制氫機故障分析及解決措施

張德琴 雷愛國

（格爾木市氣象局，青海 格爾木 816000）

本文主要是針對QDQ2-1型的水電解制氫機容易出現(xiàn)的故障現(xiàn)象進行詳細的分析，并總結(jié)出了發(fā)生故障的原因以及排除方法和解決措施以及在使用中所需要注意的相關(guān)事項，以期望在今后制氫機的使用過程中遇見故障能夠及時地排出，從而達到氣象探測業(yè)務正常運行的目的。

1 氫氣和制氫機分析

氫氣是高空氣象探測站獲取高空氣象數(shù)據(jù)資料不可或缺的材料之一。其中水電解制氫設備是我國當前最為常規(guī)的氣象探測所需要的氫氣來源。QDQ2-1型水電解制氫機是我國氣象部門專門用來制氫的主要設備，也是我國氣象觀測業(yè)務系統(tǒng)的重要組成。該設備主要是由制氫主機，加水系統(tǒng)、充球系統(tǒng)以及整流控制器和相關(guān)輔助配套系統(tǒng)所組成。

2 制氫機故障分析

2.1 制氫機出口壓力較低

在制氫期間的工作壓力不斷緩慢的降低，制氫工作人員需要增壓至正常工作壓力，只有這樣才能夠保障正常的制氫工作，從而使減壓的進度不斷緩慢，導致這種情況的出現(xiàn)主要原因有下面幾點；第一是減壓閥的閥門沒有關(guān)緊，一直出現(xiàn)漏氣的現(xiàn)象；第二個原因是氫氧平衡閥的膜片的調(diào)整是不適合的，在平衡閥的膜片中有較多的裂紋。在一定程度上制氫機出口壓力較低，會直接導致制氫機出現(xiàn)自動跳機的情況。其主要的原因是在當氫罐的壓力小于電解制氫所運行的最低壓力時，氫出口手動球閥的開度過大的所導致的。通常遇到這種情況的出現(xiàn)是需要去調(diào)整氫出口的手動球閥的，這樣能夠讓氫出口的手動球閥的壓力大于電解制氫設備在實際運行過程中的最低壓力。

2.2 氣體分離器不保壓，氫氧兩側(cè)液位差距較大

在一定程度上氣體分離器不保壓和氫氧兩側(cè)液位差距較大的情況出現(xiàn)原因有下面三點：第一是氣體的外露，制氫設備內(nèi)部的氣體分離器和電解槽以及冷卻器等部件和閥門與管道的連接是通過卡套管的接頭所連接的，在o型圈出現(xiàn)老化的情況時是會直接導致氣體出現(xiàn)外漏現(xiàn)象，在遇到這種情況時還需要對系統(tǒng)的整體氣密性進行實際處理和檢查；第二點是制氫機的閥門開度問題，當側(cè)分離器的手動排空閥門開度調(diào)節(jié)不符合實際情況時，氧氣的實際排空流量就會讓氧和氫分離器內(nèi)部的壓力差距不斷增大，直接導致了氧氫兩側(cè)的液位不斷增大，造成這兩者的差距也在不斷拉大，遇見這種情況時還需要緩慢地對氧氫兩側(cè)的分離器兩個手動排空閥進行相應的優(yōu)化和調(diào)整；第三點就是制氫機內(nèi)部的氣體外泄，氣體的外泄是最為常見的故障，氣體外泄也是最為常見的電磁閥內(nèi)漏，制氫機的自動化程度是相對較高的，在機械閥門啟動過程中大多數(shù)情況下都是通過制氫機的控制系統(tǒng)對多個子系統(tǒng)進行控制液位，這樣能夠防止內(nèi)漏的情況出現(xiàn)。

2.3 氧故障現(xiàn)象和原因分析

在某種層面上打開儲氫閥門之后，氧液位會出現(xiàn)急劇下降的情況，氫液的位置就會出現(xiàn)快速地上升。其主要的故障原因是包含了氧平衡閥門被堵死或者是其平衡膜片的調(diào)整不恰當，還有就是氧分離除霧器的出口被堵塞、最后就是氧管路被直接堵死和氧放空閥門沒有及時地打開。

