1、水電解制氫設備操作使用手冊1、簡述1.1 、氫氣的性質和用途：氫是自然界分布最廣的元素之一，它在地球上主要以化合狀態存在于化合物中。在大氣層中的含量卻很低，僅有約1ppm（體積比）。氫是最輕的氣體,它的粘度最小，導熱系數很高，化學活性、滲透性和擴散性強（擴散系數為0.63cm2/s，約為甲烷的三倍），它是一種強的還原劑，可同許多物質進行不同程度的化學反應，生成各種類型的氫化物。氫的著火、燃燒、爆炸性能是它的特性。氫含量范圍在4-75%（空氣環境）、4.65-93.9%（氧氣環境）時形成可爆燃氣體，遇到明火或溫度在585以上時可引起燃爆。壓力水電解制出的氫氣具有壓力高（1.6或3.2MPa）便于

2、輸送，純度高（99.8%以上）可直接用于一般場合，還可以通過純化（純度提高到99.999%）和干燥（露點提高到-40-90）的后續加工，可以作為燃料、載氣、還原或保護氣、冷卻介質，廣泛應用于國民經濟的各行各業。1.2、水電解制氫原理：利用電能使某電解質溶液分解為其他物質的單元裝置稱為電解池。任何物質在電解過程中，在數量上的變化服從法拉第定律。法拉第定律指出：電解時，在電極上析出物質的數量，與通過溶液的電流強度和通電時間成正比；用相同的電量通過不同的電解質溶液時，各種溶液在兩極上析出物質量與它的電化當量成正比，而析出1克當量的任何物質都需要1法拉第單位96500庫侖（26.8安培小時）的電量。水

3、電解制氫符合法拉第電解定律，即在標準狀態下，陰極析出1克分子的氫氣，所需電量為53.6A/h。經過換算，生產1m3氫氣（副產品0.5m3氧氣）所需電量約2393Ah，原料水消耗0.9kg。將水電解為氫氣和氧氣的過程，其電極反應為:陰 極:2H2O+2eH2+2OH-陽 極:2OH-2eH2O+1/2O2總反應:2H2O2H2+O2由浸沒在電解液中的一對電極，中間隔以防止氣體滲透的隔膜而構成水電解池，通以一定電壓（達到水的分解電壓1.23V和熱平衡電壓1.47V以上）的直流電，水就發生電解。根據用戶產量需求，使用多組水電解池組合，減小體積和增加產量，就形成水電解槽的壓濾型組合結構。本公司生產的壓

4、力型水電解槽采用左右槽并聯型結構，中間極板接直流電源正極，兩端極板接直流電源負極，并采用雙極性極板和隔膜墊片組成多個電解池，并在槽內下部形成共用的進液口和排污口，上部形成各自的氫堿和氧堿的氣液體通道。由電解槽縱向看，A、B系列的氧氣出口設計在中心線靠直流銅排一側（氧銅側），C、D、E、F系列的氫氣出口設計在中心線靠直流銅排一側（氫銅側）。 我公司生產的壓力型水電解槽，目前標準產品操作壓力為1.6MPa和3.2MPa兩種。具有結構緊湊，運行安全，使用壽命長的特點，電解液采用強制循環，電解消耗的原料水由柱塞泵自動補充，相關參數實現自動監測和控制。正常生產時采用30KOH水溶液作為電解液，槽溫控制在

5、85-90左右，兼顧隔膜墊片的使用壽命和降低能耗的要求。水電解制氫的電解需要低電壓、大電流的可調直流電源。工業上采用帶平衡電抗器的雙反星可控整流電路。這種電路有兩個特點：第一，整流變壓器有兩組次極繞組，且都接成星形，為了消除變壓器的直流磁化問題，兩繞組的接線極性相反。第二，為了解決變壓器的兩組次極繞組的電流平衡問題，兩組次極繞組中點通過平衡電抗器連在一起。 2、主要技術性能指標和消耗（見附表）3、工作條件3.1.電解液:30%KOH水溶液3.2.原料水: 3.2.1用量見附表 3.2.2水質要求: 3.2.2.1電阻率1.0×105 歐姆·厘米 3.2.2.2鐵離子含量&l

