制氫設(shè)備氫氣濕度高的原因分析及對(duì)策

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1、制氫設(shè)備氫氣濕度高的原因分析及對(duì)策【摘要】本文針對(duì)制氫設(shè)備電解出來(lái)的氫氣經(jīng)干燥器處理后露點(diǎn)一直達(dá)不設(shè)計(jì)值的情況，從儀表、吸附劑以及冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)等方面進(jìn)行分析，找到問題形成的原因，并提出了解決辦法。經(jīng)過(guò)對(duì)冷卻系統(tǒng)的改造，使產(chǎn)氫露點(diǎn)達(dá)到了設(shè)計(jì)值要求，確保新鮮氫氣露點(diǎn)滿足發(fā)電機(jī)安全運(yùn)行的要求。【關(guān)鍵詞】氫氣；露點(diǎn)；冷卻分離器；改造茂名熱電廠安裝有5臺(tái)3X100MW+1X200MW+1X300MW國(guó)產(chǎn)發(fā)電機(jī)組，發(fā)電機(jī)采用水-氫-氫冷卻方式，與之配套的是兩套由蘇州競(jìng)立制氫設(shè)備有限公司生產(chǎn)的DQ10/3.2型制氫設(shè)備。制氫設(shè)備生產(chǎn)工藝流程如下：原料水送入原料水箱

2、，由原料水箱通過(guò)出口閥進(jìn)入管道，經(jīng)補(bǔ)水泵注入氫氧綜合塔，再由氫氧分離器下部管道流經(jīng)堿液循環(huán)泵、堿液過(guò)濾器等最終進(jìn)入電解槽，由電解槽在直流電的電解下產(chǎn)生氫氣及氧氣。氫氧氣分別經(jīng)過(guò)管道進(jìn)入堿液冷卻器冷卻、氫氧分離器分離、綜合塔冷卻、洗滌，進(jìn)入氣水分離器一級(jí)除濕，再進(jìn)入裝滿13X型吸附劑的干燥塔進(jìn)行二級(jí)除濕，至露點(diǎn)合格后進(jìn)入貯存罐備用，氧氣經(jīng)氧出口管道由調(diào)節(jié)閥輸出，根據(jù)用戶的使用狀況選擇放空或儲(chǔ)存使用。1概況本套制氫設(shè)備于2003年建成投運(yùn)。一年多來(lái)，因其自動(dòng)化程度高，穩(wěn)定性好，故障率低，運(yùn)行可靠性較高，但存在氫氣露點(diǎn)超標(biāo)問題。根據(jù)DL/T651-1998

3、《氫冷發(fā)電機(jī)氫氣濕度的技術(shù)要求》，氫站產(chǎn)出氫氣露點(diǎn)應(yīng)不大于-50°Co但設(shè)備試運(yùn)一年多來(lái)，從干燥塔出來(lái)的氫氣露點(diǎn)一直達(dá)不到設(shè)計(jì)值，氫氣露點(diǎn)長(zhǎng)期在-35°C以上。從保證機(jī)組安全可靠運(yùn)行這一前提上講，濕含量不合格甚至嚴(yán)重不合格的氫氣，不允許充入發(fā)電機(jī)內(nèi)。因?yàn)榫桶l(fā)電機(jī)定子短路事故而言，誰(shuí)也不能保證在濕氫氣經(jīng)循環(huán)干燥由不合格達(dá)到合格這段時(shí)間內(nèi)機(jī)組不會(huì)發(fā)生問題，而就發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子護(hù)環(huán)的應(yīng)力腐蝕問題而言，即使護(hù)環(huán)是間斷性地在濕氫氣中運(yùn)行，由于其危害作用具有“積累效應(yīng)”，因而勢(shì)必影響機(jī)組的安全運(yùn)行和使用壽命⑴。目前氫站產(chǎn)氫露點(diǎn)長(zhǎng)期不合格的問題成為我廠發(fā)電機(jī)組安全運(yùn)行的

