制氢装备电解液自动配置与补充系统及方法与流程

本发明涉及碱性水电解，特别是涉及一种制氢装备电解液自动配置与补充系统及方法。

背景技术：

1、碱性水电解电解池离不开电解液，电解液不能提前配比，提前配比后，容易与空气产生反应，影响纯度，因此电解液都为现场配置，目前普遍使用的电解液配置取样过程如下：水电解制氢装置在安装完毕后，首先进行15％的稀碱试运行，试运行完成后在进行30％浓度的正常开机，在这两个前期调试时间，需要人工将氢氧化钾倒入配碱箱，并人工进行搅拌，待氢氧化钾与水反应完成、降温后，利用循环泵将配置好的koh抽至制氢系统。该过程中存在以下问题：

2、(1)水电解制氢过程中氢氧化钾会有少量消耗，koh浓度的降低影响制氢产量，增加能耗，所以需要人工定期取样、分析。若浓度降低，需要停机配置、补充电解液。

3、(2)中都存在电解液(氢氧化钾水溶液)配置、取样，配置、取样的过程中因遇水反应会产生过量的热，液体飞溅会对人体眼睛、皮肤产生灼伤，刺激性气味可能影响呼吸。电解液目前采用氢氧化钾分析纯配置，氢氧化钾具有高腐蚀性，属于危险化学品，使用不当容易造成伤害。

4、(3)定期取样做不到对系统的实时监测，无法及时、计划性处理系统问题，增加耗能。

5、(4)制氢系统补水泵普遍采用柱塞式计量泵，再输送水时没有问题，但在补充含有氢氧化钾电解液时会损坏泵头，做不到补水的同时补碱。需要补充电解液时，系统必须停机，利用碱液循环泵进行补充，然后在开机运行系统。

技术实现思路

1、发明目的：本发明的目的是提供一种能够自动完成电解液自动配置与补充的制氢装备电解液自动配置与补充系统及方法

2、技术方案：本发明的一种制氢装备电解液自动配置与补充系统，包括上位机系统、水电解系统和与水电解系统连通的自动配液系统，所述自动配液系统包括控制系统、称重系统、配液系统、输送系统和在线监测系统，所述称重系统包括密封式投料斗机构、输送皮带机构和称重传感器，所述配液系统包括搅拌机构、搅拌罐和补水系统，所述输送系统包括磁力泵和控制阀组，所述在线监测系统包括密度取样表、二次取样罐和控制气动阀组。

3、所述水电解系统为通用水电解系统，包括氢分离器、氧分离器、电解池，所述自动配液系统的搅拌罐和补水系统分别与电解池连通。

4、进一步的，所述密封式投料斗机构为带有密封盖的投料斗，所述输送皮带机构包括设置于投料斗下方的输送皮带和称重皮带，所述称重传感器安装于称重皮带上，所述皮带输送机构与搅拌罐连通。

5、进一步的，所述搅拌机构包括防爆搅拌电机和安装于搅拌罐内的双层搅拌桨，所述搅拌罐内还设有溶液温度监测装置及液位监测装置，所述液温度监测装置及液位监测装置与控制系统通信连接。

6、进一步的，所述密度取样表包括安装于二次取样罐内的差压式密度计和安装于所述水电解系统的制氢系统电解池电解液进口管道上的音叉密度计。

7、进一步的，所述控制系统为plc控制系统，所述控制系统配有数据远传系统，通过物料网系统，实现数据远传，所述plc控制系统还设有显示触摸屏。

8、进一步的，所述二次取样罐上还设有安全阀。

9、进一步的，所述水电解系统包括氢分离器、氧分离器、电解池和换热器，所述补水系统包括纯水机和纯水水箱，所述纯水机与搅拌罐连通，所述纯水水箱作为水电解系统的补水装置与水电解系统连通，所述纯水水箱与水电解系统连通的管道上设有补水泵，补水泵两侧设有控制阀。

10、进一步的，所述投投料斗上方安装有侧开式密封盖，所述输送皮带安装有可视护罩，所述输送皮带和称重皮带具有耐酸碱功能，所述输送皮带机构的输送电机采用摆线式防爆减速机。

