QDQ2-1型水电解制氢中常见问题及解决处理--中国期刊网

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QDQ2-1型水电解制氢中常见问题及解决处理

发表时间：2020/1/8 来源：《科技新时代》2019年11期作者：山发梅

[导读] 自QDQ2-1型水电解制氢设备投入到气象业务使用以来，逐渐得到了广大涉氢人员的喜爱，还在很大程度上解决了化学制氢中对环境产生的污染。

山发梅
        （青海省玉树州气象局，青海玉树 815099）

        摘要：自QDQ2-1型水电解制氢设备投入到气象业务使用以来，逐渐得到了广大涉氢人员的喜爱，还在很大程度上解决了化学制氢中对环境产生的污染。本文通过分析QDQ2-1型水电解制氢中常见的问题进行了分析，并给出了有针对性的解决处理办法，仅供同行进行参考借鉴。
        关键词：水电解制氢   常见问题   解决处理
        1、QDQ2-1型水电解制氢设备基本原理
        水电解制氢是当前制氢最为方便的方法，在电解槽中充满氢氧化钠或氢氧化钾，之后直接连接直流电，电极上的水分子则会发生电化学反应，之后会产生氧气和氢气，此时直流电的电压需在51V左右。电解反应式如下：
        阴极反应
        阳极反应
        总反应式
        在库伦定律的基础上，气体产出量同电流之间呈现出正相关关系，同其它因素不相关。将氢氧化钾加入到电解槽内可以使水的电导性能得到提升，自身并不会参与到电解反应出来，理论上来说，氢氧化钾反应前后的量是保持平衡的。单位气体消耗的电量同电解电压密切相关，电解槽工作时的温度越高，电解电压数值就越低，由于隔膜材料会有一定程度的腐蚀，将会使电解槽材料增加。在长期使用石棉的过程中，应控制碱液的温度在100℃以下，而操作温度应在80~85℃之间。根据氢气的用量来选择合适的电解压力。结合制氢的总反应式，一个水分子可以电解成一个氢气和1/2个氧气，氢气的量是氧气的2倍。在启动整流器的过程中，将直流电压增加到51V时，氢气会在电解小室阴极侧出现，而阳极侧则会有氧气产生。
        2、QDQ2-1型水电解制氢中常见问题及解决处理
        2.1制氢时工作压力不断减少
        在实际的制氢过程中，若是发现工作压力呈现出缓慢下降的趋势，为了确保工作压力稳定或者是缓慢增压，需要工作人员做好增压。出现这种情况的原因可能是①调整氢、氧平衡阀膜片不当或者平衡阀膜片有裂缝出现；②减压阀出现漏气。为了尽快解决制氢工作压力不断减少的问题，①工作人员可以对氢、氧平衡阀膜片进行调整或者是重新更换平衡阀膜片；②对减压阀进行换新。在日常工作中，需要工作人员适当控制减压阀的开关动作，避免因过于担心是否上紧而在关闭阀门后仍旧用力拧，使得阀门顶针出现磨损，导致阀门漏气，降低了工作压力。
        2.2管路结冰
        玉树州冬季气温极低，在建设之初会在室外暴露氢气储存管路，即使有防护保温层，因氢气刚生产时的温度过高，管路内外温差较大，会出现水汽凝结现象，进而造成管路结冰。若是充气阀经常结冰。可隔离开充气阀所在的小范围区域，将制氢安全范围内的暖气设备进行正确接入；若是储氢管路出现结冰，可以选择具有冬夏之分的两套管路交替使用，正常管路的使用条件是室外温度过高，没有结冰现象，而另一套管路的使用条件则是室外温度过低，且有结冰现象，并将一个阀门安装在管路最低点处，以将管路中的凝结水放出来。不仅可以防止储氢故障，还可以避免因管路凝结过多的水而出现微尘；若氧放空后管路出现结冰，针对不收集氧气进行二次加工的氧气管，可将室内的部分加高，始终确保氧气管从内向外朝下方倾斜，凝结水可以顺势流出，避免冻结。另外，还可以将三通和阀门安装在室内的管路上，通过软管连接通到室外，也可以防止管路结冰。
