HM制氢系统解读.docx
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HM制氢系统解读
H
M
制
氢
系
统
概
述
主要内容：
1．概述
2．制氢系统设备规范
3.制氢系统的启动、运行、停运
4.制氢系统故障及处理
5、制氢系统阀门清单
1.概述
1.1美国TeledyneEnergySystems,Inc.公司生产的HM-200型制氢机（Ｑ＝11.2Nm3/h），带干燥、纯化装置。
制氢系统的组成分为以下几部分：
氢气生产系统、氢气贮存及分配系统、氢气分析测量系统、电气和控制系统及联锁报警系统、通风系统等。
1.2系统设计参数
氢气产量：
11.2Nm3/h（产氢量连续可调范围为额定出力的17%-100%）
氧气产量：
5.6Nm3/h
氢气纯度：
≥99.9998%（V/V）
氧气纯度：
≥99.993%（V/V）
氢气压力：
100psig（7.0Kg/cm2）
干燥后氢气露点：
≤-73℃（常压下）
直流电耗：
≤4.8kWh/Nm3H2
电解槽补充水耗量:
11L/h锅炉补给水处理系统来除盐水
冷却水耗量:
40L/min主厂房来闭式冷却水，水质为除盐水
1.3电解制氢原理
纯水电解是无效的，因为水的电离常数很低且电阻较高。
电解液采用强碱溶液以提供丰富的氢氧根离子（OH-），从而把电极间的电阻降至最低，当加上一电压后，直流电流会流到电极上，在每个电极上都发生了各自的半电池电化学反应，
在正极上：
4OH→O2+2H2O+4e-
在负极上：
4H2O+4e→2H2+4OH-
总反应是：
2H2O→2H2+O2
此反应的速率与流经电极间的电量是成正比例的。
本HM系统使用的电解液，为25%重量的KOH水溶液，相应的比重为1.236（20℃）。
1.4制氢系统简单流程
氢气发生系统示意图：
2.制氢系统设备配置
序号
名称
型号及规范
备注
生产厂家
1
制氢机
HM—200，产氢量11.2Nm3/h氢气纯度99.9998%，露点＜－73℃，输出氢气压力0.7MPa
1台
TELEDYNE
2
电解槽
结构形式：
双极性压滤式
工作温度:
64℃
膜片材料：
特殊石棉纸
电极材料：
纯镍板
1台
TELEDYNE
补水泵
1.0L/min
1/3KW
1台
TELEDYNE
4
KOH贮存罐
1台
TELEDYNE
5
KOH
过滤器
1台
TELEDYNE
6
KOH循环泵
2/3KW
1台
TELEDYNE
7
KOH
换热器
1台
TELEDYNE
8
氢气冷凝器
1台
TELEDYNE
9
氧气冷凝器
1台
TELEDYNE
10
过滤器罐
1台
TELEDYNE
11
阻火器
材质：
碳钢
工作温度：
0-45℃
工作介质：
氢气
工作压力：
常压
两台
TELEDYNE
12
氢气捕集器
1台
TELEDYNE
13
氧气捕集器
1台
TELEDYNE
14
氢气干燥器
2台
TELEDYNE
15
氢气过滤器
2台
TELEDYNE
16
专用电源
DC280A/250VANDAC115V
1台
TELEDYNE
17
氢气储存罐
18
氢气分配盘
一套
19
除盐水箱
0.5m3，不锈钢SS304
一个
20
氮气系统
4个钢瓶、减压阀
一套
21
露点分析仪
1台
TELEDYNE
22
氧中氢分析仪
1台
TELEDYNE
23
氢中氧分析仪
1台
TELEDYNE
24
氢气测报仪
一台
25
制氢站总配电柜
一台
3.制氢系统的启动、运行、停运
3.1氢气发生系统起动前检查
设备状态：
解除隔离，且已正常供应闭式冷却水
注意：
空气中氢气的浓度在4~74%的范围内就构成一种有潜在爆炸危险的混合物，因此在任何时候都不能让它存在。
本设备内的保护装置和本程序的安全措施将能防止爆炸性混合物的形成。
步骤
程序
附加说明
1.
检查氢气发生器周围应干净整洁，无杂物。
2.
对电解槽进行外观检查，应无泄露且周围无杂物。
3.
对消防器材、通风照明进行检查，是否满足规程和设计要求。
4.
