電廠制氫設(shè)備更換電解液槽后液位假信號原因分析

賀志榮（山西平朔煤矸石發(fā)電有限責(zé)任公司，山西 朔州 036800）

電廠制氫設(shè)備更換電解液槽后液位假信號原因分析

賀志榮
（山西平朔煤矸石發(fā)電有限責(zé)任公司，山西 朔州 036800）

300MW及以上發(fā)電機(jī)組多采用氫氣冷卻，制氫站成為電廠輔助系統(tǒng)中氫系統(tǒng)的核心部分。制氫設(shè)備的故障直接影響著電廠的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。近年來，同行業(yè)的許多制氫設(shè)備，特別是運(yùn)行5年以上的設(shè)備，出現(xiàn)液位波動差大于設(shè)計(jì)參數(shù)及液位假信號的現(xiàn)象，嚴(yán)重影響著制氫設(shè)備的穩(wěn)定性。本文主要對電廠制氫設(shè)備，尤其是在更換電解液槽后出現(xiàn)液位假信號的原因進(jìn)行探究和分析。

制氫設(shè)備；液位假信號；分析

本文主要研究的制氫設(shè)備為DQ-10/3.2型制氫裝置，其坐落于安泰堡工業(yè)園區(qū)西北側(cè)，平朔煤矸石發(fā)電有限責(zé)任公司擴(kuò)建端制氫站內(nèi)，于2009年12月投入生產(chǎn)至今安全生產(chǎn)2015d。本裝置自動設(shè)計(jì)原則是根據(jù)工藝的操作條件設(shè)置檢測、調(diào)節(jié)、報(bào)警、聯(lián)鎖及電氣控制系統(tǒng)，以保證制氫裝置可靠、安全、高質(zhì)量地運(yùn)行。

DQ-10/3.2型制氫裝置在機(jī)組A級檢修期間，更換了電解液槽，但在之后的運(yùn)行過程中，發(fā)現(xiàn)其液位波動差大于設(shè)計(jì)參數(shù)，并且出現(xiàn)了氫氧液位假信號的現(xiàn)象。為了確保機(jī)組正常穩(wěn)定運(yùn)行，對上述現(xiàn)象進(jìn)行研究，對可能的原因進(jìn)行了分析，并且找到了解決方法。

1　原因分析

1.1液位調(diào)節(jié)

從分離器取液位信號送給液位變送器，變送器輸出4～20mA信號經(jīng)安全柵隔離送給PLC，PLC對氫、氧液位進(jìn)行比較，輸出4～20mA電信號轉(zhuǎn)換成0.01～4.0MPa的壓力信號送給調(diào)節(jié)閥，調(diào)節(jié)閥根據(jù)氣壓信號的大小調(diào)整開度，使氫、氧分離器的液位維持在設(shè)定液位范圍。

1.2壓力變送器

羅斯蒙特3051智能型壓力變送器具有運(yùn)行穩(wěn)定、安全、可靠等特點(diǎn)。

電解槽注入新配置的堿液后，就地零位與操作盤面有出入，重新校正后發(fā)現(xiàn)當(dāng)設(shè)備運(yùn)行1～2h后，氫側(cè)突然在幾秒內(nèi)會出現(xiàn)一個(gè)或幾個(gè)差壓特別大的信號，瞬時(shí)跳機(jī)。重新啟動后依然會出現(xiàn)此現(xiàn)象，對此更換新的壓力變送器，對壓力變送器水側(cè)、汽側(cè)取樣管清洗。發(fā)現(xiàn)設(shè)備運(yùn)行時(shí)間較跳機(jī)前可以運(yùn)行4h左右。

1.3堿液濃度分析

陰極：4H2O+4e→2H2↑+4OH

陽極：4OH--4e→2H2O+O2↑

電解水制氫，負(fù)極帶負(fù)電所以吸引H+生成H2，正極生產(chǎn)O2，如式所示。

2H+2O=2H2↑+O2↑

所以在相同條件下氫氣的產(chǎn)量是氧氣的2倍。

氫氧化鉀是一種強(qiáng)堿，性質(zhì)與氫氧化鈉相似。將一藥匙KOH投入80℃熱水中，熱水立即沸騰起來，而且氣泡較大。也就是說電解水制氫時(shí)，同等條件下氫氣分離器內(nèi)產(chǎn)生大量的氣泡，有可能會造成壓力變送器水端測點(diǎn)受到不均勻的波動。

