電解水制氫工藝描述

1、13 / 13 電解水制氫工藝描述電解水生產氫氣氧氣是一個比較成熟的工藝。其主要組成部分有：電解槽、氣水分離罐、加堿罐、洗滌罐、脫水罐、緩沖罐、冷卻水箱等，電氣、儀表及配套的設備元器件主要有：直流電解電源（簡稱電解電源）、電源冷卻循環(huán)泵（簡稱電源冷卻泵或電源泵）、電解液循環(huán)泵（簡稱循環(huán)泵）、電解系統冷卻循環(huán)泵（簡稱電解冷卻泵或冷卻泵）、補水泵、電磁閥、壓力變送器、溫度變送器、差壓變送器、流量計、壓力表、減壓閥、回火防止器、純凈水生產裝置等。電解水制氫工藝流程示意圖見圖1。圖1 電解水制氫工藝流程示意圖壓力的單位為Mpa，小數點后面保留3位。差壓的單位為kPa，小數點后面保留2位,流量單位為m3

2、/h，小數點后面保留2位。溫度的單位為°C，小數點后面保留1位,累計流量的單位為m3，小數點后面保留1位，累計工作時間的單位為h，小數點后面保留1位。所有的電磁閥均為電開閥，通電開啟，斷電關閉。一、電解電源DDY、電源冷卻泵DLB、循環(huán)泵XHB及冷卻泵LQB控制 表1 電解系統與冷卻系統對應輸入輸出關系表信號來源控制內容說明輸入編號信號來源名稱輸出編號控制對象名稱AI1(PT101)氫氣壓力PHDO1 DO2(開關量)電解電源DDY電源冷卻泵DLB循環(huán)泵XHB冷卻泵LQB根據氫氣壓力PH控制電解電源DDY、電源冷卻泵DLB和循環(huán)泵XHB的啟停。根據系統溫度TE控制冷卻泵LQ

3、B的啟停。AI2(TT101)系統溫度TE（電解液溫度）1、氫氣壓力PH由壓力變送器PT101變送為420mA直流信號，根據氫氣壓力PH控制電解電源DDY（電解電源DDY由一個開關量信號控制運行與停止）、電源冷卻泵DLB和循環(huán)泵XHB（電源冷卻泵DLB和循環(huán)泵XHB與電解電源DDY同步受氫氣壓力PH控制）的通斷，氫氣壓力可以在觸摸屏上設置：氫氣壓力上限設定值（簡稱壓力設定上限）PHH的設置范圍03.00Mpa（參考值0.40Mpa）；氫氣壓力下限設定值（簡稱壓力設定下限）PHL的設置范圍03.00MPa（參考值0.35Mpa）。參考值就是第一次開機設置時（或者長時間斷電數據丟失時）推薦使用的數

4、值。當氫氣壓力PH高于壓力設定上限PHH，PHPHH，DO1輸出為OFF,電解電源DDY、電源泵DLB和循環(huán)泵XHB停止運行；氫氣壓力PH低于壓力設定下限PHL，PHPHL， DO1輸出為ON,電解電源DDY、電源泵DLB和循環(huán)泵XHB通電運行。2、當電解系統溫度（實際為電解系統電解液的溫度，簡稱電解溫度）TE由溫度變送器TT101變送為420mA直流信號，根據電解溫度TE控制電解電源DDY的通斷，電解溫控溫度可在觸摸屏上設置：電解系統溫度上限設定值（簡稱電解溫控上限）TEH設置范圍5595°C（參考值90°C）；電解系統溫度下限設定值（簡稱電解溫控下限）TEL設置范圍50

5、90°C（參考值85°C）。當電解系統溫度TE超過電解溫控上限TEH，TETEH，發(fā)出報警信號，DO9輸出為ON，同時DO1輸出為OFF，電解電源DDY、電源泵DLB和循環(huán)泵XHB停止運行，但這時其他系統繼續(xù)正常工作。當電解系統溫度TE低于電解溫控下限TEL，TETEL，解除報警， DO9為OFF，電解系統恢復正常工作。3、根據電解溫度TE控制冷卻泵LQB的通斷，冷卻溫控溫度上下限可在觸摸屏上設置：電解冷卻溫度上限設定值（簡稱冷卻溫控上限）TCH設置范圍3090°C（參考值90°C）；電解冷卻溫度下限設定值（簡稱冷卻溫控下限）TCL設置范圍3090

