加压水电解制氢装置控制系统.doc

加压水电解制氢装置控制系统
(天津市大陆制氢设备有限公司许卫)
摘要:本文叙述了水电解制氢控制系统控制点的选择及各种控制方式。关键词:水电解制氢控制系统
电解水是直流电通过KOH或NaOH水溶液将水分解为氢气和氧气的过程,其化学反应如下: 阴极:2H2O+2e→H2+2OH-;阳极:2OH --2e→H2O+1/2O2;
总反应式: H2O= H2+ 1/2O2
水电解制氢装置所制氢气作为冷却气、保护气、原料气、还原气和燃料气,已广泛用于电力、电子、冶金、化工、建材、宇航、原子、气象等需要氢气的行业。
我国自行生产加压水电解制氢装置已有四十年的历史,其控制系统随着仪表、控制系统的发展而不断更新。控制点的选择,控制方式的选择经过多年实践运行,被证明是安全可靠的,是可以满足工艺要求的。
一控制点
1 被调参数的选择
被调参数的选择是自动控制系统设计的核心部分,它直接影响调节质量,是装置稳定运行的保证。结合多年的压力电解槽开发实践,确定如下被调参数:槽压调节、循环碱温调节、氢氧分离器液位调节系统。
1. 1 槽压调节系统
操作压力是装置的主要被调参数,必须设置调节系统,使其维持在恒
定值。选用氧气压力为被调参数,氧气流量为调节参数,采用压力变送器,调节仪和气动薄膜调节阀构成单回路调节系统。变送器取压点设在氧分离器顶部,调节阀安装在氧气出口管道上。调节仪为比例、积分、微分式(正作用),调节阀为气开式。
1. 2 循环碱温调节系统
电解槽温度也是装置的一个重要参数。实践证明,在气体产量,环境温度和碱液循环量固定的情况下,槽温和循环碱温有一个恒定的差值,因此可以利用调节循环碱温来达到调节槽温的目的。
温度变送器安装在循环碱液管道上,其输出信号送到调节仪,调节仪输出控制安装在冷却水管道上的调节阀,调节仪为比例、积分式(反作用),调节阀为气闭式。
1. 3 氢分离器液位调节系统
在电解过程中,原料水不断消耗,使氢氧分离器液位不断下降,因此需要通过补水泵补充原料水,而使液位维持在适当的高度。本系统是一个双位调节系统,氢分离器液位由差压变送器测量,并通过联锁电路控制补水泵的开停,从而使液位维持在一定的范围内。
1. 4 氧分离器液位调节系统
本系统的任务是控制分离器液位,使氧分离器液位与氢分离器液位高度相同。氧分离器液位由差压变送器测量。差压变送器、调节仪和调节阀(安装在氢气出口管道上)组成单回路调节系统。调节仪采用外给定,以氢液位变送器的输出信号作为调节阀的外给定信号,调节仪为比例、积分、微分式(正作用),调节阀为气开式。
2 检测系统
氢槽温、氧槽温、循环碱温、氢气纯度、氧气纯度、等参数在控制柜上进行显示;操作压力、氢液位、氧液位等参数除在控制柜设有显示仪表外,在现场还直接进行显示。氢气温、氧气温、氢侧碱液循环量、氧侧碱液循环量等参数均为现场直接显示。
3 声光报警系统
电解槽工作压力上限,氧槽温超高,氢氧液位上、下限,氢氧侧碱液循环量下限,气源压力下限,氢气纯度下限,氧纯度下限等参数均设有声光报警。
4 联锁系统
槽压超高,氧槽温超高,氢、氧碱液循环量下限直接处于联锁状态,而氢液位上、下限,氧液位上、下限在装置开始运行时处于联锁消除状态,在装置正常运行后处于联锁状态,