制氢设备安全运行中的若干技术问题锌锰电池

制氢设备安全运行中的若干技术问题

制氢设备安全运行中的若干技术问题 2011年12月02日 来源： 〔摘 要〕 阐述ZHDQ-10型制氢设备安全运行中的若干技术问题，总结制氢设备生产中的安全注意事项，为同类型制氢设备的安全运行与管理提供技术借鉴。 由于氢气所具有的物理化学性质，制氢站成了氢冷式火电厂的一个特殊危险源。加强制氢设备的安全管理，不仅是其本身安全运行的需要，也是发电机组安全稳定运行的需要。本文侧重从技术角度总结嵩屿电厂制氢设备几年来的安全运行管理经验，提出了制氢设备生产中的有关安全注意事项。 1 电解槽运行的安全技术监督 1.1 电解槽运行参数监测 电解槽是制氢设备的心脏部件，电解槽的运行状况，直接影响着整套制氢设备的安全运行情况。可以通过对电解槽运行参数的监测来把握其运行状况，电解槽的重点监测参数有产氢量、槽温、循环回路的碱流量等。如果这些参数发生异常，说明电解槽内部发生故障或循环回路上的过滤器有污堵现象存在。 电解小室电压也是一个重要的监测参数，电解小室电压应为1.8～2.2 V，超出此范围，说明槽体可能出现局部过电压或失电压、绝缘性能及电极表面光洁度下降的问题，应加以分析。 1.2 电解槽的爆鸣声问题 1.2.1 爆鸣声产生的原因 电解槽刚启动时或正常运行中，偶尔会听到轻微的爆鸣声，爆鸣声产生的原因如下： (1) 电解槽碱液中含有的离子成份，如钙、镁离子等，长期运行在高温(90℃左右)条件下，容易形成垢状物，引起氢、氧气路通道受阻，产生轻微的爆鸣。 (2) 电解槽中电解小室的石棉隔膜出现轻度的破损或脱脂现象，导致氢气和氧气局部少量互串，从而引起小爆鸣。 1.2.2 安全防范措施 电解槽出现爆鸣声后，要严格监测产品氢气、氧气的纯度，尤其要做好电解槽出口的在线氧表、氢表的校验工作。加强对电解液的质量与浓度测试，必要时更换。保证系统中滤网的清洁，减少杂质堵塞。 1.3 电解槽的清洗规定 电解槽运行一段时间后应进行清洗，周期可为半年，清洗工艺有简易清洗及拆管清洗，应根据实际需要而定。 1.3.1 简易清洗 　　制氢系统退出碱液，灌满除盐水。启动系统中的循环泵，循环清洗30 min左右，停泵后通过电解槽排污门进行清洗废液排放，如此重复数次。 1.3.2 拆管清洗 拆下与电解槽相连的管路，从电解槽的一侧通过皮管引水冲洗，从另一侧排污。冲洗30 min后对换冲洗口与排污口，如此重复数次，直至无污迹排出。在排出的污迹中，常常会发现有黑色的粉末状杂质，该杂质是石棉隔膜轻度破裂或脱脂的产物。 2 氢气质量的安全技术管理 2.1 纯度 产品氢气纯度按体积计不得小于99.5%，氢气中的含氧量及其它微量气体按体积计不得于0.5%。副产品氧气的纯度按体积计不得小于98.5%。如上述指标出现异常，应停止制氢，查找纯度下降的原因。 2.2 湿度 湿度以满足运行发电机氢气湿度需要为准，不宜过高地追求产品氢气的湿度，否则对加热式的氢气干燥器可能带来负面的影响。一般情况下，氢气的露点(湿度)如能达到-25℃以下，就可满足发电机安全运行的需要，如果把露点降低到-30℃以下，则必须较大幅度地延长干燥时间并提高加热温度。 改善氢气湿度的一个重要措施是加强排污管理。通过对制氢设备有关的压力容器进行必要的排污，可有效地提高氢气的湿度，减少干燥器的工作负担，保证送入发电机气体的合格率。制氢设备每次启动前后，应对系统中的各气体分离器、排水器等进行排污，减少已经过气液分离的氢气再次从有关容器中携带出水份。贮氢罐中的氢气，虽经过干燥，但总会有微量的水份存在，罐中氢气露点受外界环境温度影响较大，当气温下降时，往往有轻微结露的现象发生。因此，较好的排污时段应选择在夜间进行。 2.3 手工取样规定 即使是采用了氢气在线分析表计，氢气手工取样仍不可避免。取样的代表性与规范性直接影响到化验的准确性，影响到制氢设备的安全运行。无论是产品氢气取样或发电机中的氢气取样，取样前都应认真检查取样胶球胆的严密性，任何情况下都不允许使用不严密的胶球胆取样。取样前应检查周围的通风情况，决不允许有可能的火源存在。开启取样门时应缓慢操作，对取样管进行排气(污)2 min左右，如气样中有油气等杂质排出，应适当延长排污时间。 