6、76;C（參考值85°C）。當電解溫度TE超過冷卻溫控上限TCH，TETCH，DO2輸出為OFF，冷卻泵LQB停止運行。當電解溫度TE低于冷卻溫控下限TCL，TETCL，解除報警， DO9為OFF，電解系統恢復正常工作。電解與冷卻控制流程框圖如下：AI1(氫氣壓力PT101)PHPHHAI2(電解溫度TT101)TETEH產生報警(共8個報警)ORDO1為OFF,電解停止DO90AI1(氫氣壓力PT101)PHPHLAI2(系統溫度TT101)TETEL解除報警 (共8個報警)ANDDO1為ON,電解開始OFF1AI2(電解溫度TT101)TETCHTETCLAI2(電解溫度TT10

7、1)0S SET QR CLR Q1TETCL,DO2為ON,冷卻泵運行TETCH,DO2為OFF,冷卻泵運行二、氣水分離罐補水控制 表2 氣水分離罐補水控制對應輸入與輸出關系表信號來源控制內容說明輸入編號信號來源名稱輸出編號控制對象名稱DI1 (L1L）氫氣加堿罐液位下限DO3DO4氫氣加堿罐補水電磁閥BV1氫氣加堿罐補水電磁閥BV2根據氫氣加堿罐和氧氣加堿罐液位控制氫氣加堿罐補水電磁閥BV1和氧氣氣加堿罐補水電磁閥BV2的開閉DI2（L1H）氫氣加堿罐液位上限DI3（L2L）氧氣加堿罐液位下限DI4（L2H）氧氣加堿罐液位上限氫氣加堿罐和氧氣加堿罐各安裝了一套液位開關，控制補水電

8、磁閥BV1和BV2。氫氣加堿罐液位開關的下限接點為L1L（對應數字量輸入編號為DI1），氫氣加堿罐液位開關的上限接點為L1H（DI2），氧氣加堿罐液位開關的下限接點為L2L（DI3），氧氣加堿罐液位開關的上限接點為L2H（DI4）。1、補水電磁閥BV1、BV2的開閥條件（同時開閥）液位開關L1L接通（DI1為ON）或者液位開關關L2L接通（DI3為ON），DO3、 DO4輸出為ON，同時打開補水電磁閥BV1和BV2。2、補水電磁閥BV1、BV2的關閥條件（分別關閥）當加堿罐的液位開關L1H斷開（DI2為OFF）時，DO3輸出為OFF，關閉補水電磁閥BV1。當加堿罐的液位開關L2H斷開（DI4為

9、OFF）時，DO4輸出為OFF，關閉補水電磁閥BV2。3、氫氣加堿罐的液位狀態(tài)顯示三種：低液位、正常、高液位低液位：液位開關L1L接通（DI1為 ON ）+液位開關L1H接通（DI2為ON）。正常：液位開關L1L斷開（DI1為OFF）+液位開關L1H接通（DI2為ON）。高液位：液位開關L1L斷開（DI1為OFF）+液位開關L1H斷開（DI2為OFF）。4、氧氣加堿罐的液位狀態(tài)顯示三種：低液位、正常、高液位低液位：液位開關L2L接通（DI3為 ON ）+液位開關L2H接通（DI4為ON）。正常：液位開關L2L斷開（DI3為OFF）+液位開關L2H接通（DI4為ON）。高液位：液位開關L2L斷開

10、（DI3為OFF）+液位開關L2H斷開（DI4為OFF）。氣水分離罐補水流程框圖如下：氫氣加堿罐的液位L1L為ON氧氣加堿罐的液位L2L為ONORDO3為ON,BV1開啟1DO4為ON,BV2開啟1DO3為OFF,BV1關閉0OFF氧氣加堿罐液位L1HDO4為OFF,BV2關閉0氧氣加堿罐液位L2HOFF·三、補水泵BSB及補水電磁閥BV3、BV4控制氫氣洗滌罐和氧氣洗滌罐上分別安裝了一套液位開關，氫氣洗滌罐上的液位開關的下限開關為L3L（DI5）、上限開關為L3H（DI6），氧氣洗滌罐上的液位開關的下限開關為L4L（DI7），上限開關為L4H（DI8），用于控制補水泵BSB和補水電