KOH溶液在15℃時(shí)，KOH溶液濃度為30％、比重為1.282。KOH溶液濃度為35％、比重為1.345。

多次配制KOH電解液使用后，從上述運(yùn)行差壓實(shí)時(shí)曲線發(fā)現(xiàn)，KOH溶液比重為1.345時(shí)，氫氣分離器液位波動較KOH溶液比重為1.292時(shí)實(shí)時(shí)曲線平穩(wěn)，但是在這種狀態(tài)下只能維持1～2d。我們推斷可能是35％KOH電解液比重較大，剛好可以平衡氫氣分離器中產(chǎn)生的大量氣泡。與廠家溝通后得知，新的電解槽在制造過程中電極板上帶有很多絨毛及其他殘存的機(jī)械雜質(zhì)，而且新電解槽耗堿較多，以至于堿液在運(yùn)行1～2d后濃度會有所下降。通過現(xiàn)場試驗(yàn)，驗(yàn)證了上述解釋是合理、正確的。

1.4堿液流量控制、氫氧槽液位調(diào)節(jié)比例

把氫氧分離器的液位相對提高10cm，即控制在氫氧分離器玻璃液位計(jì)的第二個(gè)螺絲上部左右，氫氣氧氣的分離效果有所下降，設(shè)備安全系數(shù)提高，可以抑制大氣泡的產(chǎn)生，在壓力變送器水側(cè)取樣點(diǎn)處獲得較平穩(wěn)的信號源。

電解水制氫設(shè)備設(shè)計(jì)堿液流速為750～900L/h，從2009年12月——2015年4月30日，堿液流速一直控制在780L/h左右，且氫氧分離器溫差不超5℃，正常運(yùn)行氫側(cè)溫度夏季最高在78℃～81℃，更換電解槽后發(fā)現(xiàn)當(dāng)流速控制在880L/h時(shí)，氫側(cè)溫度不超78℃。根據(jù)KOH溶液溫度比重對照表得知，此情況下，KOH濃度為33％，比重為1.324，工作曲線平穩(wěn)。也就是說在此狀態(tài)下，KOH溶液的比重可以平衡氫氣分離器中產(chǎn)生的氣泡，使得壓力變送器取樣點(diǎn)獲得較平穩(wěn)的信號源。

1.5氫氧槽玻璃液位計(jì)的清洗

在更換電解槽前制氫設(shè)備一直運(yùn)行平穩(wěn)，在更換新的電解槽后發(fā)現(xiàn)有堵塞的現(xiàn)象，推斷是剛配制的KOH溶液溶解了附著在分離器內(nèi)壁上的污物。所以新電解槽必須用10％KOH溶液試機(jī)48h，進(jìn)一步清洗制氫機(jī)，特別是清洗掉電解槽中石棉隔膜上的絨毛及其他殘存的機(jī)械雜質(zhì)。特別是運(yùn)行5a以上的制氫設(shè)備，里邊有許多細(xì)小的雜質(zhì)可能堵塞管路，我們就發(fā)現(xiàn)氫氧分離器以及氫氧玻璃液位計(jì)底部有不同程度的堵塞，清洗后效果明顯。

2　結(jié)語

針對具有運(yùn)行5a以上的制氫設(shè)備，在更換新的電解槽后，特別要注意用10％KOH溶液清洗，特別是氫氧分離器、玻璃液位計(jì)以及壓力變送器取樣點(diǎn)由于運(yùn)行時(shí)間較長，可能在某一處發(fā)生堵塞現(xiàn)象，造成氫氧調(diào)節(jié)閥反饋與實(shí)際液位不符合的現(xiàn)象，產(chǎn)生假液位信號現(xiàn)象。

［1］ 鄭書娟.論制氫裝置鍋爐水設(shè)備管理工作的重點(diǎn)［J］.科技與企業(yè)，2015，（03）：199.

［2］成回中.基于數(shù)據(jù)融和的制氫設(shè)備故障診斷和監(jiān)控系統(tǒng)［J］.實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2014，（12）：31-34.

Analysi s of the Causes of False Signal Level Hydrogen Power Plant Equipment After Replacement Electrolyzer

HE Zhi-rong
（Shanxi Pingshuo Gangue Power Generation Co.Ltd.，Shuo zhou 036800，China）

300MW and more power generation units use hydrogen cooling，hydrogen production station become the core part of the hydrogen system in the power plant auxiliary system.The failure of hydrogen production equipment directly affects the safety and economic operation of power plant.In recent years，many hydrogen production equipments，especially in operation 5 years or above，which have the phenomenon of the level fluctuation is greater than the design parameters and the false signal level，it's seriously affect the stability of hydrogen production equipment. This paper mainly on hydrogen production equipment of power plants，especially in replacement of the electrolytic bath appear false liquid level signal ofthe reasons for research and analysis.

Hydrogen production equipment；Level false signal；Analysis

TM621.9

A

1674-8646（2015）08-0025-01

2015-05-25