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1、CDEF 系列水电解制氢设备使用说明书 苏州竞立制氢设备有限公司1 水电解水电解制氢设备制氢设备 操操 作作 使使 用用 手手 册册 苏州竞立制氢设备有限公司苏州竞立制氢设备有限公司 CDEF 系列水电解制氢设备使用说明书 苏州竞立制氢设备有限公司2 1 1、简述、简述 1.11.1、氢气的性质和用途：、氢气的性质和用途： 氢是自然界分布最广的元素之一，它在地球上主要以化合状态存在于化合物中。 在大气层中的含量却很低，仅有约 1ppm（体积比） 。氢是最轻的气体,它的粘度最小，导 热系数很高，化学活性、渗透性和扩散性强（扩散系数为 0.63cm2/s，约为甲烷的三倍） ， 它是一种强的还原剂，
2、可同许多物质进行不同程度的化学反应，生成各种类型的氢化物。 氢的着火、燃烧、爆炸性能是它的特性。氢含量范围在 4-75%（空气环境） 、4.65- 93.9%（氧气环境）时形成可爆燃气体，遇到明火或温度在 585以上时可引起燃爆。 压力水电解制出的氢气具有压力高（1.6 或 3.2MPa）便于输送，纯度高（99.8%以 上）可直接用于一般场合，还可以通过纯化（纯度提高到 99.999%）和干燥（露点提高 到-40-90）的后续加工，可以作为燃料、载气、还原或保护气、冷却介质，广泛应 用于国民经济的各行各业。 1.21.2、水电解制氢原理：、水电解制氢原理： 利用电能使某电解质溶液分解为其他物质
3、的单元装置称为电解池。 任何物质在电解过程中，在数量上的变化服从法拉第定律。法拉第定律指出：电 解时，在电极上析出物质的数量，与通过溶液的电流强度和通电时间成正比；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 1 法拉第单位 96500 库仑（26.8 安培小时）的电量。 水电解制氢符合法拉第电解定律，即在标准状态下，阴极析出 1 克分子的氢气，所需电 量为 53.6A/h。经过换算，生产 1m3氢气（副产品 0.5m3氧气）所需电量约 2393Ah，原料 水消耗 0.9kg。 将水电解为氢气和氧气的过程，其电极反应
4、为: 阴阴 极极: : 2H2H2 2O O+ +2e2eH H2 2+ +2OH2OH- - 阳阳 极极: : 2OH2OH- - -2e2eH H2 2O O+ +1/2O1/2O2 2 总反应总反应: : 2H2H2 2O O2H2H2 2+ +O O2 2 由浸没在电解液中的一对电极，中间隔以防止气体渗透的隔膜而构成水电解池， 通以一定电压（达到水的分解电压 1.23V 和热平衡电压 1.47V 以上）的直流电，水就发 生电解。根据用户产量需求，使用多组水电解池组合，减小体积和增加产量，就形成水 电解槽的压滤型组合结构。 本公司生产的压力型水电解槽采用左右槽并联型结构，中间极板接直流电
5、源正极， 两端极板接直流电源负极，并采用双极性极板和隔膜垫片组成多个电解池，并在槽内下 部形成共用的进液口和排污口，上部形成各自的氢碱和氧碱的气液体通道。由电解槽纵 向看，A、B 系列的氧气出口设计在中心线靠直流铜排一侧（氧铜侧） ，C、D、E、F 系列 的氢气出口设计在中心线靠直流铜排一侧（氢铜侧） 。 我公司生产的压力型水电解槽，目前标准产品操作压力为 1.6MPa 和 3.2MPa 两种。 具有结构紧凑，运行安全，使用寿命长的特点，电解液采用强制循环，电解消耗的原料 水由柱塞泵自动补充，相关参数实现自动监测和控制。 。正常生产时采用 30KOH 水溶液 CDEF 系列水电解制氢设备使用说
6、明书 苏州竞立制氢设备有限公司3 作为电解液，槽温控制在 85-90左右，兼顾隔膜垫片的使用寿命和降低能耗的要求。 水电解制氢的电解需要低电压、大电流的可调直流电源。工业上采用带平衡电抗器 的双反星可控整流电路。这种电路有两个特点：第一，整流变压器有两组次极绕组，且 都接成星形，为了消除变压器的直流磁化问题，两绕组的接线极性相反。第二，为了解 决变压器的两组次极绕组的电流平衡问题，两组次极绕组中点通过平衡电抗器连在一起。 产产产产 产产产产产产产产产产产 产产产产产 产产 产产产 产产 产产产 产产 产产 产产产产产产产产产产产产 产产 产产产 产产 产产 产产产产产产产产产产产产 2 2、主
7、要技术性能指标和消耗（见附表）、主要技术性能指标和消耗（见附表） CDEF 系列水电解制氢设备使用说明书 苏州竞立制氢设备有限公司4 3 3、工作条件、工作条件 3.1.3.1.电解液电解液:30%KOH 水溶液 3.2.3.2.原料水原料水: : 3.2.1 用量见附表 3.2.2 水质要求: 3.2.2.1 电阻率1.0105 欧姆厘米 3.2.2.2 铁离子含量1mg/L 3.2.2.3 氯离子含量2mg/L 3.2.2.4 干残渣含量7mg/L 3.2.2.5 悬浮物含量1mg/L 3.3.3.3.冷却水冷却水 3.3.1 温度30 3.3.2 用量见附表 3.3.3 压力:0.40.