11、磁閥BV3、BV4。表3 洗滌罐補水控制輸入與輸出對應關系表信號來源控制內容說明輸入編號信號來源名稱輸出編號控制對象名稱DI5（L3L）氫氣洗滌罐液位下限(下限為低液位)DO5DO6DO7氫氣洗滌罐補水電磁閥BV3氧氣洗滌罐補水電磁閥BV4補水泵BSB根據氫氣洗滌罐液位，控制補水泵BSB啟停和氫氣洗滌罐補水電磁閥BV3、氧氣洗滌罐補水電磁閥BV4的開閉DI6（L3H）氫氣洗滌罐液位上限(上限為高液位)DI7（L4L）氧氣洗滌罐液位下限DI8（L4H）氧氣洗滌罐液位上限1、開泵條件和開閥條件（泵和兩個補水電磁閥同時打開）L3L的下限開關（DI5）和L4L的下限開關（DI7）任意一個接通或者兩個全

12、部接通，接通補水泵電源（DO7為ON），同時打開補水電磁閥BV3、BV4（DO5、DO6為ON）。2、關閥和關泵條件當氫氣洗滌罐高液位接點L3H（DI6）斷開，關閉補水電磁閥BV3（DO5為OFF）。當氧氣洗滌罐高液位接點L4H（DI8）斷開，關閉補水電磁閥BV4（DO6為OFF）。當兩個電磁閥BV3、BV4全部關閉后，關閉補水泵（DO7為OFF）。3、氫氣洗滌罐的液位狀態(tài)顯示三種：低液位、正常、高液位低液位：液位開關L3L接通（DI5為 ON ）+液位開關L3H接通（DI6為ON）。正常：液位開關L3L斷開（DI5為OFF）+液位開關L3H接通（DI6為ON）。高液位：液位開關L3L斷開（D

13、I5為OFF）+液位開關L3H斷開（DI6為OFF）。4、氧氣洗滌罐的液位狀態(tài)顯示三種：低液位、正常、高液位低液位：液位開關L4L接通（DI7為 ON ）+液位開關L4H接通（DI8為ON）。正常：液位開關L4L斷開（DI7為OFF）+液位開關L4H接通（DI8為ON）。高液位：液位開關L4L斷開（DI7為OFF）+液位開關L4H斷開（DI8為OFF）。洗滌罐補水流程框圖如下：氫氣洗滌罐的液位L3L為ON氧氣洗滌罐的液位L4L為ONORDO5為ON,BV3開啟1DO6為ON,BV4開啟1DO7為ON,BSB開啟1DO5為OFF,BV3關閉0OFF氧氣洗滌罐液位L3HDO6為OFF,BV4關閉0

14、OFF氧氣洗滌罐液位L4HANDDO7為OFF,BSB關閉0氫氣洗滌罐液位L3HOFF氧氣洗滌罐液位L4HOFF四、差壓調節(jié)系統（氫氣與氧氣壓力平衡）氧氣與氫氣壓力的差壓Pd由壓力變送器PdT101變送為420mA直流信號，根據差壓Pd控制排氧電磁閥PV1的通斷。表4 排氧電磁閥PV1控制輸入與輸出對應關系表信號來源控制內容說明輸入編號信號來源名稱輸出編號控制對象名稱AI3氧氣與氫氣的壓差Pd（P）DO8降壓排氧電磁閥PV1根據氧氣與氫氣的壓差Pd，控制降壓排氧電磁閥PV1的開閉Pd=氧氣壓力-氫氣壓力，排氧所需的差壓上限設定值(簡稱壓差設定上限)PdH和排氧差壓下限設定值（簡稱壓差設定下限）

15、可以在觸摸屏上設置：壓差設定上限PdH的設置范圍為-3kPa +3kPa，參考值0.50kPa；壓差設定下限PdL的設置范圍為-3kPa +3kPa，參考值-0.50kPa）；當差壓Pd超過壓差設定上限PdH，PdPdH，DO8輸出為ON，排氧電磁閥PV1開啟。當差壓Pd低于壓差設定下限PdL，PdPdL，DO8輸出為OFF，排氧電磁閥PV1關閉。報警壓差設定值PdA的設置范圍為3.00 5.00kPa，參考值3.50kPa，當氧氣與氫氣的差壓Pd的絕對值PdPdA，發(fā)出報警信號，DO9為ON，DO1為OFF。AI3(差壓PdT101)PdPdPdHPdTdL0S SET QR CLR Q1P

16、dPdHDO8為ON,排氧閥開啟PdPdL,DO8為OFF,排氧閥關閉AI3(差壓PdT101)Pd差壓調節(jié)系統流程框圖如下：五、瞬時流量與累計流量氫氣的流量QH由流量變送器FT101變送為420mA直流信號，要求在觸摸屏上顯示瞬時流量QH和累計流量QA。表5 氫氣流量信號與輸入輸出對應關系表信號來源控制內容說明輸入編號信號來源名稱輸出編號控制對象名稱AI4流量變送器FT101無無顯示瞬時流量QH和累計流量QA六、報警顯示、記錄與查詢要求在觸摸屏設一個報警記錄查詢頁面，將所有報警按時間順序記錄下來，在觸摸屏上能夠查閱，存儲器記錄滿了，循環(huán)抹除前面的記錄，另外在該頁面設一個報警消除按鈕，按一下消

