电 解 水 制 氢 装 置
高空气象台站水电解制氢建设要求
高空气象台站水电解制氢建设要求1 水电解制氢室的技术要求1.1水电解制氢室的位置和建筑要求制氢房及储氢室应选择远离繁华的街道、住宅和火源区域；不宜位于明火源的下风方；与建筑物间距应符合《氢氧站设计规范》GB50177-93的规定（制氢站必须与民用建筑相距25米以上，与重要建筑相距50米以上）。
制氢房及储氢室要求通风良好，严禁烟火，室外要有明显的警示标志，并有健全的安全措施。
化学制氢用的苛性钠、矽铁粉必须分别存放。
1.2制氢室、储氢室和充气室必须互为独立，且制氢室和储氢室两者的距离≥5米。
顶棚和墙壁采用阻燃材料建造。
1.3制氢室的结构设计和安装要求1.3.1制氢室应根据机型设计，符合《建筑设计防火规范》要求。
1.3.2全套水电解制氢设备，分三部分安装在彼此独立的房间内：制氢室内安装制氢主机、冷却用水泵和水箱、加电解液用水泵和水箱，非防爆电机水泵等不准安装在制氢室内；控制室内安装整流器和控制箱、氢气纯度分析设备和蒸馏水器等；储氢室内安装储氢罐；值班室宜位于制氢室和储氢室之间。
1.3.3制氢室、储氢室和充气室均是防爆间，应采用轻质屋顶和有利于泄压的门窗，各房间门、窗的面积与房间体积的比值（m2/m3）介于0.05～0.22，以利于泄压。
房屋内顶棚表面平滑，不应有易积聚氢气的死角，最高处设天窗或通风孔（控制室也设天窗或通风孔），以利泄漏的氢气逸出室外。
通风孔直径不小于200mm，可设防雨、防寒设施。
1.3.4 对于新建水电解制氢室，应将制氢室建筑基础及圈梁内主筋，进行良好的焊接，并与地网引下线焊接。
地面和墙壁应采用耐碱材料并利于清洁。
水电解制氢设备制氢主机的工作环境要求在0℃以上，凡不具备该条件的台站，须安装取暖设备，以保证设备的正常工作。
制氢室、控制室、储氢室宜安装自来水管路和排水系统。
1.3.5控制室（非防爆间）与制氢室隔墙相邻，应有地沟设计，便于电缆、电线的布局和安装，并设有便于观察制氢机工作状况的观察窗。
电解水制氢阴极和阳极材料
电解水制氢阴极和阳极材料在电解水制氢中，阴极是位于电解槽的负极，它是电解水反应的关键位置。
一种常见的阴极材料是铂金（Pt）或其合金。
铂金具有优秀的电催化性能，能够有效地催化电解水反应。
然而，铂金是稀有金属，价格昂贵，限制了其广泛应用。
因此，研究人员也在寻找其他替代材料，如镍铍合金、镍钼合金等。
这些材料虽然比铂金便宜，但其电催化性能仍然需要进一步提高。
阳极是位于电解槽的正极，其主要作用是产生氧气。
常见的阳极材料包括氧化铅（PbO2）、氧化铁（Fe2O3）等。
氧化铅是一种常见的阳极材料，它具有较好的耐腐蚀性和电催化性能。
然而，氧化铅对环境较为不友好，且存在价格较高的问题。
因此，研究人员也在探索其他替代材料，如金刚石膜、二氧化锰（MnO2）等。
这些材料在提高阳极电催化活性和降低成本方面具有较大潜力。
此外，还有一些新型材料被用作电解水制氢的阴极和阳极材料。
例如，金属有机框架（MOFs）是一类由有机配体和金属离子组装而成的晶体材料，具有高比表面积、可调控的孔结构和丰富的金属活性位点。
一些MOFs材料如Co-MOF、Ni-MOF等已被发现具有良好的电解水制氢催化性能。
此外，二维材料如石墨烯、过渡金属硫化物（TMDs）也在电催化水分解领域展现出优异的性能。
总的来说，电解水制氢中的阴极和阳极材料起着关键的作用。
目前使用的阴极材料主要是铂金和其合金，阳极材料主要是氧化铅和氧化铁。
随着对替代材料的研究不断深入，有望开发出更具成本效益和高效催化性能的材料，从而进一步提高电解水制氢技术的可行性和经济性。
系列水电解制氢装置安装使用说明书
