压力显示值和液位高度，看其工作压力、液位、液位差是否处于正常状态。超过规定围，首先用手动放空阀将气体放空，使压力和液位维持正常状态。然后找出原因，排除故障、恢复正常。假设原因一时找不到，或找到但不能很快在开车情况下排除，那么停车处理，等恢复正常后再重新开车。注意：翻开放空阀排空时，一定要慢慢开启，且要保持液位差趋于平衡。2假设液面计进液孔堵塞一般在停车后再开车时发生，所示液面不

40、能反映别离器中碱液的真实高度。那么应停车、泄压后进展清洗排除。方法：a关闭液面计上、下阀门，翻开上堵头和下排污孔或排污阀，用纯水从上到下冲洗液面计腔和通道。b拆下进液阀门的阀杆，用细铁丝通入液孔，使孔杂质流出直至碱液流出畅通为止。为预防运行中发生此类故障，可在设备停车再度开车前先检查液位计进液孔是否畅通，有堵塞现象应预先排除，然后开车。 操作中可能出现的故障、原因与排除方法可能出现的故障原 因排除方法压力波动大1、 自控参数整定不合理2、 压力调节系统失灵3、 气体管路泄漏严重1、 重新调节整定参数2、 检查压力调节系统，找出故障并排除3、 检漏、排除压力有持续上升趋势1、 氧调节阀开度大、说

41、明阀口或出气管路堵塞2、 氧调节阀关闭或开度小，说明压力调节系统出现故障1、 检查堵塞位置并排除2、检查压力调节系统，排除故障液位差压波动大1、 参数整定不合理2、 压差调节系统有问题3、 干扰信号大1、 重新整定参数2、 检查调节系统并排除3、 检查可能的干扰液位有一个固定差1、 差压信号有一个固定差2、 系统有一个固定干扰信号1、 检查差压调节系统2、 检查干扰信号并排除液面计液位显示不真实，反响慢碱液脏，液面计进液孔堵塞清洗液面计4.4 卧式氢氧别离器 应用：该型别离器安装于ZDQ80150和ZDQ175300 m3/h型的处理器中。 作用借助于重力使水电解产生的氢气和氧气与循环碱液别离

42、。 结构是卧式圆筒结构，由筒体，左、右封头焊接而成，在一端封头上装设液位计。4.5 立式氢氧洗涤器 应用立式氢氧洗涤器用于ZDQ80150和CNDQ510 m3/h的处理器中，后者在多数情况下，仅用氢洗涤器。 作用除掉气体中的碱雾与液滴并降低气体温度。 结构外件：容器由筒体，上、 下封头焊接而成并装有液位计、温度计。件：容器的中下部设有蛇管冷却器，上部顶端设有捕滴网芯。 使用与维护一般不需要维护，可定期观察液位和温度指示是否正常。液位计也很少发生堵塞观象，如果偶尔发生可按节第2款的a和b处理直至洗涤器中的水流出为止。 4.6 碱液冷却器和氢氧气体冷却器两种冷却器结构一样，均为固定管板列管间壁式

43、冷却器，所不同的是被冷却的介质。碱液冷却器管程流通的是热介质氢碱液混合物或氧碱液混合物，壳程流通的是冷介质冷却水；氢氧气体冷却器管程流通的是冷却水，壳程流通的是氢气或氧气。 应用碱液冷却器用于ZDQ80150和ZDQ175300 m3/h型的制氢装置中，氢氧气体冷却器应用于ZDQ175300 m3/h的制氢装置中。 作用碱液冷却器的作用是冷却循环碱液控制电解槽的温度，氢氧气体冷却器的作用是冷却电解产生的氢气和氧气。 结构外件：筒体、法兰、封头焊接而成。件：管束簇、固定管板和折流板焊接而成。 使用与维护一般不需要维护，要求符合设计参数的条件下正常运行。但是所有的换热设备和部件，包括碱液换热器，氢

44、氧气体冷却器，别离器和洗涤器的换热蛇管，在制氢装置经过长期运行后有可能出现下述现象：1、换热能力降低：表现为冷却水流量足够，冷却水进口温度正常，但冷却水进出口温度差逐渐变小，碱液和氢氧气体的温度达不到冷却的要求。原因可能是冷却水质不符合要求，形成水垢，碱液侧也会形成一定的结垢，增大了传热阻力，致使热介质的热量散发不出来。解决方法是用机械方法或化学方法进展除垢，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漏：表现为电解槽的各参数特别是电解槽的总电流均正常，但离开处理器的气体产量减小，冷却水有气体排出；或是冷却水出现高碱性，向循环碱液系统补水量明显增加，短期碱浓度下降严重。这时应疑心换

