一种水电解制氢装置预启动自动置换装置及其置换方法与流程

本发明涉及水电解制氢，特别是涉及一种水电解制氢装置预启动自动置换装置及其置换方法。

背景技术：

1、现如今，市场上所应用的水电解制氢设备在开机投用前，为保证水电解制氢过程的安全性，均需要对制氢系统气体工艺管路进行氮气置换，从而确保制氢设备开机后氢气和氧气气体纯度，保障水电解制氢的安全性，消除安全风险因素。随着水电解制氢应用场景的多元化，市场对制氢设备的制氢能力提出了更高要求，但随着制氢设备产气量的增大，开机前氮气置换的方式并未有所改变，仍需要操作人员手动开关阀门来完成该步骤，存在置换氮气效率低，便捷性不足等问题，为客户的操作使用带来不便。

2、为了解决上述问题，本发明提供一种水电解制氢装置预启动自动置换装置及其置换方法，来解决换氮气效率低且不便捷的问题。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种水电解制氢装置预启动自动置换装置及其置换方法，达到提到氮气置换效率且操作便捷的目的。

2、为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

3、一种水电解制氢装置预启动自动置换装置，包括plc控制系统、氧侧置换系统、氢侧置换系统以及与所述氧侧置换系统和氧侧置换系统连通的氮气输送系统，所述氧侧置换系统包括依次连通的氧侧气液分离器、氧侧气体洗涤器、氧侧气体冷却器、氧侧气水分离器以及氧侧放空管道，所述氢侧置换系统包括依次连通的氢侧气液分离器、氢侧气体洗涤器、氢侧气体冷却器、氢侧气水分离器以及氢侧放空管道，所述氧侧放空管道沿远离所述氧侧气水分离器的方向依次设置有氧侧切断阀和压力调节阀，所述氢侧放空管道沿远离所述氢侧气水分离器的方向依次设置有氢侧切断阀和液位调节阀，所述氧侧气液分离器上设置有系统压力变送器并通过所述plc控制系统与所述压力调节阀连锁控制系统压力调节，所述氧侧气液分离器和所述氢侧气液分离器上分别设置有氧侧液位变送器和所述氢侧液位变送器，并通过通过plc控制系统与液位调节阀连锁控制氢侧液分离器和氧侧气液分离器液位动态平衡，所述氧侧放空管道上位于所述氧侧切断阀与所述压力调节阀之间的区域设置有氢气分析仪，所述氢侧放空管道上位于所述氢侧切断阀与所述液位调节阀之间的区域设置有氧气分析仪，并通过所述plc控制系统将所述氧量分析仪和所述氢气分析仪分别与所述氮气输送系统上的氮气总入口电磁阀相连锁。

4、优选地，所述氧侧放空管道和所述氢侧放空管道上分别设置有氧侧保护旁路阀和氢侧保护旁路阀。

5、优选地，所述氮气输送系统包括包括氮气输送管路以及设置在所述氮气输送管路上的氮气总入口电磁阀，所述氮气输送管路分别通过氧侧支路和所述氢侧支路分别与所述氧侧气液分离器和氢侧气液分离器连通。

6、优选地，所述氧侧支路上沿远离所述氧侧气液分离器的方向依次设置有氧侧氮气入口电磁阀和所述氧侧氮气入口止回阀，所述氢侧支路上沿远离所述氢侧气液分离器的方向依次设置有氢侧氮气入口电磁阀和所述氢侧氮气入口止回阀。

7、一种水电解制氢装置预启动自动置换方法，包括以下步骤：

8、第一步：通过plc控制系统将氧量分析仪与氮气总入口电磁阀进行连锁，将氧量分析仪所检测的氧气含量与开机工艺控制指标设定值进行比对和判定，从而连锁控制氮气总入口电磁阀的开关；当氧气含量小于开机工艺控制指标设定值时，不需要打开氮气总入口阀；当氧气含量大于开机工艺控制指标设定值，打开氮气总入口阀并通入氮气后，通过连锁远程开启氧侧氮气入口电磁阀和氢侧氮气入口电磁阀。

9、第二步：通过plc控制系统将氢气分析仪与氮气总入口电磁阀相连锁，将氢气分析仪所检测的氢气含量与开机工艺控制指标设定值进行比对和判定；当氢气分析仪检测的氢气含量和氧量分析仪所检测的氧气含量均低于开机工艺控制指标设定值时氮气总入口电磁阀关闭，并停止氮气通入。

10、第三步：通过plc控制系统将系统压力变送器与压力调节阀相连锁；将系统压力变送器所测得压力值与氮气置换时系统压力设定上限值进行比对和判定，从而控制调小压力调节阀的开度大小，将系统压力升至设定上限值；待系统压力稳定上限值一定时间后，连锁将系统压力变送器所测得压力值与氮气置换时系统压力设定下限值进行比对和判定，从而控制调大压力调节阀的开度大小，将系统压力降至下限值；并如此反复多次该连锁操作。

11、第四步：根据第一步和第二步所提出的连锁，即通过plc控制系统将氧量分析仪与氮气总入口电磁阀进行连锁；通过plc控制系统将氢气分析仪与氮气总入口电磁阀v1相连锁。当氧量分析仪和氢气分析仪所检测的气体含量均低于开机工艺控制指标设定值时，将连锁关闭氮气总入口电磁阀，同时连锁关闭氧侧氮气入口电磁阀和氢侧氮气入口电磁阀,并连锁系统压力维持在当前压力值，至此置换氮气的自动化控制操作结束，具备制氢设备通电制气的开机条件。

