摘要：水电解制氢的设备作为电厂发电机冷却,通过高压电下水分解为氧气和氢气达到制氢的目的来代替传统的化学制氢法，在全国各地的电厂得到了广泛应用。相对于传统的化学制氢法而言，水电解制制氢的成本低廉，取材方便、广泛，其原材料仅为水与电力，环保安全。本文就水电解制氢设备的一些实际使用状况、冬季维护要点、经验、设想等方面的工作进行总结、讨论,为水电解法氢气制取的安全生产提供参考。
关键词：水电解；设想；冬季维护；问题
水电解制制氢设备作为领先于化学制氢设备的新型设备，具有有效安全系数高、气体的纯度高、工作量较小、工艺流程安全合理、且无噪音和震动的优点。机器的精密度跟氢气的产量息息相关，因此如何真正的去掌握水电解制氢设备中的工作原理，了解它的必要的机械故障的排除方式就成了尤为重要的一点。更好地去提高机器掌握和操作技巧技能就能更科学高效的维护使用设备，从而达到提高产率的目的。
一、水电解制氢的基本原理
（一）水电解制氢的化学反应式
所谓的水电解制氢系统的主要部分就是水电解制氢机和各种操作单位装置。主机、控制器、储存器和分析仪、注水泵、水箱等相关的器械组成了水电解制氢机，而增压、储存和净化灌充的操作单位装置则构成了另外的部分，这些加在一起就是我们所说的水电解制氢系统。而在这套系统中所应用的化学反应原理就是在电解池中通入直流电（国家的民用电是交流电），将水分子在电极的两段进行电离，使其分解为氢气和氧气的一个过程，这个过程的化学反应式如下所示：
阴极反应式 2H₂O+2e→ H₂↑+2OH
阳极反应式 2OH –2e→1/2 O₂↑+H₂O
总反应式 2 H₂O→2 H₂↑+ O₂↑
（二）水电解法的法则遵从于迈克尔•法拉第的电解定律，即在反应中的气体产量和电流的强度挂钩，成正比例的增长形式。单位气体的电量损耗取决于直流电的电压强度，而电解压力的主要选择是根据氢气用量的需要来确定的。在制氢的系统中，氢气的纯度是取决于制氢机的结构变化和具体的操作情况的，在设备和操作都是一定的情况下，氢气出产的纯度是恒定不变的。
（三）水电解制氢机的设备关键
水电解制氢机的设备关键在于电解槽体，这是该机器的重要配件，它的使用寿命由操作的正确与否来决定。如何使用科学的方式，以及严格遵从操作的规章制度进行操作是让电解槽久经耐用的关键所在。而电解槽的关键是在于电解槽体的槽体维护，所以在使用的时候应当注意以下三点。
（1）槽体的恒定温度应该控制在75摄氏度与80摄氏度之间，工作的时候槽体所受到的压力不能超过3.1兆帕。同时按照测量小室电压，且不能在电解槽的周围放置金属物体，防止金属物体导致小室发生短路从而损坏槽体。
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（2）每个月应当定时检测一次电解液的浓度变化，电解液的浓度理论上不得低于25％~30％（KOH）。每周还应当对氢气的纯度进行分析（氢气纯度在系统正常运行的情况下不会低于99.5％）。
（3）系统过滤器也应当定期安排专业的从业人员进行清洗，要严格防止电极的正极端压板下的绝缘套和绝缘孔浸水，如果浸水则容易发生短路现象损坏机体。同时，在视窗中的氢氧液体的位置在工作的时候应该在可见的部分1/4~3/4范围内，如果超出范围则应当检查系统是否发生损坏，液位的差距应当保持在15Φ以内。
二、冬季对设备的影响
（一）设备的启动
因为设备的精密度较高，所以在温度比较低的冬季情况下，主机工作时的起始温度太低会导致启动困难，甚至无法启动。所以在保证必须的安全前提下，用人为的方式将温度提高到正常的启动温度后再进行启动（同时必须保证工作间内是良好的通风状态，因为是气体作业，所以不通风会导致氢气过剩造成不必要的人员危险）。而具体的方法就是每次主机启动前的一两个小时内（具体的时间由员工自己看天气情况判断），用取暖机对主机的两侧进行加热，但要注意的是不能靠太近，需要有一定的距离才能进行加热作业，否则容易损伤机体，造成损失。当然在条件允许的情况下，在工作间内安装空调的方式也可以达到目的。使用这样的方式让机器的温度先提起来，以便于启动和防止机器突然发热导致的热胀冷缩损坏机器，在机器启动完毕后便可停止升温措施。