6、t;1mg/L 3.2.2.3氯離子含量<2mg/L3.2.2.4干殘渣含量<7mg/L3.2.2.5懸浮物含量<1mg/L 3.3.冷卻水 3.3.1溫度30 3.3.2用量見附表 3.3.3壓力:0.40.6MPa3.3.4水質:自來水3.4.電源 3.4.1控制柜電源: 三相四線制AC 380V，50HZ，功率見附表3.4.2 可控硅整流柜控制電源: 三相四線制AC 380V，50HZ 3.5.控制氣源 3.5.1壓力:0.50.7MPa 3.5.2流量:6m3/h 3.5.3露點低于環境溫度10以下 3.5.4無油、無塵，含油量5mg/m34、工藝流程及子系統系統簡述

7、：電解液的在強制循環、電解槽通以直流電的條件下，氫氣和氧氣在電解槽產生，經過分離器氣液分離后，產出的氫氣和氧氣源源不斷送出系統（當客戶對氣體的純度或露點有特別的要求時，本公司可進一步提供純化干燥系統，以水電解氫氣為原料，經催化脫氧、吸附干燥、過濾除塵等工序獲得純度較高的干燥氫氣）。系統自動控制設定的系統壓力、槽溫、分離器液位平衡、及時補充電解所消耗的原料水。各項運行參數實現自動監測和控制?？砂从脩粜枨蟛煌?，提供氣動儀表控制、電動儀表控制、PLC可編程控制、上位機控制、遠程通訊等控制手段以及各類分析儀表。制氫框架集成了制氫系統運行的主要設備（如分離器、洗滌器、冷卻器、過濾器、堿液泵等，以及控制和

8、調節閥門，工況測量的在線和遠傳儀表）。每套制氫系統通常配備控制柜、整流柜、整流變壓器以及氧中氫、氫中氧等分析儀表。 CDEF系列制氫裝置，由流程（系統）圖可以看出，該裝置可分為九個子系統。 4.1.電解液循環系統 電解液循環系統的作用是： 4.1.1從電解槽帶走電解過程中產生的氫氣、氧氣和熱量; 4.1.2將補充的原料水送給電解槽; 4.1.3對電解槽內電解反應區域進行“攪拌”，以減少濃差極化，降低電耗。該系統包括如下路線（內循環） 氫分離器 堿液泵堿液過濾器電解槽 (堿液泵) 氧分離器4.2.氫氣系統氫氣從電解小室的陰極一側分解出來，借助于電解液的循環和氣液比重差，在氫分離洗滌器中與電解液分

9、離形成產品氣.其路線為:氫氣出口電解槽氫分離器調節閥 阻火器排空 氫氣的排空主要用于開停機期間，不正常操作或純度不達標以及故障排空。4.3.氧氣系統 氧氣作為水電解制氫裝置的副產品具有綜合利用價值.氧氣系統與氫氣系統有很強的對稱性.裝置的工作壓力和槽溫也都以氧側為測試點. 它包括: 用戶或儲存 電解槽氧洗滌器 或排空 氧氣的排空除與氫氣排空作同樣考慮外，對于不利用氧氣的用戶，排空是常開狀態.4.4.原料水系統 水電解制氫(氧)過程唯一的“原材料”是高純水，此外氫氣和氧氣在離開系統時要帶走少量的水分。因此，必須給系統不斷補充原料水，同時通過補水還維持了電解液液位和濃度的穩定性。補充水同時從氫、氧

