粤电集团韶关发电厂设备部环化分部 广东韶关 512132
【摘要】HM200制氢系统装配了一对干燥器，干燥器能够将氢气干燥到常压下露点低于-73℃，一对干燥器运行与再备用是通过PLC、驱动卡、电脉冲、步进电机驱动四通阀门组件转向切换；干燥器四通转换阀出现不会转向的故障，由于氢气发生器干燥器切换及控制系统结构复杂且厂家不再生产备件，因此对其进行改造，改用结构简单的交流110V控制的电动执行器，用电动执行器执行四通阀转换，并对PLC贮存器程序进行补充改动。
【关键词】氢气发生器；干燥器；步进电机；电动执行器
一、前言
韶关发电厂制氢站采用美国TELEDYNE公司生产的HM－200型（产氢量11.2m3/h）制氢设备3套，低压贮氢罐（V＝50m3） 6台，供氢给厂发电机。#1和#2氢气发生器于2000年投产，#3氢气发生器于2004年投产。
H M－ 200型制氢设备的主要参数如下。
1.设计容量：产氢量11.2m3/h。
2.氢气纯度: >99．9998%体积比）；
3.氢气湿度：露点≤－73℃ ;
4.制氢机产氢压力：0.7MPa．
HM－200氢气发生器利用KOH作为电解质，使水通过电解产生氢气和氧气，因为纯水的电离常数很低且电阻较高，纯水电解是无效的，强碱溶液以提供丰富的氢氧根离子（OH-），从而把电极间的电阻降至最低，HM－200氢气发生器使用的电解液为25%重量的KOH强碱水溶液，当电解槽加上一定的直流电压后，直流电流会流到电极上，在每个电极上都发生了各自的半电池电化学反应：
在正极上：4OH → +2H2O+4e-
在负极上：4H2O+4e → 2H2+4OH-
总反应是：2H2O → 2H2 +O2
此反应的速率与流经电极间的电量是成正比例的。在运行期间，硅整流电源上的直流电流表依据用户的需求量指示在(50-280)A之间，相应的直流电压范围在(230-254)V。
HM－200氢气发生器设计成全自动操作。该装置由KOH泵、KOH冷却器、电解槽、凝结器、干燥器、过滤器、电源及控制装置组成。其工艺流程由五个子流程组成：电解液子系统、给水子系统、冷却水与冷凝器冷却水子系统、气体控制和调节子系统、氢气干燥子系统等组成。
操作HM－200氢气发生器所需的输入包括高纯水、电解电力、开车用的冲洗氮及除去废热的冷却水。消耗了这些输入后，系统会产出100Psig（7kg/cm2）的氢气，排入大气中的氧以氢一半的产率产出。HM200-CID2氢气发生装置的系统流程简图如下。
中华人民共和国电力行业标准DL/T651—1998《氢冷发电机氢气湿度的技术要求》。5.2 供发电机充氢、补氢用的新鲜氢气在常压下的允许湿度：新建、扩建电厂(站)：露点温度td≤-50℃。
HM－200氢气发生器为了对氢气湿度进行调节，确保氢气露点≤－73℃，符合国家对氢冷发电机补氢用的新鲜氢气露点温度td≤-50℃的要求。氢气湿度的进一步调节是在干燥器中。干燥工艺过程是利用分子筛小球的吸附作用去除气体中的水蒸汽，干燥器能够将氢气干燥到常压下露点低于-73℃，相应的体积浓度小于1ppm。分子筛小球吸附水蒸汽之后，可通过循环加热程序自动再生。
二、存在的主要问题
HM200制氢系统装配了一对干燥器。它们通过12小时的吸附和脱吸循环自动交替运行，即先经过6小时的吸附运行，而后转入6小时的备用再生处理。干燥器泄压后，干燥器内的电加热器对分子筛小球进行加热，释出已吸收的水蒸汽。一对干燥器运行与再备用是通过步进电机驱动四通阀门组件转向切换：驱动卡接收PLC开关信号并转化为200电脉冲信号，步进电机将接收到的驱动卡电脉冲信号转变为180度角位移，驱动四通阀门组件转向切换。
＃1氢气发生器在2017年6月份发现送往氢罐的氢气温度达到80多度的异常现象，正常情况氢气应是常温，由于氢气是易燃易爆的危险气体，氢气温度高比较危险，＃1氢气发生器无法投运，停机进行故障检查和分析。
经过分析得出故障现象是控制氢气流向的干燥器四通转换阀出现故障，不会转向，氢气一直只往其中一个干燥器通过，当这个干燥器处于再生加热状态时，便出现了氢气温度高的异常现象。由于制氢机是美国TELEDYNE公司生产的早期产品，一对干燥器切换依靠四通转换阀、步进电机及驱动卡，结构复杂且厂家不再生产备件，为了使＃1氢气发生器能正常运行，需对氢气发生器干燥器切换及控制系统进行改造。
三、制定对策和实施
在苏州金诺电气科技有限公司协助下，对＃1干燥器切换及控制装置进行改造。改造思路是彻底摒弃结构复杂的步进电机及驱动卡，而改用结构简单的交流110V控制的电动执行器。用电动执行器执行四通阀转换，并对PLC贮存器程序进行补充改动，利用原交流110V输出模块空余点对电动执行器进行控制。改造后故障消除，＃1氢气发生器一对干燥器恢复正常切换循环自动交替运行。＃1氢气发生器正常投入运行。由于#1和#2氢气发生器于2000年同时投产，为避免相同故障的发生，此次同时对#2氢气发生器干燥器切换及控制装置也进行改造。
改造使用了如下备件：
四、结束语
改进前＃1氢气发生器出现出氢温度高的异常现象，＃1氢气发生器无法投运，对于机组的正常供氢已经产生影响，如果同时投产的＃2氢气发生器也出现同类故障，制氢站正常供氢将非常被动，那么机组的正常用氢将出现困难，将严重影响机组的安全生产。
改进后制氢站氢气发生器都能正常运行，为机组的正常用氢提供保障。此次改造产生的经济效益是很大的。
该改造方式对美国TELEDYNE公司早期生产HM200制氢机都适用，对切换方式是开关方式的转换同样适用
作者简介：
沈伟炎， 1971年4月出生，男，广东省潮州市人，电力化学工程师，现任韶关发电厂设备部环化分部专责。E-mail：swy8014@126.com，电话：0751-6638014或18933713861。
论文作者:沈伟炎
论文发表刊物:《科技新时代》2018年11期
论文发表时间:2019/1/14
标签：氢气论文; 干燥器论文; 发生器论文; 韶关论文; 制氢论文; 子系统论文; 露点论文; 《科技新时代》2018年11期论文;