《制氢站培训资料》PPT课件.ppt

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1、,制氢站培训教材,*发电有限公司设备部制作2011年2月,目 录,第一章 水电解制氢装置 第二章 水电解制氢装置组成第三章 气液处理器第四章 水电解制氢工艺流程第五章 氢气纯化干燥装置第六章 其他设备 第七章 设备维护、安全事项与故障的排除 第八章 配制电解液 第九章 系统的操作规程,第一章 水电解制氢原理,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，扩散性强，还原性强，导热系数高。氢气的化学性质活泼，可与许多非金属化合。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。氢气的着火性能随着温

2、度和压力的不同而变化。爆炸条件：（1）在爆炸范围内。（2）有热源，着火点在20j。,一、氢气的性质,氢气广泛应用于电力、化学、冶金、电子、等工业部门：1、在电力工业中，氢气可作为汽轮发电机的冷却剂，导热系数高。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。2、在化学化工方面，氢是合成氨、氯化氢、有机合成的氢化反应和油脂硬化等的原料。3、在尼龙、塑料、农药的生产中也都离不开氢，需加入一定纯度的氢气，生产相应的产品。4、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还原气。,二、氢气的用途,5、在一些磁性材料、磁性合金的生产中，需要高纯

3、度氢气作保护气，以提高其磁性和稳定性。6、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。7、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。8、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、集成电路以及真空器件的生产。9、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。氢气优点：便于储存和运输，对环境无污染，被誉为“清洁”的新能源。,三、氢气制取方法,1、水电解：设备体积小，流程简单，纯度高，杂质少，无污染；但能耗高，产量小。2、氨分解：产气量大，但纯度不高

4、。3、甲醇、天然气裂解：能耗低，产气量大，杂质复杂，不易分离。,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）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。G=KeIt 式中：G化学反应生成物的量 I电流 T通电时间 Ke电化当量,四、水电解制氢装置的工作原理,（2）用相同的电量通过不同的电解质溶液时，各种溶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库仑（C）的电量，以法拉第（F）表示。1法拉第=96500库仑=26.8安培小时 显然，电化当量的数值应等于化学当量e

5、被法拉第常数除所得的商，即 G=KeIt Ite/F因此在阴极上析出1mol分子的氢，所需的电量为：It=GF/e=226.8 53.6（安时）,2、水的电解 水存在下面的电离平衡:H2O=H+OH-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还原为 H2。Na+或 K+离子在电解液的浓度下，其析出要比氢析出电位负的多，因此阴极上H+先放电，析出氢；OH一逐渐移向阳极，阳极失去电子而被氧化为O2。纯水是极弱的电解质，H+及OH一离子浓度极少，在 25 时，OH=1 10-7M可以说纯水几乎是不导电的。所以在水电解时必须加入其它的强电解质，如 Na0H 或 KOH，以增

6、强导电能力。,此时：阳极反应：4 OH一4e=2 H2O+O2 阴极反应：4 H2O+4e=2 H2+4 OH-总反应 2 H2O=2 H2+O2 从反应方程式得出：（1）水电解时，产生一份氧气和两份氢气。（2）加入KOH或NaOH只起导电作用，在电解过程中不被消耗。,第二章 水电解制氢装置组成,1、单极性电解槽：单极电解槽是由外部并联若干个电解槽组成的。而单元电解槽由若干个彼此交替的、彼此平行的阳极版和阴极版组成。对于一个电极而言只能做阳极或阴极。单极性电解槽安装、维修简便，效率低，体积大。,一、电解槽分类：,2、双极性压滤式电解槽：双极性电解槽的极板也是垂直的，互相平行排列，电流只从一端极

7、板导入，通过电极经电解液，传到下个一块极板，由另一端极板输出。每个电极板即产生氢，又产生氧，每个电极既是阳极又是阴极。它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，所以称双极性压力式电解槽。双极性水电解槽中的每块极板都传导总的电流。槽内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。,工人在组装电解槽,端极板和垫片，我厂采购的电解槽6根拉杆,（1）串联式：电流小、电压大。,（2）并联式：电流大、电压小。中间接正极，两端接地，本厂使用这种方式的电解槽，电解槽放在框架上，若用串联式，会与框架形成回路，产生电流，而并联式由于两端接地，消除了这种隐患。,我厂电解槽为并