（二）设备防冻措施
滤网槽和自来水管是设备的两条命脉，滤网槽是碱液进入电解池的入口，而自来水管是冷却循坏水的必经之路。温度过低的情况下会导致前者受冻变得粘稠，后者结冰冻坏水管，而两者的共同结果就是会损坏电解槽。所以前者的解决方法是使用热的蒸馏水进行清洗，切勿使用普通热水。而后者则是让机器工作到40℃时（具体温度根据室温上下浮动），使用低电压进行压制氢气，电压保持在60V，电流强度保持在100A，从而达到自然冷却的效果，但这种手段下制氢的时间会被加长些许，所以要同时做好自来水管的防冻措施，以免出现自来水管炸裂影响工业。
另外，蒸馏水的储水桶也容易在低温的情况下发生和自来水管一样的情况，也同样会影响到工业的正常进行，所以蒸馏水的使用最好是在开泵之前开始加入，尽量不储存，加多少用多少，这样也能提升工业效率。
最好的解决方法是提高整个工作间的温度，但会需要更多的经费投入，所以在暖气和空调成本未降低的情况下，该情况一般不会被优先选择。
（三）输气管道的保温方式
冬季室外温度长时间都处于较低的温度状态时，如若电解水反应在正常进行过程中出现了氢的液位缓慢下降，并且排除了是储气罐管道的阀门出现问题的情况下，大多是储气罐与放球室的管道路线出现了结冰堵塞情况。因为在制氢机出来的氢气与氧气大多带有0.4％左右的水气，所以当管道温度达到0℃及以下的时候会发生结冰的现象，时间长了会冻裂管道发生气体逸散，所以应当及时处理这种危险的情况,但因为无法确定具体结冰部位所以这种情况是在维护时最难处理的情况。一般情况下通过人进行管道的敲击判断结冰位置后，使用热毛巾敷管道后浇热水的方式。
三、水电解制氢气设备冬季维护的设想
（一）从管道及机器材料上进行改进
冬季维护时出现的问题大多是温度低导致的堵塞和管道冻裂等问题，所以从管道的材料和机器的材料上进行改进是最为直接的一个改进方式，采用控热能力更好、耐腐蚀性和抗冻性更高的材料是未来制氢机的一个出路之一。
（二）从设备外环境进行改良
在设备的外环境加装大量的暖气片或空调等升温设备可以使维护更加简洁，同时也提高了效率，但成本较高是该方法的弊处，所以想办法降低外环境成本的同时，提高外环境的改良方案不失为一个较好的方案。
（三）人员的选择
因为制氢是一个高精密度的工作，所以在工作人员的选择上应当选择更加专业的从业人员进行系统的维护，定时对员工进行维护培训是一个不错的方式方法，同时也希望上级主管部门能加大训练的力度与张度。
四、结束语
综上所述，电解水制氢是一个高危的特殊行业，属于高危工种类别，工作中如若稍微疏忽大意都将会造成不可挽回的重大损失以及严重后果，同时因为氢气属于易燃易爆气体，所以在维护人员的选择上更需要选择具有高度的责任心和敬业精神的专业人员。不能让所谓的各种规章制度仅仅存在于表面，要让其付之于行动是这个行业员工应当具备的基础素质。所以只有熟悉工艺流程，重视设备维修才能使这项工作提高到一个高于现状的标准上，发挥电解水制氢这项精密工作的现代化业务的效益。
参考文献
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[2]雷曦,梁坤.某核电站水电解制氢工艺简介[J].科技视界,2017,(6): 268.
论文作者:迟骊璋
论文发表刊物:《电力设备》2017年第30期
论文发表时间:2018/3/13
标签：制氢论文; 氢气论文; 水电论文; 设备论文; 温度论文; 电解槽论文; 自来论文; 《电力设备》2017年第30期论文;