水电解制氢装置

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4水电解制氢装置讲义目 录前 言1通用部分第一章 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I）20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. 工艺部分363. 自控部分4

2、04. 整流部分42第四章 设备维护、安全事项与故障的排除43第五章 配制电解液50第一节 物料及器材50第二节 碱液配制方法51专用部分第六章 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，水电解制氢技术的发展已有近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。由于能源的日渐紧张和工业飞速发展，对氢

3、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制氢技术的发展规划。而当前水电解制氢技术普遍存在的问题是能耗大、效率低、成本高。针对这些问题，世界各国除对现行技术进行改进外，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、安全可靠、体积小、

4、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内外同类装置优点的基础上研制而成的。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达到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，

5、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，用户至上的原则，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服务，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 氢气的制备氢气的发展是随着用氢工业部门和石油工业部门的发展而向前发展的。进入70年代以来，由于能源紧张，人们开始寻找新的能源。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

6、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。伴随着国家大力发展水电事业及水电解制氢工艺和设备的改进，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范围。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，水电解制氢的成本可降低到目前的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应过程中，在热的作用下进行分解。热化学法分解水是在复杂的系统和多个中间反应来完成的，至少

7、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内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、石油及其制品、煤制氢，其过程有很大的相似性。基本过程是：烃类的蒸汽转化包括天然气、轻油等的蒸汽转化；部分氧化法原油、重油等液体的部分氧化；煤的转化。随着国家西气东输工程的发展，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

8、氢混合气（75的氢、25的氮），2NH3 催化剂 3H2N2Q催化剂一般可采用合成氨用的催化剂，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、分离器、干燥器后，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成本低、运行费用少、反应条件温和等优点，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

9、制的各种型号的甲醇分解制置已有多台投入运行。现将其原理及主要技术指标简介如下：6.1 主要技术指标产品气流量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）。6.3.1 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

10、热混合气体后进入反应器，反应温度为240280，在催化剂的作用下同时发生下列分解和变换反应： CH3OHCO2H2Q1（1） COH2OCO2H2Q2（2）总反应为：CH3OHH2OCO23H2Q1（3）总反应是吸热的，反应器和汽化器所需的热量由导热油炉的循环热油提供。从反应器出来的分解气（主要是氢气和二氧化碳气体）在换热器内与进料换热降温后，经冷却器冷却、冷凝和分离出未反应的少量甲醇和水，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）。6.3.2 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

11、统。每个吸附器内装填有吸附材料，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。水电解制氢装置讲义附件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30水电解制氢装置讲义第二节 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

12、，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，着火范围变宽。压力、温度下降则相反。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应中的任何一种。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、有机合成的氢化反应和油脂硬化等的原料。在尼龙、塑料、农药的生产中

13、也都离不开氢，需加入一定纯度的氢气，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还原气。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、集成电路以及真空器件的生产。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

14、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。水电解制氢是比较理想的。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

15、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化学反应生成物的量 I电流 t通电时间 Ke电化当量 1.2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： ItG·F/e2×26.8/l53.6（安·时）2

16、. 水的电解水存在下面的电离平衡： H2O HOH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。纯水是极弱的电解质，H及OH离子浓度极少，在25时，H1×107M；OH1×107M。所以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NaOH或KOH，以增强导电能力。此时，阳极反应：4OH4e2H2OO2阴极反应：4H2O4e2H24OH总 反 应：2H2O2H2O2从反应方程式看出：1) 水

17、电解时，产生一份氧气和两份氢气。2) 加入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（部分型号）（见表1）。水电解制氢装置讲义表1 ZDQ5300型及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/h）5681012162024304

18、0506065氧气产量（Nm3/h）2.53456810121520253032.5氢气纯度（V/V）99.8%氧气纯度（V/V）99.2%工作压力（Mpa）1.53.21.53.2氢气含水量(g/Nm3)4氢气含碱量(mg/Nm3)1电解槽工作温度（）85±5直流额定电流(A)3807601450直流额定电压(V)64749612214690114138170114146170186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)4048