8、联双极性压滤式结构，由螺栓和两块端压板把极板夹在一起，呈圆柱体结构。（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，使槽体能承受内压，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内部压力及密封垫片的密封压力。足够的厚度，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

9、端压板间有良好的绝缘。,二、外部结构：,三、内部结构：,（1）极板：极板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。极板上的乳头起支承副极网、隔膜布和输电的作用。（2）阴副极网：用纯镍丝编织而成的，又用等离子喷涂法涂上活化层，使用前要用 稀碱液进行活化处理。电化学反应时，在其表面上产生氢气。（3）阳副极网：与阴副极网相同，电化学反应时，在其表面上产生氧气。（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30%KOH溶液里长期使用时其工作温度不得高于90。,（5）绝缘密封垫：绝缘密封垫即起绝缘作

10、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，是比较理想的密封材料。（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）电解槽内各种孔道的设置：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。,四、注意事项,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紧密相关。严格地按照操作说明书进行操作使用是电解槽经久耐用的关键所在。使用中必须注意下述各点：（1）槽温控

11、制在90以下；（2）槽压控制在规定值范围内；（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，清除滤网上的石棉绒毛和其它杂质；（8）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 KOH，定期测量碱液浓度，使浓度处于合适值。电解液中杂质的含量SO42100mg/L；Fe+33mg/L:CI800mg/L。（9）电解槽前放一橡胶板测量电压时踏于

12、橡胶板上，以确保操作人员的安全。,电解槽在热紧,（1）电解槽小室电压不断增加到2.5V或者更高，这说明小室内电解液流通不畅，这时需要停车，清洗过滤器，打开电解槽下面的排污阀，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，则要考虑相邻两片极板短路，使它们内部不产生气体。（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。,五、故障与

13、维护：,（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，氢气纯度很低，则要考虑石棉隔膜布可能破损，这时电解槽则需要大修。把槽体拆开，更换全部氟塑料隔膜石棉布垫片，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，则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。,第三章 气液处理器（框架 I),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分离设备中进行气液分离。2、把分离出来的气体（氢气和氧气）气体夹带的液滴除去，以制成产品气。3、把分离后的碱

14、液进行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杂质或绒毛。5、通过碱液循环泵提升碱液的压力以维持碱液以适量的流量在系统中流动，流量过低，热量不能及时带走；流量过高，产氢不纯。,一、处理器的作用,由于制氢装置的产氢量从 5300 m3/h变化范围很大，因此要完成以上的综合功能，内部组成上有一些不同的构成。处理器分为卧式和立式。1、卧式分离器：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。我厂使用的是该类型分离器。洗涤器：容器由筒体，上下封头焊接而成并装有液位计、温度计。容器中下部设有蛇管冷却器，上部顶端设有捕滴网芯。（1）洗涤器的作用：除掉气体中的碱雾及液滴，

15、通过洗涤器内设置的蛇管冷却洗涤液，并降低气体温度。,二、处理器的结构,（2）分离器作用：借助于重力使水电解产生的氢气和氧气与循环碱液分离。除掉气体中的碱雾及液滴并降低气体温度；维持水电解过程中所需的电解液容量，并观察液位；通过分离器内设置的蛇管冷却循环液，控制槽温。2、立式分离器：容器由筒体、上下封头焊接而成并装有液位计。下部的分离段和上部的洗涤段内设有蛇管冷却器，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及溢流管，上部洗涤段的顶端设有滤芯。其作用与卧式相同。,3、使用与维护：（1）经常观察分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。超过规定范围

16、，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。若原因一时找不到，或找到但不能很快在开车情况下排除，则停车处理，等恢复正常后再重新开车。注意：打开放空阀排空时，一定要慢慢开启，且要保持液位差趋于平衡。（2）若液面计进液孔堵塞，所示液面不能反应分离器中碱液的真实高度，则应停车、泄压后进行清洗排除。方法:(a)关闭液面计上、下阀门，打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内腔和通道。（b）拆下进液阀门的阀杆，用细铁丝通入液孔，使孔内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