检查专用电源应处在良好备用状态。
5.
给制氢站补水箱注水：
1）电磁阀在工作状态，根据液位仪表自动补水
2）检查水箱中的水位
6.
打开冷却水进、出口阀
7.
检查并确认氮气瓶已接好并且气瓶压力必须大于2Mpa，否则要更换氮气瓶。
查看氮气瓶的一次表读数
8.
检查气体泄漏检测仪已校正并已投入运行。
3.2氢气发生系统的首次启动（制氢机平时启动只要按步骤检查各系统的设备阀门处于正常状态后，按下触摸屏上的启动键就可以制氢）
设备状态：
已按照操作说明书进行起动前检查。
步骤
程序
附加说明
9.
在制氢站补水箱：
1）确认补水箱的出口门在打开状态。
2）打开发生器的补水手动进口门。
开机前一定要确认有除盐水供给，否则补水泵头干磨30秒即会烧坏。
10.
在氮气瓶架上：
1）打开氮气瓶出口门，减压阀调整到0.5---0.7Mpa范围内。
查看氮气瓶的二次表读数
正常情况下，氮气瓶的减压阀保持打开状态。
11.
在冷却水系统：
1）打开冷却水母管进、出口阀
2）打开发生器冷却水进、出口阀。
3）打开冷凝器出口调节门。
4）检查管道是否漏水
，
MV3
根据情况报告
12.
确保氢气发生器KOH罐内电解液（KOH）处于正常液位。
热控和/或化学部
13.
在氢气器储存罐，除压力表隔离阀、安全阀的隔绝阀打开外，确保其余所有的阀门都关闭：
1）排气阀
2）氢气进口阀
3）取样阀
4）氢气出口阀
5）排污阀
14.
确保氢气分配盘上的下列阀门关闭：
1）氢气发生器出口关断电磁阀
2）充氢母管到储氢罐的充氢阀
3）储氢罐到供氢母管的供氢阀
4）分配盘到发电机的出口阀
5）充氢母管与供氢母管的连通阀
6）
15.
打开电源开关柜，合上发生器的开关以及整流电路控制电源开关；此时触摸屏上出现显示，在触摸屏上按下“START/RESET”键，氢气发生器开始按照PLC内设定的程序自动进入启动和运行状态（只有当系统是从0或近似0的状况下启动时，系统才需经历预压。
当系统从带压状态启动时，预压便可省略）。
注意：
即将听到整流柜风机的噪音。
16.
此时开始时用30秒氮气吹洗发生器的氧侧管阀系统。
随着吹洗，发生器氢侧的管阀系统也已预压到所需的预压力。
在发生器“吹洗”屏上，氢侧压力开始上升，氧压应跟上并保持约3-10Psi（的压差。
当氢压达到20Psig时，15分钟预压期开始并在“预压”屏上显示900秒倒计时。
17.
预升压结束后，KOH泵启动，整流柜向电解槽供电，此时氢气发生器开始制氢。
生产速率直接表示在显示器的“发生器运行”屏。
氢、氧压力上升直至达到额定的系统压力。
此刻系统处于运行模式下准备送气。
额定的系统压力出厂时设定在100psig。
18.
1）将氢气露点仪进、出口门打开，并调节好流量。
2）打开并调节氢气微量氧分析仪进、出口门。
19.
检查确认分配盘上氢气发生器出口关断电磁阀在打开状态，慢慢开启充氢母管到储氢罐的充氢阀。
可以选择1个或多个储罐
20.
慢慢开启氢气储存罐的进气门
3.3氢气发生系统的运行
步骤
程序
附加说明
21.
应尽可能的保持制氢设备的连续运行，减少开停次数。
22.
生产速率的限定：
已设定生产速率受温度及压力的限制,在温度达标前,生产速率是被限定的,与电解槽出口温度和最小电解槽控制温度之差成反比。
23.
生产速率可在17—100％的容量范围内变化：
随着生产速率的变化，电解槽电流相应地变化，（50-280A）
3.4氢气发生系统热态备用
设备状态：
在正常运行
步骤
程序
附加说明
24.
为系统的内压因无须供气而开始升高，当压力达到115Psig（8.1kg/cm2）时，产气就会停止。
系统就会保压，处在备用状态并准备按需送气。
触摸屏会显示氢、氧压力的“发生器备用”屏。
当系统内压降至额定系统压力之下，会重新开始产气。
3.4氢气发生系统正常停运（压力释放）
设备状态：
在正常运行
25.
