试论电解水制氢装置间断性生产设备操作要点

试论电解水制氢装置间断性生产设备操作要点

黄正杰

中国振华电子集团新天动力有限公司,贵州 贵阳 550018

摘要：当前氢气在人们的生活中的使用率越来越高，从最开始通过氢气充装氢气气球以及飞艇等，到现在通过氢气进行合成氨的制作以及各种工业生产。从现实的生产角度出发，目前氢气的主要生产途径之一就是通过电解水来进行生产。基于此，本文通过对电解水制氢装置间断性生产设备的使用寿命以及相关的安全操作出发，总结间断性生产设备中的操作要点，力求保证电解水制氢装置的安全性和稳定性。

关键词：电解水；制氢装置；间断性生产；操作要点

氢气作为一种特殊气体在工业合成氨等重要领域，据不完全统计，全世界大概有60%以上的工业生产氢气用在制合成氨方面。除此之外，氢气也在石油产业以及其他化工产业的工艺过程中被广泛应用。并且，氢气也在动植物油脂的硬化方面起着重要的用途。当下制氢的方式也有很多种，但相对而言通过电解水进行制氢相对纯度更高，并且相对制作历史较为长远，技术比较成熟，也更经济。但所有的制氢工艺都是连续生产的模式[1]。所以在实际生产过程中，因为市场需求以及相关制作成本方面的影响，目前大多数的生产方式都是间断性生产模式。基于此，本文通过对电解水制氢装置间断性生产中的操作重点进行分析，从而为其安全、稳定生产提供相应理论依据。

1、氢气的物理特性以及化学特性

在电解水制氢的过程中，如果想要保证制氢以及用氢时的安全性，就必须要了解氢气的物理特性以及化学性质。

1.1氢气的物理特性

通常情况下，氢气是一种无色无味的气体，沸点为零下252.8摄氏度，熔点为零下259.14摄氏度。标准大气压的情况下密度小于空气，为0.0899g/L，大约是标准大气压下空气质量的1/14，也是质量最轻的气体。氢气很难与水相容，但在0摄氏度以及大气压强在1.013*105Pa时，每体积水中可以溶解0.0214体积的氢气。氢气常规状态下为气体，在零下252.8摄氏度以及压强为1.013*105Pa下，氢气可以转化为无色液体[2]。温度再降到零下259.14摄氏度时，可以转化为固体，固体氢表现为雪花状。液态氢也被叫做“液氢”，液氢具有超导性。

1.2氢气的化学特性

氢气相对较为活泼，具有容易扩散的特点，所以保存时要注意防止泄露。氢气属于易燃易爆气体，纯氢气在燃烧的过程中会产生蓝色火焰，并且在点燃后燃烧产物为水（H2O），相对也是较为理想的清洁能源。但如果氢气不纯的情况下，点燃时会发生爆炸，如果空气中氢气的浓度在4%~75%之间时，就会在遇到火源时产生爆炸反应[3]。除此之外，氢气的燃点很低，最小点火能量约为0.019ml，当氢气的浓度达到爆炸范围时，即使一根针掉落地上产生的能量、化纤衣服摩擦产生的静电，都能引起爆炸。在日常生活中很不容易察觉的小火苗也会将氢气或是氢气的混合气体点燃，发生爆炸的危险。

2、在电解水制氢间断生产操作的注意事项

2.1对原辅料以及水电气的要求

在通过电解水制氢时，主要消耗的原材料就是原料水。所以，在原料方面，需要对水的质量有较为严格的控制。在电阻方面，要保证原料水的电阻率大于1.0*106Ω·m，并且电导率要小于10μS/cm。所以，在电解液的配置上，一般选用30%的碱溶液，并且要求氢氧化钾或氢氧化钠的纯度为分析纯以上的级别，从而可以有降低电解液中铁离子以及氯离子等杂志的含量。基于以上原辅料的选用，可以有效保证制氢设备的使用寿命以及保证制氢期间的安全。