CNDQ 系列水电解制氢装置安装使用说明书（微机控制）目录第一章概述1.水电解制氢装置工作原理 (1)2.水电解制氢装置用途与技术参数 (1)3.水电解制氢装置用途与技术参数 (2)4.水电解制氢装置工艺流程 (3)第二章安装1.制氢站 (4)2.工艺部分 (5)3.控制部分 (6)4.整流部分 (7)5.配电装置 (7)第三章操作规程1.工艺系统开机前的准备 (8)2．整流装置开机前的准备 (9)3．自控开机前的准备 (10)4．稀碱试车 (10)5．浓碱正式运行 (12)第四章设备维护安全事项与故障排除1．设备维护 (12)2．安全注意事项 (13)3．故障及排除方法 (14)附录一 ZDQ系列水电解制氢装置带控制点的工艺流程图附录二 KOH水溶液温度比重对照表 (18)附录三用户自备件清单 (19)附录四系统控制参数整定值参考 (21)附录五报警连锁一览表 (22)第一章概述1．水电解制氢装置工作原理水电解制氢的原理是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的水电解池,当通以一定的直流电时,水就发生分解,在阴极析出氢气,阳极析出氧气。
其反应式如下: 阴极：2H2O＋2e→H2↑＋2OH-阳极: 2OH-－2e→H2O＋1/2O2↑总反应: 2H2O→2H2↑＋O2↑产生的氢气进入干燥部分，由干燥剂吸附氢气携带的水分，达到用户对氢气湿度的要求。
本装置干燥部分采用原料氢气再生，在一干燥塔再生的同时，另一干燥塔继续进行工作。
2．水电解制氢装置的用途与技术参数表1制氢装置主要技术参数表2.1 设备的用途CNDQ系列水电解制氢干燥装置是中国船舶重工集团公司第七一八研究所新研制成功并独家生产的全自动操作的制氢干燥设备,其主要技术指标达到或超过九十年代末世界先进水平,适用于化工、冶金、电子、航天等对氢气质量要求高的部门,是目前国内最先进的并可替代进口的制氢设备。
2.2 主要技术参数CNDQ5～10/3.2型水电解制氢干燥装置的主要技术参数如表1本装置采用微机控制，对本装置的主要的主要参数：压力、温度、氢氧液位差可进行自动调节;对干燥器的再生时间及再生温度进行自动控制。
电解水制氢ppt课件
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极板与端极板
极板：电解槽中间的隔板。
极板由三片钢板组成，中间一块起分隔电解室及支
持作用，无孔。其两侧分别铆接一块带小孔的钢板， 一侧为阳极，一侧为阴极。 阳极的一侧为防止氧腐蚀而镀有镍保护层。
端极板：电解槽两端的极板。
阴、阳端极板内侧各焊不镀镍的பைடு நூலகம்极和一块镀镍的
阳极。 端极板除了起引入电流的作用外，也起紧固整个电 解槽钢板的作用，所以要厚一些。
名 称 含量（%） KOH NaCl Na2CO3 ＞95 ＜0.5 ＜0.2
当电解液含有碳酸盐和氯化物时，阳极 上会发生下列有害反应：
2 2CO3 4e 2CO2 O2
2Cl 2e Cl 2
上述反应的发生，导致： •消耗电能， •使氧气中混入氯气等而降低其纯度，
3
氢侧系统
由电解槽1各间隔电解出来的氢气汇集于总管，经过氢侧分离 器2、洗涤器3、压力调节器4、平衡箱5，再经两级冷却器 6后，存入储氢罐备用。
4
氧侧系统
由电解槽1各间隔分解出来的氧气汇集于总管，经过氧侧分 离器8、洗涤器9、压力调节器10和水封槽11后，排放大气 或存罐备用。
5
补给水系统
•生成的二氧化碳立刻被碱液吸收，复原成碳酸盐，致使CO的放电 反应反复进行下去，耗费掉大量电能。
•反应生成的氯气也可被碱液吸收生成次氯酸盐和氯酸盐，它们又 有被阴极还原的可能，这也要消耗电能。
14
补充水质量要求
名 称
Fe2++Fe3+ Cl干燥残渣
含量（mg/L）
＜1 ＜6 ＜7
电解液中的杂质除来源于药品之外，还可能 来自不纯净的补充水常用的补充水是汽轮机 的凝结水
制氢装置操作说明书
DQ-10(5)/3.2型中压水电解制氢装置使用说明书第一册注意1.现场管道安装时，氢气管路必须先做脱脂处理。
