制氢系统ppt课件.ppt

,发电厂制氢系统,1,提纲,一、系统简介1.制氢原理2.系统组成2.1电解槽2.2系统图2.2框架一2.3纯化干燥框架2.4框架二2.5框架三2.6原料补充水2.7冷却部分二、系统运行规范三、其他,2,高纯度的氢气是通过电解纯水而获得的，由于纯水的导电性能较差，则需加入电解质溶液，以促进水的电解。常用的电解质一般为NaOH或KOH。1.阴极反应：电解液中的H+（水电解后产生的）受阴极的吸引而移向阴极，最后接受电子而析出氢气，其放电反应是：2H+2eH22.阳极反应：电解液中的OH受阳极的吸引而向阳极移动，最后放出电子生成水和氧气，其放电反应是：2OH2eH2O+1/2O23.阴、阳极合起来的总反应式为：2H2O2H2+O2,制氢原理,3,工艺流程,4,气液处理器典型流程图,5,系统组成,2.1电解槽：,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。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。,6,一体式水解制氢设备（电解槽）,7,故障与维护,（1）电解槽小室电压增加到2.5V或者更高，这时需要停车，清洗过滤器，电解槽排污。或者用碱液循环泵大流量循环碱液，疏通电解槽小室。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：先停车待温度恢复到常温状态，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，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，检查整流柜，其次则是查看电解液是否清洁，如果不清洁则应更换电解液。,8,系统图,系统图,9,10,配电柜整流柜控制柜,11,控制柜内部,12,框架一(气液处理器),框架一为组装单元式，装置包括：氢分离洗涤器、氧分离器、气体冷却器、碱液过滤器、碱液冷却器、排污器、空气过滤器、碱液循环泵、管路、阀门及一次仪表和等。电解槽出来的碱液与氧气，碱液与氢气的混合物分别进入框架一氢气分离洗涤器和氧分离器。氧气经过与碱液的分离氧气出口调节阀排空。氢气经过氢分离洗涤器，在其内与碱液分离，然后从氢分离洗涤器顶部的氢气管道进入氢气冷却器。在冷却器中将氢气由7590冷却至40左右，再进入气水分离器，分离出冷凝水滴，使含湿度降到4g/Nm3下，经氢气出口调节阀流向干燥器框架。碱液经过氢分离洗涤器和氧分离器中分离出氢气和氧气后，在两分离器底部的连通管内汇合，经碱液过滤器去除固态杂质，再经碱液冷却器冷却，进入碱液循环泵，由泵加压后回到电解槽。在电解槽中，碱液先从液道进到中间极板，再由中间极板底部的通道，从各主极板的进液孔进入各电解小室，在各电解小室中进行电解，而后与电解出来的氢气或氧气一起，分别从各自的出气孔进入氢气道或氧气道，再分别进入氢分离洗涤器或氧分离器，从而构成完整的碱液循环。,13,14,分离器与洗涤器,。（1）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）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。洗涤器的作用：除掉气体中的碱雾及液滴，通过洗涤器内设置的蛇管冷却洗涤液，并降低气体温度。,15,碱液过滤器与捕摘器,碱液过滤器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。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0.3m以上微液滴。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。,16,碱液循环泵,保证系统的碱液循环。（1）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。（2）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。