制氫站氫氣露點不合格原因分析及治理

孫學艷

(國投欽州發(fā)電有限公司，廣西 欽州 535000)

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制氫站氫氣露點不合格原因分析及治理

孫學艷

(國投欽州發(fā)電有限公司，廣西 欽州 535000)

制氫站水電解制氫裝置自投產(chǎn)以來，氫氣露點一直達不到要求(>-50 ℃)，對可能影響氫氣露點的因素逐一排查，對現(xiàn)場設(shè)備進行整改，并對再生的參數(shù)進行修訂，徹底解決了氫氣露點不合格問題。

制氫站；氫氣露點；不合格；原因分析；治理

1 背景

公司一期兩臺630 MW超臨界燃煤發(fā)電機組于2007年投用，二期兩臺1 000 MW超臨界燃煤發(fā)電機組于2016年投產(chǎn)。發(fā)電機冷卻方式:定子線圈水冷、定子鐵芯、轉(zhuǎn)子繞組氫冷，公司制氫裝置為 FDQG10/3.2-IV型水電解制氫干燥裝置，系統(tǒng)由氫氣制備及干燥系統(tǒng)、除鹽水冷卻系統(tǒng)、氣體分配系統(tǒng)、儲氣系統(tǒng)、儀表氣源系統(tǒng)五部分組成。產(chǎn)氫量為10 Nm3/h ，壓力為3.2 MPa。干燥系統(tǒng)按常溫吸附法去除氫氣中的水分，用電加熱方法根據(jù)分子篩再生原理實現(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)氫氣干燥的目的。主要由兩臺吸附干燥器、氫氣冷卻器和氣體過濾器及相應(yīng)的阻火器、儀表、閥門組成。兩臺吸附干燥器一臺工作，另一臺再生，互相切換，交替工作，連續(xù)供氣。裝置于2007年投產(chǎn)使用。制氫裝置的露點標準是低于-50 ℃進行自動充罐，否則會直接排空，氫氣露點自投用以來一直達不到標準，在線表無法投用，只能使用便攜式露點儀進行測氫，手測露點在-25 ℃～-40 ℃。后為了便于觀察，斷開在線氫氣露點儀與排空閥的聯(lián)鎖。

2 氫氣露點不合格原因分析及采取措施

2.1 檢查排污閥

據(jù)流程確定氫氧側(cè)氣水分離器排污閥及干燥塔冷卻器下部排污閥動作是否正常會對氫氣露點造成直接影響，對上述閥門進行檢查發(fā)現(xiàn)，氧側(cè)排空閥有堿液流出，判斷分離器排污不正常，裝置停用時用電磁閥手動開啟排污閥，拆開排污閥至水封處接口，有少量的水排出，制氫裝置干燥塔冷卻器的排污時間及氫氧側(cè)氣水分離器下部排污閥的排污時間，原設(shè)計為1 h動作一次，動作時間為2 s，與廠家進行溝通后修改為25 min動作一次，動作時間為4 s。更改后露點有所降低，推斷之前氫、氧側(cè)排污閥沒有實現(xiàn)定期自動排污且排污時間較短，是造成露點不合格的一個原因。氣水分離器排污閥如圖1。干燥塔冷卻器排污閥如圖2。

圖1 氣水分離器排污閥Fig.1 Gas-water separator blow-down valve

圖2 干燥塔冷卻器排污閥Fig.2 Drying tower cooler blow-down valve

2.2 檢查分子篩

干燥塔內(nèi)分子篩能否正常發(fā)揮作用直接影響氫氣干燥效果。為排除分子篩影響，決定更換分子篩。從天津大陸制氫設(shè)備公司購買分子篩，型號為13X，14 kg。更換投運后第一個周期露點合格，切換至另一個塔運行后1h左右露點出現(xiàn)上升，排空5 h左右，露點合格，在再生塔加熱過程中，會出現(xiàn)工作塔溫度升高的現(xiàn)象，最高可達130 ℃后再慢慢下降。更換分子篩后露點大部分時間合格，只在加熱階段工作塔露點有波動。判定分離篩是影響氫氣露點的又一重要因素。

2.3 檢查冷卻器及相關(guān)閥門

系統(tǒng)內(nèi)所有冷卻器如果出現(xiàn)滲漏會直接影響氫氣的露點，利用裝置停運時檢查干燥塔下部冷卻器，將冷卻器拆下后，用氮氣打壓，沒有發(fā)現(xiàn)漏點，內(nèi)部進水管內(nèi)壁有水銹，用1%的稀鹽酸浸泡沖洗，并用壓縮空氣沖洗，檢查捕滴器下方的冷卻器，同樣進行打壓未發(fā)現(xiàn)有漏點。排除了冷卻器滲漏的因素。檢查干燥裝置相關(guān)的閥門，排除有可能出現(xiàn)因閥門內(nèi)漏造成氫氣未經(jīng)過干燥器的現(xiàn)象，于是將干燥器再生進氣閥、出口閥，冷卻器進口閥、進氫總閥的閥座全部進行了更換。投用后仍有露點波動，排除冷卻器和閥門內(nèi)漏的影響。

