电解水制氢工艺设计描述

1、-. z.电解水制氢工艺描述电解水生产氢气氧气是一个比拟成熟的工艺。其主要组成局部有：电解槽、气水别离罐、加碱罐、洗涤罐、脱水罐、缓冲罐、冷却水箱等，电气、仪表及配套的设备元器件主要有：直流电解电源简称电解电源、电源冷却循环泵简称电源冷却泵或电源泵、电解液循环泵简称循环泵、电解系统冷却循环泵简称电解冷却泵或冷却泵、补水泵、电磁阀、压力变送器、温度变送器、差压变送器、流量计、压力表、减压阀、回火防止器、纯洁水生产装置等。电解水制氢工艺流程示意图见图1。图1 电解水制氢工艺流程示意图压力的单位为Mpa，小数点后面保存3位。差压的单位为kPa，小数点后面保存2位,流量单位为m3/h，小数点后面保存2

2、位。温度的单位为C，小数点后面保存1位,累计流量的单位为m3，小数点后面保存1位，累计工作时间的单位为h，小数点后面保存1位。所有的电磁阀均为电开阀，通电开启，断电关闭。一、电解电源DDY、电源冷却泵DLB、循环泵*HB及冷却泵LQB控制表1 电解系统与冷却系统对应输入输出关系表信号来源控制内容说明输入编号信号来源名称输出编号控制对象名称AI1(PT101)氢气压力PHDO1 DO2(开关量)电解电源DDY电源冷却泵DLB循环泵*HB冷却泵LQB根据氢气压力PH控制电解电源DDY、电源冷却泵DLB和循环泵*HB的启停。根据系统温度TE控制冷却泵LQB的启停。AI2(TT101)系统温度TE电解

3、液温度1、氢气压力PH由压力变送器PT101变送为420mA直流信号，根据氢气压力PH控制电解电源DDY电解电源DDY由一个开关量信号控制运行与停顿、电源冷却泵DLB和循环泵*HB电源冷却泵DLB和循环泵*HB与电解电源DDY同步受氢气压力PH控制的通断，氢气压力可以在触摸屏上设置： eq oac(,1)氢气压力上限设定值简称压力设定上限PHH的设置*围03.00Mpa参考值0.40Mpa； eq oac(,2)氢气压力下限设定值简称压力设定下限PHL的设置*围03.00MPa参考值0.35Mpa。参考值就是第一次开机设置时或者长时连续电数据丧失时推荐使用的数值。 eq oac(,3)当氢气压

4、力PH高于压力设定上限PHH，PHPHH，DO1输出为OFF,电解电源DDY、电源泵DLB和循环泵*HB停顿运行； eq oac(,4)氢气压力PH低于压力设定下限PHL，PHPHL， DO1输出为ON,电解电源DDY、电源泵DLB和循环泵*HB通电运行。2、当电解系统温度实际为电解系统电解液的温度，简称电解温度TE由温度变送器TT101变送为420mA直流信号，根据电解温度TE控制电解电源DDY的通断，电解温控温度可在触摸屏上设置： eq oac(,1)电解系统温度上限设定值简称电解温控上限TEH设置*围5595C参考值90C； eq oac(,2)电解系统温度下限设定值简称电解温控下限TE

5、L设置*围5090C参考值85C。 eq oac(,3)当电解系统温度TE超过电解温控上限TEH，TETEH，发出报警信号，DO9输出为ON，同时DO1输出为OFF，电解电源DDY、电源泵DLB和循环泵*HB停顿运行，但这时其他系统继续正常工作。 eq oac(,4)当电解系统温度TE低于电解温控下限TEL，TETEL，解除报警， DO9为OFF，电解系统恢复正常工作。3、根据电解温度TE控制冷却泵LQB的通断，冷却温控温度上下限可在触摸屏上设置： eq oac(,1)电解冷却温度上限设定值简称冷却温控上限TCH设置*围3090C参考值90C； eq oac(,2)电解冷却温度下限设定值简称冷