8、6MPa 3.3.4 水质:自来水 3.4.3.4.电源电源 3.4.1 控制柜电源: 三相四线制 AC 380V，50HZ，功率见附表 3.4.2 可控硅整流柜控制电源: 三相四线制 AC 380V，50HZ 3.5.3.5.控制气源控制气源 3.5.1 压力:0.50.7MPa 3.5.2 流量:6m3/h 3.5.3 露点低于环境温度 10以下 3.5.4 无油、无尘，含油量5mg/m3 4 4、工艺流程及子系统、工艺流程及子系统 系统简述：系统简述： 电解液的在强制循环、电解槽通以直流电的条件下，氢气和氧气在电解槽产生，经 过分离器气液分离后，产出的氢气和氧气源源不断送出系统（当客户对
9、气体的纯度或露 点有特别的要求时，本公司可进一步提供纯化干燥系统，以水电解氢气为原料，经催化 脱氧、吸附干燥、过滤除尘等工序获得纯度较高的干燥氢气）。系统自动控制设定的系 统压力、槽温、分离器液位平衡、及时补充电解所消耗的原料水。各项运行参数实现自 动监测和控制。可按用户需求不同，提供气动仪表控制、电动仪表控制、PLC 可编程控 制、上位机控制、远程通讯等控制手段以及各类分析仪表。 制氢框架集成了制氢系统运行的主要设备（如分离器、洗涤器、冷却器、过滤器、 碱液泵等，以及控制和调节阀门，工况测量的在线和远传仪表） 。 每套制氢系统通常配备控制柜、整流柜、整流变压器以及氧中氢、氢中氧等分析 仪表。
10、 CDEF 系列水电解制氢设备使用说明书 苏州竞立制氢设备有限公司5 V121V133V134 图一：制氢系统工艺及控制简图 碱液箱 水箱 原料 V143 V136 V142 V144 V135 V146 补水泵 PLC系统或 单元调节系统 变送器 变送器 碱液泵 冷却水进入 温度 压力 综合塔 过滤器 V132 碱液 节单元 温度调 氧气 节单元 压力调 差压 变送器 综合塔 计 量 流V131 电解槽 差压调 节单元 氢气 差压 变送器 Vg03 氢气出口 CDEF 系列制氢装置，由流程（系统）图可以看出，该装置可分为九个子系统。 4.1.4.1.电解液循环系统电解液循环系统 电解液循环系
11、统的作用是： 4.1.1 从电解槽带走电解过程中产生的氢气、氧气和热量; 4.1.2 将补充的原料水送给电解槽; 4.1.3 对电解槽内电解反应区域进行“搅拌” ，以减少浓差极化，降低电耗。该系统 包括如下路线（内循环） 综合塔 氢气氧气 碱液泵 碱液 过滤器 综合塔 流 量 计 电解槽 内 循 环 V127V128 V129 V131 V121 氢分离器 碱液泵碱液过滤器电解槽 (碱液泵) 氧分离器 4.2.4.2.氢气系统氢气系统 氢气从电解小室的阴极一侧分解出来，借助于电解液的循环和气液比重差，在氢分 CDEF 系列水电解制氢设备使用说明书 苏州竞立制氢设备有限公司6 离洗涤器中与电解液
12、分离形成产品气.其路线为: 氢气出口 电解槽氢分离器调节阀 阻火器排空 氢气的排空氢气的排空主要用于开停机期间，不正常操作或纯度不达标以及故障排空。 4.3.3.氧气系统氧气系统 氧气作为水电解制氢装置的副产品具有综合利用价值.氧气系统与氢气系统有很强的 对称性.装置的工作压力和槽温也都以氧侧为测试点. 它包括: 用户或储存 电解槽氧洗涤器 或排空 氧气的排空除与氢气排空作同样考虑外，对于不利用氧气的用户，排空是常开状态. 4.4.4.原料水系统原料水系统 水电解制氢(氧)过程唯一的“原材料”是高纯水，此外氢气和氧气在离开系统时要带 走少量的水分。因此，必须给系统不断补充原料水，同时通过补水还