45、热器或冷却蛇形管发生泄漏。出现上述泄漏后，应停车泄压排液，寻找泄漏点进展修理，甚至更换设备。 4.7 卧式氢氧别离冷却器卧式别离器是水平安装的，部也有冷却碱液用的蛇形管，其作用参见4.3节。 4.8 碱液过滤器 作用过滤器用来滤除循环碱液中的机械杂质和绒毛。 碱液过滤器的结构过滤器由筒体、滤筒、滤网、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6080目的不锈钢丝网或镍丝网。 故障与排除方法当碱液循环量不断下降，槽体温度升高，或者别离器冷却而槽温又难以冷却，这说明过滤器的滤网堵塞，应取出滤芯进展清洗。过滤器的清洗在停车状态下进展，清洗方法

46、是关闭过滤器进出口截止阀。翻开过滤器顶部排气阀，泄掉过滤器压力。拆开过滤器法兰螺栓，取下法兰盖，卸下滤筒进展清洗。清洗时最好翻开滤网，用尼龙刷进展外刷洗，用净水冲洗干净，重新装好，用纯水浸泡后装上。假设过滤器碱液很脏，应由排污阀放出，滤去杂质后注入，盖上法兰，拧好螺栓。紧螺栓时注意对称，用力均匀。翻开排气阀，慢慢翻开碱液进口阀，待排气阀排出碱液后，关闭排气阀翻开出口阀，检查法兰是否漏液，投入正常运行。 4.9 捕滴器捕滴器一般装在洗涤器的上顶部或是别离器如卧式别离器的气体出口处，用于别离氢氧气中夹带的直径为0.3以上微液滴。它是在一定直径的圆筒装填一定规格和数量的不锈钢捕滴网。当进入捕滴器的气

47、体流速控制在一定围时，气体中夹带的液滴撞到丝网并附在其上，水滴聚集到一定程度，在重力作用下沿丝网下流，到达别离液滴的目的。运行中注意，假设发现捕滴器捕滴效果变差，阻力变大时，应翻开顶部法兰盖，取出丝网清理里面液体结晶或污物。清理后，将丝网卷成密度均匀的圆筒形，重新装上。 4.10 屏蔽泵 额定参数、规格与性能屏蔽电泵是根据装置要求从专业生产厂家订购的。详细的额定参数与性能请参阅产品出厂时附带的技术文件。 使用要求（1） 严禁空载运转。（2） 彻底去除装置的铁锈与固体异物。（3） 空气全部排除后，方可运转。（4） 断流运转不得持续超过30秒。（5） 不得逆向持续运转6带冷却水套的屏蔽电泵，必须首

48、先按规定的冷却水流量接通冷却水，然后开车运行。7在运转中，如发现异常声音或振动等，必须迅速查清原因排除故障。8TRG表指示红色区域，不允许继续运转。9在保护装置动作的情况下，在没有查清动作原因并彻底排除之前，不允许继续运转。10小于最小流量时，不应运转。11冷却水套、热交换器与逆循环管路的流量小于规定时，不应开车和继续运行。12本电泵应在电压380V、频率50HZ、海拔不超过1000m、环境温度2040、湿度不大于8525时和规定的防爆标志下使用。13泵的正常工作状态，必须是合同要求的性能参数围，否那么影响泵轴向推力。 结构见说明书 屏蔽电泵故障与其原因和排除方法见下表。 故障 或 现象 原

49、因电 动 机泵振动、噪声排 除 方 法不能起动电流过大过热绝缘不良TRG指示过大轴承异常磨损轴承损坏不上液流量太小达不到扬程能力降低产生汽蚀流量不稳定振动大振动逐渐增大噪声大噪声逐渐增大电动机线圈套枯燥不良枯燥或返回本公司修理雨水浸入检查接线盒和垫圈，保证雨水不能从接线盒浸入规格不符返回本公司，更换正确规格泵腐蚀同本公司协商，改换材质磨损修补或更换，改换材质轴承负荷过大如果是R或RA型，同本公司协商改变逆向循环流量轴弯曲校直平衡不良同本公司协商异物堵塞去除并采取防止再次发生的措施规格不符返回本公司，更换正确规格使用条件吸入阻力大检查清扫，如果带过滤器应分解检查，对于管路重新检查净正压头不够对吸