6、却温控下限TCL设置*围3090C参考值85C。 eq oac(,3)当电解温度TE超过冷却温控上限TCH，TETCH，DO2输出为OFF，冷却泵LQB停顿运行。 eq oac(,4)当电解温度TE低于冷却温控下限TCL，TETCL，解除报警， DO9为OFF，电解系统恢复正常工作。电解与冷却控制流程框图如下：AI1(氢气压力PT101)PHPHHAI2(电解温度TT101)TETEH产生报警(共8个报警)ORDO1为OFF,电解停顿DO90AI1(氢气压力PT101)PHPHLAI2(系统温度TT101)TETEL解除报警 (共8个报警)ANDDO1为ON,电解开场OFF1AI2(电解温度T

7、T101)TETCHTETCLAI2(电解温度TT101)0S SET QR CLR Q1TETCL,DO2为ON,冷却泵运行TETCH,DO2为OFF,冷却泵运行二、气水别离罐补水控制表2 气水别离罐补水控制对应输入与输出关系表信号来源控制内容说明输入编号信号来源名称输出编号控制对象名称DI1 (L1L氢气加碱罐液位下限DO3DO4氢气加碱罐补水电磁阀BV1氢气加碱罐补水电磁阀BV2根据氢气加碱罐和氧气加碱罐液位控制氢气加碱罐补水电磁阀BV1和氧气气加碱罐补水电磁阀BV2的开闭DI2L1H氢气加碱罐液位上限DI3L2L氧气加碱罐液位下限DI4L2H氧气加碱罐液位上限氢气加碱罐和氧气加碱罐各安

8、装了一套液位开关，控制补水电磁阀BV1和BV2。氢气加碱罐液位开关的下限接点为L1L对应数字量输入编号为DI1，氢气加碱罐液位开关的上限接点为L1HDI2，氧气加碱罐液位开关的下限接点为L2LDI3，氧气加碱罐液位开关的上限接点为L2HDI4。1、补水电磁阀BV1、BV2的开阀条件同时开阀液位开关L1L接通DI1为ON或者液位开关关L2L接通DI3为ON，DO3、 DO4输出为ON，同时翻开补水电磁阀BV1和BV2。2、补水电磁阀BV1、BV2的关阀条件分别关阀当加碱罐的液位开关L1H断开DI2为OFF时，DO3输出为OFF，关闭补水电磁阀BV1。当加碱罐的液位开关L2H断开DI4为OFF时，

9、DO4输出为OFF，关闭补水电磁阀BV2。3、氢气加碱罐的液位状态显示三种：低液位、正常、高液位低液位：液位开关L1L接通DI1为 ON +液位开关L1H接通DI2为ON。正常：液位开关L1L断开DI1为OFF+液位开关L1H接通DI2为ON。高液位：液位开关L1L断开DI1为OFF+液位开关L1H断开DI2为OFF。4、氧气加碱罐的液位状态显示三种：低液位、正常、高液位低液位：液位开关L2L接通DI3为 ON +液位开关L2H接通DI4为ON。正常：液位开关L2L断开DI3为OFF+液位开关L2H接通DI4为ON。高液位：液位开关L2L断开DI3为OFF+液位开关L2H断开DI4为OFF。气

10、水别离罐补水流程框图如下：氢气加碱罐的液位L1L为ON氧气加碱罐的液位L2L为ONORDO3为ON,BV1开启1DO4为ON,BV2开启1DO3为OFF,BV1关闭0OFF氧气加碱罐液位L1HDO4为OFF,BV2关闭0氧气加碱罐液位L2HOFF三、补水泵BSB及补水电磁阀BV3、BV4控制氢气洗涤罐和氧气洗涤罐上分别安装了一套液位开关，氢气洗涤罐上的液位开关的下限开关为L3LDI5、上限开关为L3HDI6，氧气洗涤罐上的液位开关的下限开关为L4LDI7，上限开关为L4HDI8，用于控制补水泵BSB和补水电磁阀BV3、BV4。表3 洗涤罐补水控制输入与输出对应关系表信号来源控制内容说明输入编号

