(04)制氢设备检修规程要点

制氢设备检修规程

1范围

本标准规定了DQ-4型电解制氢装置的检修规则。

本标准适用于国电吉林热电厂。

2设备规范

2.1 DQ-4型电解装置电解槽技术规范

表１列出DQ-4型电解装置电解槽技术规范。

表１DQ-4型电解装置电解槽技术规范

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2.2 电解液规范

表２列出了电解液规范。

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2.3 配制电解液用氢氧化钠的规范

表３列出了配制电解液用氢氧化钠的规范。

2.4 配制电解液用凝结水规范

表４列出了配制电解液用凝结水规范。

表４配制电解液用凝结水规范

2.5 硅整流装置规范

表５列出了硅整流装置规范。

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3 大小修标准检修项目

3.1 电解槽大修项目

3.1.1电解液打回碱液箱，并倒换为氮气。

3.1.2电解槽解体。

3.l.3极板、隔框清扫检修。

3.1.4隔框石棉布检查更换。

3.1.5聚四氟乙烯密封垫更换。

3.1.6 电解槽组装、螺丝加紧、打压试验。

3.1.7配制电解液并测比重。

3.2 压力调整器大修项目

3.2.1调压器解体。

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3.2.2内部清扫检修。

3.2.3 组装调整器浮子。

3.2.4针型门研磨、调整。

3.2.5调压器整体组装、打压试验。

3.3 分离器、洗涤器、冷却器大修项目

3.3.1 拆开分离器、洗涤器、冷却器。

3.3.2 内部清扫检修。

3.3.3组装、打压试验。

3.4 管路及阀门、安全门大修项目

3.4.1 阀门检修研磨、密封垫更换。

3.4.2 安全门检查调整试验。

3.4.3管路清扫、法兰检查。

3.4.4组装后打压试验。

3.5 碱液箱检修。

3.6 氢气干燥器的检修。

3.7 氢气除湿机检修。

3.8 电气设备检修。

3.9 氢站设备小修项目

3.9.l处理缺陷。

3.9.2根据设备运行状况确定检修项目。

4 设备结构及技术保安

4.1 系统原理简述

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本电解装置系采用电解水的方法来制取氢气和氧气的装置。

4.1.1 制氢设备生产工艺流程

主要设备是电解槽。它由30个电解隔间组成，每个电解隔间包括阴电极和阳电极各一片，中间以石棉布隔开为两区，在阴极区电解时产生氢气，而阳极区产生氧气。两种气体由于石棉布的阻隔作用不会混合。电解槽在电解时所产生的氢气和氧气夹带大量的电解液通过管路分别进入氢、氧分离器。在分离器内，乳状混合的气体与电解液进行分离作用。此时两种气体同蒸汽状电解液通过管路继续进入各自的洗涤器再进行分离和清洗。电解液在分离器内被冷却分离后，经管路返回电解槽内。因此大部分电解液是在电解槽及分离器之间循环流动。电解槽在长时间运行中亦有少量电解液随着氢、氧气体进入压力调整器及其它管路部分而流失，亦将会降低电解液浓度，故须在一定时间内对电解槽进行补充电解液。氢气由氢洗涤器出来，经过氢气压力调整器后进入平衡箱，经过清洗后再进入冷却器沉积所含水分，经干燥器、冷凝除湿机再干燥，最后进入氢气储存气罐。氧气由洗涤器出来，经过氧气压力调整器后，经水封排入空中。

4.1.2 系统设备简述

4.1.2.l 电解槽

电解槽是电解水制取氢、氧的主要设备，其主要结构如下: 4.l.2.1.l 极板组

由中间支持板及其两侧各焊上一块多孔钢板做为阴电极和6

阳电极而组成。阳电极及支持板阳极侧均有镀镍保护层，阳电极距支持板8mm，阴电极距支持板l5mm。

4.l.2.l.2 端极板

端极板分阳极端极板和阴极端极板，其内侧各焊一块镀镍阳电极和不镀镍阴电极，电极同端板之间有支持柱连接。

端极板为略成矩形的厚钢板制成，上面有四个装配拉紧螺杆用的孔，它位居电解槽的两端。

4.1.2.1.3 隔膜框

这是构成电解槽30个隔间的空心环状厚钢板，整个框表面镀镍。在里圈有压环将石棉布固定在上面，框两侧结合面上有三道密封线，在电解槽组装时用以压紧绝缘垫圈、隔膜框上部有两个气道环，以供通过氢气和氧气，下部有一个液道环，用以通过电解液。气体出口及碱液进口均设在电解槽的中部，为中心隔膜框，它比其它隔膜框厚一些，这样可以改善电解液的均匀性，并使温差均匀。