3 制氫機故障的解決對策分析

制氫設備的氣體輸送連接管密封性要好。檢修后的閥門、儀表的氣源管道要進行氣密性檢查，尤其是氫氣管道，以防止氫氣漏出形成局部爆炸的混合氣。連有氫、氧氣氣源的電器、儀表應選防爆設備或加防爆設施，杜絕一切引起的火源以及制氫設備配套的制氫機的氧氣純度變化的可能。在制氫過程中，氫氣的分子小，一旦隔膜出現(xiàn)問題，氫分子向氧室滲透，就會引起氫氣純度下降和制氫設備的極大危險，凡出現(xiàn)氧、氫純度長時間不佳的狀況，必須停產(chǎn)檢修，只有這樣才能夠保障制氫設備的正常運行以及制氫人員的人身安全。

3.1 定期檢測電解液的濃度分析

在每間隔六個月有關(guān)工作人員必須要對電解液的濃度進行實際地檢測，還有就是在發(fā)現(xiàn)電解液出現(xiàn)泄露情況之后，還需要及時調(diào)整電解液的濃度，在兩天之內(nèi)還需要進行電解液濃度檢查，必須要讓電解液的濃度在正常范圍內(nèi)。檢測電解液的濃度必須要確定在制氫機停止運行之后才能進行氮氣吹掃，或者切斷系統(tǒng)設備的電源，保證制氫機的系統(tǒng)已經(jīng)出現(xiàn)冷卻的現(xiàn)象。在檢測電壓過程中，若是發(fā)現(xiàn)了有剩余的電壓時必須要進行接地工作，用扳手在取樣閥中進行檢測，并用多余的扳手去拆除堵死的端口。在實際檢測過程中還需要將量杯放在地面上，使用硅膠管去連接取樣閥的出口，將另外一個端口放在量杯的內(nèi)部，然后慢慢地打開取樣閥，拆除掉硅膠管，使用干凈的紙巾去擦拭氫氧化鉀液，這樣能夠安全的將堵頭給堵住，將氫氧化鉀溶液樣品送到化驗室中測試相應的比重，其中電解液濃度是必須要進行相應調(diào)整，這樣才能夠保障電解液的濃度達到標準。

3.2 電解水制氫和礦物燃料制氫分析

第一，電解水制氫分析：水電解制氫是目前應用較廣且比較成熟的方法之一。其工藝過程簡單、無污染，效率可達75%～85%，但其缺點就是消耗電量大。主要應用在小型電解制氫設備，氣象臺站應用電解水制氫比較廣泛，還有實驗室氫氣發(fā)生器也屬于此類。原來氣象上用得比較多的化學制氫，利用苛性鈉、矽鐵粉、水，進行化學反應得到氫氣，由于其對環(huán)境造成污染，而且危險系數(shù)大，所以現(xiàn)在逐漸被淘汰了，此文中不再贅述。第二，礦物燃料制氫分析：該技術(shù)要是以煤、石油及天然氣為原料制取氫氣，是當今制取氫氣主要的方法。煤制氫主要是煤焦化、氣化制氫，城市用的“水煤氣”就屬于此類氫氣；石油天然氣制氫主要是催化裂解或者加水蒸氣反應，如合成氨、合成甲醇工廠中采用此工藝制氫氣。煤、石油及天然氣制氫是目前工業(yè)用氫氣的主要方法。在我國已經(jīng)有了非常成熟的工藝，建有很多工廠。