在氢气发生器触摸屏上选择“PRESSURERELEASE”按钮并按下，屏幕转换到停机选择屏，按下“YES”就进入停机泄压程序。
26.
待压力泻放完毕，断开电源分配柜内氢气发生器的电源开关。
27.
关闭发生器充气到储气罐的阀门
3.5氢气发生系统故障停运
28.
故障自动停运：
1）当氢气发生器的运行参数超出设定值时系统将会自动停运。
2）系统停运后，触摸屏上会出现“Shutdown”，此时应按“TroubleShootingGuide”键，找出系统停运的原因，并在消除故障后，手动投入系统运行。
共有19种状况会引起系统运行时停机。
显示器上的闪光停车屏能识别各种停车状况。
显然停车状况已明，但引起的实际原因还需另作检查。
按下停车屏上“故障消除指南”触摸屏会给出特定停车状况提供可能的原因。
停车状况的起因和送气时起初编制程序的报警设定点参见附表：
3.6氢气发生系统紧急强制停运
29.
只需简单地按下紧急停车开关，随时都能停下来。
断电后发生器仍维持在压力下。
为了卸去系统的压力，必须再合上电，按下压力释放开关。
触摸屏会显示出指明氢、氧压力的“压力释放”屏。
插槽2的输出灯2和5就会亮表示排空阀开着。
发现紧急情况而且系统不能自动停止时使用。
3.7氢气发生系统运行检查（包括预防性维修）
设备状态：
在正常运行
步骤
程序
附加说明
30.
在氢站补水箱：
1）检查水位指示器，显示是在正常工作水位
2）检查没有水通过疏水阀流出
水箱容量500升
31.
在氮气瓶架上：
1）检查氮气瓶减压阀一次（上游）压力表上的读数，如果读数小于2MPa应报告，并及时更换氮气瓶组。
2）检查减压阀二次（下游）压力表上的读数，调整到0.6PMa左右。
3）耳听和目测检查管道、仪表和阀门不漏气
根据情况报告
32.
检查冷却水水源的压差
压差控制在2～３kg/cm2之间。
33.
在氢气储存罐：
1）检查氢气压力，如果不是10kg/cm2应报告
2）检查安全阀的隔离阀是否打开
3）安全阀管道，检查是否有漏气
4）检查排污阀是否紧固关闭
5）排污阀管道，检查是否有漏气
34.
检查发生器的机箱和所在的区域是否有下列情况：
1）任何气体和液体的泄漏
2）异常的噪音
3）其它危急信号
根据情况报告
35.
清除工作区内所有的垃圾
36.
做好所附记录表的记录
37.
报告工作已完成，并上交填好的记录表
（附表）停车状况的起因和送气时起初编制程序的报警设定点：
序号
停车状况
报警输入
设定点
1
KOH温度高
TC2
85℃
2
KOH液位高
LS2
3
KOH液位低
LS1
90秒
4
KOH流量低
FS1
10LPM（46L/min）
5
氢压高
PT1
120psig（0.82Mpa）
6
氢压低
PT1
49psig（0.34Mpa）
7
氧压高
PT2
115psig（0.79Mpa）
8
氧压低
PT2
39psig（0.27Mpa）
9
压差低
PT1-PT2
3psig（0.02Mpa）
10
预压低
PT1
5psig（0.03Mpa）
11
氧中氢高
TC3-TC4
200
12
电源报警
13
给水电阻
FQM
200kΩ-cm
14
外部报警
15
失电
PLC
16
环境温度高
TC4
50℃
17
环境温度低
TC4
5℃
18
干燥器循环故障
PT3，PT4
19
干燥器吹扫故障
PT3，PT3
4.制氢系统故障及处理
4.1可直接显示的故障情况
故障
原因
处理
KOH温度高
1.冷却水供应不足
检查冷却水源和供应管道
2.温度调节阀出现故障
检查球阀和马达动作情况，
检修或更换调节阀
3.KOH控制热电偶出现故障
检查和更换热电偶
4.电解槽出口热电偶故障
检查和更换热电偶
5.电解槽堵塞
清洗电解槽
KOH液位高
1.加入电解液过多
排去部分电解液
2.液位开关LS1故障
检查和更换液位开关
3.液位开关LS2故障