4.1.2.1.4 压环

压环是镀镍件，将石棉布固定在框的内环上。

4.1.2.1.5 石棉布

用以隔绝电解小室内氢、氧气体。

4.1.2.1.6 绝缘材料

绝缘材料中有聚四氟乙烯密封垫圈主要做为隔膜框与电极间的绝缘，并起密封作用。要求耐碱、耐温、耐压力。

环氧玻璃布板作为电解槽对地绝缘。

4.1.2.1.7 紧固电解槽零件:

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a) 拉紧螺杆；

b)碟形弹簧:用作补偿电解槽之热胀冷缩变形，以保证电解槽之气密性。

4.l.2.2 分离器

分离器系圆筒形立式容器，内装有冷却用蛇形管。系统中有氢、氧分离器各一个，其主要作用为:

4.1.2.2.1 分离由电解槽出来的气体中夹带的大量电解液。

4.1.2.2.2冷却分离出来的电解液，不断的在电解槽和分离器之间流动，从而使电解液的温度达到均匀。

4.1.2.3 洗涤器

它的结构与分离器基本相同，其作用主要是用纯水进一步洗涤从分离器来的气体，把气体中夹带的碱雾洗掉，并使气体的温度降低，因此洗涤器亦有干燥气体的作用。

4.1.2.4 压力调整器

为圆筒形结构，内部有浮子针形阀，外部有水位表及弹簧安全阀和压力表，它的主要作用是调整电解槽内氢、氧侧压力的平衡，从而保护石棉布不受过大的压力差的作用而破坏。

压力调整器自动调整过程简述:

由于氢气和氧气压力调整器中的气体是互不连通的，而液体却是连通的，若氧气侧压力高了，则压力调整器内部水位下降，即浮子下降，这时针型阀开启，氧气外排，此时气压下降，水位回升，与此同时，由于氧气侧水位下降，氢气侧水位就上升，因而氢气侧的针型阀就开始关闭，氢气排出减少或完全停止，于是氢气侧压力迅速上升，一直到两者之间压力平衡，水

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位恢复到原状，使之处于正常，反之，如果氢气侧压力比氧气侧高，也会发生类似的调整作用。

4.1.2.5 平衡箱

是一个用于中压系统，生产中向洗涤器补充纯水的圆箱型容器，故称“给水箱”。

从压力调整器出来的氢气经管路进入平衡箱，气体入口管伸入水中100ｍｍ左右，氢气通过水层出来，这样可以达到如下目的:

使氢气再经过一次洗涤，去除残余碱雾杂质，并使气体压力得到降低，设备在运行中电解槽每制1m3氢和0.5 m3氧耗费凝结水约0.9kｇ，所以设备在运行时需要不断向电解槽内补水，因为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均大于其他设备，所以主要依靠平衡箱内凝结水的压差、自重来完成向洗涤器的自动补水，因此平衡箱安装标高的合理性，是决定系统是否能实现自动补水的关键问题。

4.1.2.6 冷却器

冷却器的结构同分离器相似，容器内有蛇形管，冷却水在容器内由下至上进行循环冷却，而氢气通过蛇形管。冷却器的作用在于分离和除掉气体中所带的少量水，使氢气的湿度降低到5g/ m3以下。

4.l.2.7 储气罐

氢气储气罐共安装6台，河北电力设备厂制造，材质为16MnDR,容器类别为三类，产品标准为GB150-1998，容积是

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13.9m3，设计压力为3.4MPa，最大工作压力为3.2 MPa，设计温度为-38℃，壁厚为22mm，内径为1800mm，重量为6780kg，卧置耐压试验为 4.31 MPa，立置耐压试验为4.25 MPa，气密性试验为3.4 MPa，储气罐外部装有弹簧安全阀、砾石挡火器，以备储气罐超负荷时气体可以安全排出。