11、本发明的一种制氢装备电解液自动配置与补充方法，使用如上所述的一种制氢装备电解液自动配置与补充系统，具体包括以下步骤：

12、s1：设置系统正常运行温度下电解液密度下限值以及停机后室温下电解液密度下限值和电解液最低密度值

13、s2：系统运行过程中，在线监测系统监测到电解池电解液进口管道中电解液密度低于设定值要求时，开启第一阀门、第二阀门，电解液进入二次取样罐，阀门开启10min后关闭，此时二次取样罐电解液温度与系统温度相同，控制系统对电解密度进行采集，并与音叉密度计进行比较，经过对比计算确认电解液浓度是否降低、是否需要补充电解液，如需补充则进入s3；

14、s3：通过音叉密度计及二次取样罐内的差压式密度计的数据对比，并根据溶液的密度计算公式：ρ＝m/v及仪表内部厂家设定程序，控制系统自动计算系统所需要补充氢氧化钾的重量，顺控执行下一步；

15、s4：上位机系统提示制氢系统氢氧化钾的补充量，操作人员在上位机系统确认后并启动电解液补充流程，控制系统根据设定浓度自动计算补水量，开启纯水机阀门，使纯水机制取后的纯水进入搅拌罐，达到设定水位关闭纯水机阀门；

16、s5：输送皮带将投料斗内的氢氧化钾缓慢传送至称重皮带，当称重传感器检测到氢氧化钾已达到补充量时，停止输送皮带，同时称重皮带将氢氧化钾投入进搅拌罐中；

17、s6：当制氢系统达到补水液位下限值且搅拌罐内电解液温度达到标准值，开启磁力泵两侧阀门，关闭冷却塔循环水进口阀门，启动磁力泵，等待制氢系统补水指令，并分多次将配置好的电解液注入系统，电解液补充时磁力泵及其控制阀门与补水泵及其控制阀门处于二选一状态，连锁控制。

18、进一步的，还包括首次制氢系统开机及大修首次配置电解液步骤：

19、s00：控制系统根据设定水量、浓度自动计算氢氧化钾用量，上位机需要设置用水量、电解液浓度百分比和配比次数参数；

20、s01：将袋装氢氧化钾导入料斗，系统自动根据投料斗内的称重器反馈并提示氢氧化钾投入量；

21、s02：上位机选择总电解液配置模式，启动控制系统，纯水机阀门开启，经过搅拌罐内的液位液位监测装置达到设定水位，关闭阀门纯水机阀门；

22、s03：水位到达设定值后，启动搅拌机构，控制系统输送驱动电机速度，使输送皮带缓慢将氢氧化钾输送到称重皮带，并经称重皮带传送至搅拌罐内；

23、s04：搅拌罐内温度装置实时检测罐内温度，当罐内温度下降到可以进入制氢系统后，开启第一阀门、第二阀门，开启碱液循环泵，利用系统自带碱液循环泵将配置好的电解液输送到电解池内，搅拌罐通过液位监测，达到最低液位时，停止系统碱液循环泵输送，阀门回复正常运行状态；

24、s05：系统选择多次配置模式，系统完成s04后自动切换到s01，系统多次配比，总投放量不变。

25、有益效果：与现有技术相比，本发明具有如下优点：(1)本发明可以实现水电解制氢装置电解液浓度的在线检测，通过两种不同工作方式的密度计，可以有效增加检测精准度；(2)本发明可以在系统不停机转态下补充电解液，提高工作效率；(3)本发明降低复杂的流程操作、人工切换阀门等，目前只需与人工将氢氧化钾投入到料斗仓，其它流程均有系统自动完成，同时，利用plc控制及上位机系统，从人工现场操作机器到实现人工智能控制机器，从而有效减少人身安全事故的发生，降低在配置电解液过程中因飞溅产生的对人体伤害；(4)本发明可以有效控制电解液在合格浓度，有利于降低能源消耗，提高产量。