,17,电解液循环系统,18,纯化干燥框架,干燥框架配备两套纯化干燥系统，其中一套运行，另一套再生备用；再生方式选用原料气加热再生，且再生过程中无氢气放空；主要由下述部件组成：吸附器，工艺管路、阀门及一次仪表等；操作压力与制氢系统的运行压力相匹配；氢气流经该装置的阻力损失小于0.1MPa。经该装置处理后的产品氢应达到下述指标：湿度：露点（气态水冷凝成固态水时所需要降至的温度）50温度：40。,19,1、催化（纯化）反应对于氢气或惰性气体中的氧杂质，氧气中的氢和烃类杂质，可以应用催化剂通过化学反应予以去除。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600：2、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。当含水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。常用的干燥吸附剂有硅胶、活性氧化铝和分子筛等，（本厂的干燥剂暂时还不知道。）,纯化与干燥,20,分子筛式干燥器结构图,21,干燥器运行,（1）干燥器投运给装置供冷却水，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，调节装置后的有关阀门，使装置工作压力大于0.8Mpa。干燥器运行切再生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，加热器使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，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，再生完成自然冷却到室温，然后在进行干燥器B再生过程。定期打开气水分离器下部的放水阀，泄放掉其中的凝结水。（2）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：160250,22,冷却器与气体过滤器,（3）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以下。所以当干燥器不再生时，气体不必过冷却器。（4）气体过滤器放在干燥器后面，滤去气体中所含的微尘。,23,氢气干燥装置使用注意事项,1.干燥装置间严禁明火，操作人员严禁穿带钉的鞋入内。2.应注意观察氢气的含氧量应0.5%，若0.5%应停机。3.再生进气温度不得超过350，再生加热终止温度不得超过300。4.当没有氢气流过加热器时，禁止长时间开启加热器（不超过15s），以防烧毁电加热器元件。5.干燥器运行时必须有冷却水流过分离器。6.干燥器设备本体、仪表应有良好的接地。7.干燥器设备和氢气管道维修时，必须在氢气泄掉并用氮气冲洗干净之后才能进行。,24,框架二是用于氢气的充罐及往发电机补氢，该装置应包括：管道、阀门、减压器、压力开关、压力表等部件。其后连接6台氢气贮存罐（V=13.9m3，p=3.6MPa），氢气通过减压器减压后的压力应控制在0.8-1.0MPa的范围。,框架二,25,框架三,框架三由下述部件组成：除盐水箱、碱液箱、补水泵、工艺管路、阀门及配件、一次仪表等。补给水：在电解水的过程中，水陆续地被消耗掉，所以必须连续不断地补充除盐水。系统通过补水泵将除盐水打至氢分离洗涤器中，来补充电解消耗的除盐水。碱液：电解氢氧化钠水溶液时，各系统中的分离洗涤器中分离和洗涤下来的NaOH，经过过滤、冷却后重新打回电解槽中，所以从理论上讲，NaOH是不消耗的，但实际上因为泄露、氢和氧的水量携带等，NaOH的浓度在逐渐减小，因此每隔一定时期必须补充碱液。柱塞泵（补水泵）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。）,26,原料水补充,制氢设备运行过程中，水箱液位信号传送给微机，微机根据水箱液位情况，自动控制水箱的电磁阀，实现水箱补水的自动化。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。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,加水官道上装有止回阀，防止气体与碱液外泄。