4.1.2.8 砾石挡火器、水封

此二设备均为系统运行时确保安全而设置的，如果气体出口处发生火灾时，此二设备可以阻止火焰燃烧到系统内部而造成重大事故。

挡火器内部充填砾石(即一般砂石，粒度应均匀)，挡火器设置于氢气放空出口处，三个氢气储气罐排空管在弹簧安全阀后串联起来使用一个挡火器。

水封内有水层，使系统内外隔绝，它安装在氧气放空出口处。

4.1.2.9 碱箱

碱箱内装有碱液过滤器。碱液过滤器主要作用是消除电解液中的残渣污物，使电解槽运行正常。大修时，滤网要定期清洗，并将碱液箱内的杂质及沉淀物清扫干净。

碱箱是配制及储备电解液用。

4.1.2.10 氢气干燥器

内装30kg变色硅胶，串联于氢出口系统内，用以降低氢气温度。

4.2 技术保安要求

制氢设备系统中电解槽是带电设备，并可能形成有爆炸危10

险的混合气体或氢气燃烧，同时电解槽内盛有大量温度较高，而且浓度较大的碱液，为杜绝事故发生，检修、运行人员应严格遵守技术保安要求。

4.2.1在运行的设备上，禁止进行任何修理工作。

4.2.2在设备启动运行之前，必须对所有绝缘部分及系统管路进行全面检查，达到设备运行技术要求后方可启动。

4.2.3 在拆开设备以前，必须先检查设备是否已确无压力，并将化学液体放完。

4.2.4在制氢设备检修前必须先将设备停下，用氮气吹过，经化验合格，确认设备及管路内无可燃气体时，方可进行检修工作。

4.2.5 在电解室、氢罐室内及氢管路上进行焊接等明火作业，除按上述化验合格外，还要办理动火许可证，方能工作。

4.2.6不准用系统管路作焊接地线，更不得使电焊线通过运行中的制氢设备、储气罐等。

4.2.7 为防止碱液烧伤皮肤及物品，在设备解体前应先放净电解液并用水冲洗干净。

4.2.8制氢室内不准安装有能产生火花或电弧的电气设备。

4.2.9 配制电解液或电解液取样时，必须戴护目眼镜、胶皮手套。

4.2.10电解室内必须准备充足的氮气和二氧化碳气，不得使用二氧化碳置换制氢设备中的氢气。

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5 检修工艺及质量标准

5.1 修前准备工作

设备正常大、小修，修前应了解设备运行情况，作好充分的技术准备。

5.1.1 了解设备运行中的缺陷

5.1.1.l 检查漏水、漏气、漏电解液部位及情况，并做记录。

5.1.1.2了解电解液循环是否正常。

5.l.1.3 电解液纯度及比重。

5.1.1.4氢气、氧气的纯度、湿度。

5.l.1.5所有管路是否通畅。

5.l.1.6冷却水系统流通情况。

5.1.1.7电解槽正常电流运行工况下各间隔之电压。

5.l.1.8 各阀门开关是否正确，安全阀门动作值是否正常。

5.1.2 作好工具、材料、备品备件的准备。

5.2 检修工作

5.2.l 电解槽的检修

5.2.1.l拆下与电解槽连接的管路及附件。

5.2.l.2拆下与端电极板连接的电缆。

5.2.l.3测量两端电极板之间的距离，做好记录，将各螺栓与螺帽做好定位标记。

5.2.l.4对角缓缓松开各夹紧螺帽，以免极板变形，全部松开后，先取下上部一夹紧螺栓。

5.2.1.5取下中间隔框、各双极性的极板组及各隔框，用垫12

木垫好，注意保护密封线及隔膜布。

5.2.l.6取下另外三个夹紧螺栓，将两块端电极板放于指定位置。

5.2.l.7 检查清扫各元件

5.2.l.7.1极板:用复水冲洗后用干净的布擦干净，仔细检查有无结垢、腐蚀等情况，特别应注意镀镍层是否有脱落现象。阴极表面不清洁可用砂布、钢丝刷等清扫，使其全部为有光泽的金属表面，在检修过程中应注意阳极镀镍层不被磨伤，表面不清洁一般采用汽油及棉纱清理，电极与支撑板均应平整，极板修后应擦干净，存放于干燥的房间。