17、除按鈕，停止報警，DO9為OFF，但若仍然滿足報警條件，間隔60秒，繼續(xù)報警（DO9為ON）。為了防止處于報警臨界點時繼電器頻繁動作，以及干擾引起的報警，要求滿足報警條件達到3秒以上，才能發(fā)出報警信號（DO9為ON），同一個報警源每兩次報警之間需要間隔3秒，也就是說，當報警條件消除后，報警自動消除，如果又達到報警條件，至少延遲3秒才能再次報警，如果是人工消除報警，同一報警源需要延遲60秒才能再次報警。1、當氫氣壓力PH（PHH+0.05MPa）時報警，DO9為ON，同時DO1為OFF；報警時顯示的報警名稱為“氫氣壓力過高”。2、當系統溫度(AI1)超過溫度設定上限時報警,報警名稱為“電解液溫度

18、過高”3、當氫氣加堿罐液位過低，同時氧氣加堿罐液位過高時報警，DO9為ON），DO1為OFF，因為加堿罐與氣水分離罐連通，加堿罐與氣水分離罐的液位完全相同，報警名稱為“兩個氣水分離罐水位相差過大（氧高氫低）”4、當氧氣加堿罐液位過低，同時氫氣加堿罐液位過高時報警，DO9為ON），DO1為OFF，報警名稱為“兩個氣水分離罐水位相差過大（氧低氫高）”。5、當氫氣洗滌罐液位過低，同時氧氣洗滌罐液位過高時報警，DO9為ON，同時切斷電解電源，DO1為OFF，報警名稱為“兩個洗滌罐水位相差過大（氧高氫低）”。6、當氧氣洗滌罐液位過低，同時氫氣洗滌罐液位過高時報警，DO9為ON， DO1為OFF，報警名稱

19、為“兩個洗滌罐水位相差過大（氧低氫高）”。7、當氧氣與氫氣的差壓Pd的絕對值大于報警差壓設定值PdA，PdPdA，發(fā)出報警信號，DO9為ON，DO1為OFF，報警名稱為“氫氧壓力相差過大。8、當大功率直流電解電源DDY出現故障，電解電源DDY送來一個故障信號（DI13為ON），發(fā)出報警信號，DO9為ON，同時關閉電解電源，DO1為OFF，報警時顯示的報警名稱為“直流電解電源故障”。報警流程框圖如下：PHPHH+0.5MPa氫氣壓力（PT101）PHTETEH電解溫度（TT101）TE氫氣加堿罐液位L1L為ONAND氧氣加堿罐液位L2H為OFF氫氣加堿罐液位L1H為OFFAND氧氣加堿罐液位L2

20、L為ONDO9為ON1AND氫氣洗滌罐液位L3L為ONAND氧氣洗滌罐液位L4H為OFFANDL3H為OFF氫氣洗滌罐液位L4L為ON氧氣洗滌罐液位PdPdA氧氫差壓（PdT101）Pd電源故障(DDY)，DI13為ON七、PLC主頁面顯示內容八、氫氧分離系統I/O點表1、模擬量（AI）輸入共計4點，見表5。表5、模擬量輸入（AI）點表序號數量信號來源及種類安裝位置說明11壓力變送器PT101氫氣氣水分離器上部氫氣系統壓力，量程01.0MPa21溫度變送器TT101氧氣氣水分離器頂部電解系統溫度，量程0150°C31差壓變送器PdT101兩個氣水分離器之間氧氣與氫氣的壓差，量程-5k

21、Pa+5kPa41流量變送器FT101脫水罐后氫氣管道上氫氣流量，瞬時流量量程0-45m3合計4全部為420mADC標準信號2、數字量輸入（DI）共計14點，見表6。表6、數字量輸入（DI）點表序號數量信號來源安裝位置說明11來自液位計L1氫氣系統的加堿罐上液位過低，低液位接點L1L接通21來自液位計L1氫氣系統的加堿罐上液位過高，高液位接點L1H斷開31來自液位計L2氧氣系統的加堿罐上液位過低，低液位接點L2L接通41來自液位計L2氧氣系統的加堿罐上液位過高，高液位接點L2H斷開51來自液位計L3氫氣系統的洗滌罐上液位過低，低液位接點L3L接通61來自液位計L3氫氣系統的洗滌罐上液位過高，高

