電廠制氫設備更換電解液槽后液位假信號原因分析

賀志榮（山西平朔煤矸石發電有限責任公司，山西 朔州 036800）

電廠制氫設備更換電解液槽后液位假信號原因分析

賀志榮
（山西平朔煤矸石發電有限責任公司，山西 朔州 036800）

300MW及以上發電機組多采用氫氣冷卻，制氫站成為電廠輔助系統中氫系統的核心部分。制氫設備的故障直接影響著電廠的安全經濟運行。近年來，同行業的許多制氫設備，特別是運行5年以上的設備，出現液位波動差大于設計參數及液位假信號的現象，嚴重影響著制氫設備的穩定性。本文主要對電廠制氫設備，尤其是在更換電解液槽后出現液位假信號的原因進行探究和分析。

制氫設備；液位假信號；分析

本文主要研究的制氫設備為DQ-10/3.2型制氫裝置，其坐落于安泰堡工業園區西北側，平朔煤矸石發電有限責任公司擴建端制氫站內，于2009年12月投入生產至今安全生產2015d。本裝置自動設計原則是根據工藝的操作條件設置檢測、調節、報警、聯鎖及電氣控制系統，以保證制氫裝置可靠、安全、高質量地運行。

DQ-10/3.2型制氫裝置在機組A級檢修期間，更換了電解液槽，但在之后的運行過程中，發現其液位波動差大于設計參數，并且出現了氫氧液位假信號的現象。為了確保機組正常穩定運行，對上述現象進行研究，對可能的原因進行了分析，并且找到了解決方法。

1　原因分析

1.1液位調節

從分離器取液位信號送給液位變送器，變送器輸出4～20mA信號經安全柵隔離送給PLC，PLC對氫、氧液位進行比較，輸出4～20mA電信號轉換成0.01～4.0MPa的壓力信號送給調節閥，調節閥根據氣壓信號的大小調整開度，使氫、氧分離器的液位維持在設定液位范圍。

1.2壓力變送器

羅斯蒙特3051智能型壓力變送器具有運行穩定、安全、可靠等特點。

電解槽注入新配置的堿液后，就地零位與操作盤面有出入，重新校正后發現當設備運行1～2h后，氫側突然在幾秒內會出現一個或幾個差壓特別大的信號，瞬時跳機。重新啟動后依然會出現此現象，對此更換新的壓力變送器，對壓力變送器水側、汽側取樣管清洗。發現設備運行時間較跳機前可以運行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，負極帶負電所以吸引H+生成H2，正極生產O2，如式所示。

2H+2O=2H2↑+O2↑

所以在相同條件下氫氣的產量是氧氣的2倍。

氫氧化鉀是一種強堿，性質與氫氧化鈉相似。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，同等條件下氫氣分離器內產生大量的氣泡，有可能會造成壓力變送器水端測點受到不均勻的波動。

KOH溶液在15℃時，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，從上述運行差壓實時曲線發現，KOH溶液比重為1.345時，氫氣分離器液位波動較KOH溶液比重為1.292時實時曲線平穩，但是在這種狀態下只能維持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械雜質，而且新電解槽耗堿較多，以至于堿液在運行1～2d后濃度會有所下降。通過現場試驗，驗證了上述解釋是合理、正確的。

1.4堿液流量控制、氫氧槽液位調節比例

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的第二個螺絲上部左右，氫氣氧氣的分離效果有所下降，設備安全系數提高，可以抑制大氣泡的產生，在壓力變送器水側取樣點處獲得較平穩的信號源。

電解水制氫設備設計堿液流速為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℃，正常運行氫側溫度夏季最高在78℃～81℃，更換電解槽后發現當流速控制在880L/h時，氫側溫度不超78℃。根據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。也就是說在此狀態下，KOH溶液的比重可以平衡氫氣分離器中產生的氣泡，使得壓力變送器取樣點獲得較平穩的信號源。

1.5氫氧槽玻璃液位計的清洗

在更換電解槽前制氫設備一直運行平穩，在更換新的電解槽后發現有堵塞的現象，推斷是剛配制的KOH溶液溶解了附著在分離器內壁上的污物。所以新電解槽必須用10％KOH溶液試機48h，進一步清洗制氫機，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械雜質。特別是運行5a以上的制氫設備，里邊有許多細小的雜質可能堵塞管路，我們就發現氫氧分離器以及氫氧玻璃液位計底部有不同程度的堵塞，清洗后效果明顯。

2　結語

針對具有運行5a以上的制氫設備，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、玻璃液位計以及壓力變送器取樣點由于運行時間較長，可能在某一處發生堵塞現象，造成氫氧調節閥反饋與實際液位不符合的現象，產生假液位信號現象。

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

［2］成回中.基于數據融和的制氫設備故障診斷和監控系統［J］.實驗室研究與探索，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