17、现象应预先排除，然后开车。,1、作用：用来除去循环碱液中机械杂质和绒毛。2、结构：碱液过滤器由筒体、滤筒、滤网、法兰等组成。过滤网选用80100目的不锈钢丝网或镍丝网。3、故障及排除方法：碱液循环量不断下降，槽体温度升高，或者分离器冷却正常而槽温又难以下降，这说明过滤器的滤网堵塞，应取出滤芯进行清洗。过滤器的清洗在停车状态下进行，清洗方法是：关闭过滤器进出口截止阀，打开过滤器顶部排气阀，泄掉过滤器内压力。拆开过滤器法兰螺拴，取下法兰盖，卸下滤筒进行清洗。,三、碱液过滤器：,捕滴器一般装在洗涤器的上顶部或是分离器（如卧式分离器）的气体出口处，用于分离氢（氧）气中夹带的直径为 0.3 m以上微液滴

18、。它是在一定直径的圆筒内装填一定规格和数量的不锈钢捕滴网。当进入捕滴器的气体流速控制在一定范围内时，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，达到分离液滴的目的。,四、捕滴器：,屏蔽电泵是根据装置要求从专业生产厂家订购的。详细的额定参数及性能。请参阅产品出厂时附带的技术文件。,五、屏蔽泵：,使用要求：1、严禁空载运转。2、彻底清除装置内的铁锈及固体异物。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，必须首先按规定的流量接通冷却水，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

19、清原因排除故障。8、TRG表指示绿色区域运转正常，黄、红色区域不允许继续运转。9、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、热交换器及逆循环管路内的流量小于规定时，不应开车。,本装置由电解槽、气液处理器、整流装置、控制柜、加水泵、碱泵、水箱几大部分组成。工艺流程简介 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，电解槽内的水被电解成氢气和氧气。来自电解槽内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，进入氢分离洗涤器的分离段，在重力的作用下氢气和碱液分离，分离后的气体进入洗涤段，对气体进行

20、冷却、洗涤除雾、干燥，然后进入待贮罐用。氧气分离过程基本相同。氧气放空或进入贮罐待用。,第四章 水电解制氢工艺流程,2、电解液循环系统（1）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。（2）碱液循环量的大小影响槽内小室电压和气体纯度。对于一个特定的电解槽,应有适量的循环量。槽内电解液更换次数每小时24次。在常压系统中，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，电流密度较大，一般强制循环。碱液在氢分

21、离器和氧分离器中，靠重力作用与氢气、氧气分离后，通过氢氧分离器的连通管汇总，再经过碱液过滤器除去杂质，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。,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，氢气纯度达到要求后才能被送到净化设备（或贮罐），在未达到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阀阀芯的磨损而出现失控现象或紧急事故需要将水电解制氢系统排空时，可直接打开“手动”气体放空阀，使氢氧气体分别放出，但要注意氢氧分离器液位差不大于150mm H2O。在正常情况下，氧侧有

22、差压变送器，以此传送信号，通过调节氧侧的压力调节阀，来调节系统压力。氢侧有液位变送器，以此传送信号，通过氢侧的液位调节阀保证氢氧分离器液位差稳定。,4、原料水补充系统（1）电解过程中，装置内的原料水一直不停地在消耗，因此为保证水电解的连续进行，需定期向制氢装置内补充原料水。（2）水箱中的水通过加水泵打入氢洗涤器，然后通过溢流管注入分离器下部的液相部分或直接打入氧分离器，与循环碱液一并进入电解小室进行连续电解，同时使电解液中碱的浓度保持在最佳浓度范围。（3）原料水注入洗涤器然后再溢流到分离器，可以稀释洗涤器中的碱含量，降低产品气的含碱度。,（4）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

23、停转期间不外漏，在加水管道上均装有止回阀。（5）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。（如果两侧补水同时开启，一旦止回阀损坏或泄露，出现氢氧之间串气，十分危险。）在氢侧补水，补到洗涤器，补水管插入洗涤器液面以下，早期设计补水管插入洗涤器液面上部，考虑起喷淋作用，但补水管在液面上部，如果止回阀损坏，容易出现氢氧串气，现在设在液面以下，即使止回阀损坏，洗涤器中的水先倒流到氧分离器，洗涤器液位低于一定值时，会产生报警，易于发现处理。,5、冷却水系统 总管中的冷却水共分为四路：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175 m3/h的设备是进入气体冷却器

