〔摘 要〕 闡述ZHDQ-10型制氫設(shè)備安全運(yùn)行中的若干技術(shù)問(wèn)題，總結(jié)制氫設(shè)備生產(chǎn)中的安全注意事項(xiàng)，為同類(lèi)型制氫設(shè)備的安全運(yùn)行與管理提供技術(shù)借鑒。

由于氫氣所具有的物理化學(xué)性質(zhì)，制氫站成了氫冷式火電廠的一個(gè)特殊危險(xiǎn)源。加強(qiáng)制氫設(shè)備的安全管理，不僅是其本身安全運(yùn)行的需要，也是發(fā)電機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行的需要。本文側(cè)重從技術(shù)角度總結(jié)嵩嶼電廠制氫設(shè)備幾年來(lái)的安全運(yùn)行管理經(jīng)驗(yàn)，提出了制氫設(shè)備生產(chǎn)中的有關(guān)安全注意事項(xiàng)。

1 電解槽運(yùn)行的安全技術(shù)監(jiān)督

1.1 電解槽運(yùn)行參數(shù)監(jiān)測(cè)

電解槽是制氫設(shè)備的心臟部件，電解槽的運(yùn)行狀況，直接影響著整套制氫設(shè)備的安全運(yùn)行情況?？梢酝ㄟ^(guò)對(duì)電解槽運(yùn)行參數(shù)的監(jiān)測(cè)來(lái)把握其運(yùn)行狀況，電解槽的重點(diǎn)監(jiān)測(cè)參數(shù)有產(chǎn)氫量、槽溫、循環(huán)回路的堿流量等。如果這些參數(shù)發(fā)生異常，說(shuō)明電解槽內(nèi)部發(fā)生故障或循環(huán)回路上的過(guò)濾器有污堵現(xiàn)象存在。

電解小室電壓也是一個(gè)重要的監(jiān)測(cè)參數(shù)，電解小室電壓應(yīng)為1.8～2.2 V，超出此范圍，說(shuō)明槽體可能出現(xiàn)局部過(guò)電壓或失電壓、絕緣性能及電極表面光潔度下降的問(wèn)題，應(yīng)加以分析。

1.2 電解槽的爆鳴聲問(wèn)題

1.2.1 爆鳴聲產(chǎn)生的原因

電解槽剛啟動(dòng)時(shí)或正常運(yùn)行中，偶爾會(huì)聽(tīng)到輕微的爆鳴聲，爆鳴聲產(chǎn)生的原因如下：

(1) 電解槽堿液中含有的離子成份，如鈣、鎂離子等，長(zhǎng)期運(yùn)行在高溫(90℃左右)條件下，容易形成垢狀物，引起氫、氧氣路通道受阻，產(chǎn)生輕微的爆鳴。

(2) 電解槽中電解小室的石棉隔膜出現(xiàn)輕度的破損或脫脂現(xiàn)象，導(dǎo)致氫氣和氧氣局部少量互串，從而引起小爆鳴。

1.2.2 安全防范措施

電解槽出現(xiàn)爆鳴聲后，要嚴(yán)格監(jiān)測(cè)產(chǎn)品氫氣、氧氣的純度，尤其要做好電解槽出口的在線氧表、氫表的校驗(yàn)工作。加強(qiáng)對(duì)電解液的質(zhì)量與濃度測(cè)試，必要時(shí)更換。保證系統(tǒng)中濾網(wǎng)的清潔，減少雜質(zhì)堵塞。

1.3 電解槽的清洗規(guī)定

電解槽運(yùn)行一段時(shí)間后應(yīng)進(jìn)行清洗，周期可為半年，清洗工藝有簡(jiǎn)易清洗及拆管清洗，應(yīng)根據(jù)實(shí)際需要而定。

1.3.1 簡(jiǎn)易清洗

　　制氫系統(tǒng)退出堿液，灌滿(mǎn)除鹽水。啟動(dòng)系統(tǒng)中的循環(huán)泵，循環(huán)清洗30 min左右，停泵后通過(guò)電解槽排污門(mén)進(jìn)行清洗廢液排放，如此重復(fù)數(shù)次。

1.3.2 拆管清洗

拆下與電解槽相連的管路，從電解槽的一側(cè)通過(guò)皮管引水沖洗，從另一側(cè)排污。沖洗30 min后對(duì)換沖洗口與排污口，如此重復(fù)數(shù)次，直至無(wú)污跡排出。在排出的污跡中，常常會(huì)發(fā)現(xiàn)有黑色的粉末狀雜質(zhì)，該雜質(zhì)是石棉隔膜輕度破裂或脫脂的產(chǎn)物。

2 氫氣質(zhì)量的安全技術(shù)管理

2.1 純度

產(chǎn)品氫氣純度按體積計(jì)不得小于99.5%，氫氣中的含氧量及其它微量氣體按體積計(jì)不得于0.5%。副產(chǎn)品氧氣的純度按體積計(jì)不得小于98.5%。如上述指標(biāo)出現(xiàn)異常，應(yīng)停止制氫，查找純度下降的原因。