19、638090110125160200250315380400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)变压器在整流柜内AC 6kv 或10KV（50Hz）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-

20、350CNDQ-5CNDQ-10氢气产量（Nm3/h）80100125150175200225250275300350510氧气产量（Nm3/h）405062.575137.5100112.5125137.51501752.55氢气纯度（V/V）99.8氧气纯度（V/V）99.2%工作压力（Mpa）1.52.01.53.2氢气含水量(g/Nm3)4氢气含碱量(mg/Nm3)1电解槽工作温度（）85±5直流额定电流(A)45606360820直流额定电压(V)821021261501261461621821982182503058纯水耗量(kg/h)801001251501752002

21、25250275300350510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)变压器在整流柜内整流柜电源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

22、0.40.6Mpa冷却水水质6德国度环境温度045水电解制氢装置讲义第三节 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、水箱等几大部分组成。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（制氢量80m3/h的先进入碱液换热器，然后进入分离器），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，对气体进行冷却、洗涤（制氢量175m3/h的无洗涤）和除雾，然后进

23、入贮罐待用（对CNDQ型制氢装置，气体再经过干燥处理才进入贮罐）。氧气分离过程基本相同。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内小室电压和气体纯度。对于一个特定的电解槽，应有一个合适的循环量。一般槽内电解液更换次数每小时24次。在常压电解系统中，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

24、较多，采用自然循环难于达到，一般采用强制循环。碱液在氢分离器和氧分离器中，靠重力作用与氢、氧气体分离后，通过氢氧分离器的连通管汇总，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，氢气纯度达到要求后才能被送到贮罐（或净化设备），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时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

25、氧分离器液位差不大于±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。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，注入分离器下部的液相部分和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。原料水通过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。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，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

26、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分离器蛇管中（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高低自动控制冷却水量，从而达到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。2.6 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

27、滤下来的石棉绒杂质及污物。对CNDQ510型装置，可通过拆卸管道过滤器法兰来清除机械杂物。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：从氢气干燥部分的气水分离器中排出冷凝水（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行，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分离器的连通管，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 电解槽的分类3.1.1 单极性电解槽单极性电解槽是由外部并联若干个单元电解槽组成的。而

28、单元电解槽则由若干个彼此交替着的、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。3.1.2 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

29、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，背面是阳极。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。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 加压水电解槽的特点3.2.1 加压水电解槽采用双极性压滤式电解槽型式，在压力下运

30、行，氢气可在压力情况下进入氢气纯化干燥装置或贮氢罐，不需氢压机。3.2.2 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，降低了能耗和制氢成本；3.2.3 槽体的密封性能好，允许间断操作，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 电解槽的结构及作用3.3.1 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

31、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。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。3.3.2 电解槽的内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

32、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内镍活化层，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（可不喷涂拉内镍），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

33、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：观察电解槽总装配图，在左右端极板的中下部有外接管口，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内，再通

34、过中间极板下部的孔，经极板下部液体环道，通过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 电解槽使用时的注意事项及故障与维护3.4.1 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。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；

35、（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）向槽体内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，使浓度处于合适值。电解液中杂质的含量应控制在：SO42<100mg/L；Fe3<3mg/L；Cl<800mg/L。（9）电解槽前放一橡胶板，测量电压时踏于橡胶板上，以确保操作人员的安全。3.4.2 故障与

36、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；（4）气体纯度下降：当碱液循环量正常，差压和碱液温

37、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，则要考虑石棉隔膜布可能破损，这时电解槽则需大修。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。4. 处理器（框架I）4.1 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）进行冷却、洗涤和除雾（除去气体夹带的液滴），以制成产品气。3.把分离后的碱液进行冷却以维

38、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，促使电解液进行搅拌，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，比如对ZDQ565 m3/h系列，完成分离、冷却、除雾等过程全部在立式氢（氧）分离洗涤器中来完成；对ZDQ80150 m3/h型，把气一液分离、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