24、）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分离器蛇管中，根据循环碱液温度的高低自动控制冷却水盘，从而达到控制操作温度的目的。第四路冷却水进入氢气干燥系统用气体冷却器中，以给待干燥的气体降温或冷却从干燥器出来的再生气体。,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及污物。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：从氢气干燥部分的气水分离器中排出冷凝水。7、补碱系统 装置需补碱时，应在停机泄压状态下进行，按要求计算应补充碱的数量

25、，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。,1、催化反应 催化反应去除气体中的杂质是工业生产中常用的方法之一，对于氢气或惰性气体中的氧杂质，氧气中的氢和烃类杂质，可以应用性能类似的催化剂予以去除。催化反应中，反应物的分子气流通过包围在催化剂颗粒外表面的气膜（外扩散），传递到催化剂颗粒的孔的内部（内扩散）在孔的内壁上进行化学反应。钯类脱氧催化剂的温度上限为350；铂类脱氧催化剂的温度上限为600：催化剂使用过程中应注意满足其使用条件，避免接触有害物质，避免其中毒和其他方式的失效。,第五章 氢气纯化干燥装置,一、催化脱氧,2、催化脱氧过程 催化剂是降低反应的活化能，加速反应过程

26、，而本身不参加反应的一类物质。当含有微量氧的氢气通过脱氧催化剂时，在催化剂的作用下，氧和氢迅速反应生成水，其化学反应式为：2 H2+O2=2H2O+Q 此方法可使氢气中的含氧量由0.5%降至 5ppm以下，通常选用氧化铝镀钯为催化剂，它具有很高的活性，在高气流速度下也能达到很高的脱氧深度，在不加热的情况也可进行催化反应，即可工作在常温下。氢、氧催化反应时放出大量的热量。,二、吸附干燥 吸附干燥是气体制取工艺中应用最广泛成本最低的方法，它具有干燥程度高，易于实现自动化控制，能耗小等特点。吸附干燥过程属于物理吸附，是依靠分子间力的作用将气体分子吸引到吸附剂上。吸附剂是一种具有大量微孔的固体。当含水

27、氢气通过微孔时属于极性分子的水就被强烈的吸附在微孔的表面，属于非极性分子的氢气则不易被吸附而顺利通过微孔，这样就达到消除水分的目的。吸附量与吸附质的分压和温度有关，当气的压力为常数时，则吸附量q0与温度t 成反比关系：q0=f(p t)在温度升高时分子运动加剧，导致吸附量减少，根据吸附剂这一特性，让吸附剂在较低温度下工作，吸附剂吸附的水分达到一定量时，可以采取升温度的方法，使其放出水份。这样降温后吸附剂又可以重新吸附水份，这一过程就是吸附剂的变温吸附再生。常用的干燥吸附剂有硅胶、活性氧化铝和分子筛等，本厂的干燥剂为分子筛。,纯化（干燥）装置工艺流程根据用户的不同需要，成套设备主要有两种结构形式

28、，一种为只要求去除水分的干燥装置，主要由干燥器、冷却器、冷凝器、气水分离器、气体过滤器及各种阀门管道组成；另一种装置为纯化（干燥）装置，即对气体要同时进行脱氧和干燥和干燥装置相比，在组成上增加了脱氧器、冷却器和气水分离器。,三、纯化（干燥）装置,流程图如下：,1、气水分离器：下部进水,上部出水,利用重力原理使气水分离,出口处设有滤芯。,3、干燥器（吸附器）,吸附是一种物理过程，是放热过程，解吸为吸热过程，一般热量小，不于考虑。计算吸附药用量的单位为吸附容量，一般选择吸附容量为10%的吸附剂（吸附1kg水需10kg的吸附剂）。本厂吸附剂选用13X分子筛。（1）影响吸附剂的因素：温度：分子筛低于1

29、00有吸附作用，解吸温度160，所以再生时一般出口温度定在160180，13X分子筛最高耐温350，超出此温度分子筛失效。流速：流速越低，气体与干燥剂接触时间越长，效果越好。（2）干燥器的构造：与脱氧器一样，有电加热器，干燥器再生时，电加热器加热，下部温度始终保持在280，当温度高于280时，电加热器断电，由于余温，温度在一定时间内继续上升，当温度低于280时电加热器自动加热，为温控温度。上部温度由于下部电加热器作用可保持温度在160180，为联锁温度。,（3）干燥器的运行参数：工作压力：1.01.5MPa再生气进口温度：220300 再生气出口温度：160250（4）干燥器运行：给装置供冷却