2.2 濕度

濕度以滿(mǎn)足運(yùn)行發(fā)電機(jī)氫氣濕度需要為準(zhǔn)，不宜過(guò)高地追求產(chǎn)品氫氣的濕度，否則對(duì)加熱式的氫氣干燥器可能帶來(lái)負(fù)面的影響。一般情況下，氫氣的露點(diǎn)(濕度)如能達(dá)到-25℃以下，就可滿(mǎn)足發(fā)電機(jī)安全運(yùn)行的需要，如果把露點(diǎn)降低到-30℃以下，則必須較大幅度地延長(zhǎng)干燥時(shí)間并提高加熱溫度。

改善氫氣濕度的一個(gè)重要措施是加強(qiáng)排污管理。通過(guò)對(duì)制氫設(shè)備有關(guān)的壓力容器進(jìn)行必要的排污，可有效地提高氫氣的濕度，減少干燥器的工作負(fù)擔(dān)，保證送入發(fā)電機(jī)氣體的合格率。制氫設(shè)備每次啟動(dòng)前后，應(yīng)對(duì)系統(tǒng)中的各氣體分離器、排水器等進(jìn)行排污，減少已經(jīng)過(guò)氣液分離的氫氣再次從有關(guān)容器中攜帶出水份。貯氫罐中的氫氣，雖經(jīng)過(guò)干燥，但總會(huì)有微量的水份存在，罐中氫氣露點(diǎn)受外界環(huán)境溫度影響較大，當(dāng)氣溫下降時(shí)，往往有輕微結(jié)露的現(xiàn)象發(fā)生。因此，較好的排污時(shí)段應(yīng)選擇在夜間進(jìn)行。

2.3 手工取樣規(guī)定

即使是采用了氫氣在線分析表計(jì)，氫氣手工取樣仍不可避免。取樣的代表性與規(guī)范性直接影響到化驗(yàn)的準(zhǔn)確性，影響到制氫設(shè)備的安全運(yùn)行。無(wú)論是產(chǎn)品氫氣取樣或發(fā)電機(jī)中的氫氣取樣，取樣前都應(yīng)認(rèn)真檢查取樣膠球膽的嚴(yán)密性，任何情況下都不允許使用不嚴(yán)密的膠球膽取樣。取樣前應(yīng)檢查周?chē)耐L(fēng)情況，決不允許有可能的火源存在。開(kāi)啟取樣門(mén)時(shí)應(yīng)緩慢操作，對(duì)取樣管進(jìn)行排氣(污)2 min左右，如氣樣中有油氣等雜質(zhì)排出，應(yīng)適當(dāng)延長(zhǎng)排污時(shí)間。

取樣膠球膽需用氣樣沖洗3次以上，每次氣樣充滿(mǎn)膠球膽后，應(yīng)用雙手?jǐn)D壓氣膽，以便盡可能排除氣膽中的空氣，之后再采氣樣作為測(cè)試樣。

2.4 分析藥品管理規(guī)定

作為手工分析氫氣純度的焦性沒(méi)食子酸，應(yīng)進(jìn)行嚴(yán)格的管理。焦性沒(méi)食子酸配制后應(yīng)注明藥品的濃度、配制日期、配制人。同時(shí)做好藥品的保管工作，減少空氣、光線對(duì)藥品的氧化作用。

焦性沒(méi)食子酸應(yīng)有定期更換制度，更換后須用空氣作藥效試驗(yàn)，試驗(yàn)時(shí)如空氣的吸收量在20%以上，視為合格藥品。使用中的焦性沒(méi)食子酸如遇上測(cè)量次數(shù)較多的情況，應(yīng)及時(shí)做藥效試驗(yàn)，空氣的吸收量在18%以下，視為不合格藥品，應(yīng)及時(shí)更換。

3 補(bǔ)氫操作安全規(guī)定

3.1 補(bǔ)氫速率的控制

補(bǔ)氫速率一般控制在發(fā)電機(jī)氫壓上升速率為1kPa/min左右。冬天時(shí)候，由于新鮮氫氣的溫度較低，而運(yùn)行發(fā)電機(jī)內(nèi)氫氣的溫度一般在40℃以上，這樣，兩種氣體明顯存在著溫差，如果此時(shí)發(fā)電機(jī)內(nèi)的氫氣濕度較差，而補(bǔ)氫速率又較快，將很容易在發(fā)電機(jī)內(nèi)部產(chǎn)生結(jié)露現(xiàn)象，出現(xiàn)電暈等嚴(yán)重問(wèn)題。

3.2 補(bǔ)氫母管壓力監(jiān)測(cè)