10、兩側補入。 原料水箱補水泵氫分離洗滌器電解槽。 4.5.冷卻水系統 水的電解過程是吸熱反應，制氫過程必須供以電能，但水電解過程消耗的電能超過了水電解反應理論吸熱量，超出部分主要由冷卻水帶走，以維持電解反應區正常的溫度。電解反應區溫度高，可降低能源消耗，但溫度過高，石棉質的電解小室隔膜將被破壞，同時對設備長期運行帶來不利。本裝置要求工作溫度保持在不超過90為最佳。此外，所生成的氫氣、氧氣也須冷卻除濕?？煽毓枵餮b置也設有必要的冷卻管路。冷卻水分三路流入系統： 溫度調節閥堿液冷卻器出口 冷卻水入口 氫（氧）氣冷卻器出口 整流柜冷卻管路排放4.6.充氮和氮氣吹掃系統裝置在調試運行前，要對系統充氮作氣

11、密性試驗。在正常開機前也要求對系統的氣相充氮吹掃，以保證氫氧兩側氣相空間的氣體遠離可燃可爆范圍。充氮口設在氫、氧分離洗滌器連通管的一側，氮氣引入后流經: 氫分離洗滌器阻火器排空 充氮口 氧分離洗滌器排空4.7.排污系統由如下排污點組成： 4.8.1電解槽兩端排污管 4.8.2堿液過濾器排污管 4.8.3原料水箱排污管 4.8.4堿箱排污管 4.8.5氫（氧）管路排污管 4.8.6氫（氧）分離器液位計排污4.8.整流系統根據法拉第定律，水電解制氫裝置產品氣的產量與小室電解電流成正比。額定電流見后附表。4.9.控制系統 5、制氫站安裝5.1.CDEF系列制氫設備布置，符合GB50177-93氫氧站

12、設計規范要求一般可分為四室布置:5.1.1 制備裝置等。）5.1.4、變壓器間：放置變壓器。5.2.制氫間與輔助間的地板應耐堿，并設有排污下水道。5.3.制氫機與各輔助設備的液體管路以及電解槽與框架間的液體管路宜在 地溝敷設，電解槽與框架間的氣體管路可在空間或地溝內架設。5.4.整流柜與電解槽連接的電纜地溝最好與排污地溝分別設置，并設有地溝蓋。5.5.氫氧氣放空出口應分別設置在制氫間兩側，并高出房頂1.5m以上，管口應作防雨設施。5.6儀表取樣氣體必須用管引至室外放空。5.7.控制柜與框架折線距離不大于20m，框架與電解槽距離約2.5m，電解槽與墻的距離1.5m。備注：具體布置和安裝根據用戶實

13、際情況并參照設計規范布置和安裝。6、操作與維護6.1開機前檢查6.1.1.詳細檢查有無金屬工具雜物等異物落放在電解槽上，槽體清潔干燥、無短路和絕緣不良現象。整流柜銅排清潔干凈，無接觸不良和絕緣不良現象，整個工藝系統整潔，穩固，排污溝暢通，槽體上部無漏雨和其它的滴漏。6.1.2.按流程圖檢查現場連管和安裝是否正確，按照電氣圖檢查接線是否正確規范。6.1.3.檢查接地、防雷裝置、氣源等是否符合要求，并預先聯系好保證穩定供電、供氣、供水。檢查原料水系統為無污染、無腐蝕材料制成，并經過嚴格除油、除污，閥除油除銹，一般宜為不銹鋼制作。冷卻水系統壓力，流量能滿足工藝要求并確保冷卻水系統無泄漏。6.1.4.

14、排空系統暢通，無凍結阻塞。6.1.5.檢查設備儀器儀表系統安裝的正確性,檢查電、氣接頭有無松動、脫開。6.2氣密性試驗6.2.1.關閉制氫機所有外連閥門（V101，V102，V111，V113，V130，V133，V134，V140， V183， V184，V185 ，V187，V188，V189），打開制氫機內機內所有閥門。6.2.2.通過閥V140向系統充入工業純以上氮氣，壓力到1.0MPa時關V101，檢查系統有無泄漏，檢查沒泄露后升壓至1.2MPa觀察有無泄露，確保無泄漏后，再升壓到1.68MPa檢查氣密情況，檢查泄漏情況并消除漏點。系統保壓12小時，泄漏量不超過每小時5為良好。6.2