5.2.1.7.2隔框注意不得碰伤镍层。用水冲洗，仔细检查框内、外缘及液孔道，并清除油污及其脏物，隔膜石棉布应均匀的紧固在框上，不应向一侧凸起10mm，隔框的三道圆周密封线应完好，隔膜布应在下边垫好后用软毛刷子清扫，石棉布松驰，石棉脱落严重者应更换，更换石棉布时可用M4×16的沉头镀镍螺丝固定，石棉布应拉紧、平整，不应有皱纹。

5.2.1.7.3检查各夹紧螺杆、螺帽应无变形、裂纹等情况。

5.2.1.7.4 聚四氟乙烯密封垫全部更换。

5.2.1.7.5清理半圆绝缘垫。

5.2.1.8 组装电解槽

在电解槽总装配前，应先将电解槽的零件、部件及组装工具准备妥善，并对零、部件全面的技术检查。

5.2.1.8.l 组装端极板

在组装端极板之前，应检查基础的水平度，放置好绝缘板，

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将端极板垂直的装在绝缘板上，在端极板的孔中穿过两根下部拉紧螺杆和一根上部拉紧螺杆，下部拉紧螺杆的中心线应在同一水平线上，在螺杆两端各套上一套碟形弹簧并拧上螺母，组装时应注意不得弄脏设备，特别不允许将金属物件和金属的粉屑弄进设备里。

5.2.1.8.2 电解隔间的组装

先在端极板的气道孔和液道孔中穿入三根圆钢导杆，直径为31mm和19mm，然后将隔膜框、绝缘垫圈和极板组依次组装好。

组装时要注意隔膜框的孔道方向要正确，氢气与氧气气道孔不能装反，并应注意电极板不能装反，阳极板均有镀镍层，阴极板到石棉布隔板之阴极间隙较阳极间隙大一倍。

对组装好的电解隔间应进行检查，电极和隔膜框之间不应短路，应特别注意双极板不应弯曲，特别是不应向外弯曲，电解隔间组合好后，装上上部拉紧螺杆、绝缘零件、碟形弹簧和螺母。

5.2.1.8.3 冷状态下予紧，待把三根圆钢导杆抽出而不至使极板组及隔框散落时将导杆抽出。

5.2.1.8.4 用蒸汽加热加紧电解槽

用0.2MPa～0.3MPa蒸汽加热电解槽垫72小时，蒸汽由电解槽下部吹入，在加热过程中绝缘垫变软收缩，开始每隔1小时～2小时加紧一次，最后每隔2小时～3小时加紧一次，测量两端极板之间的距离，应以修前量值为参考。

5.2.2 分离器、洗涤器、冷却器的检修

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5.2.2.1拆下附件及管路、管口应包扎好。

5.2.2.2 解体用0.5吨的链式起重机将端盖吊出放好。

5.2.2.3 清扫蛇形管

用手锤沿蛇形管敲打，后用压缩空气将锈垢吹出，如锈垢附在管内不易清理时，可用木炭火加热蛇形管后用锤敲打，再用压缩空气吹净。

5.2.2.4用水冲洗缸体，检查应无腐蚀现象。

5.2.2.5组装前对蛇形管作1.25倍工作压力下的水压试验。

5.2.2.6组装时应更换全部垫料，材质应符合要求。

5.2.2.7 冷却水路应畅通，流量应满足运行要求。

5.2.3 压力调整器的检修

5.2.3.l 将压力调整器的附件、管路拆下，管口包好。

5.2.3.2解体，拆卸上盖螺丝，用0.5吨链式起重机吊起芯子，做好记号，拆下浮子。

5.2.3.3用水冲洗浮子、缸体及上盖，检查腐蚀情况，拆下浮子针型阀、阀座及针塞，要求光滑并结合严密。

5.2.3.4 检查浮子应严密不漏，对浮子应作1.OMPa的水压试验，应不漏水。

5.2.3.5安装浮子针型阀，调整浮子杆并固定好，氢侧浮子杆长为75mm，氧侧浮子杆长为130mm，检修中勿使浮子杆弯曲。

5.2.3.6组装后应作调压试验。

5.2.3.7 最后进行1.25倍工作压力下的水压试验。

5.2.4 各阀门检修和安全门的检查调整

5.2.4.1各阀门解体检查清扫，更换垫料，阀门应严密不漏

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气。

5.2.4.2安全门检查清扫，调整试验。储氢罐安全门型号为A42Y-64P，公称通径为25mm，公称压力为

6.4MPa，开启压力为3.36 MPa，开启高度为5mm，流道直径为20mm，排放压力≤3.7 MPa，排放系数≥0.7G，启闭压差为0.50 MPa。氢、氧调压器安全门开启压力为1.05 MPa，返回值不大于额定运行压力。