補(bǔ)氫時(shí)，應(yīng)緩慢開(kāi)啟補(bǔ)氫門(mén)，補(bǔ)氫母管壓力一般控制在0.5 MPa左右(以發(fā)電機(jī)額定氫壓0.32 MPa為例)，補(bǔ)氫結(jié)束后，在確認(rèn)發(fā)電機(jī)的補(bǔ)氫門(mén)已關(guān)閉的情況下再關(guān)閉氫站補(bǔ)氫門(mén)，并記錄補(bǔ)氫母管上的壓力值，以利觀察氫壓下降情況。每次補(bǔ)氫前應(yīng)記錄供氫母管壓力，如與上次補(bǔ)氫后壓力差大于0.1 MPa，說(shuō)明補(bǔ)氫管道或閥門(mén)上存在著滲漏問(wèn)題，應(yīng)聯(lián)系檢修部門(mén)處理，確認(rèn)補(bǔ)氫管道無(wú)滲漏后方能進(jìn)行補(bǔ)氫。

4 氣密性試驗(yàn)安全規(guī)定

氣密性試驗(yàn)是制氫設(shè)備檢修或故障處理后應(yīng)完成的一項(xiàng)重要安全措施。氣密試驗(yàn)的做法簡(jiǎn)要如下：

(1) 往制氫系統(tǒng)注入除鹽水，待水位升至氫氧分離器液位計(jì)的中部后關(guān)緊系統(tǒng)與外界連接的所有閥門(mén)，打開(kāi)系統(tǒng)內(nèi)部循環(huán)回路上的所有閥門(mén)。緩慢地往充氣口充入氮?dú)?，觀察壓力表(就地壓力表及氮瓶上壓力表)的指示值，待表壓逐漸上升到3.2 MPa后關(guān)閉氣瓶閥及充氣閥。

(2) 用肥皂水檢查系統(tǒng)內(nèi)所有管閥件的密封點(diǎn)，觀察是否有肥皂泡產(chǎn)生。如有，則應(yīng)先排除，然后繼續(xù)試壓，并保壓12 h，如果壓降<19.6 kPa/h，可視為氣密試驗(yàn)合格。

充壓過(guò)程中，人不宜靠近液位計(jì)等易破損部件，以免在意外情況下被傷害。

5 堿液配制與添加規(guī)定

堿在電解過(guò)程中不參加電化學(xué)反應(yīng)，僅起導(dǎo)電作用，理論上不損耗，它的損耗主要是被氫、氧氣體攜帶走以及排污等因素造成。堿液中添加的五氧化二釩等藥劑，它們的作用主要是減少電化腐蝕，提高氣體純度，降低小室電壓，減少極化現(xiàn)象。

電解槽經(jīng)過(guò)排污和其它損耗，堿溶液濃度會(huì)變稀，為確保溶液濃度在規(guī)定范圍，必須及時(shí)補(bǔ)堿，否則將使溶液電導(dǎo)下降，小室電壓上升，并可能引起爆鳴。

配制新堿液，應(yīng)先知道配制體積，百分比濃度，然后計(jì)算出配制堿液所需固態(tài)堿的總重量。配堿液時(shí)，在往除鹽水中加固體堿時(shí)要緩緩加入，并及時(shí)攪拌以防結(jié)塊。固態(tài)堿溶解是個(gè)放熱過(guò)程，隨著堿液溶解，溶液溫度升高，再加入的堿易于溶解。

新電解槽或大修后電解槽所配制的堿液一般要比規(guī)定濃度高一點(diǎn)，因電解槽在加入規(guī)定堿液之前已用除鹽水及稀堿液清洗過(guò)，石棉布被浸濕，相當(dāng)于已有一部分水加入槽內(nèi)，所以新堿液加入之后，經(jīng)循環(huán)泵打循環(huán)，濃度會(huì)低于原配制堿液的濃度。堿液配制好后，要用比重計(jì)再測(cè)定一下，查表求出濃度，看是否會(huì)合乎要求。

6 其它規(guī)定

6.1 阻火器

阻火器應(yīng)定期進(jìn)行檢查，防止其中的銅絲網(wǎng)受損或雜物積聚在阻火器上，影響排氣管路的暢通。另外，與阻火器相聯(lián)的排氣管末端管路也應(yīng)保持平滑，不能留有焊熘等其它金屬雜質(zhì)，以免引起氫氣與焊熘磨擦著火。

6.2 堿液濾網(wǎng)清洗

堿濾網(wǎng)一般為鎳絲網(wǎng)，應(yīng)進(jìn)行定期清洗，以除去濾網(wǎng)上的各種雜質(zhì)及垢物。這一點(diǎn)在設(shè)備檢修后及堿液重新更換后尤為重要，在設(shè)備檢修后及堿液重新更換后常常出現(xiàn)堿液流量調(diào)不上去的問(wèn)題，主要的原因在于濾網(wǎng)受堵較為嚴(yán)重，此時(shí)應(yīng)多次清洗濾網(wǎng)。

6.3 干燥器的吸附劑

干燥器的吸附劑3年左右更換一次。干燥器運(yùn)行好的關(guān)鍵在于保持吸附劑的活性。這里，有兩點(diǎn)應(yīng)引起重視，其一是吸附劑的運(yùn)行溫度不能過(guò)高，以免在高溫下發(fā)生吸附劑破碎現(xiàn)象；其二是盡可能減少氫氣中的堿液攜帶量，以免發(fā)生堿液對(duì)吸附劑的毒害作用。 (陳進(jìn)生)