所有管道安装完毕后，整个系统必须先用清水冲洗干净，再采用无油氮气、以不小于20 m/s的流速进行吹扫，直至出口无铁锈无尘及其他杂物。
2.插焊球阀需现场安装时，则应在球阀点焊后解体，焊接好后再将球阀按解体反顺序组装好。
截止阀需现场焊接时，则应先把截止阀打倒全开位，再进行焊接。
目录一. 概述:1. DQ-10(5)/3.2型制氢型号说明2. 水电解制氢设备工作原理3. 水电解制氢设备用途与性能4. 水电解制氢设备包括范围5. 水电解制氢设备主要结构二. 系统介绍及设备安装1. 工艺流程介绍2. PLC自控系统介绍(参看第二册)3.设备安装三. 设备调试操作1. 调试前准备1）.检查安装情况2）.制氢机清洗3）.气密试验4）.碱液的配制5）.其它准备工作2. 设备试机四. 设备的操作规程1. 开机操作顺序2. 定期巡视及维护3. 正常情况下停机4. 非正常情况下停机5. 安全注意事项6. 常见故障及排除方法一.概述1、DQ-10(5)/3.2型制氢设备型号说明工作压力(Kg/cm2)氢气产量(Nm3/h)水电解制氢设备2、水电解制氢设备工作原理将直流电通入强碱的水溶液,使水电解成为氢气和氧气。
其反应式为: 阴极上: 4H2O+4e→2H2↑+4OH阳极上: 4OH─―4e→2H 2O+O2↑总反应式: 2H 2O=2 H2↑+ O2↑3、水电解制氢设备用途与性能（1）用途DQ-10(5)/3.2型中压水电解制氢设备是用于氢冷发电机的制氢设备，同时也可用于电子、化工、冶金、建材等行业作为制氢或制氧设备。
（2）设备主要技术性能如下:1).氢气产量：10(5)Nm3/h (20℃,1atm)2).氧气产量： 5(2.5)Nm3/h3).氢气纯度：≥99.9%4).氧气纯度：≥99.2%5).氢气含湿量: ≤4g/Nm3 (经过洗涤分离后)6).系统工作压力：3.14MPa(也可在0.8-3.14 MPa之间的任何压力下运行)7).氢、氧分离器液位差：±20mm8).电解槽小室总数： 62(34)个9). 小室电流: 370A10).电解槽额定电压：62V～72V（30V～42V）11).电解槽总电流：740A12).电解槽工作温度：≤90︒C13).电解槽直流电耗：4.8KWh/Nm3H214).电解液:26%NaOH或30%KOH15).氢气干燥量： 10（5）Nm3/h16).干燥后氢气湿度:露点≤-50︒C ,绝对湿度≤0.0291g/m317).干燥器工作温度:1.干燥:室温 2.再生:160︒C～230︒C18).干燥器工作周期:24小时19).干燥器额定功率:2.2KW(3).制氢装置使用条件1).设备布置在室内2).原料水：蒸馏水，要求电阻率＞105Ω.cm，氯离子含量＜2g/m3，铁离子含量＜1g/m3，悬浮物＜1g/m3，用量: 10（5）Kg/h。
电解水制氢装置安全操作注意事项
操作过程中的注意事项
遵循操作步骤
严格按照操作手册的步骤进行操作，不 要随意更改操作顺序或跳过某些步骤。
观察设备运行状态
在电解水制氢装置运行过程中，应密 切观察设备的运行状态，如温度、压
力、流量等参数是否正常。
注意安全防护
在操作过程中，应佩戴必要的安全防 护设备，如化学防护眼镜、化学防护 服、化学防护手套等。
优化电解槽结构
改进电解槽的设计，如采用新型隔膜、优化电解液流场等，降低传 质阻力，提高电解效率。
开发高效电解工艺
研究新型电解工艺，如脉冲电解、交直流叠加电解等，以提高电流 效率和能量转化效率。
降低能耗
节能设计
优化电解装置的设计，降低内阻和传质阻力，减 少无谓的能量消耗。
高效能量回收
开发高效的能量回收系统，将电解过程中释放的 热量和能量进行回收利用，降低能耗。
氢气纯度不足
总结词
氢气纯度不足可能是由于电解液中杂 质过多、气体收集系统泄漏或干燥剂 失效等原因引起的。
解决方案