2.2制氢设备开机前的准备工作

在开机前要对相关设备的各项内容进行仔细检查，主要包括制氢设备、相关的仪器仪表以及电气进行仔细检查，还要检查各个阀门是否处于正常位置。并且在开机前要打开门窗进行通风，保证制氢间通风良好。保证一旦有气体泄露时可以使泄露的氢气可以及时排出，不会聚集引发爆炸的危险。在首次开机要用0.5至0.6兆帕的氮气进行管道置换吹扫。吹扫的次数要在三次以上，从而保证装置内的氧含量在可以控制的范围之内。对电解液的液位要进行检查，在操作时必须要对各项仪表进行反复确认，切不可抱有侥幸心理以及凭借经验进行判断。只有这样，才能保证不会在开机时引发设备故障甚至时爆炸所产生的人员安全问题。在反复确认好开机前的各项准备工作后，方可进行开机生产。

2.3开机升温工作

在启动整流柜开始进行电解水制氢工作时，要将直流电压调节在额定范围内，并且随着槽温的不断上升，直流电流的输出也会呈现上升趋势。如果槽温上升到80摄氏度以上后，要观察槽温的变化趋势之后，重新对电解液循环量的给定值进行设定。保证槽温可以稳定在85摄氏度到90摄氏度之间，然后再根据生产需要调节电解过程中电流的大小。升温过程中，耗费的时间是会随着室温而变化的，所以比如在冬天，电解槽有保温措施的话，可以有效减少升温所需要的时间，节约开机所耗费的时间成本。操作人员要在电脑旁持续观察，不断对给定值进行调整，知道保证电解过程中处在额定工作压力内，保证制氢的纯度，如发现气体不合格，一定要通过室外放空阀将气体放空。

2.4制氢过程中的巡检工作

在设备正常运转时，应每小时进行一次巡检工作，在巡检过程中要善于发现问题，及时排出安全隐患。巡检工作的主要内容有：观察记录槽温、槽压的变化；对直流电压和电流以及气体纯度等进行及时记录；观察设备运转过程中的各项指示灯以及电脑显示是否存在异常；检查设备装置的气密性、氢氧液位差是否在范围内、原料水充足等情况。如果在巡检过程中发现异常或是存在警报器报警灯情况，要及时进行停机检查，并且对于检查及修理过程进行详细记录。

2.5关机操作

在电解水制氢生产结束后，关机过程要对值班记录进行如实填写。并且在关机后要检查各个阀门、电源以及气源等是否处于正常状态，并予以关闭。除此之外还要确定系统压力范围是否处于合适范围内，对关机后是否还有其他异响情况进行了解。在确认所有操作完毕后，将需要重点注意的事项记录在交接班纸上，以便后续人员进行相关的再开机工作，保障设备的正常运行以及人员安全。

2.6停车时间的操作

大部分人认为，设备在停止运转时是最轻松的时间，然而对于间断性生产而言并不是这样。因为时间断性生产所以会经常出现停车的现象，那么这也在无形之中影响着设备的使用寿命以及安全性。尤其是电解槽在停车期间如果养护工作没有跟上的话，不仅会影响使用寿命，并且极其容易发生安全事故。所以停车时间的维护保养工作必不可少，在日常生产中出现的问题要在停车时间进行及时处理，从而保证设备的运行质量。除此之外，还需要在停车时间对设备相关仪表进行校验，这样可以保障生产过程中的数据更为精准。

结束语：

综上所述，在电解水制氢的间断性生产中，我们需要了解氢气的物理极化学性质，了解氢气属于易燃易爆气体，具有较高的危险性，这样可以提高工作人员的安全意识以及严谨性。对于化工生产而言，要时刻防范可能出现的安全隐患，具备一丝不苟的态度，这样在电解水间断性制氢的生产过程中，才能真正的帮助企业降低生产成本，保证氢气生产的安全性以及稳定性。

参考文献：

[1]高原,王龙,徐新明,等.制氢安全监管监测系统设计[J].沙漠与绿洲气象,2016,10(z1):136-137.

[2]张华瑜.电解水制氢装置间断性生产设备操作要点[J].化工管理,2014(3):140-140.

[3]佟珊珊,王雪靖,李庆川,等.基于碳纤维材料基底的电解水制氢催化剂的研究进展[J].分析化学,2016,44(9):1447-1457.