30、水，水流指示器应有显示。打开压力表前的截止阀及氢气进、出口阀门，其余阀门均处于关闭状态。闭合控制柜总电源，接通控制柜仪表气源。将开关置于“自动”位置，设备进入默认的工作状态，一般为干燥器 A 工作流程，程序自动打开相应阀门，氢气送入于燥装置，对应的“干燥 A 工作”指示灯亮。,若装置工作压力低于0.8Mpa，应调节装置后的有关阀门，使装置工作压力大于0.8Mpa。由“干燥器 A”工作流程进入“干燥器A再生干燥器 B 工作”由程序自动控制进行切换，“干燥A加热开”和“干燥B工作”指示灯亮，对应的“干燥A加热”电流表和温控表有指示，干燥器A再生进口温度逐渐升到给定值。随着再生加热过程的进行，干燥器

31、A再生出口温度逐渐升高，当出口温度达到或超过给定值时自动切断加热回路，干燥器再生完成，自然冷却至室温。装置继续在干燥B状态下运行。然后到“干燥器B再生干燥器A工作”、“干燥器A工作”，如此反复循环。应每间隔一段时间打开气水分离器下部的放水阀，泄放掉其中的凝结水。(5)停车:关闭控制柜各电源。关闭装置的气体进、出口阀门。关闭冷却水进出阀。关闭仪表气源。,4、冷却器 冷却器为列管式换热器，管内通冷却水，管间通气体，并装有折流板，以增加传热效果。冷却水流向和气体流向一般采取对流。如果干燥器再生，氢气先进入再生的干燥器，再进入工作的干燥器，冷却器的目的是为了冷却从再生干燥器出来的氢气，使之温度在100

32、以下。所以当干燥器不再生时，气体不必过冷却器。,5、气体过滤器,放在干燥器后面，滤去气体中所含的微尘。,四、设备的维护和保养（l）电加热元件比较容易损坏，当发现损坏时应及时更换，更换后用氮气试压并进行吹扫。（2）长期使用后（2年以上），干操器内的干燥剂会有所减少，可从干燥器加料口填装干燥剂，然后氮气试压、吹扫。（3）长期使用后（2年以上）过滤器会因尘粒堵塞造成阻力增加，应该更换滤芯。（4）阀门在运行一段时间后会发生外漏或内漏，应定期维修，内漏严重的阀门应当更换。（5）运行5年以上的装置，若干燥器的有效工作时间达不到24h，可考虑更换干燥剂。（6）控制柜及各种分析仪表的故障处理按各自的说明书进行

33、。,（7）其他主要故障及其处理：（见下表）,（8）注意事项：a.纯化（干燥）装置间严禁明火，操作人员严禁穿钉子鞋入内。b.原料氢气含氧见超过0.5%时，严禁运转设备，以免发生意外事故。c.再生进气温度不得超过350，再生加热终止温度不得超过300。d.当没有氢气流过电加热器时禁止长时间（15s）开启电加热器，以防烧毁电加热器元件。e.装置运行时必须有冷却水流过冷却器。f.各设备、仪表应有良好的接地。g.干燥器必须按时再生，尽量不让干燥器超负荷运行。h.设备和氢气管道维修时应在停车泄压、氮气置换后的情况下进行。i.汽水分离器、冷却器要定时排水，自动排水时注意阀门动作是否正常。,2、几点补充：（1

34、）产品氢含氧量高时，提高脱氧器的伴热温度，如果无效可能由于催化剂失效，更换催化剂。（2）产品氢露点不合格：拆开气体过滤器查看下面排污装置是否有水，如果有除去积水。检查干燥器再生温度、时间是否正常。检查干燥器间三通阀是否内漏，防止两干燥器间串气。干燥剂失效。电加热器故障：a.断路器开关未关或损坏。b.继电器不能翕合。c.可控硅故障。d.加热器损坏。,第六章 其他设备,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、稳压电源及操作按钮、开关等。可实现自动检测、调节、显示、故障报警、连锁、自动开机与停机等功能。工业控制机（PLC）是控制部分的核心。2、整流装置整流装置由整流变压器、整流柜