50、入液面的高度与吸入阻力进展检查并采取措施，可同本公司协商排出阻力大清扫与重新检查管路排出压力太小重新检查管路异物堵塞去除并采取防止再次发生的措施杂质混入采取防止杂质混入的措施液体比重过大同本公司协商液体粘度过大同本公司协商排气不良重新按程序排气存在气体查清原因，采用措施冷却水缺乏或断水设置断水电路，如果变化很大，要重新考虑流量配管不良要适当改变配管缺相检修，保证三相电源反相更换二根电源线位置没接通电源检修配线与电气设备第四节其它设备1. 控制柜控制柜包括工业控制机、二次仪表、氢和氧气分析仪、稳压电源与操作按钮、开关等。可实现自动检测、调节、显示、故障报警、联锁、自动开机与停机等功能。工业控制机

51、PLC是控制局部的核心。2. 整流装置整流装置由整流变压器、整流柜组成，仅产量512m3/h型的变压器在整流柜部，其余为分开安装的。用于供应电解所需直流电源。使用方法详见“可控硅整流装置使用说明书。3. 计算机管理系统包括一台微机上位机，一台打印机。可对装置自动程序运行进展监控、操作，并有显示、记录、打印等功能，是控制局部的外部窗口。4. 框架框架是一氢气分配系统，它的作用是：1把从制氢或纯化枯燥装置来的氢气分配进入储氢罐储存或直接分配至用户用气设备。2把储氢罐的氢气分配至用户用氢设备。框架的组成包括：管道、就地指示用压力表，远传储氢压力信号的压力变送器，控制调节送气压力的压力调节控制器，管路

52、阀门球阀或截止阀等组成。5. 框架框架是把碱箱、水箱、加水泵组装在一个框架上，形成一个原料供应系统。主要为CNDQ510 m3/h制氢装置的配套而设计，也可为制氢量不太大的装置配套。这样可减少现场的安装工作量，设备集中，减少占地面积。框架的作用即水箱、碱箱、加水泵单体功能的组合。6. 柱塞泵加水泵详见说明书6.1 作用：向系统输送纯水或补充电解碱液。6.2 结构说明：柱塞泵型号较多，但原理一样，结构小异，现以JZ200/40型柱塞泵为例作详细说明。柱塞泵由蜗轮蜗杆传动机构、泵缸头托架、联轴器与电机等主要零部件组成。电动机通过螺杆、蜗轮带动曲轴，经过连杆、十字头使柱塞作往复运动。从而将纯水输送到

53、系统中。 6.3 使用与维护 开车前准备1新安装的泵，管路应清洗干净，检查各连接处是否有堵塞和漏气的地方。2检查泵各连接部件有否松动。3传动机构箱注入20号或30号机油，油面高度至观察孔玻璃的1/2左右。4拨动电机风扇，检查转动状况。5假设出口管路上装有平安阀，把平安阀排放压力调到额定工作压力的1.251.45倍。6检查电路、启动泵。 停泵1切断电源。2如环境温度过低，有可能结冰，停泵后，应尽可能放净泵和管道中的液体。3长期不用，应将泵液体全部排净，拆洗零件，涂防锈油。 维护 1如排出管路压力增高或泄漏严重，检查排出管路是否有堵塞或阀是否开启。2注意电机与泵传动部件有无异常响声，如发现异常，立即停泵检查。3检查柱塞处泄漏情况，泄漏量不应超过15ml/h，如超量应拧紧压盖螺母。4润滑油的温度不应超过60。5经常检查润滑情况，与时更换润滑油，新泵每运行半个月更换一次；运行两个月后，每工作半年更换一次。6泵除特殊原因需临时更换一些零件外，运转3000小时后，应进展拆洗检查，更换易损件。 可能发生的故障、原因与排除方法可能发生的原因故 障 现 象排 除 方 法电动机不能启动不排液或排液不足运动件过热泵有撞击声电动机有异常响声电源未接通检查电源接线电源或电机缺相检查保险丝、接触器、电机绕组接线，翻开排