11、信号来源名称输出编号控制对象名称DI5L3L氢气洗涤罐液位下限(下限为低液位)DO5DO6DO7氢气洗涤罐补水电磁阀BV3氧气洗涤罐补水电磁阀BV4补水泵BSB根据氢气洗涤罐液位，控制补水泵BSB启停和氢气洗涤罐补水电磁阀BV3、氧气洗涤罐补水电磁阀BV4的开闭DI6L3H氢气洗涤罐液位上限(上限为高液位)DI7L4L氧气洗涤罐液位下限DI8L4H氧气洗涤罐液位上限1、开泵条件和开阀条件泵和两个补水电磁阀同时翻开L3L的下限开关DI5和L4L的下限开关DI7任意一个接通或者两个全部接通，接通补水泵电源DO7为ON，同时翻开补水电磁阀BV3、BV4DO5、DO6为ON。2、关阀和关泵条件当氢气洗

12、涤罐高液位接点L3HDI6断开，关闭补水电磁阀BV3DO5为OFF。当氧气洗涤罐高液位接点L4HDI8断开，关闭补水电磁阀BV4DO6为OFF。当两个电磁阀BV3、BV4全部关闭后，关闭补水泵DO7为OFF。3、氢气洗涤罐的液位状态显示三种：低液位、正常、高液位低液位：液位开关L3L接通DI5为 ON +液位开关L3H接通DI6为ON。正常：液位开关L3L断开DI5为OFF+液位开关L3H接通DI6为ON。高液位：液位开关L3L断开DI5为OFF+液位开关L3H断开DI6为OFF。4、氧气洗涤罐的液位状态显示三种：低液位、正常、高液位低液位：液位开关L4L接通DI7为 ON +液位开关L4H接

13、通DI8为ON。正常：液位开关L4L断开DI7为OFF+液位开关L4H接通DI8为ON。高液位：液位开关L4L断开DI7为OFF+液位开关L4H断开DI8为OFF。洗涤罐补水流程框图如下：氢气洗涤罐的液位L3L为ON氧气洗涤罐的液位L4L为ONORDO5为ON,BV3开启1DO6为ON,BV4开启1DO7为ON,BSB开启1DO5为OFF,BV3关闭0OFF氧气洗涤罐液位L3HDO6为OFF,BV4关闭0OFF氧气洗涤罐液位L4HANDDO7为OFF,BSB关闭0氢气洗涤罐液位L3HOFF氧气洗涤罐液位L4HOFF四、差压调节系统氢气与氧气压力平衡氧气与氢气压力的差压Pd由压力变送器PdT10

14、1变送为420mA直流信号，根据差压Pd控制排氧电磁阀PV1的通断。表4 排氧电磁阀PV1控制输入与输出对应关系表信号来源控制内容说明输入编号信号来源名称输出编号控制对象名称AI3氧气与氢气的压差PdPDO8降压排氧电磁阀PV1根据氧气与氢气的压差Pd，控制降压排氧电磁阀PV1的开闭Pd=氧气压力-氢气压力，排氧所需的差压上限设定值(简称压差设定上限)PdH和排氧差压下限设定值简称压差设定下限可以在触摸屏上设置： eq oac(,1)压差设定上限PdH的设置*围为-3kPa +3kPa，参考值0.50kPa； eq oac(,2)压差设定下限PdL的设置*围为-3kPa +3kPa，参考值-0

15、.50kPa； eq oac(,3)当差压Pd超过压差设定上限PdH，PdPdH，DO8输出为ON，排氧电磁阀PV1开启。 eq oac(,4)当差压Pd低于压差设定下限PdL，PdPdL，DO8输出为OFF，排氧电磁阀PV1关闭。报警压差设定值PdA的设置*围为3.00 5.00kPa，参考值3.50kPa，当氧气与氢气的差压Pd的绝对值PdPdA，发出报警信号，DO9为ON，DO1为OFF。AI3(差压PdT101)PdPdPdHPdTdL0S SET QR CLR Q1PdPdHDO8为ON,排氧阀开启PdPdL,DO8为OFF,排氧阀关闭AI3(差压PdT101)Pd差压调节系统流程框