取样胶球胆需用气样冲洗3次以上，每次气样充满胶球胆后，应用双手挤压气胆，以便尽可能排除气胆中的空气，之后再采气样作为测试样。 2.4 分析药品管理规定 作为手工分析氢气纯度的焦性没食子酸，应进行严格的管理。焦性没食子酸配制后应注明药品的浓度、配制日期、配制人。同时做好药品的保管工作，减少空气、光线对药品的氧化作用。 焦性没食子酸应有定期更换制度，更换后须用空气作药效试验，试验时如空气的吸收量在20%以上，视为合格药品。使用中的焦性没食子酸如遇上测量次数较多的情况，应及时做药效试验，空气的吸收量在18%以下，视为不合格药品，应及时更换。 3 补氢操作安全规定 3.1 补氢速率的控制 补氢速率一般控制在发电机氢压上升速率为1kPa/min左右。冬天时候，由于新鲜氢气的温度较低，而运行发电机内氢气的温度一般在40℃以上，这样，两种气体明显存在着温差，如果此时发电机内的氢气湿度较差，而补氢速率又较快，将很容易在发电机内部产生结露现象，出现电晕等严重问题。 3.2 补氢母管压力监测 补氢时，应缓慢开启补氢门，补氢母管压力一般控制在0.5 MPa左右(以发电机额定氢压0.32 MPa为例)，补氢结束后，在确认发电机的补氢门已关闭的情况下再关闭氢站补氢门，并记录补氢母管上的压力值，以利观察氢压下降情况。每次补氢前应记录供氢母管压力，如与上次补氢后压力差大于0.1 MPa，说明补氢管道或阀门上存在着渗漏问题，应联系检修部门处理，确认补氢管道无渗漏后方能进行补氢。 4 气密性试验安全规定 气密性试验是制氢设备检修或故障处理后应完成的一项重要安全措施。气密试验的做法简要如下： (1) 往制氢系统注入除盐水，待水位升至氢氧分离器液位计的中部后关紧系统与外界连接的所有阀门，打开系统内部循环回路上的所有阀门。缓慢地往充气口充入氮气，观察压力表(就地压力表及氮瓶上压力表)的指示值，待表压逐渐上升到3.2 MPa后关闭气瓶阀及充气阀。 (2) 用肥皂水检查系统内所有管阀件的密封点，观察是否有肥皂泡产生。如有，则应先排除，然后继续试压，并保压12 h，如果压降<19.6 kPa/h，可视为气密试验合格。 充压过程中，人不宜靠近液位计等易破损部件，以免在意外情况下被伤害。 5 碱液配制与添加规定 碱在电解过程中不参加电化学反应，仅起导电作用，理论上不损耗，它的损耗主要是被氢、氧气体携带走以及排污等因素造成。碱液中添加的五氧化二钒等药剂，它们的作用主要是减少电化腐蚀，提高气体纯度，降低小室电压，减少极化现象。 电解槽经过排污和其它损耗，碱溶液浓度会变稀，为确保溶液浓度在规定范围，必须及时补碱，否则将使溶液电导下降，小室电压上升，并可能引起爆鸣。 配制新碱液，应先知道配制体积，百分比浓度，然后计算出配制碱液所需固态碱的总重量。配碱液时，在往除盐水中加固体碱时要缓缓加入，并及时搅拌以防结块。固态碱溶解是个放热过程，随着碱液溶解，溶液温度升高，再加入的碱易于溶解。 新电解槽或大修后电解槽所配制的碱液一般要比规定浓度高一点，因电解槽在加入规定碱液之前已用除盐水及稀碱液清洗过，石棉布被浸湿，相当于已有一部分水加入槽内，所以新碱液加入之后，经循环泵打循环，浓度会低于原配制碱液的浓度。碱液配制好后，要用比重计再测定一下，查表求出浓度，看是否会合乎要求。 6 其它规定 6.1 阻火器 阻火器应定期进行检查，防止其中的铜丝网受损或杂物积聚在阻火器上，影响排气管路的畅通。另外，与阻火器相联的排气管末端管路也应保持平滑，不能留有焊熘等其它金属杂质，以免引起氢气与焊熘磨擦着火。 6.2 碱液滤网清洗 碱滤网一般为镍丝网，应进行定期清洗，以除去滤网上的各种杂质及垢物。这一点在设备检修后及碱液重新更换后尤为重要，在设备检修后及碱液重新更换后常常出现碱液流量调不上去的问题，主要的原因在于滤网受堵较为严重，此时应多次清洗滤网。 6.3 干燥器的吸附剂 干燥器的吸附剂3年左右更换一次。干燥器运行好的关键在于保持吸附剂的活性。这里，有两点应引起重视，其一是吸附剂的运行温度不能过高，以免在高温下发生吸附剂破碎现象；其二是尽可能减少氢气中的碱液携带量，以免发生碱液对吸附剂的毒害作用。 (陈进生)

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