4、一個(gè)隱患。2原因分析制氫機(jī)干燥除濕單元構(gòu)成是吸附干燥器兩組并聯(lián)，一組吸附除濕，另一組被加熱再生，吸附干燥塔在常溫下工作，額定氣量連續(xù)工作24小時(shí)。24小時(shí)自動(dòng)切換閥門一次，上一運(yùn)行周期投運(yùn)失效的干燥塔切換為對(duì)13X分子篩加熱去水，然后經(jīng)氫氣吹冷至常溫，從而得以再生。針對(duì)氫氣露點(diǎn)長(zhǎng)期不合格的問題，筆者進(jìn)行深入細(xì)致的技術(shù)分析，原因有如下幾點(diǎn)：2.1初步懷疑是在線露點(diǎn)儀測(cè)量不準(zhǔn)，經(jīng)過(guò)更換進(jìn)口在線儀表以及用實(shí)驗(yàn)室便攜儀表比對(duì)測(cè)量結(jié)果，發(fā)現(xiàn)從干燥塔出來(lái)的氫氣露點(diǎn)還是在-35°C以上，說(shuō)明在線儀表測(cè)量是準(zhǔn)確的。2.2其次從吸附材料方面查找問題，將兩個(gè)干燥塔內(nèi)23

5、X分子篩全部卸岀，對(duì)分子篩外觀進(jìn)行顯微鏡觀測(cè)，顆粒粒徑、外觀顏色基本正常。為慎重起見,換上新購(gòu)的13X分子篩，裝復(fù)后進(jìn)行試運(yùn)，問題依然存在。2.3從干燥冷卻單元設(shè)計(jì)方面分析，出現(xiàn)露點(diǎn)不合格的原因有以下兩種情況：一是，冷卻分離器冷卻面積不足，經(jīng)過(guò)反復(fù)測(cè)量，符合設(shè)計(jì)規(guī)定；二是，冷卻水水溫過(guò)高，設(shè)計(jì)要求冷卻分離器進(jìn)水溫度W25°Co實(shí)際情況是，我廠工業(yè)冷卻水溫度全年約3/4時(shí)間水溫＞25°C,氫氣中水蒸氣經(jīng)過(guò)該冷卻分離器無(wú)法冷凝成水珠是有可能的。因此必須對(duì)原設(shè)計(jì)的冷卻系統(tǒng)進(jìn)行改造，由于我廠處于南方地區(qū)，工業(yè)水采用開式循環(huán)冷卻，致使冷卻水溫?zé)o法降到25°C以

6、，為了要達(dá)到同等冷卻效果，必須增加冷卻面積，讓水蒸氣充分冷凝，以滿足機(jī)組用氫的質(zhì)量要求。3對(duì)策3.1改造方案經(jīng)過(guò)對(duì)原有設(shè)計(jì)系統(tǒng)圖的詳細(xì)研究，筆者認(rèn)為在氣水分離器與干燥塔之間增加一個(gè)冷卻分離器，進(jìn)行預(yù)除濕以及分離氫氣中殘余堿液，減輕后級(jí)干燥塔吸附工作壓力，從而達(dá)到降低氫氣中含濕量的目的，同時(shí)也可以避免殘余堿液對(duì)后級(jí)氣動(dòng)閥門的腐蝕。圖1改造前系統(tǒng)圖3.2方案實(shí)施簡(jiǎn)介3.2.1停止電解槽運(yùn)行，排盡系統(tǒng)壓力，關(guān)閉冷卻水。3.2.2用氮?dú)獯祾呦到y(tǒng)，直至氫氣含量低于2%。3.2.3切斷原有汽水分離器至干燥器的氫管路，引兩根①14不銹鋼管至新增加的冷卻分離器的進(jìn)出

7、口。3.2.4在冷卻水母管加裝1個(gè)①14的三通，引一路冷卻水至新增加的冷卻分離器入口，出口接一段管子排入地溝。3.2.5切斷原有汽水分離器至水封槽的疏水管，加裝一個(gè)三通,在汽水分離器底部排水口加裝一個(gè)DN10針形閥，引一段①18的不銹鋼管至三通。3.2.6改造完畢后，系統(tǒng)充氮?dú)庠噳骸Ｔ?.05倍工作壓力下，保持30分鐘壓力不下降，說(shuō)明系統(tǒng)嚴(yán)密性良好。圖2改造后系統(tǒng)圖4改造效果干燥塔冷卻系統(tǒng)改造后，經(jīng)試運(yùn)，氫氣進(jìn)入原干燥塔前，先經(jīng)過(guò)新增加的冷卻器冷卻并定期疏水，在進(jìn)入原有干燥塔除濕，新鮮氫氣露點(diǎn)約1小時(shí)可達(dá)-50°C以下，干燥塔失效轉(zhuǎn)再生運(yùn)行約需2小時(shí)

8、氫氣露點(diǎn)也可達(dá)-50°C以下，改造后氫氣露點(diǎn)有關(guān)運(yùn)行參數(shù)詳見表1：從表1的數(shù)據(jù)看，經(jīng)過(guò)此次改造，制氫機(jī)產(chǎn)氫露