15、.3.打開V102，V113，緩緩卸壓（注意：先確認V103， V114已打開，Vt01， Vt02置于放空狀態）。或關V102，V113，慢慢打開 V183，V184，V185利用氮氣壓力卸壓，卸壓完畢后關閉相應的閥門。 6.3.清洗 制氫裝置調試運行前，須用原料水清洗系統內部容器和管路: 6.3.1.補水泵的起動轉換開關為手動停止檔（聯鎖消除檔）；6.3.2.清洗水箱、堿箱，并給原料水箱充滿水；6.3.3.置所有閥門為關閉狀態，然后開V143， V134，V122（V124），V123（V125），V127，V128，V131，啟動堿液泵，調節V131保持流量在正常工作時堿液的循環量上（見

16、附表），將原料水打入制氫機（加水和加堿操作均為此,見下圖），當液位到氫氧分離器中部液位時切換閥門，打開V121的同時關閉V134（切換至內循環操作）。6.2.1.4.調節V131，使流量達到流量計滿量程的85%。循環清洗系統34小時，停泵，打開V183，V184， V185，V188，V189將水排凈(或對系統充氮將水壓出，以加快排污速度)。6.2.1.5.重復上述上面步驟2-3次直至排出原料水潔凈無污。注意：如果是兩臺堿液泵可選擇任一臺泵并開對應的閥門進行操作，其他（如補水泵）類似。清洗合格后，如果需要做水壓試驗，注水到到分離器中部液位然后進行（操作參照6.1.1.3）后停泵然后進行和氣密性

17、試驗相同的操作方法，在此不再做詳細的敘述。6.4電解液的準備 30時，15%KOH水溶液比重1.180 30時，30%KOH水溶液比重1.2816.4.1置所有閥門為關閉狀態。6.4.2開V145，向堿液箱內注原料水（其加水量根據技術性能和消耗表中所列數據進行換算（體積用升表示），稀堿換算方法為：消耗稀堿量（Kg）÷15%-消耗稀堿量，濃堿把15改為30即可），注水完畢后關V145。（注意，如果堿箱體積不能一次配好，可以采用一次把所用的堿加完打進設備然后加水進行稀釋，也可以分幾次完成，建議采用后者）6.4.3打開V136，V134，V130，V122（V124），V123（V125）

18、，V133，V135啟動循環泵，調V133，至堿液流量最大，進行配堿循環（操作見下圖）。6.4.4緩慢加入KOH，待完全溶解后加入0.2%的V2O5。電解液配好后，停泵，關閉V133。6.4.5待配好的電解液溫度降到常溫后，啟動循環泵（先確認V121關閉），調節V131，將配好的電解液（<50）打入制氫機，至氫氧分離器液位中下部。停泵，關V134，V136。6.4.6開V121，啟動循環泵，使堿液在制氫機內循環，緩慢調節V131使流量指示在規定的范圍內，內循環進行半小時后緩緩打開V130，小心取堿樣(用量筒)，稍靜置，檢測堿液比重（30時檢測最佳）。比重小可將堿液退回堿箱加KOH后（退回

19、堿箱操作步驟：關閉V131打開V132，V134，V136）再注入系統至比重合格。比重過大可向系統通過補水泵注原料水至比重合格或退回堿箱加水。6.5.稀堿試運行6.5.1開機前檢查6.5.1.1.詳細檢查無金屬工具雜物等導體落放在電解槽上，槽體清潔干燥，無短路和絕緣不良現象。整流柜銅排清潔干凈，無接觸不良和絕緣不良現象，整個工藝系統整潔，穩固，排污溝暢通，槽體上部無漏雨和其它的滴漏。6.5.1.2.按流程圖和電氣圖檢查現場連管、接線和安裝是否正確。6.5.1.3.檢查，接地，防雷裝置，氣源等符合說明書要求，并預先聯系好保證穩定供電、供氣。檢查原料水系統為無污染、無腐蝕材料制成，并經過嚴格除油、