35、组成，仅产量5 12m3/h型的变压器在整流柜内部，其余为分开安装。用于供给电解所需直流电源。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行监控、操作，并有显示、记录、打印等功能，是控制部分的外部窗口。,4、框架 框架是氢气分配系统，它的作用是：（1）把从制氢（或纯化干燥）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

36、，形成一个原料供给系统。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）（1）作用：向系统输送纯水或补充电解碱液。结构说明：柱塞泵由蜗轮蜗杆传动机构、泵缸头托架、联轴器及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系统中。（2）使用及维护 开车前准备新安装的泵，管路应清洗干净，检查各连接处是否有堵塞和漏气的地方。检查泵各连接部件有否松动。传动机构箱内注入 20 号或 30号机油，油面高度至观察孔玻璃的 1/2。拨动电机风扇，检查转动状况。若出口管路上装有安全阀，把安全

37、阀排放压力调到额定工作压力的1.25l.45倍。,（3）停泵 切断电源。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。长期不用，应将泵内液体全部排净，拆洗零件，涂防锈油。（4）维护 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门是否开启。注意电机及泵传动部件有无异常声音，如发现异常立即停泵检查。捡查柱塞处泄漏情况，泄漏量不应超过15mL/h，如超量应拧紧压盖螺母。润滑油的温度不应超过60。经常检查润滑情况，及时更换润滑油，新泵每运行半个月更换一次：泵除特殊原因需临时更换一些零件外，运转 3000 小时后，应进行拆洗检查，更换易损件。,7、碱箱、水箱碱箱用于氢氧化

38、钠或氢氧化钾电解液的配制和贮存，设有原料水进口管、碱液出口管、排污口等。水箱用于原料水的贮存。碱箱也可作水箱用，水箱也可用于贮存碱液。8、阻火器（1）阻火器的作用 阻火器安装在氢气贮罐放空管道上和制氢机氢气放空管上或其它部位氢气管道上。用来防止外部火焰窜入贮罐、制氢系统，或阻止火焰在制氢系统与其它系统设备及管道上蔓延，保证制氢系统的安全运行和正常供气。,（2）结构：阻火器有金属丝网阻火器、波纹金属阻火器、砾石阻火器等。阻火、灭火机理是当火焰通过狭小孔隙时，由于热损失突然增大，使燃烧不能继续而熄灭。制氢装置上常选用金属丝网阻火器和砾石阻火器。金属丝网阻火器是用若干层具有一定孔径的金属丝网把空间分

39、隔成许多小空隙。阻火性能决定阻火层的厚度、孔隙的大小。阻火网一般用直径为0.3 0.4 左右的铜丝或不锈钢丝制成，网孔一般为210250孔厘米2，(3740目）。砾石阻火器是用砂粒、卵石、玻璃球或铁屑、铜屑等作填料，使阻火器内空间分隔成许多孔隙。砾石直径一般为34mm，阻火器的内径一般取安装阻火器管道直径的4倍。运行中防止阻火器因液体结晶和锈蚀而堵塞失效，所以，发生气流不畅，阻力增大或有堵塞现象时应立即进行检查、处理。严重腐蚀时更换丝网。,第七章 设备维护、安全事项与故障的排除,一、设备维护 1、当装置正常运转后，操作人员应注意观察装置的运转情况，并按规定的参数条件进行观察与操作，每两小时记录

40、一次。同时注意各种报警，及时发现并处理异常现象，对所有附属设备、各检测仪表与各调节系统经常进行巡视。2、根据用氢量的需要情况，可随时调节整流柜输出电流，但整流柜输出电位器旋转时不能过猛，以防产生过流故障，损坏快速熔断器或可控硅元件。3、整流柜在正常运行中选择开关不可任意变换位置，否则也会发生2条的故障。如需改变整流柜运行状态，则必须把输出电位器均置于零位，才能转换选择开关的位置，,4、通过手动调节阀调节碱液循环量，注意循环量不能过大或过小，过大会导致氢气纯度下降，过小会使电解槽温度过高而降低隔膜的使用寿命。在正常情况下，经调整好后，不再进行调整。当装置运行一段时间后，若发现槽温较高，而碱温过低