2.4 檢查加熱棒

考慮是否是再生加熱溫度設(shè)置問題造成氫氣再生效果不好而影響了氫氣的露點，更換A干燥器加熱棒，更改A干燥器上部加熱溫度，由原來的300 ℃開始加熱改為320 ℃加熱，由原來的350 ℃停，改為370 ℃停。啟動制氫裝置進行觀察，更換并提高加熱棒投停溫度并沒有使露點好轉(zhuǎn)，于是重新改回加熱棒投停溫度，排除加熱棒及加熱溫度不夠的因素。

2.5 排查冷卻水溫

除鹽水冷卻裝置為組裝框架式，由:除鹽水箱、熱交換器、循環(huán)水泵、增壓補水泵、工藝管路、閥門及配件、就地儀表等裝在一個框架上。除鹽水箱可實現(xiàn)自動補水。當其水位低于設(shè)定值時，補水門會自動打開進行補水，至高液位時，補水門自動關(guān)閉，換熱器為板式熱交換器，材質(zhì)為不銹鋼(1Cr18Ni9Ti)。每套除鹽水冷卻裝置設(shè)兩臺熱交換器。因南方天氣較熱，板換冷卻水工業(yè)水的溫度較高，夏季進入制氫裝置的冷卻水溫度40 ℃～45 ℃。為了排查冷卻水溫度對氫氣露點的影響，采用了對補水箱邊進除鹽水邊排的方式，人為將冷卻水溫度降到40 ℃，但露點波動的現(xiàn)象仍沒有改善，又準備了一些用除鹽水凍成的冰塊，在系統(tǒng)運行至干燥器切換前人工將其加入到冷卻水箱，將除鹽水溫度降至35 ℃，但在干燥器切換1 h左右，露點仍會波動。冷卻水溫的影響并不是主要因素。

2.6 降出力運行

是否因干燥塔設(shè)計容量偏低導(dǎo)致氫氣露點不合格，采取制氫降電流運行，從正常電流850 A降至560 A，露點緩慢下降，4 h后合格。但純度出現(xiàn)波動，調(diào)回電流至850 A，校表后純度合格，露點合格，因純度波動，再生時間不計時，造成切換時間延長，在自動切換之前露點不合格，手動切換后仍不合格，調(diào)整電流至560 A，露點至B再生塔加熱階段結(jié)束后合格，降電流運行會使露點緩慢下降，但氫氣純度不穩(wěn)定。干燥塔設(shè)計容量問題有一定影響，但因改造量較大，暫不考慮。

2.7 調(diào)整再生時間

制氫裝置有兩個干燥器，運行時一個進行干燥，另一個加熱再生，系統(tǒng)原設(shè)置加熱吹冷自冷時間為8 h∶8 h∶8 h，即加熱再生后，干燥器吹冷時間為8 h。對再生加熱吹冷自冷時間進行了多次調(diào)整、觀察，10 h∶4 h∶10 h、10 h∶2 h∶12 h，發(fā)現(xiàn)吹冷時間越短氫氣露點不合格時間越短，經(jīng)查看干燥器說明書和分子篩干燥原理，一般干燥器溫度下降到70 ℃即可進入自冷階段。如吹冷時間較長，再生干燥器上部接觸濕氫氣過多，運行后上部分子篩吸附水分釋放出來，會造成氫氣露點波動或不合格，經(jīng)觀察干燥器加熱后溫度變化，發(fā)現(xiàn)1 h內(nèi)分子篩溫度就能下降到80 ℃左右。因此調(diào)整干燥器加熱時間為10 h，吹冷時間為1 h。調(diào)整后干燥器切換階段，氫氣露點波動范圍變小，能保持在合格區(qū)間。由此判斷，干燥器吹冷時間過長，是造成干燥器切換后氫氣露點波動升高的一個主要原因。

3 結(jié)語

通過對排污時間、冷卻水溫、分子篩、加熱棒、冷卻器、降出力、再生時間的排查與整改，找到了之前露點不合格的主要原因:氫氧側(cè)分離器排污閥及干燥塔下部冷卻器排污時間短，排污閥存在沒有正常動作；干燥塔內(nèi)分子篩失效；再生時干燥塔吹冷時間設(shè)置過長。

[1] 唐秋明.制氫站氫氣露點問題的分析[C]//第三屆全國電站化學(環(huán)保)專業(yè)技術(shù)研討會論文集，2011.

[2] DL/T651-1998，氫冷發(fā)電機氫氣濕度的技術(shù)要求[S].北京:中國電力出版社，1998.

[3] 天津市大陸制氫設(shè)備有限公司《國投欽州發(fā)電有限公司制氫裝置說明書》[Z].

Cause analysis and treatment of hydrogen dew point failure in hydrogen production station

SUN Xue-yan

(State Investment Qinzhou Power Generation Co., Ltd., Qinzhou 535000, China)

The hydrogen dew point of the hydrogen production unit has not reached to the standard (>-50 ℃) since the operation of hydrogen production station. The factors that may affect the hydrogen dew point are investigated and the rectification of site equipment is made, which has completely solved the problem of hydrogen dew point failure and provided the guarantee for safe and stable operation of generator.

Hydrogen production station; Hydrogen dew point; Failure; Cause analysis; Treatment

2017-02-15

孫學艷(1973-)，女，工程師。

TQ116.2

A

1674-8646(2017)08-0036-02