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氫能安全│電解水制氫産业成熟安全可靠!
浏覽: 發布日期:2019-04-10

  氫能以其清潔、高效的特點被为未来最有潛力的能源載體,然而其安全性常常受到人們質疑。那麼,我們真的應該談“氫”色變嗎?

  目前,氫氣制備方法主要有:熱化制氫如煤制氫和天然氣重整制氫等、工业副産氫提純制氫、水電解制氫、太陽能光催化分解水制氫。

  其中,水電解制氫技術有着無可比拟的優越性:第一,不使用化石燃料,不産生有害氣體;第二,産品氣純度高,通常在99.7%以上;第三,技術成熟,流程及設備簡單;第四,自动化水平高,采用微機控制,操作穩定可靠。

  水電解制氫技術已有一個多世紀曆史,目前有堿性水電解制氫、質子交換膜水電解制氫和固體氧化物水電解制氫。堿性水電解制氫最为成熟,目前應用最为廣泛。

  一百多年来,國外湧現出衆多著名堿性水電解制氫生産廠商,如挪威Hydro公司,Lurgi公司,比利時範登堡IMET公司,電解槽有限公司,意大利米蘭NeNora公司,美國德立台等。目前,我國已發展成为名副其實的水電解制氫産品生産大國,産品數量及規格種類在國際上均位居前列,擁有中船重工第718所、天津制氫設備有限公司及蘇州竟力制氫設備有限公司等10多家企业,其産品除滿足國内生産需求外,還大量出口到世界各地。由于質量可靠,价格相對低廉,深受世界用戶的青睐。海珀爾公司利用風電、光伏等可再生能源,利用堿性水電解制氫技術,助力京津冀地區氫能産业發展,为2022年綠色冬奧服務。

  将一對電極浸沒在電解液中,電極中間隔以防止氣體滲透的隔膜,從而構成水電解池。當給水電解池通以一定的直流電時,水就發生分解,在陰極析出氫氣,陽極析出氧氣,堿液在水中的作用在于增加水的電導率,本身不參加反應。

  堿性水電解制氫具有工藝簡單、操作方便、生産過程不會産生CO2等溫室氣體,且産品純度高(一般可达99% ~ 99.99%)等優點,技術使用最为廣泛。具體工藝流程如圖:

  水電解制氫技術曆经百年發展,在系統安全、電氣安全、設備安全等方面已经形成了完善的安全設計标準體系和安全管理規範。在實際工业化過程中,水電解制氫技術的安全可靠性得到了認證。在建設、生産過程中,遵守及執行《中華人民國安全生産法》、《中華人民國特種設備安全法》等法律法規19項;《氫氣站設計規範》、《加氫站技術規範》、《供配電系統設計規範》等安全标準12項;《中華人民國防震減災法》、《構築物抗震設計規範》等抗震法規及标準5項;消防設計執行的标準及規範約25項及其它相關法規、政策。

 

  廠房建設方面,廠房为甲類廠房,采用單層建築結構,其耐火等級、層數及防火分區的面積嚴格滿足規範要求。如房間上部空間通風良好,頂棚内表面平整,避免死角;廠房頂部最高點設置無动力通風機和軸流風機等自然或強制換氣設備;房間的自然通風換氣次數≥3次/h,排風裝置換氣次數≥12次/h,并與氫氣檢漏裝置聯鎖。

  防電防爆方面,電氣設備及控制儀表均为防爆類型;将設備、管道、構架、電纜金屬外皮、鋼屋架和突出屋面的放空管、風管等接到防接地裝置上;管道法蘭、閥門等連接處,采用金屬線跨接;所有導體均通過接地、跨接等方式嚴格消除靜電。

  工藝流程方面,采用分立式循環的工藝流程。将氫、氧堿液的循環回分立設置,并分别注入分立液道的電解槽氫、氧小室,從而實現氫氣和氧氣的有效隔離,了系統運行的安全、可靠。

  氫氣管道方面,氫氣管道采用無縫鋼管;管道及管件之間采用焊接方式連接,減少可能出現的洩漏點;采用法蘭或螺紋連接管道與設備管口、閥門等,并在連接處采用金屬導線跨接且定期檢查跨接電阻,設備或管道末端接地良好;管道上設放空管、取樣口和吹掃口,其滿足管道内氣體吹掃、置換的要求,且系統内設有含氧量小于0.5%的氮氣置換吹掃設施;氫氣放空管引至室外,且放空口應高于屋頂最高點1m以上,管口處設阻火器以防止火花串入系統引發事故,且應有防雨雪侵入、雜物堵塞及防止雷擊的措施。

  生産方面,水電解制氫裝置采用PLC全自动控制,PLC通過系統中裝配的各類傳感器,實時制氫系統工作時的壓力、溫度、液位、電解電壓、電解電流、閥位狀态等參數,并針對各個指标設置報警值和軟連鎖值;針對關鍵參數如壓力、液位等參數設置機械式硬連鎖儀表及元件,以避免在系統突然斷電或PLC控制系統失控時發生。在水電解制氫裝置中設置氧中氫含量和氫中氧含量在線分析儀,并設置氧中氫和氫中氧含量超量報警裝置,如达到超量極限,則連鎖關機。設氫氣檢漏報警裝置,并與相應的排風機聯鎖,當空氣中氫氣濃度达到0.4%(體積比)時,排風機立即自动。

  能源危機和污染已日益嚴峻, 着人類的和發展,發展可再生能源, 走可持續發展道成为学者研究的焦點。利用可再生能源所産生的電能電解水制氫是成熟和清潔的氫氣制備方式,将是發展氫经濟的優先選擇。

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