41、，碱液循环量明显下降，即表明碱液过滤器堵塞，需清洗过滤器。5、保持氢、氧分离器液位在液位计可视范围中部，观察自动加水是否王常。6、在正常开车情况下，补水阀处于开启状态，加水泵将水直接送入氢分离洗涤器上部。当氧气温度较高时，打开氧分离器上的补水阀，关闭氢分离器上的补水阀暂时向氧分离洗涤器补水。7、每隔二个月，需用比重计测定碱液浓度，使碱液浓度保持在所规定的范围内，如低于规定值时，需加入适量的碱。8、经常观察水箱有无原料水以及冷却水流量是否正常，定期分析原料水的电导率，应满足使用要求。,9、经常观察分析仪一次仪表的气体流量是否处于规定的刻度上，干燥剂是否变色，及时调节流量和调换干燥剂及硼酸片（详见

42、分析仪说明书）。注意观察氢、氧分析仪所显示的氢、氧气体纯度当氢气纯度氧气纯度发生明显波动时就需要进行检查，必要时可停车检查或返厂校验。10、正常情况下，一般每年清洗电解槽一次，运行正常可不清洗。11、水电解制氢装置在正常情况下，每隔五年进行一次大修，如果一切运行正常可适当延长大修期限。12、关于氢、氧分析仪器、碱液循环泵、加水泵等配套设备的正常操作及维修，详见各自的使用说明书。,二、安全注意事项 1、制里装置如闲置时间过长，超过半年以上，开机前应详细检查设备状态；2、制氢间应通风良好，并采取相应的防爆措施，如防爆灯和安装报警器等；3、凡是与氧、氢气接触的管道、阀门均应经过除油清洗处理；4、装置

43、运行时不得进行任何修理工作，如若进行修理应先停车，分析制氢间的氢气浓度是否低于爆炸极限，同时必须通氮气以排除装置和管道中的氢气和氧气，分析合格方能焊接；5、制氢间严禁明火、吸烟、穿钉子鞋。操作人员不宜穿合成纤维、毛料工作服。严禁金属铁器等物相撞击，以免产生火花；6、制氢间应设有消防器材，按数量、要求就位；制氮间应备有2硼酸溶液，操作人员应配备防护眼镜,7、严禁氢气、氧气由压力设备及管道内急剧放出，以免造成爆炸或火灾；8、氢气系统运行时，不准敲击，不准带压修理，严禁负压；9、动植物、矿物油脂和油类不得落在与氧气接触的设备上，在操作和维修时，手和衣服不得沾有油脂；10、保持电解槽表面清洁，严防任何

44、金属导体或其它杂物掉到电解槽上，以免造成短路。严禁碱液掉到极板间或极板与拉紧螺栓之间；11、万一出现事故或设备大量漏碱或漏气体时，应立即切断电源并进行通风。分析原因，尽快排除故障；12、用肥皂水或气体防爆检漏仪检查氢、氧系统、管道、阀门是否渗漏，严禁使用明火检查；13、制氢间不得存放易燃、易爆物品，禁止无关人员入内。,三、故障及排除方法 1、微机系统故障原因及排除：开关量不起作用当运行操作人员由上位机发出命令而执行机构没有反应时，遇到这种情况首先要看看相应的操作指示灯是否亮了，如果指示灯并没有亮，则说明本次操作没有成功，需重新操作，如果指示灯亮了，那就要先用万用表测一下对应于此开关盘的输出口是

45、否有输出，如果有输出，则说明从开关量出口到执行机构之间的连线出现了接触不好或断线现象，再用万用表逐级往下查。2、PID 调节不灵 PID调节故障有两种情况：第一种：工控机也起调节作用，但被控参数不是稳定在自己的理想值上，这说明被控参数的给定值由于某种原因发生了变化，只要在上位机通过参数设定功能把参数的给定值调整过来就可以解决。,第二种：是执行机构该动作的时候没有动作。遇到这种情况首先要用万用表测一下与该执行机构相对应的D/A输出口是否有输出（也就是输出是否大于4mA)，若没有输出则说明D/A板出现故障，这就需要检查DIA板。如果D/A口有输出则说明从DIA口到执行机构之间的线路有接触不好或断线