16、图如下：五、瞬时流量与累计流量氢气的流量QH由流量变送器FT101变送为420mA直流信号，要求在触摸屏上显示瞬时流量QH和累计流量QA。表5 氢气流量信号与输入输出对应关系表信号来源控制内容说明输入编号信号来源名称输出编号控制对象名称AI4流量变送器FT101无无显示瞬时流量QH和累计流量QA六、报警显示、记录与查询要求在触摸屏设一个报警记录查询页面，将所有报警按时间顺序记录下来，在触摸屏上能够查阅，存储器记录满了，循环抹除前面的记录，另外在该页面设一个报警消除按钮，按一下消除按钮，停顿报警，DO9为OFF，但假设仍然满足报警条件，间隔60秒，继续报警DO9为ON。为了防止处于报警临界点时继

17、电器频繁动作，以及干扰引起的报警，要求满足报警条件到达3秒以上，才能发出报警信号DO9为ON，同一个报警源每两次报警之间需要间隔3秒，也就是说，当报警条件消除后，报警自动消除，如果又到达报警条件，至少延迟3秒才能再次报警，如果是人工消除报警，同一报警源需要延迟60秒才能再次报警。1、当氢气压力PHPHH+0.05MPa时报警，DO9为ON，同时DO1为OFF；报警时显示的报警名称为“氢气压力过高。2、当系统温度(AI1)超过温度设定上限时报警,报警名称为“电解液温度过高3、当氢气加碱罐液位过低，同时氧气加碱罐液位过高时报警，DO9为ON，DO1为OFF，因为加碱罐与气水别离罐连通，加碱罐与气水

18、别离罐的液位完全一样，报警名称为“两个气水别离罐水位相差过大氧高氢低4、当氧气加碱罐液位过低，同时氢气加碱罐液位过高时报警，DO9为ON，DO1为OFF，报警名称为“两个气水别离罐水位相差过大氧低氢高。5、当氢气洗涤罐液位过低，同时氧气洗涤罐液位过高时报警，DO9为ON，同时切断电解电源，DO1为OFF，报警名称为“两个洗涤罐水位相差过大氧高氢低。6、当氧气洗涤罐液位过低，同时氢气洗涤罐液位过高时报警，DO9为ON， DO1为OFF，报警名称为“两个洗涤罐水位相差过大氧低氢高。7、当氧气与氢气的差压Pd的绝对值大于报警差压设定值PdA，PdPdA，发出报警信号，DO9为ON，DO1为OFF，报

19、警名称为“氢氧压力相差过大。8、当大功率直流电解电源DDY出现故障，电解电源DDY送来一个故障信号DI13为ON，发出报警信号，DO9为ON，同时关闭电解电源，DO1为OFF，报警时显示的报警名称为“直流电解电源故障。报警流程框图如下：PHPHH+0.5MPa氢气压力PT101PHTETEH电解温度TT101TE氢气加碱罐液位L1L为ONAND氧气加碱罐液位L2H为OFF氢气加碱罐液位L1H为OFFAND氧气加碱罐液位L2L为ONDO9为ON1AND氢气洗涤罐液位L3L为ONAND氧气洗涤罐液位L4H为OFFANDL3H为OFF氢气洗涤罐液位L4L为ON氧气洗涤罐液位PdPdA氧氢差压PdT1

20、01Pd电源故障(DDY)，DI13为ON七、PLC主页面显示内容八、氢氧别离系统I/O点表1、模拟量AI输入共计4点，见表5。表5、模拟量输入AI点表序号数量信号来源及种类安装位置说明11压力变送器PT101氢气气水别离器上部氢气系统压力，量程01.0MPa21温度变送器TT101氧气气水别离器顶部电解系统温度，量程0150C31差压变送器PdT101两个气水别离器之间氧气与氢气的压差，量程-5kPa+5kPa41流量变送器FT101脱水罐后氢气管道上氢气流量，瞬时流量量程0-45m3合计4全部为420mADC标准信号2、数字量输入DI共计14点，见表6。表6、数字量输入DI点表序号数量信号

