申明:由于参考教材较老旧,部分组装流程已经不适用当下的技术发展,但该内容仍有参考意义。

电解水制氢学习笔记之【制氢生产流程与电解槽组装】


第二部分:制氢生产流程及电解槽组装

水电解制氢、氧生产流程的确定,要根据制氢装置的工作压力,用户对氢、氧气的要求,包括产销及变化情况、压力、纯度以及供销市场情况。水电解制氢的生产流程通常分为常压生产工艺流程和压力生产工艺流程两种类型。

一、生产流程

1.常压生产工艺流程

电解水制氢学习笔记之【制氢生产流程与电解槽组装】

水电解时氢、氧气连续不断地在电解小室中产生,并且源源向外输送,电解槽的工作压力只取决于槽体以外的阻力情况。常压生产时电解槽的工作压力主要决定于湿式贮气柜,因湿式贮气柜的压力通常在4x103Pa左右加上气体克服分离器、洗涤器的液位阻力,所以常压电解槽的工作压力一般在1x104Pa左右。当用户对氢气压力和纯度要求不高时可直接由贮气柜外送,当气柜的压力不能满足用户需要时,那就要增设加压泵或压缩机。当用户对氢气纯度有较高要求时,应增设氢气纯化装置。纯化装置有常压型和压力型两种,可根据不同情况选用。根据产量和市场情况,决定是否对氢、氧气进行压缩充瓶,经过纯化的氢气应该用膜式机进行压缩充瓶。

2.压力生产工艺流程

电解水制氢学习笔记之【制氢生产流程与电解槽组装】

在压力下生产氢气,由于其压力已能满足用户的需要,所以不必再设压缩机了,这就节约了投资以及日常能量消耗和维护保养费用;再有,用干式贮气罐代替湿式贮气柜,这也减少了投资和占地;氢气在压力下含水量低所以纯化工作量小,纯化后的气体纯度高,外送压力稳定;再加上压力下制取氢气的电耗低,所以压力生产工艺正被越来越多的企业采用。

本流程的各种设备已在前两节详细叙述。由于贮气罐的压力是变化的,所以在罐的出口设压力调节装置,使输送的气体保持压力稳定。如果氢、氧气需要充瓶,那可从贮气罐抽气,根据罐内气体压力,可减少缸数和能耗。如果需要瓶装纯氢那应抽经过纯化装置的氢气,并用膜式压缩机进行压缩充瓶。


二、电解槽组装

由于电解槽的结构不一样所以它的组装顺序也有所不同,这里只是叙述组装的大致情况,供参考。

(一)箱式电解槽的组装。

1)组装外壳。

2)测定对地绝缘。

3)箱内装入极板和隔膜一般可以从正极开始先装单极性阳极再装隔膜然后装双极性电极,依此顺序进行,最后装单极性阴极。

4)在极板和隔膜上部安装集气钟罩,将钟罩与极板隔膜的接口用石棉线或其它耐碱物质进行密封。

5)装绝缘管并将每小室支管以串联形式连起来。

目前该方式比较少用了。

(二)压滤式电解槽组装

1)检查基础高度和线标

2)在基础上安装垫铁、绝缘座、托座和两根下部大螺杆,找正后安装两头的端板。如果两头的端板同时作支撑槽体用,则先安装端板,再安装下部大螺杆。

3)上部安装一根大螺杆。

4)在下部螺杆上,安放支持板框的绝缘物,按单极板(框)、隔膜(框)、双极板(框)、隔膜(框)的顺序把极板(框)、隔膜(框)从一端安装到另一端。

5)用万用表检查极板与隔膜框有否短路,电阻值必须大于1Ω,如有短路现象,则应排除。干燥状态下的电解小室绝缘电阻应大于3kΩ,槽体对地绝缘电阻应大于10kΩ

6)装上最后一根大螺杆及螺杆绝缘垫、弹簧(片)大螺帽,进行初步夹紧,夹紧时应该对称进行。如气、液道单独夹紧的,则装上气、液道,同时进行初步夹紧。

7)槽体用0.2MPa的蒸汽蒸煮30-40h,根据弹簧(片)的间距及时进行夹紧的,使螺杆始终保持拉紧状态,夹紧时应停止蒸汽,如气、液道单独夹紧的应该同时夹紧气、液道。

8)以工作压力的15倍(但不低于0.2MPa)进行水压试验维持5分钟以上,以不漏为合格。

9)按制造厂要求,以最大的工作压力作气密试验常压电解槽可按30KPa试验。经过一昼夜,其压降平均每小时以不超过0.25%为合格。气体泄漏率(N)按下式计算:

电解水制氢学习笔记之【制氢生产流程与电解槽组装】

式中:

P1--试验开始时压力

P2--试验结束时压力;

T--试验开始时的绝对温度;

T--试验结束时的绝对温度。

10)电解槽的辅助设备也应做水压和气密试验。组装完成后最后作整体试压,要求同槽体试验。

11)检查电解槽对地的绝缘电阻,必须大于1MΩ。

12)向槽体内注入碱性水至隔膜框顶部,其目的是防止槽体的金属组件锈蚀。

对有中间室的压滤式电解槽组装其顺序与无中间室的大致相同,所不同的是在找正下部两个大螺杆后先安装中间室,然后分别向两头安装极板和隔膜框,最后再装两头端板及上部两根大螺杆。
为了组装方便保证安装质量也可采取先把板框垫片分组垂直叠加接紧后再起吊进行水平方向安放。
目前的电解槽组装方式已经可以借助一些自动化的生产线或者设备进行水平和垂直组装,另由于单槽体在追求更大的产气量,槽体已经设计的非常大了,不借助于一些设备已经很难去全人工组装和锁紧了。

 

三、组装中的注意事项

1)防止极板(框)和隔膜框装倒、装反。

2)防止杂物特别是金属物掉入槽体内。

3)防止进液孔和出气孔堵塞。

4)极板和隔膜框或板框与隔膜必须排列整齐,以免影响密封。组装过程必须采取拉紧措施,以防止极板和框架滑动或翻倒。

5)垫片应均匀露出框架5mm,露出液、气道圈3mm。

6)电解的夹紧应对称进行,不能超过弹簧(片)所允许的压力。夹紧时应在弹簧片外加上保护罩,以免碎裂伤人。

7)拉杆末端需加上绝缘护套。


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作者 808, ab