20、除污，閥除油除銹，一般宜為不銹鋼制作。冷卻水系統壓力，流量能滿足工藝要求并確保冷卻水系統無泄漏。6.5.1.4.排空系統暢通，無凍結阻塞。6.5.2接通控制柜、整流柜總電源及盤上各儀表電源。接通控制柜及框架上氣源。6.5.3將控制系統置為準備狀態，將工作壓力給定設在0.6MPa，補水泵啟動開關在手動停止檔，檢查原料水、冷卻水（包括制氫框架、整流柜）、儀表氣壓力以及各電氣柜、變壓器供電情況。6.5.3按整流系統說明書使整流裝置為備用狀態。6.5.4檢查各報警聯鎖點的設置是否正確，主要有氫氧液位（上下限報警聯鎖）、系統壓力（上限聯鎖）、氣源壓力（下限聯鎖，電接點壓力表）、氫氧槽溫（上限報警，氧側聯

21、鎖）、堿液溫度（上限報警聯鎖）、堿液流量（下限報警聯鎖）。6.5.4置所有閥門與氣密性試驗相同狀態后，把Vt01，Vt02置于放空狀態，關閉V132，打開V140，向系統充氮至0.3MPa，關V140，緩開V114，V103放空，放空過程中需保證氫氧分離器液位相平。等壓力降為接近零后關V114，V103，再通過V140向系統充氮至0.3MPa，關V140。6.5.5檢查確保其他閥門為關閉。其余框架的外出口閥門均為關閉。啟動堿液泵進行內循環，調節V131，流量調節到正常工作值（見附表）。6.5.6整流柜設在穩壓檔，啟動整流柜，使直流總電壓額定電壓值，并注意控制系統是否控制良好并及時調整控制系統參

22、數，系統正常后置補水泵于自動運行檔運行。在總電壓不超過額定電壓情況下隨槽溫上升電流會達到到最大電流值（注意：一般來說由于堿液濃度不高，很難達到額定電流值）6.5.7槽溫上升到60時，Vt01，Vt02置于進氣狀態，待槽溫升80后，觀察槽溫的變化趨勢，重新整定循環堿溫的給定值，使氧槽溫穩定在80-85的范圍內。 6.5.8工作溫度在65以上運行12小時后，可逐步增大工作壓力給定值到1.6MPa。稀堿試運行在24小時以上，循環流量自行下降時要考慮清洗過濾器，然后再繼續運行（需要說明：稀堿運行主要考慮調試時進行參數的進一步調整，此運行時間可以靈活掌握）。6.5.9稀堿運行后停機(與正常停機步驟同，見

23、后面正常停機一節)。停機后，將堿液從V183，V184，V185排出。制氫機注入原料水，循環清洗23遍，然后排掉。清洗堿液過濾器，打開V183排污。（操作技巧：正常開機操作遵循先升溫度后升壓力的原則，停車遵循先降壓后降溫的原則。）6.6.配濃堿，額定狀態下運行。操作步驟同上，需要注意的是在整流柜穩壓檔工作一段時間，當槽溫達到85左右時電流會達到額定電流，當達到額定電流值時將整流柜切換到穩流檔。6.7正常停機6.7.1.補水泵啟動開關置于停止檔。6.7.2.切斷分析儀電源，分析氣樣流量調到0。二位三通處于放空狀態6.7.3.將整流柜總電流給定緩緩調到0。6.7.4.分步逐漸調低系統壓力設定值，并

24、注意觀察氫氧側液位，必要時借助V103，V114手動調節液位。6.7.5.設定堿液溫度值為0，使堿液循環量最大，以冷卻堿液。6.7.6.堿液泵繼續運行12小時后停泵。6.7.7.切斷電源、氣源，冷卻水之后，可關各閥，裝置停車完畢。6.8緊急停機6.8.1在緊急停電但無其它故障情況下，應快速關閉氫氧兩側保壓閥V102，V113，關閉氫氧兩側分析儀取樣閥。如果短時間供電正常，可打開V102，V113，通過自控系統按正常開機步驟開機，如果長時間停機待電，需手動開啟V114，V103，在維持兩側液位基本平衡情況下卸壓，其它操作同上。6.8.2設備故障緊急停車時，立即停止整流柜，迅速關閉氫氧兩側保壓閥V