46、现象，只要用万用表逐级往下查，查出后做相应的处理即可。3、通讯故障 当出现上位机显示的测量数据或系统运行状态与PLC不符的情况时，说明上位机与PLC之间的通讯出现了故障，遇到这种情况，首先要将上位机关闭，然后将通讯双绞线拆下，用万用表测一下两根线是否有断线现象，若断线则换线，若两根线都没有断，则要将上位机箱打开重新插一插通讯板以避免接触不好，插好后如果还是通讯不上，那就是干扰过大，影响了通讯的正常进行，要找出干扰源，消除干扰。,4、设备常见故障与排除：,第八章 配制电解液,一、物料及器材 l、物料及器材（1）水质要求：配制碱液和补充电解用水，应是二次蒸馏水或合格的离子交换水。对水的要求为：电阻

47、率一般在1l051106/cm，干残渣含量57mg/L，氯含量6mg/L,铁离子含量1mg/L。输送蒸馏水和管路要求是耐腐蚀、无锈、无脏物的不锈钢管。（2）氢氧化钠（NaOH）或氢氧化钾（KOH）要求采用分析纯（AR）或优级纯。KOH：导电效率高，粘度小，欧姆电阻低，溶解度高和不易出现结晶；缺点是价格高，腐蚀性高于 Na0H。NaOH：腐蚀性小，价格便宜，导电率和溶解度稍逊于氢氧化钾，易结晶。,（3）五氧化二钒（V2O5）要求采用分析纯（AR)，含量为千分之二，一般每升溶液加二克。（4）比重计：1.002.00 一只（5）量简：500mL 或1000mL 一只（6）温度计：0100 一支（7）

48、比重、温度、浓度关系表 一张（8）2硼酸水、眼镜、橡胶手套、口罩、胶靴。2、碱液（电解液）要求 浓度：配制 KOH 溶液，要保持在 2630之间，在2530 时，比重在1.2441.281之间。配制 NaOH 溶液，应在2026的范围，在 2530时，比重为1.21.28之间。,3、几个重要的概念（1）比重：物体的重量和体积的比值，常用单位为克/厘米3，牛顿/米3。（2）百分比浓度：就是溶液的重量100中所含溶质的重量。如 30%KOH溶液，就是在 100 单位重量 KOH 溶液中有30 单位重量的纯 KOH,70 单位重量的H2O。二、碱液配制方法 1、新碱液配制 配制新碱液，一般知道要配制

49、的体积（一般为升），百分比浓度（重量浓度）。然后根据百分比浓度查得一定温度下的比重，再用比重乘以己知配制碱液的体积，求得碱液总重量，再把碱液总重量乘以百分比浓度，得出所需配碱液用固体碱的总重量。碱液总重量减去需用固体碱总重量，所得的差即为所需蒸馏水的总重量。,其步骤为：（1）已知配碱液的体积V总，浓度A%。（2）由百分浓度A查碱液比重表，查得一定温度下的比重为B。（3）计算碱液总重量P=BV总。（4）计算加五氧化二钒（V2O5）重量，按碱液总重量的千分之二则R=2/1000BV总.（5）计算配碱时所需固体碱总重量P碱，即P碱=BV总A。若固体碱纯度不是100%，而是低于此值，则用低于100 数

50、值去除固体纯碱的总重量，得出纯度低于 100 固体碱所需用的总重量，因纯度低于100%的固体碱影响其纯度的主要原因是含结晶水，所以用纯度低于 100 的碱配溶液，其加水量也应适当减少。（6）计算配碱时所需蒸馏水总重量P水P总P碱Pv2O5,2、补充加碱 电解槽经过较长时间运行，电解液中的碱由于气体带走一部分，排污和其他损耗，溶液浓度会变稀，为确保溶液浓度在规定范围，必须及时补碱，否则将使溶液电导下降，小室电压上升。补充加碱的步骤如下：（1）测定碱溶液在一定温度下的比重：从循环泵排气阀放出碱液，收集至量筒中，并用放出的碱液清洗量筒 l 2 次，用比重计测出一定温度下的比重B1。（2）由比重B1，