定期更换电解液，检查并修复气体收 集系统泄漏，更换干燥剂，确保氢气 纯度符合要求。
设备故障及处理方法
总结词
设备故障可能导致电解水制氢装置无法正常运行，常见的故障包括电源故障、 控制系统故障和机械故障等。
保设备的正常运行。
记录维护日志
每次维护和保养后，都 应详细记录维护日志， 包括维护内容、时间、
人员等信息。
03 常见问题及解决方案
电解效率低下
总结词
电解效率低下可能是由于电解槽内部 堵塞、电极腐蚀或电解液浓度过低等 原因引起的。
解决方案
定期检查电解槽内部情况，保持电极 表面清洁，及时更换腐蚀严重的电极， 调整电解液浓度至适宜范围。
电解水制氢系统[发明专利]
![电解水制氢系统[发明专利]](https://img.taocdn.com/s3/m/15b8ce71a9956bec0975f46527d3240c8447a124.png)
(10)申请公布号 CN 102925916 A(43)申请公布日 2013.02.13C N 102925916 A*CN102925916A*(21)申请号 201210422579.1(22)申请日 2012.10.30C25B 1/04(2006.01)(71)申请人陕西启源科技发展有限责任公司地址710065 陕西省西安市高新区沣惠南路36号橡树街区1座1单元4层10406室(72)发明人张淑芬(54)发明名称电解水制氢系统(57)摘要本发明涉及一种氢气制备系统，包括供电装置、电解槽、氢分离器、氧分离器、纯化塔，供电装置与电解槽相连，氢分离器、氧分离器分别连接在电解槽上，氢分离器与纯化塔相互连接。
本发明所述的电解水制氢系统，将碱性液体电解分离获得氢气，并对氢气经过纯化塔进行纯化处理，以获得高纯度的氢气。
(51)Int.Cl.权利要求书1页 说明书2页 附图1页(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请权利要求书 1 页 说明书 2 页 附图 1 页1/1页1.电解水制氢系统，其特征在于：包括供电装置（1）、电解槽（2）、氢分离器（3）、氧分离器（6）、纯化塔（5），供电装置（1）与电解槽（2）相连，氢分离器（3）、氧分离器（6）分别连接在电解槽（2）上，氢分离器（3）与纯化塔（5）相互连接。
2.如权利要求1所述的聚合物取样器，其特征在于所述的纯化塔（5）内部设有吸附器。
3.如权利要求1所述的聚合物取样器，其特征在于所述的氧分离器（6）还连接有一氧调节阀。
4.如权利要求1所述的聚合物取样器，其特征在于所述的氢分离器（3）与纯化塔（5）之间还设有一氢调节阀（4）。
5.如权利要求1所述的聚合物取样器，其特征在于所述的系统还包括有一循环水泵（7），所述的循环水泵（7）与氢分离器（3）和氧分离器（6）分别连接。
6.如权利要求1所述的聚合物取样器，其特征在于所述的系统还包括一补水泵（8），所述的补水泵（8）与氢分离器（3）相互连接。
pem电解水制氢的电解槽结构
pem电解水制氢的电解槽结构电解水制氢是一种常见的制氢方法，其中pem电解水制氢技术已经被广泛应用。
pem电解水制氢的核心部件是电解槽，它是实现电解反应的关键装置。
一、电解槽的结构pem电解水制氢的电解槽通常由阳极、阴极和质子交换膜组成。
阳极和阴极分别位于电解槽的两侧，而质子交换膜则位于阳极和阴极之间。
1. 阳极：阳极是电解槽的正极，通常由贵金属催化剂（如铂）覆盖的碳纸制成。
阳极的主要作用是在电解反应中催化水分子的氧化反应，产生氧气离子（O2-）。
2. 阴极：阴极是电解槽的负极，通常由镀铂的钛板制成。
阴极的主要作用是在电解反应中催化水分子的还原反应，产生氢气离子（H+）。
3. 质子交换膜：质子交换膜是电解槽的核心组件，它位于阳极和阴极之间，起到隔离阳极和阴极的作用。
质子交换膜具有高选择性，只允许质子（H+）通过，阻止气体和电解液的混合。