5.2.5 氢气干燥器的检修

5.2.5.1将氢气干燥器解体。

5.2.5.2 更换失效的变色硅胶。

5.2.5.3 将干燥器内清扫干净。

5.2.5.4 必要时更换密封垫，而且密封垫应有弹性。

5.2.5.5 对干燥器进、出口管路阀门进行检修，开关灵活不漏气、串气。

5.2.6 碱液箱的检修

5.2.

6.l 箱体、外壳、管路应清扫干净。

5.2.

6.2拆开箱盖上的螺丝.暂把箱内电解液倒换到别的容器内。视电解液的干净程度，决定保存留用量。

5.2.

6.3取出滤过网，用热复水冲洗干净，如有破损，应予以更换。

5.2.

6.4消除箱底沉积物，最后用白布擦干净。

5.2.

6.5组装过滤网后，即可倒回碱液或重新配制碱液。

5.2.7制氢室所有制氢设备全部组装后，应进行周密检查，后进行水压试验。密封试验为1.OMPa，水压强度试验为1.25 倍的工作压力。各设备应严密不漏泄，无变形、裂纹等异常现

16

象。

5.2.8电气设备检修分别按有关规程要求进行。

5.3 验收交工

5.3.1 室内卫生清洁。

5.3.2 设备系统按规定刷标志色漆。

5.3.3设备名称标志清楚美观大方。

5.3.4 各阀门标牌齐全。

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附录A

（资料性附录）

A.l 隔膜石棉布的技术条件

A.1.1隔膜石棉布必须用整幅的，不能拼接用。

A.1.2隔膜石棉布纹最好织成斜纹。

A.1.3石棉布的重量不超过3.8kg/m2。

A.l.4每1Ocm布块的线数:经线不少于140根，纬线不少于76根。

A.1.5石棉布的厚度为3.2mm士0.2mm。

A.1.6 抗拉强度:以25cm×150cm的布块漂洗后的拉力，经向不少于220kg，纬向不少于170kg。

A.1.7 在750℃～800℃的温度烧灼0.5小时后，石棉布的烧失量不应大于19%。

A.1.8用25% NaOH煮沸5小时，石棉布的损失量应不大于4%。

A.1.9石棉布上不得有外露的线头、缺经、断纬、机械痕迹等，表面应均匀平整。

A.1.10石棉布的水压气密性测定，在3kPa压力下，不允许有气泡产生。

A.2 对聚四氟乙烯绝缘垫圈的技术要求

A.2.1聚四氟乙烯绝缘垫圈表面及周边应平整光滑、无裂纹18

与机械损伤。

A.2.2聚四氟乙烯垫圈厚薄应均匀，一般为4.Omm土0.2mm，表面无皱纹。

A.2.3 聚四氟乙烯垫圈材料应无杂质，否则不得使用。

A.2.4 聚四氟乙烯垫圈应有良好的弹性，用φ3Omm的量杆弯曲200mm×300mm的样品成1800时不应有裂缝、异常现象。

A.3 若采用石棉橡胶板制作隔框垫圈时技术条件如下:

A.3.1表面平整光滑、无皱纹、疙瘩和裂缝，内部不应夹带木屑、石粒金属等。

A.3.2具有良好的弹性，用φ40mm的量杆弯曲200mm×300mm 的样品成1800时不应有裂纹和分层。

A.3.3用60MPa的压力压缩时，样品的变形值不得超过l0%，并不得有显著破坏。

A.3.4在温度为90℃，浓度为30%的KOH溶液中浸泡24小时，其重量的增加不得超过20%，浸泡一个星期不得超过25%。

A.3.5将石棉橡胶板折合成长lm;断面面积为lmm2其电阻不得低于1OMΩ。加工成形后斜面搭接粘合处的厚度，允许误差为土0.2mm。

A.3.6石棉垫的厚度为4mm～5mm。

A.4 制氢站系统图

制氢站系统图见图1

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图1 制氢站系统图

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