堿性水電解制氫電解槽設(shè)計與自動化技術(shù)要求

Q/LB.□XXXXX-XXXX目次TOC\o"1-1"\h前言 II1范圍 12規(guī)范性引用文件 13術(shù)語和定義 14設(shè)計原則 15技術(shù)要求 16自動化監(jiān)測要求 4前言本文件按照GB/T1.1—2020《標(biāo)準(zhǔn)化工作導(dǎo)則第1部分：標(biāo)準(zhǔn)化文件的結(jié)構(gòu)和起草規(guī)則》的規(guī)定起草。本文件由××××提出。本文件由××××歸口。本文件起草單位：本文件主要起草人：堿性水電解制氫電解槽設(shè)計與自動化技術(shù)要求范圍本文件規(guī)定了堿性水電解制氫電解槽的總體設(shè)計原則、技術(shù)要求、自動化監(jiān)測要求。本文件適用于堿性水電解制氫電解槽的設(shè)計與生產(chǎn)。規(guī)范性引用文件下列文件中的內(nèi)容通過文中的規(guī)范性引用而構(gòu)成本文件必不可少的條款。其中，注日期的引用文件，僅該日期對應(yīng)的版本適用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改單）適用于本文件。GB/T629化學(xué)試劑氫氧化鈉GB/T1972碟形彈簧GB/T2306化學(xué)試劑氫氧化鉀GB12358作業(yè)場所環(huán)境氣體檢測報警儀通用技術(shù)要求GB16808可燃?xì)怏w報警控制器GB37562壓力型水電解制氫系統(tǒng)技術(shù)條件GB50058爆炸危險環(huán)境電力裝置設(shè)計規(guī)范GB50177氫氣站設(shè)計規(guī)范術(shù)語和定義本文件沒有需要界定的術(shù)語和定義。設(shè)計原則電解槽是制氫系統(tǒng)的主體設(shè)備，它的性能參數(shù)將決定水電解制氫的技術(shù)性能，其設(shè)計中應(yīng)考慮下列方面的要求：電解槽的性能參數(shù)、結(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)以降低單位氫氣制取的電能消耗、減少制造成本、延長使用壽命為基本要求；應(yīng)合理選擇電解槽的結(jié)構(gòu)形式、電解小室及隔膜的構(gòu)造、涂層和材質(zhì)以實(shí)現(xiàn)降低單位氫氣制取的電能消耗、減少制造成本、延長使用。技術(shù)要求工作條件系統(tǒng)應(yīng)在下述環(huán)境中使用：制氫系統(tǒng)工作環(huán)境溫度5℃～40℃；相對濕度≤75%RH；堿性水電解制氫系統(tǒng)電解槽的工作溫度宜為75℃～85℃；制氫系統(tǒng)所處的場所屬于有爆炸危險環(huán)境，其爆炸危險區(qū)域等級范圍劃分應(yīng)符合GB50058的要求，電氣設(shè)施的設(shè)防等級應(yīng)為1區(qū)；供電電源輸出側(cè)應(yīng)能將外部交流電力系統(tǒng)輸入的交流電能轉(zhuǎn)換成堿性水電解制氫系統(tǒng)需要的直流電能，并可工作在穩(wěn)功率控制模式、穩(wěn)壓控制模式以及穩(wěn)流控制模式。堿性水電解槽要求原料水品質(zhì)應(yīng)符合表1的規(guī)定。堿性水電解槽原料水水質(zhì)名稱指標(biāo)電導(dǎo)率/25℃(mS/m)≤1鐵離子含量/(mg/L)＜1.0氯離子含量/(mg/L)＜2.0懸浮物/(mg/L)＜1.0小型制氫系統(tǒng)需配備冷卻系統(tǒng)以保證電解槽的工作溫度，循環(huán)冷卻水的水壓宜為0.15MPa～0.35MPa，水質(zhì)應(yīng)符合表2的要求。循環(huán)冷卻水水質(zhì)名稱指標(biāo)PH值6.5～8.0氯離子含量（mg/L）＜200硫酸根含量（mg/L）＜200鈣離子含量（mg/L）＜200鐵離子含量（mg/L）＜1.0銨離子含量（mg/L）＜1.0溶解硅酸含量（mg/L）＜50堿性水電解槽采用的氫氧化鉀或氫氧化鈉應(yīng)符合GB/T2306、GB/T629的規(guī)定。