13、维持了电解液液位 和浓度的稳定性。补充水同时从氢、氧两侧补入。 原料水箱补水泵氢分离洗涤器电解槽。 4.5.5.冷却水系统冷却水系统 水的电解过程是吸热反应，制氢过程必须供以电能，但水电解过程消耗的电能超过 了水电解反应理论吸热量，超出部分主要由冷却水带走，以维持电解反应区正常的温度。 电解反应区温度高，可降低能源消耗，但温度过高，石棉质的电解小室隔膜将被破坏， 同时对设备长期运行带来不利。本装置要求工作温度保持在不超过 90为最佳。此外， 所生成的氢气、氧气也须冷却除湿。可控硅整流装置也设有必要的冷却管路。冷却水分 三路流入系统： 温度调节阀碱液冷却器出口 冷却水入口 氢（氧）气冷却器出口
14、整流柜冷却管路排放 4.6.4.6.充氮和氮气吹扫系统充氮和氮气吹扫系统 装置在调试运行前，要对系统充氮作气密性试验。在正常开机前也要求对系统的气 相充氮吹扫，以保证氢氧两侧气相空间的气体远离可燃可爆范围。充氮口设在氢、氧分 离洗涤器连通管的一侧，氮气引入后流经: 氢分离洗涤器阻火器排空 CDEF 系列水电解制氢设备使用说明书 苏州竞立制氢设备有限公司7 充氮口 氧分离洗涤器排空 4.7.4.7.排污系统排污系统 由如下排污点组成： 4.8.1 电解槽两端排污管 4.8.2 碱液过滤器排污管 4.8.3 原料水箱排污管 4.8.4 碱箱排污管 4.8.5 氢（氧）管路排污管 4.8.6 氢（氧
15、）分离器液位计排污 4.8.4.8.整流系统整流系统 根据法拉第定律，水电解制氢装置产品气的产量与小室电解电流成正比。额定电流 见后附表。 4 4.9.9.控制系统控制系统 5 5、制氢站安装、制氢站安装 5.1.CDEF5.1.CDEF 系列制氢设备布置系列制氢设备布置，符合 GB50177-93氢氧站设计规范要求一般可分为四 室布置: 5.1.1 制氢间:放置电解槽及框架（含纯化框架） 。 5.1.2 控制间:放置控制柜、整流柜。 5.1.3 辅助间:放置补水泵、碱液箱、原料水箱、无油空压机、原料水 制备装置等。 ） 5.1.4、变压器间：放置变压器。 5.2.5.2.制氢间与辅助间的地板
16、应耐碱，并设有排污下水道。 5.3.5.3.制氢机与各辅助设备的液体管路以及电解槽与框架间的液体管路宜在 地沟敷设，电解槽与框架间的气体管路可在空间或地沟内架设。 5.4.5.4.整流柜与电解槽连接的电缆地沟最好与排污地沟分别设置，并设有地沟盖。 5.55.5.氢氧气放空出口应分别设置在制氢间两侧，并高出房顶 1.5m 以上，管口应作防 雨设施。 5.65.6 仪表取样气体必须用管引至室外放空。 5.75.7.控制柜与框架折线距离不大于 20m，框架与电解槽距离约 2.5m，电解槽与墙的距 离1.5m。 备注：具体布置和安装根据用户实际情况并参照设计规范布置和安装。 6 6、操作与维护、操作与维护 6.16.1 开机前检查开机前检查 6.1.1.详细检查有无金属工具杂物等异物落放在电解槽上，槽体清洁干燥、无短路 和绝缘不良现象。整流柜铜排清洁干净，无接触不良和绝缘不良现象，整个工艺系统整 洁，稳固，排污沟畅通，槽体上部无漏雨和其它的滴漏。 6.1.2.按流程图检查现场连管和安装是否正确，按照电气图检查接线是否正确规范。 CDEF 系列水电解制氢设备使用说明书 苏州竞立制氢设备有限公司8
