水电解制氢原理(5)

图8-7 气体洗涤器 图8-8 压力调节器

电解所产生的氢气与氧气的体积不等，氢气体积为氧气的2倍，若两个调节器的下部不连通，则两侧压力就会不等，这将造成电解室内石棉布氢、氧两侧气压不等，氢气则有通过石棉布混入氧气的可能，导致电解工况被破坏，甚至发生事故。

压力调节器的工作过程如下：当氢侧压力升高时，调节器内水位压向氧侧。氧侧水位升高而引起浮筒上升，关闭针形阀，氧侧压力也随之升高。当氧侧压力与氢侧压力相等时，水位又回到原来状态。氢侧在压力升高、水位下降的同时，浮筒随之下降而使针形阀开启，排出气体。氧侧同样在压力升高时排出气体，这样就调整了系统压力，使之达到平衡。不过这种平衡只是相对的、暂时的，常有瞬时不平衡的现象，但两侧压差不能超过490~590Pa。因为氢气的体积为氧气体积的2倍，所以氢侧压力调节器的排气动作次数是氧侧压力调节器的2倍。 压力调节器还有对氢气和氧气的冷却净化作用，所以下部的水也是稀碱液，与补充水系统连通。

5、平衡箱

平衡箱又称补水器，是一个用于中压制氢系统生产中向洗涤器补充纯水的圆筒形容器，其结构如图8-9所示。

图8-9 平衡箱 图8-10 冷却器

从压力调节器出来的氢气经管路由上部进入平衡箱，气体入口管伸入水下

100mm，氢气经过水层出来，便再经过一次洗涤，除去残余的碱雾及杂质。凝结水从平衡箱下部进入，经另一管路与补充水系统连通。

制氢设备在运行中不断地消耗纯水，所以，要不断地向电解槽内补充水。由于系统中各设备内部压力是相同的，同时平衡箱在系统设备中的安装标高比其他设备高，所以，主要依靠平衡箱内纯水的压差、自重而完成向洗涤器的自动补水。平衡箱的安装标高的合理性是决定系统能否实现自动补水的关键。平衡箱只在氢侧设置。

另外，平衡水箱还起到对氢气的缓冲作用，使氢气压力变得更均匀，因此又称为缓冲水箱。

6、冷却器

冷却器的构造与分离器的基本相同，如图8-10所示。容器内有蛇形管，冷却水在容器内由下至上进行循环冷却。冷却器与分离器的不同之处是氢气走蛇形管，冷却水走管外。冷却器只在氢侧系统中设置。

冷却器的作用在于分离和除掉由平衡箱出来的氢气中所带的少量水分，并使气体得到冷却，它可使氢气中的水含量降低到5g/m3以下，冷凝后的水分可通过排污门定期排出。

7、干燥器

干燥器为圆形立式设备，其主要作用是利用干燥剂对氢气进一步干燥，以获得更干燥的氢气。

干燥器内一般装填5A的球形分子筛，其再生温度为180~250℃，再生时间为8~10h。

8、砾石挡火器、水封槽

系统运行时为保障安全而设置这两个设备。如果气体出口处发生火灾，两个设备可以阻止火焰延烧到系统内部，避免造成重大事故。

氧侧系统中设有水封槽，结构如图8-11所示，它的作用是净化氧气，也起挡火密封的作用。一般氧气不收集而对空排放掉，因此，水封槽的重要性就更大了。

挡火器内部充填粒度为10~20mm的洁净碎石，设置于氢气放空出口处，三个氢气储罐在弹簧安全阀后面可以串联起来，使用一个挡火器。

9、储气罐

电解产生的氢气、氧气，经过一系列净化和冷却处理，最后存入储气罐备用。储氢罐的数量由发电机的氢冷容积确定，通常为3~5个。为防止着火事故，储氢罐与大气间安有挡火器和弹簧安全阀。当罐内压力超过规定值时，气体可安全排出。

10、碱液过滤器和碱液溶解箱

碱液过滤器的作用是消除电解液中的残渣污物，使电解槽运行正常。一般采用80~100目的镍丝网制作过滤器的滤芯，并且要定期清洗。

配碱箱用于配制KOH电解液及储存碱液，一般为钢制容器，也可内衬耐腐蚀的塑料板，箱侧装有液位计。

11、硅整流装置

此装置是供电解槽工作的直流电源，附设有备用电力回路和照明回路。

图8-11氧侧系统中水封槽

第四节 制氢设备的运行与维护

一、制氢设备的正常运行和维护

（1）电解槽的液位保持在规定范围内，防止由于液位过低而造成氢、氧气体混合，以及由于液位过高而增加气体排出阻力，引起氢、氧侧压力不平衡，造成氢、氧气体互相渗透。

（2）经常检查分离器与洗涤器的液位，保持氢、氧两侧的压力平衡。 （3）调节分离器的冷却水量，使氢、氧侧导气管的温度控制在60±5℃，不得超过规定的温度值。

（4）定期检查电解槽的极间电压，与规定值的偏差不得超过0.3V。 （5）氢、氧侧压力调节器的水位差不得超过100mm。 （6）定期进行气体分析及电解液浓度分析。

（7）定期检查干燥器中的干燥剂，如失效，则需及时更换，定期清洗碱液过滤器的滤网。

（8）随时根据用气量调节设备出力，检查漏泄情况。

（9）当运行中出现紧急情况，如电气设备短路、爆鸣、气体纯度急剧降低、电解槽严重漏泄、槽温过高等，应立即停车。通常使用事故按钮切断电源，再打开气体放空阀，并及时进行处理。 二、制氢设备的检修

制氢设备应定期进行小修和大修。当出现电解槽严重漏泄、气体纯度急剧下降、极板腐蚀严重、石棉垫损坏严重等威胁安全生产的情况时，必须随时进行检修。

在检修时，必须做好材料和工具的准备工作，做好技术保安措施，严格遵守检修规程，对设备进行解体、清洗、组装，以及通过试验进行验收，经过试车，测试各项参数是否达到设计指标。

制氢设备大修后还应进行设备系统涂色：氢系统涂绿色；氧系统涂天蓝色；氮系统涂棕色；二氧化碳系统涂黑色白环；碱系统涂黄色；工业水系统涂黑色；凝结水系统涂绿色蓝环；储气罐涂白色。 三、制氢设备常见异常及其处理

1、氢气和氧气的纯度不合格 1.1、原因

（1）石棉隔膜布因长期工作而破裂或稀薄，致使氢、氧气体互相混合、渗透。

（2）电解小室的进液孔或出气孔被堵，或气体总出口、碱液循环系统被堵，气体产生压差而相互渗透。

（3）极板与框架之间短路，框架发生电化反应或充当中间电极而发生“寄生电解”，产生气体。

1.2、处理方法

（1）停机更换石棉布。

（2）冲洗电解槽，使被堵塞的系统畅通。 （3）检查极间电压，消除电气短路。 2、氢气的湿度不合格 2.1、原因

（1）电解槽运行温度过高，带走大量水蒸气。 （2）洗涤器和冷却器的冷却水量不够。 （3）冷却器底部存水过多。 （4）干燥器内的分子筛失效。 2.2、处理方法

（1）降低电解槽运行温度。

（2）加大洗涤器和冷却器的冷却水量。 （3）排除冷却器底部的存水。

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