21、来源安装位置说明11来自液位计L1氢气系统的加碱罐上液位过低，低液位接点L1L接通21来自液位计L1氢气系统的加碱罐上液位过高，高液位接点L1H断开31来自液位计L2氧气系统的加碱罐上液位过低，低液位接点L2L接通41来自液位计L2氧气系统的加碱罐上液位过高，高液位接点L2H断开51来自液位计L3氢气系统的洗涤罐上液位过低，低液位接点L3L接通61来自液位计L3氢气系统的洗涤罐上液位过高，高液位接点L3H断开71来自液位计L4氧气系统的洗涤罐上液位过低，低液位接点L4L接通81来自液位计L4氧气系统的洗涤罐上液位过高，高液位接点L4H断开91来自电解循环泵接触器控制箱内电解循环泵运行，接触器K

22、M1辅助触头接通101来自电解冷却泵接触器控制箱内电解冷却泵运行，接触器KM2辅助触头接通111来自电源冷却泵接触器控制箱内电源冷却泵运行，接触器KM3辅助触头接通121来自补水泵接触器控制箱内补水泵运行，接触器KM4辅助触头接通131来自直流电解电源DDY直流电解电源箱直流电解电源DDY故障，电源故障触点接通141流量变送器脱水罐后氢气管道上流量变送器发出流量脉冲信号，用于累计流量合计143、模拟量输出AO 本次没有使用。4、数字量输出DO 共9点，见表7。表7、数字量输出DO点表序号数量信号用途安装位置说明11(1)控制大功率直流电解电源DDY，(2) 控制电解液循环泵*HB,(3)控制电

23、源冷却水循环泵简称电源泵DLB直流电解电源本体上预留了一个控制接点循环泵*HB安装在电解液循环管道上电源冷却泵DLB安装在电解电源DDY水冷系统的管路上。当氢气压力AI1PH低于压力设定下限PHL时，电解电源DDY运行，开场电解，同时接通循环泵*HB、电源冷却泵DLB的电源DO1为ON当氢气压力高于压力设定上限时，电解电源DY停顿输出电流，同时关闭循环泵*HB、电源冷却泵DLB的电源DO1为OFF21控制电解冷却水循环泵(简称冷却泵)LQB电解冷却水循环泵(简称冷却泵)安装在电解冷却水循环管路上。当电解温度AI3TE超过冷却设定上限时，DO2为ON，接通冷却泵LQB，当电解液温度低于冷却设定下

24、限时，DO2为OFF，关闭冷却泵LQB的电源。31控制氢气气水别离罐补水电磁阀BV3BV3安装在氢气气水别离罐与氢气洗涤罐之间的管道上当氢气气水别离罐和氧气气水别离罐低液位接点任意一个或两个同时接通时，同时翻开BV3、BV4DO3、DO4为ON。当氢气气水别离罐高液位接点断开时，关闭氢气补水电磁阀BV3DO3为OFF,当氧气气水别离罐高液位接点断开时，关闭氧气补水电磁阀BV4DO4为OFF。41控制氧气气水别离罐补水电磁阀BV4BV4安装在氧气气水别离罐与氧气气体洗涤罐之间的管道上51控制补水泵BSB。安装在氢气和氧气洗涤罐补水管路上。当氢气和氧气洗涤罐低液位接点任意一个或两个同时接通时，同时

25、翻开补水泵BSB、BV1、BV2DO5、DO6、DO7同时为ON。当氢气洗涤罐高液位接点断开时，关闭氢气洗涤罐补水电磁阀BV1DO6为OFF当氧气洗涤罐高液位接点断开时，关闭氢气洗涤罐补水电磁阀BV2DO7为OFF当两个洗涤罐高液位接点全部断开时，关闭补水泵BSBDO5为OFF。61控制氢气洗涤罐补水电磁阀BV1BV1安装在氢气洗涤罐与补水泵之间的管道上71控制氧气洗涤罐补水电磁阀BV2BV2安装在氧气洗涤罐与补水泵之间的管道上81氧气降压排气电磁阀PV1氧气降压排气电磁阀PV1安装在氧气气水别离器后面的排气管道上Pd=氧气压力-氢气压力当压差Pd大于压差设定上限，翻开降压排气电磁阀PV1DO8为ON。当压差Pd小于压差设定下