12、优选地，由于第三步所提出的连锁控制操作，将导致氧侧气液分离器和氢侧气液分离器液位发生波动，出现较大液位差情况，进而影响氢氧侧系统压力平衡，为解决在置换氮气过程中所出现的大液位差问题，将氧侧液位变送器和氢侧液位变送器所测得液位与液位差工艺设定值进行比对和判定，从而通过控制调节液位调节阀的开度大小来改变氢侧和氧侧制氢系统的压力差，进而调节氧侧气液分离器和氢侧气液分离器液位，实现降低氢侧和氧侧的液位差的目的。

13、本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：

14、1.本发明实现制氢系统氮气置换的自动化控制，提高氮气置换的稳定性和便捷性。减少制氢设备氮气置换时的现场操作环节，缩短氮气置换时间。提出制氢系统中氮气置换自动化控制方法和控制逻辑，保障氮气置换稳定性和可靠性。

技术特征：

1.一种水电解制氢装置预启动自动置换装置，其特征在于，包括plc控制系统、氧侧置换系统、氢侧置换系统以及与所述氧侧置换系统和氧侧置换系统连通的氮气输送系统，所述氧侧置换系统包括依次连通的氧侧气液分离器、氧侧气体洗涤器、氧侧气体冷却器、氧侧气水分离器以及氧侧放空管道，所述氢侧置换系统包括依次连通的氢侧气液分离器、氢侧气体洗涤器、氢侧气体冷却器、氢侧气水分离器以及氢侧放空管道，所述氧侧放空管道沿远离所述氧侧气水分离器的方向依次设置有氧侧切断阀和压力调节阀，所述氢侧放空管道沿远离所述氢侧气水分离器的方向依次设置有氢侧切断阀和液位调节阀，所述氧侧气液分离器上设置有系统压力变送器并通过所述plc控制系统与所述压力调节阀连锁控制系统压力调节，所述氧侧气液分离器和所述氢侧气液分离器上分别设置有氧侧液位变送器和所述氢侧液位变送器，并通过通过plc控制系统与液位调节阀连锁控制氢侧液分离器和氧侧气液分离器液位动态平衡，所述氧侧放空管道上位于所述氧侧切断阀与所述压力调节阀之间的区域设置有氢气分析仪，所述氢侧放空管道上位于所述氢侧切断阀与所述液位调节阀之间的区域设置有氧气分析仪，并通过所述plc控制系统将所述氧量分析仪和所述氢气分析仪分别与所述氮气输送系统上的氮气总入口电磁阀相连锁。

2.根据权利要求1所述的一种水电解制氢装置预启动自动置换装置，其特征在于，所述氧侧放空管道和所述氢侧放空管道上分别设置有氧侧保护旁路阀和氢侧保护旁路阀。

3.根据权利要求1所述的一种水电解制氢装置预启动自动置换装置，其特征在于，所述氮气输送系统包括包括氮气输送管路以及设置在所述氮气输送管路上的氮气总入口电磁阀，所述氮气输送管路分别通过氧侧支路和所述氢侧支路分别与所述氧侧气液分离器和氢侧气液分离器连通。

4.根据权利要求3所述的一种水电解制氢装置预启动自动置换装置，其特征在于，所述氧侧支路上沿远离所述氧侧气液分离器的方向依次设置有氧侧氮气入口电磁阀和所述氧侧氮气入口止回阀，所述氢侧支路上沿远离所述氢侧气液分离器的方向依次设置有氢侧氮气入口电磁阀和所述氢侧氮气入口止回阀。

5.一种水电解制氢装置预启动自动置换方法，其特征在于，应用权利要求1至4任一项所述的水电解制氢装置预启动自动置换装置，包括以下步骤：

6.根据权利要求5所述的一种水电解制氢装置预启动自动置换方法，其特征在于，由于第三步所提出的连锁控制操作，将导致氧侧气液分离器和氢侧气液分离器液位发生波动，出现较大液位差情况，进而影响氢氧侧系统压力平衡，为解决在置换氮气过程中所出现的大液位差问题，将氧侧液位变送器和氢侧液位变送器所测得液位与液位差工艺设定值进行比对和判定，从而通过控制调节液位调节阀的开度大小来改变氢侧和氧侧制氢系统的压力差，进而调节氧侧气液分离器和氢侧气液分离器液位，实现降低氢侧和氧侧的液位差的目的。

技术总结本发明公开了一种水电解制氢装置预启动自动置换装置及其置换方法，包括PLC控制系统、氧侧置换系统、氢侧置换系统以及与所述氧侧置换系统和氧侧置换系统连通的氮气输送系统，所述氧侧置换系统包括依次连通的氧侧气液分离器、氧侧气体洗涤器、氧侧气体冷却器、氧侧气水分离器以及氧侧放空管道；本发明实现制氢系统氮气置换的自动化控制，提高氮气置换的稳定性和便捷性。减少制氢设备氮气置换时的现场操作环节，缩短氮气置换时间。提出制氢系统中氮气置换自动化控制方法和控制逻辑，保障氮气置换稳定性和可靠性。技术研发人员：王彦东,柳鹏飞,张海龙,孙敬轩,杨炎,成博受保护的技术使用者：陕西华秦新能源科技有限责任公司技术研发日：技术公布日：2024/6/26