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。,27,水碱补给系统,28,水碱箱,29,冷却部分,冷却系统包括除盐水箱、除盐冷却水泵、板式换热器、管路阀门、测点组成，除盐水通过工业水冷却。冷却水系统共分五路：1）第一路进入框架中碱液循环泵以冷却屏蔽电机。2）第二路经过框架中碱液冷却器冷却水进水调节阀后，进入碱液冷却器以冷却过滤后的循环碱液，从碱液冷却器中出来的冷却水，再分成两路进入氢分离洗涤器和氧分离器以冷却分离器中的碱液。电解过程中的电解槽温度的控制就是通过调节这路冷却水量的大小来实现的。3）第三路进入框架中氢气冷却器冷却电解后的氢气。4）第四路进入整流柜，冷却可控硅整流元件。5）第五路进入干燥器框架中冷凝分离器，使氢气降温，冷凝氢气中的微量水。,30,闭式循环冷却装置,31,冷却水循环系统,32,制氢系统的启动：1、启动前检查1.1电气部分1.1.1检查各报警系统的信号灯和铃。1.1.2检查补水泵、碱液循环泵控制系统是否正常。1.1.3检查紧急停车按钮能否切断电解槽主回路直流电源。1.2检测与控制部分1.2.1检查各指示仪表是否正常。1.2.2检查所有气动管路是否正常；调整空气减压过滤器压力为0.14MPa1.2.3检查给定值、报警值和联锁值等各数值是否正常。1.2.4检查以下仪表的设定值是否正常1.2.5检查氢、氧分离器液位高度，使其在50mm左右。1.3检查整流柜是否正常；检查整流柜冷却水压力为0.10.2MPa。1.4制氢机部分开各冷却水进出口阀，启动除盐冷却水泵，通入冷却水，开柱塞泵、过滤器、循环泵进、出口阀；循环泵进、出口阀；，氧气氢气出口阀。1.5压缩空气为0.40.6MPa。1.6干燥装置具备启动条件。,系统运行规范,33,2.1制氢机充氮：为了开机安全，制氢机首次开机或停机较长时间后再开机，一般要求先充氮，充氮压力0.30.4MPa，目的排除系统内空气。2.2接通动力柜电源，接通控制柜电源，观察各盘面的指示。2.3打开冷却水系统阀门（氢气排水水封灌满水）。2.4接通压缩空气气源。打开系统各气动管路阀门。2.5将26%浓度NaOH溶液打进电解槽至框架氢、氧分离器液位计最低液位。2.6检查所有阀门位置是否正确、旁路阀，排污阀关闭，放空阀，表计入口截断阀，设备出入口阀门，冷却水出入口阀均开启。2.7启动碱液循环泵，调节4A使其流量达900950L/h，循环半小时2.8打开整流柜冷却水阀门，调节其压力0.1MPa左右，将柜内切换开关至自动，工作方式选择：中间位置；接通交流电源，启动控制电路，此时设备进行微机自检，待数码显示后进行下一步操作；启动主回路，给开工信号。2.9自动运行2.9.1启动整流柜后系统进入自动升压阶段。在温度未达到50前，系统使槽压自动稳定在0.8MPa以下，当槽温升到50后，槽压自动控制在设定值。,设备的启动,34,2.9.2升电流由微机自动完成。2.9.3系统正常运行时，屏幕显示制氢流程图，同时不断循环检测实时运行参数。2.9.4槽压升至2.7Mpa后，打开取样门将氢气、氧气取样流量调整至50250mL/min，3分钟后开启氢氧分析仪电源。2.9.5当氢气纯度99.5%，槽压与氢管压之差大于其设定值，槽压达50以上的压力设定值，且整流柜正常运行时，微机自动关闭框架氢气出口排空阀开始充氢至干燥器，投运框架二，储氢。2.9.6当系统运行稳定后，值班人员可以在微机实时监控和部分操作。,35,正常运行时，应该经常监视微机的屏幕，还要定时巡视现场。定期巡视及维护过程应注意如下几点：3.1当有报警出现时，应及时判断报警位置，找出原因并进行处理。3.2注意3个空气过滤器的压力指示，如有偏差及时调整，使其输出保持在0.14MPa左右。3.3对所有管路接头阀门等经常巡视，注意有无泄漏现象。3.4氢、氧分析仪气路箱气体流量是否在规定刻度上。当氧气纯度低于98.5%，或氢气纯度低于99.4%时需要检查原因，必要时停机，查明原因并排除后才能开机。3.5每班定期排放框架及干燥器排污罐的污水，（氧分离器，气体冷却器和干燥器排污）。3.6注意碱液循环泵的运行情况，调节4A(碱液循环泵入口阀)使循环流量控制在900950L/h之间。,制氢系统运行注意事项,36,3.7当框架碱液流量计流量持续慢慢下降时，打开碱液过滤器旁路阀41B，流量又能上升时说明碱液过滤器脏了，需要清洗过滤器，清洗过滤器最好在停机状态下进行。