39、（氧）分离器，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）分离器，碱液冷却器和氢（氧）气体冷却器组成；对CNDQ510 m3/h型，把电解槽、气液处理设备和氢气干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）分离冷却器和立式氢（氧）洗涤器，干燥器，干燥气体冷却器等。4.3 （立式）氢（氧）分离洗涤器 4.3.1 应用该型分离洗涤器安装于ZDQ512，ZDQ1630和ZDQ4065型的处理器中。 4.3.2 作用该型分离洗涤器分为两段，下部为分离冷却段，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分离；2、 除

40、掉气体中的碱雾及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、 通过分离器内设置的蛇管冷却循环碱液，控制槽温。5、 通过洗涤器内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。 4.3.3 结构：外件：容器由筒体、上下封头焊接而成并装有液位计。内件：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。 4.3.4 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，首先用手动放空阀将气体放空，使压力和液

41、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（一般在停车后再开车时发生），所示液面不能反映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，有堵塞现象应预先排

42、除，然后开车。4.3.5 操作中可能出现的故障、原因及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、

43、 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，反应慢碱液脏，液面计进液孔堵塞清洗液面计4.4 卧式氢（氧）分离器4.4.1 应用：该型分离器安装于ZDQ80150和ZDQ175300 m3/h型的处理器中。4.4.2 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。 4.4.3 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。 4.4.4 使用与维护同4.3.4。 4.4.5 操作中可能出现的故障、原因及排除方法同4.3.5。 4.5 立式氢（氧）洗涤器 4.5.1 应用立式氢（氧）洗涤器用于ZDQ80150和CNDQ

44、510 m3/h的处理器中，后者在多数情况下，仅用氢洗涤器。 4.5.2 作用除掉气体中的碱雾及液滴并降低气体温度。 4.5.3 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。内件：容器的中下部设有蛇管冷却器，上部顶端设有捕滴网芯。 4.5.4 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4.3.4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相同，均为固定管板列管间壁式冷却器，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

45、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。 4.6.1 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。 4.6.2 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。 4.6.3 结构外件：筒体、法兰、封头焊接而成。内件：管束簇、固定管板和折流板焊接而成。 4.6.4 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（氧）气体冷却器，分离

46、器和洗涤器内的换热蛇管，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。解决办法是用机械方法或化学方法进行除垢，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，冷却水内有气体排出；或是冷却水出现高碱性，向循环碱液系统补水量明显增加，短期内碱浓度下降严重。这时应怀疑换热器

47、（或冷却蛇形管）发生泄漏。出现上述泄漏后，应停车泄压排液，寻找泄漏点进行修理，甚至更换设备。 4.7 卧式氢（氧）分离冷却器卧式分离器是水平安装的，内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 4.8.1 作用过滤器用来滤除循环碱液中的机械杂质和绒毛。 4.8.2 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。 4.8.3 故障及排除方法当碱液循环量不断下降，槽体温度升高，或者分离器冷却而槽温又难以冷却，这说明过滤器的滤网堵塞，应取出滤芯进行清

48、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。拆开过滤器法兰螺栓，取下法兰盖，卸下滤筒进行清洗。清洗时最好打开滤网，用尼龙刷进行内外刷洗，用净水冲洗干净，重新装好，用纯水浸泡后装上。若过滤器内碱液很脏，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。打开排气阀，慢慢打开碱液进口阀，待排气阀排出碱液后，关闭排气阀打开出口阀，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以上微液滴。它是在一定直径的

49、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。运行中注意，若发现捕滴器捕滴效果变差，阻力变大时，应打开顶部法兰盖，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 4.10.1 额定参数、规格及性能屏蔽电泵是根据装置要求从专业生产厂家订购的。详细的额定参数及性能请参阅产品出厂时附带的技术文件。 4.10.2 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。（8）TRG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