二、电解反应过程pem电解水制氢的电解槽结构决定了其电解反应过程。
首先，电解槽中加入水和电解液。
随后，通过外加电压，阳极和阴极之间形成电场，促使电解液中的水分子发生氧化和还原反应。
具体而言，阳极上的贵金属催化剂催化水分子的氧化反应，将水分子转化为氧气离子（O2-）和质子（H+）。
而阴极上的镀铂层催化水分子的还原反应，将水分子转化为氢气离子（H+）。
质子交换膜只允许质子通过，阻止氧气离子和氢气离子的混合。
由于质子交换膜的存在，氧气离子和氢气离子在电解槽内分别向阴极和阳极迁移。
在阴极处，氢气离子得到电子的供应，还原为氢气（H2）。
而在阳极处，氧气离子失去电子，发生氧化反应，生成氧气（O2）。
三、pem电解水制氢的优势pem电解水制氢相比传统的电解水制氢方法具有一些明显的优势。
pem电解水制氢具有较高的效率。
由于质子交换膜的存在，pem 电解水制氢可以实现阳极和阴极之间的空间隔离，避免了混合气体的产生，减少了氢气的溢漏，提高了制氢效率。
pem电解水制氢具有较低的温度和压力要求。
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安全操作规程
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安全操作规程
一、制氢设备维护注意事项 1、在正常运行状态下，操作人员经常观察设备运行情况，遇到 异常情况应及时停机处理。 2、定期测碱液比重，如氢氧化钾(氢氧化钠)浓度低于25%(20%) 时，则应补充碱。 3、注意碱液循环量不能过大或过小，通过调节阀门开度调整循 环量。循环量过大会导致氢气纯度下降，过小会使电解槽温度过 高而降低隔膜的使用寿命。在正常情况下，不需要进行调整。 4、经常观察分析仪一次仪表的气体流量和干燥剂是否变色，及 时调节流量和调换干燥剂及硼酸片(详见分析仪说明书)。 5、经常观察水箱内有无除盐水以及冷却水流量是否正常。定期 分析除盐水的电阻率，应满足使用要求。 6、经常清洗碱液过滤器。一般首次开机时每天清洗一次，• 一个 月后每1~2个月清洗一次。当氢、氧分离器温度差大于7℃，或槽 温与分离温度差30~40℃时，也应清洗过滤器。
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安全操作规程
14、定期对电解槽进行大修，大修时更换所有的石棉隔膜（或无 石棉隔膜）和密封垫片。 15、制氢装置开机前必须用纯度大于99.5%的氮气充氮置换，并 分析系统中的氧气含量，低于1%时才能开机；停机时必须将系 统压力泄放到0，由于热胀冷缩，空气会倒吸进氢气系统，必须 充氮置换。短时间停机（2小时以内）可保持0.1MPa压力，如闲 置时间超过半年以上，开机前应详细检查设备状态。 16、凡是与氧气接触的管道、阀门均应经过除油清洗处理。 17、装置运行时不得进行任何修理工作，如若进行修理应先停 车，分析制氢间的氢气浓度是否低于爆炸极限，同时必须通氮气 置换装置和管道中的氢气和氧气，分析合格方能焊接等维修。 18、严禁氢气、氧气由压力设备及管道内急剧放出，以免造成爆 炸或火灾。 19 、氢气系统运行时，不准敲击，不准带压修理，严禁负压。 20、 动植物、矿物油脂和油类不得落在与氧气接触的设备上。在 操作和维修时，手和衣物不得沾有油脂。
电解水制氢装置
安全操作注意事项
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目录 1 2 3 4 关于氢气 安全操作规程 容 器 维 护 事故案例
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关于氢气
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关于氢气