        2.3氢、氧液面异常
        在将储氢阀门打开后，氧液位会快速增加，而氢液位则大幅度减少。该故障的出现的原因可能是：①分离氢的除雾器出口可能被异物堵塞；②调整膜片不当或氢平衡阀堵塞；③未打开储氢进气阀门；④储氢管路出现堵塞；⑤止回阀因卡死不能正常打开。在将储氧阀门打开后，氧液位大幅度减少，氢液位则会快速上升。其原因可能是①分离氧的除雾器出口可能被异物堵塞；②调整膜片不当或氧平衡阀堵塞；③未打开氧放空阀；④氧气管路出现堵塞。
        一旦氢、氧液面出现异常情况，应及时进行解决处理：①做好氢、氧除雾器的清洗工作；②对氢、氧平衡阀门进行清洗、调整；③做好止回阀的清洗或更换工作；④选择储氢罐内的高压气体对管路杂质进行清理；⑤查看对应的阀门是否打开。
        在实际的维修维护中，需要工作人员选择分段查看的方法对故障部位进行检查。若是将储氢阀打开后，氧液位大幅度增加，氢液位则快速下降，可及时断开氢储存上的止回阀后管路，检查止回阀出气是否正常，若正常，则说明管路发生堵塞，反之，可能是止回阀异常或氢分离除雾器气孔堵塞。在开机检查的过程中，为了防止碱液喷洒到身上，应与制氢机保持一段的距离，同时还要第一时间关机。在对制氢、氧平衡阀进行清洗、调整的过程中，应正确安装膜片，还要查看顶针的磨损程度，调整的间隙需在3mm左右，使用定位销判断顶针的垂直程度。
        3、制氢中的注意事项
        3.1定时测量电解槽电压
        在每次开机后、制氢中、关机前的这段时间内，应严格按照规定要求每间隔三小时做好小室电压的测量工作，正常情况下的电压值不高于2.4V。小室电压同总电压、室内温度及制氢温度密切相关，温度越高，小室的电压越低，反之亦然。通常情况下，小室电压在刚开机时最高，且第一和最后两小室的电压要高于其它小室。
        3.2配置的电解液不应与空气长期接触
        对于氢氧化钠和氢氧化钾来说，若是放置在空气中，极易与空气中的二氧化碳发生反应，进而产生碳酸钠或碳酸钾，增强了电解液中的碳酸根含量，使得碳酸盐增大。随着温度的变化，碳酸盐的溶解度也会随之改变。温度越高，溶解度越大，反之亦然。在电解槽工作温度过低的情况下，在槽内将会出现碳酸盐颗粒，沉积于电解小室、气体小管或碱液中，严重的情况下会堵塞管路，影响制氢工作的正常进行。因此，应对电解液中的碳酸盐含量进行定期测量。
        3.3定期清洗电解槽
        对于电解槽来说，当工作时间达到6000h后需及时进行清洗，因为一段时间的运行后，会有大量的微量杂质聚集在电解槽内，进而降低储氢气体纯度，还会对制氢小室电压产生影响。清洗电解槽可在一定程度上稳定气体纯度，同时还能将槽内的部分杂质清除干净，但是清洗过程中会有部分电解液消耗，应适当对其进行清洗。
        3.4注意通风
        在高温季节来临时，需做好制氢室内的通风工作，特别是控制室。在制氢机工作温度正常的情况下，也会因故障问题而停机，其原因是控制室机体温度过高，应及时将室内门窗打开进行通风，同时还要将配电机柜前后门及时打开，选择电风扇强制通风降温。

        参考文献：
        [1]刘涛,支竣,徐文霞.QDQ2-1型水电解制氢设备的正确使用及故障解决[J].沙漠与绿洲气象,2011,5(S1):52-53.
        [2]韦振华.QDQ2-1型水电解制氢设备常见故障分析及其维护[J].气象研究与应用,2012,33(S1):215-216.


        作者简介：山发梅（1974-），女，汉族，青海湟中人，本科学历，工程师，从事：高空探测。