25、102，V113，快速用切換補水泵至停止檔，密切注意使液位均衡，嚴防氫氧混合，緊急停機后要作好停機記錄供事后分析和處理。屬設備故障，則須對故障進行認真分析和排除，正常后方可投入運行。6.9.制氫裝置維護6.9.1電解槽小室隔膜為隔膜石棉布，在運行過程中少量纖維和雜質將脫落下來，阻在過濾器濾芯上，發現堿液循環量下降時，要清洗過濾器濾芯，清洗時最好使產品氣為排空狀態。其步驟如下:6.9.1.1.開V129，關V127，V128，緩慢小心開V130，使過濾器內壓力為0，關V130。6.9.1.2.拆開過濾器頂蓋，取出濾芯，解開濾網，用尼龍刷和清水刷洗濾網，干凈后裝在濾管上用原料水沖洗。6.9.1.3

26、.排掉污液，再用原料水清洗12次，排污。6.9.1.4裝好濾芯，裝好頂蓋，開V128，V127關 V129，并使堿液循環量在正常狀態。6.9.1.5觀察堿液液位，如果偏低可以通過補水泵從堿箱適當補充。6.9.2長期連續運行過程中冷卻水系統可能會結垢、沉淀、阻塞。發現裝置的冷卻器換熱效果不好，要對冷卻水系統除垢和疏通。6.9.3制氫設備運行過程要密切注意溫度、壓力以及露點等有關參數以及自動閥門的工作運行狀態。6.9.4整流系統、自動控制系統、各種儀器儀表以及堿液泵、補水泵的使用維護見相應的說明書和資料。6.10.制氫裝置大修制氫裝置大修要求有較高的專業技術和經驗，用戶在安排大修計劃后，宜與本生產

27、廠家聯系，以便作必要的指導和協助。7、故障判斷與排除故 障 情 況產 生 原 因排 除 方 法1.槽壓過高,或達不到額定(1).壓力調節不良重新校準調節儀和變送器或修正參數(2).調節閥閥位不正確或有堵塞校準閥位,清除堵塞(3).氣體系統有阻塞檢查和排除阻塞(4).系統有泄漏消除漏點2.槽溫過高(1).冷卻水系統結垢或堵塞除垢疏通冷卻水系統(2).溫度調節閥閥位不正確校準調節閥(3).溫度調節儀調節不良校準調節儀修正參數和給定值,檢修變送器(4).冷卻水壓力低或流量過小，進口溫度過高增加冷卻水壓力和流量，增加冷卻塔等設施(5).堿液循環量偏小增大循環量3.氫氧側液位差過大(1).液位調節儀調節

28、不良檢查調校調節儀和變送器,檢查引訊管(2).氫氧側,調節閥閥位不正確閥芯阻滯或調節閥泄漏校準調節閥消除泄漏或更換調節閥(3).篩板阻塞清洗篩板(4).與槽壓過高同步檢查4.堿液循環量下降(1).堿液泵故障檢修堿液泵(2).過濾器阻力大清洗過濾器(3).液循環系統有阻滯檢查堿液循環系統,消除阻滯(4).泵吸入口有氣體吸入檢查相關管路排出液路內的氣體(5).電源電壓過高,或過低解決電源問題(6).流量指示不準檢查流量計5.產品氣純度指示低(1).分析儀系統不正常校準分析儀恢復分析儀為正常狀態(2).原料水或堿液化學成份不合格更換堿液,使用合格的原料水(3).堿液循環量不合適調整循環量(4).液位不合適調整液位(5).堿液濃度不當配制堿液(6).電解槽密封不良適當壓緊電解槽(