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关于氢气
紧急措施 发生火灾或爆炸时，在周边区域使用二氧化 碳、干粉、洒水或者是水雾，把受害者移到新鲜 空气处，如受害者已经停止呼吸，应实施人工呼 吸；如受害者呼吸困难，应紧急输氧。
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关于氢气
基于氢气以上的性质，氢气站、供氢站在电厂 被列为--重大危险源。
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安全操作规程
7、设备在试车前必须进行仔细检查，包括主机、辅助设备、电 气、仪表、管路、阀门、开关及安全设施等，认真测量槽体的各 部绝缘。 8、开机前应严格保持液位平衡，严防氢与氧混合。 9、电解槽送电后，应立即测量正负极性，防止因接错线而产生 相反气体。 10、电解槽在试车过程中，应定时测量极间电压，检查各电解小 室的极间电压是否有异，从而及早判断各小室的进液、出气是否 畅通。 11、电解槽由放空转向往储罐送气，必须慎重，氢气和氧气纯度 检测均合格后，方能进行。 12、清洗过滤器应在停机时进行，首先关闭过滤器进出口球阀， 缓慢打开排污阀，将过滤器减压并排出其中碱液，然后拆下过滤 器盖，取出滤芯用自来水冲洗干净，再用除盐水清洗一遍。装入 过滤器，装好法兰盖，确认无泄漏即可使用。 13、每隔一年应对全套装置检修一次(不拆电解槽)。 兴船报国 创新超越
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安全操作规程
21、保持电解槽表面清洁。严防任何金属导体或其它杂物掉 到电解槽上，以免造成短路。严禁碱液滴到极板间或极板与 拉紧螺栓之间。 22、万一出现事故或设备大量漏碱或漏气体时，应立即切断 电源并进行通风，分析原因，尽快排除故障。 23、检修后用肥皂水或气体防爆检测仪检查氢、氧系统、管 道、阀门是否渗漏，严禁使用明火检查。 24、注意氢气的含氧量不得高于1％，含氧量高于1％的氢气 不得进入干燥部分。 25、再生进气温度不得超过350℃，再生加热终止温度不得超 过250℃。 26、没有氢气流过电加热器时禁止长时间（15秒〕开启电加 热器，以防烧毁电加热元件。
氢以化合态广泛存在于自然界里，其在水中占 11%的重量。氢气是一种无色、无嗅、无味、无毒 的气体。其分子量为2.0158；沸点为-252.8℃；溶 点-259.8℃；相对密度0.09（空气=1）；饱和蒸气 压13.3KPa；燃烧热241KJ/mol；引燃温度400℃； 空气中的最小点火能0.019mJ；氧气中的最小点火 能0.019mJ；最大爆炸压力0.72MPa；燃烧最高温 度2129℃。
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关于氢气
氢气的粘度最小，导热系数高，化学活性、 渗透性、扩散性极强。当空气中氢气含量达到 75%，可使人因缺氧而窒息，产生头晕眼花、头 痛、恶心甚至意识不清。在很高的浓度下，氢气 可以产生麻醉作用。 氢气是一种极易燃易爆气体，当与空气或氧 气混合时，可形成范围较宽的易燃易爆混合气 （空气中为4%~75%，氧气中为4%~94%）。
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中国船舶重工集团公司第七一八研究所 27、装置运行时冷却水不得中断。 28、各设备、仪表应有良好接地。 29、其他 1）碱液—KOH或NaOH溶液 性质：强腐蚀性 危害：皮肤接触会产生灼伤 保护：必须穿戴防护用具 灼伤处理：清水冲洗后再用2%硼酸冲洗 泄露处理：用水冲洗，污水排入废水系统 2）V2O5 性质：毒性物质 处理：对症治疗或用服用大量的维生素C解毒