3.3 傳統(tǒng)能源制氫和新能源制氫技術(shù)比較優(yōu)化

傳統(tǒng)能源制氫。比如水煤氣制氫，目前已經(jīng)進行工業(yè)生產(chǎn)，技術(shù)相對成熟，但能量的產(chǎn)出大于投入，用1千克煤生產(chǎn)出來氫氣的能量必然小于原來1千克煤本身的能量，因此傳統(tǒng)能源制氫并非理想的制氫技術(shù)。新能源制氫。目前比較主流的是光-電解水制氫和光催化分解水制氫。其中光-電分解水制氫分為兩個步驟：太陽能發(fā)電，電解水。太陽能發(fā)電過程對光能的利用率，實驗室能夠做到30%，大規(guī)模應用也能夠接近20%；而電解水過程對電能的利用率超過80%。因此總體光-電解水的能量轉(zhuǎn)換效率在20%×80%≈16%左右，雖然也有能量損失，但這種對太陽能發(fā)電就地利用的方式，解決了“太陽能所發(fā)的電多為不穩(wěn)定的垃圾電，電網(wǎng)拒絕接受光電并網(wǎng)”的問題，所以大家比較看好光-電解水的實際應用。另一方面從學術(shù)研究來講，硅太陽能電池的理論效率極限在50%出頭，電解水的理論效率雖然能達到100%但80%左右已非?？捎^，所以光電制氫的學術(shù)價值更多集中在太陽能電池的研究上，不屬于制氫技術(shù)的范疇了。光催化分解制氫 只有一個過程：光照分解水，但實際能量轉(zhuǎn)化效率不足2%，有資歷的學者所給出的說法是：光催化制氫的理論效率是可以和光電的20%媲美的，但是我們實際只有1%、2%，意味著理論和實際當中仍有著巨大的提升空間，這也就是我們做光催化研究的難點所在。就在于找到一種能夠高效地進行光催化分解水制氫的催化劑。

3.4 增加氫氣壓縮系統(tǒng)與整流控制器

在氣象臺站中增加氫氣壓縮系統(tǒng)，并且還需要制氫業(yè)務人員進行現(xiàn)場相關(guān)操作技術(shù)的培訓，必須要合格的員工才能夠持證上崗。在日常工作中可以利用氫氣壓縮系統(tǒng)去壓縮儲備一定數(shù)量的氫氣，這樣能夠防止突發(fā)情況時氫氣的應急使用。在增加整流控制器過程中，還需要根據(jù)氣象臺站所使用的制氫機的型號去統(tǒng)一的購買相應的電源整流控制系統(tǒng)，這樣能夠充分的使用電源開關(guān)，做到每一臺設備的輪換使用，從而直接降低了電源整流控制器的實際運作負荷，避免其符合過重而出現(xiàn)故障，這樣也能夠提升制氫設備的安全性。

3.5 定期解決測量電解槽的電壓問題

對測定電解槽小室電壓時，還需要按照所規(guī)定在每一次制氫機開機之后和制氫的過程中，以及制氫機關(guān)機之前，每間隔一個小時去測量一次小室電壓，其小室電壓的正常數(shù)值如果大于3.0伏，應立即停機檢修。小室電壓除去和總電壓有著極為密切的關(guān)系之外，還和室內(nèi)的溫度以及制氫機正常運行的溫度有著極大的關(guān)聯(lián)，制氫機室內(nèi)溫度越高，那么小室的電壓就會越低。所以在制氫機正常運轉(zhuǎn)情況下，那么剛剛開機的小室電壓自然就會不斷升高了，并且在最后兩個小時小室電壓大多數(shù)情況下都是要比之前的小室電壓要高很多。

還有就是需要檢查電源的控制柜的報警系統(tǒng)和正常的電壓數(shù)值。在一定程度上額定的直流電壓大多數(shù)都是在60到80伏之間的，但是在實際工作期間有可能會直接超過該范圍，通過電壓檢測，還需要結(jié)合制氫機內(nèi)部氣體的濃度變化適時而定的，還可以根據(jù)判斷電解槽當中所出現(xiàn)的異常情況及時地做出針對性的解決措施，從而保障制氫機電解槽內(nèi)的安全性。

4 結(jié)語

本文主要是針對制氫機的常見故障和故障出現(xiàn)的原因進行詳細的分析，在制氫期間工作壓力不斷下滑的主要原因和解決方法是氧氫液面差過大是較為常見的故障之一。本文同時對各種制氫方法進行了分析，例如：電解水制氫和礦物燃料制氫分析、傳統(tǒng)能源制氫和新能源制氫技術(shù)相比較，提出了一些比較實用的制氫機常見故障的解決辦法，例如：增加氫氣壓縮系統(tǒng)與整流控制器、定期測量電解槽的電壓等方法。與此同時，通過上述解決措施能夠為制氫工作人員提供更為熟練的故障解決對策，從而保障制氫工作安全、順利地進行。