22、液位接點L3H斷開71來自液位計L4氧氣系統的洗滌罐上液位過低，低液位接點L4L接通81來自液位計L4氧氣系統的洗滌罐上液位過高，高液位接點L4H斷開91來自電解循環(huán)泵接觸器控制箱內電解循環(huán)泵運行，接觸器KM1輔助觸頭接通101來自電解冷卻泵接觸器控制箱內電解冷卻泵運行，接觸器KM2輔助觸頭接通111來自電源冷卻泵接觸器控制箱內電源冷卻泵運行，接觸器KM3輔助觸頭接通121來自補水泵接觸器控制箱內補水泵運行，接觸器KM4輔助觸頭接通131來自直流電解電源DDY直流電解電源箱直流電解電源DDY故障，電源故障觸點接通141流量變送器脫水罐后氫氣管道上流量變送器發(fā)出流量脈沖信號，用于累計流量合計14

23、3、模擬量輸出（AO ）本次沒有使用。4、數字量輸出（DO ）共9點，見表7。表7、數字量輸出（DO）點表序號數量信號用途安裝位置說明11(1)控制大功率直流電解電源DDY，(2) 控制電解液循環(huán)泵XHB,(3)控制電源冷卻水循環(huán)泵（簡稱電源泵）DLB直流電解電源本體上預留了一個控制接點循環(huán)泵XHB安裝在電解液循環(huán)管道上電源冷卻泵DLB安裝在電解電源DDY水冷系統的管路上。當氫氣壓力（AI1）PH低于壓力設定下限PHL時，電解電源DDY運行，開始電解，同時接通循環(huán)泵XHB、電源冷卻泵DLB的電源（DO1為ON）當氫氣壓力高于壓力設定上限時，電解電源DY停止輸出電流，同時關閉循環(huán)泵XHB、電源冷

24、卻泵DLB的電源（DO1為OFF）21控制電解冷卻水循環(huán)泵(簡稱冷卻泵)LQB電解冷卻水循環(huán)泵(簡稱冷卻泵)安裝在電解冷卻水循環(huán)管路上。當電解溫度（AI3）TE超過冷卻設定上限時，DO2為ON，接通冷卻泵LQB，當電解液溫度低于冷卻設定下限時，DO2為OFF，關閉冷卻泵LQB的電源。31控制氫氣氣水分離罐補水電磁閥BV3BV3安裝在氫氣氣水分離罐與氫氣洗滌罐之間的管道上當氫氣氣水分離罐和氧氣氣水分離罐低液位接點任意一個或兩個同時接通時，同時打開BV3、BV4（DO3、DO4為ON）。當氫氣氣水分離罐高液位接點斷開時，關閉氫氣補水電磁閥BV3（DO3為OFF）,當氧氣氣水分離罐高液位接點斷開時，

25、關閉氧氣補水電磁閥BV4（DO4為OFF）。41控制氧氣氣水分離罐補水電磁閥BV4BV4安裝在氧氣氣水分離罐與氧氣氣體洗滌罐之間的管道上51控制補水泵BSB。安裝在氫氣和氧氣洗滌罐補水管路上。當氫氣和氧氣洗滌罐低液位接點任意一個或兩個同時接通時，同時打開補水泵BSB、BV1、BV2（DO5、DO6、DO7同時為ON）。當氫氣洗滌罐高液位接點斷開時，關閉氫氣洗滌罐補水電磁閥BV1（DO6為OFF）當氧氣洗滌罐高液位接點斷開時，關閉氫氣洗滌罐補水電磁閥BV2（DO7為OFF）當兩個洗滌罐高液位接點全部斷開時，關閉補水泵BSB（DO5為OFF）。61控制氫氣洗滌罐補水電磁閥BV1BV1安裝在氫氣洗滌罐與補水泵之間的管道上71控制氧氣洗滌罐補水電磁閥BV2BV2安裝在氧氣洗滌罐與補水泵之間的管道上81氧氣降壓排氣電磁閥PV1氧氣降壓排氣電磁閥PV1安裝在氧氣氣水分離器后面的排氣管道上Pd=氧氣壓力-氫氣壓力當壓差Pd大于壓差設定上限，打開降壓排氣電磁閥PV1（DO8為ON）。當壓差Pd小于壓差設定下限，關閉降壓排氣電磁閥PV1（DO8為OFF）