检查和更换液位开关
KOH液位低
1.补给水供应不足
检查冷却水源和供应管道
2.补给水泵继电器故障
检查和更换补给水泵继电器
3.补给水泵故障
检查和更换补给水泵
4.液位开关故障
检查和更换液位开关
5.补给水门SV1故障
检查和更换补给水门
6.补给水逆止阀CV1故障
检查和更换逆止阀
KOH流量小
1.KOH过滤器堵塞
清洗或更换KOH过滤器
2.KOH泵损坏
更换损坏部件
3.KOH流量开关故障
检查或更换流量开关
4.KOH泵继电器故障
检查和更换KOH泵继电器
氢气压力过高
1.压力传感器PT2故障
对压力传感器检查和校正
氧气压力过高
1.氧排空管堵塞
疏通氧气排空管
2.氧气压力传感器故障
对压力传感器检查校正
3.氧气调节阀故障
修理或更换调节阀
预升压低
1.氢气阀门或管道系统泄
检查并更换泄漏处
2.槽体或膜片泄漏
检查并更换泄漏处
3.氢气压力传感器PT1故障
检查并校正PT1
4.氢气调节器DPR1故
检查并更换损坏部件
氢气或氧气压力低
1.背压调节器BV1设置太低
增加背压调节器的设置
2.气体阀门或管道泄漏
检查并更换泄漏处
3.系统排气阀SV2故障
检查和更换排气阀
4.系统减压阀RV1故障
检查和更换减压阀
5.背压调整器故障
修理或替换
6.压差调节器DPR1或DPR2
故障
检查并更换损坏部件
7.压力传感器PT1或PT2故障
对压力传感器检查和校正
压差低
1.排空管堵塞
疏通排空管
2.压差调节器DPR1或DPR2故障
检查并更换损坏部件
3.槽体或膜片泄漏
检查并更换泄漏处
氧中氢含量高
1.初启动时氢气浓度高
调大气体流量；若导致系统停机则立即就地启动
2.氧气中氢气流量不准确
检查并校正流量计
3.氧气中氢气催化剂传感器
故障
检查和更换传感器
4.热电偶TC4故障
检查和更换热电偶
5.槽体或膜片层穿透泄漏
检查并更换泄漏处
电源报警
1.供电部分故障
通知电工检查
补给水阻抗低
1.补给水水质差
冲洗至水质量探头灯由红变绿
2.补给水监测器故障
检查和更换监测器探头
外部报警
1.外部报警
检查报警信号的来源
2.外部常闭式报警电路跳线器脱落
更换常闭式跳线器
失电
1.暂时失电
重启发生器
环境温度过高或过低
1.过冷或过热
调节环境温度使其达到发生器的运行要求
2.空气热电偶故障
检查并更换热电偶
4.2不直接显示也不会引起系统停车的故障。
这些故障通常不会象上述停车那么严重，然而，这些征兆应该认识到，这些问题应予纠正。
序号
故障
可能的原因
正确的做法
1
供电跟不上
电源主回路断路器开着
回路断路器复原
电源启动接触器故障
检查及更换接触器
电路控制回路熔断器开着
检查及更换熔断器
电源温度开关开着
允许电源冷下来
2
发生器不启动
程序控制器不在运行模式
打开控制器至运行模式
程序没有安置在控制器上
程序装入RAM或安装入EEPROM
3
电解无直流电
电源开/关继电器故障
检查及更换继电器
电源SCR熔断器开着
检查及更换熔断器
电源SCR或二极管故障
检查及更换失效的零件
电源控制板故障
检查及更换控制板
4
不能满负荷产气
工厂输送管线受阻
检查工厂输送管阀系统
温度调节阀（BV1）出位
见温度调节阀检查
温度调节阀（BV1）故障（开着）
检查球阀和电机驱动装置，修理或更换
电源SCR熔断器开着
检查及更换熔断器
电源SCR或二极管故障
检查及更换失效的零件
电源控制板故障
检查及更换控制板
5
操作电压高
KOH浓度不正确
见电解液检查程序
电解槽动力电缆连接故障
清洗并紧固电缆接头
电压表不精确
检查及更换电压表
6
差压不正确
排空管阻塞
打通排空管
差压调节器（BPR1或BPR2）故障
见阀门和调节器器维护和校准；差压调节器
5、制氢系统阀门清单
略。
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