如必须在开机情况下进行，则应由熟练的人员操作，且应特别小心，3.8注意除盐水箱、框架自动补水是否正常。3.9观察就地仪表有无异常。3.10每次开机时应测量碱液浓度，使其保持在正常值。3.11注意各冷却水流量，防止设备超温。,37,1.单击“系统降压”，系统自动断开整流柜电源，并根据程序自动分段降压，经分段降压后，系统稳定在0.8MPa，当槽温降为50以下时，系统压力自动降为零。2.关闭框架上的充氢阀，对各排污点进行排污。3.关闭控制柜上氢、氧分析仪和干燥器湿度仪电源，随后关闭氢、氧分析仪和湿度仪的取样阀。4.碱液循环一段时间，碱液温度下降至接近室温后停碱液循环泵、冷却水泵。5.关闭气源。6.在上位机上，退出应用程序，关微机，关掉控制柜电源。注意事项：1.若框架往发电机自动补氢，停机操作到4.4即可。2.辅网系统的上位机主要用来监控制氢站的运行状态，不能用于开机操作。但在紧急情况下，可以在化学值班室远方停运制氢系统。,正常停机及注意事项,38,紧急停车条件及操作步骤,紧急停车条件：在装置运行中如果发现带压部件突然泄漏时,大量的气体或液体外喷有可能发生重大的事故,或者制氢站周围发生紧急事故,有可能危及制氢装置,发生燃烧或爆炸等重大事故时,必须紧急停车。但是，不到万不得已不得使用这种方法紧急停车操作：1.立即切断整流柜主回路电源，迅速用手动方法使补水泵停止工作。2.手动令氢、氧调节阀开度最大且迅速放空，但要密切注意使液位均衡，严防氢氧混合，压力降为0时，关闭所有阀门。3.切断动力柜电源，切断气源。4.做完紧急停车记录后，听侯有关部门的检查和处理。,39,其他,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、整流柜组成，仅产量512m3/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，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、阻火器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。,40,5、电解液配制在塑料桶内倒入约2/3的除盐水，将NaOH固体慢慢倒入，搅拌至完全溶解，待温度降至室温后即可倒入碱液箱备用。制氢系统正式投运前，先用质量浓度为10%（30时约为1.1）的NaOH溶液进行试机。制氢系统正式生产时用的NaOH溶液浓度为20%26%。配制浓度为26%（30比重1.28），待NaOH完全溶解后向溶液加入千分之二V2O5。注意：NaOH为强碱，有极强的腐蚀性，所以在操作过程中必须戴好防护眼镜及穿上防护服装。,41,重要参数,电解槽运行参数总电压：62-72（有62个电解小室）总电流：740A工作压力：3.14Mpa工作温度：80正负5摄氏度电解液浓度：21%-26%除盐水用量：10kg/h冷却水温度：33装置冷却水压力：0.30.5MPa控制柜冷却水压力：0.050.2MPa,42,1.用软管连接所需置换的氢罐底部排污门与工业水门。2.开启储氢罐底部排污门，工业水门及氢罐顶部取样门，向大罐进水。3.打开氢罐进出口门，室内充氢排污门，待室内充氢排污门出水时，立即关闭该门及氢罐进出口门，继续向氢罐进水。4.进水至氢罐顶部取样门出水时，立即关闭工业水门，氢罐底部排污门及顶部取样门，并取下所有连接的软管。5.然后开启充罐门，氢罐进出口门，氢罐底部排污门，进氢排水置换。6，不断调节氢罐底部排污门开度，使氢罐内压力始终保持在0.05MPa0.1MPa之间。,7.待水排完后关闭氢罐底部排污门。8.从氢罐顶部取样门取样分析氢气纯度合格后，即可关闭此门，升压储氢备用。9.制氢站其它储气罐置换，可以按照上述方法进行。,储氢罐由空气置换至氢气,43,危险点分析,1.本次隔离置换主要危险点为制氢站#1贮氢罐入口门与分配盘至贮氢罐入口门氢气母管隔离、#1贮氢罐氢气排空时必须经过阻火器管路且缓慢排氢；2.氢气为无色无臭无味气体，具有易燃易爆特性，它是以燃烧、爆炸为主要特征的危险气体。一旦泄漏，便可逸散在空中迅速扩散，与空气形成爆炸混合物，且遇火爆炸燃烧后的火焰容易顺风迅速蔓延扩展。3.向氢罐内注