堿性水電解槽運(yùn)行中,電解液質(zhì)量要求應(yīng)符合表3的規(guī)定。堿性KOH水電解制氫系統(tǒng)電解液品質(zhì)要求名稱指標(biāo)濃度（%）27～32CO32-含量（mg/L）＜100（mg/L）＜3（mg/L）＜800此濃度為采用KOH水溶液時。端壓板端壓板表面應(yīng)光滑整潔，無毛刺、裂痕、銳邊和表面粗糙不平等缺陷。端壓板應(yīng)具有良好的耐腐蝕性能，能夠長時間承受電解液和生成氣體的沖擊，且結(jié)構(gòu)不被破壞。端壓板應(yīng)具有足夠的機(jī)械強(qiáng)度，以承受電解槽在運(yùn)行過程中可能產(chǎn)生的壓力和沖擊。端壓板的尺寸和形狀應(yīng)滿足設(shè)計要求，能夠與電解槽的其他部件精確配合。密封墊電解槽密封墊應(yīng)符合表4的要求密封墊品質(zhì)要求名稱參數(shù)邵氏硬度（度）＞60壓縮率（%）≤7回彈率(%)≥70蠕變率(%)≤6厚度公差(mm)≤0.01極板極板應(yīng)進(jìn)行防腐處理。極板的尺寸應(yīng)根據(jù)電解槽的具體設(shè)計進(jìn)行定制，與電解槽的其他部件精確配合。隔膜隔膜應(yīng)耐高濃度堿液腐蝕且具有較好的機(jī)械強(qiáng)度。隔膜孔隙率應(yīng)盡可能高。在電解溫度和堿液條件下應(yīng)保持化學(xué)穩(wěn)定。隔膜原料應(yīng)符合易得、無毒、無污染，廢棄物易處理的原則。電極電極應(yīng)具有良好的電催化性能，包括較低的過電位、合適的塔菲爾斜率和足夠的工作電流密度。電極的電化學(xué)活性比表面積應(yīng)盡可能大，以提高電解效率。電極應(yīng)具有良好的穩(wěn)定性，包括電流保持率和耐啟停性能，以保證長期連續(xù)運(yùn)行。電極材料應(yīng)耐高溫、耐堿，在高濃度堿液中長期穩(wěn)定工作。電解小室應(yīng)根據(jù)設(shè)計電流密度及有效電解區(qū)域直徑計算出電解槽電流，確定所需的電解小室數(shù)量。電解小室的設(shè)計應(yīng)滿足電解槽的總電壓和總電流，符合預(yù)期的生產(chǎn)需求。設(shè)計時應(yīng)計算電解槽的耗水量，保證有足夠的水供應(yīng)來維持電解反應(yīng)。單個電解小室的反應(yīng)水耗量也應(yīng)計算在內(nèi)。組裝要求電解槽組裝時：應(yīng)使用絕緣螺栓固定，密封墊片的選擇應(yīng)保證水電解槽在工作狀態(tài)不滲漏，并承受槽體開、停時的工作狀態(tài)變化；碟形彈簧的制造要求應(yīng)符合GB/T1972的規(guī)定；焊縫不應(yīng)有氣孔、夾渣和裂紋等缺陷；電解槽的安裝應(yīng)采用單端固定。其他電解槽連接相關(guān)組件其他電解槽連接相關(guān)組件應(yīng)符合GB37562的規(guī)定。自動化監(jiān)測要求壓力傳感器應(yīng)在電解槽出口氫側(cè)、純化設(shè)備出口管路、氫氣輸出口進(jìn)末端設(shè)置壓力傳感器，壓力傳感器實(shí)時監(jiān)測電解過程中壓力變化，與相應(yīng)的報警設(shè)置相關(guān)聯(lián)。溫度傳感器應(yīng)在電解槽氫氣、氧氣出口及電解槽進(jìn)水口處設(shè)置溫度傳感器，系統(tǒng)通過溫度傳感器點(diǎn)位的信號輸入對電解槽的工作溫度進(jìn)行控制。氣體純度檢測器應(yīng)在氫氣、氧氣出氣管線上設(shè)置氫中氧、氧中氫在線分析儀。氫氣純化單元的出氣管線上，應(yīng)設(shè)置微量氧分析儀和露點(diǎn)分析儀。水質(zhì)監(jiān)測裝置應(yīng)設(shè)置在線水質(zhì)監(jiān)測儀表，在參數(shù)超標(biāo)時報警聯(lián)鎖。氫氣泄漏監(jiān)測裝置在水電解制氫系統(tǒng)的房間內(nèi)，應(yīng)在最高處或最易積聚氫氣處設(shè)置氫濃度檢測、報警裝置，應(yīng)符合GB16808、GB12358的要求。自動停車自