Электрооборудование и силовое оборудование. Пособие. УТЦ. Балаковская АЭС

3

Так как чистая вода обладает малой электропроводностью, то в качестве электролита применяется раствор щелочи КОН с концентрацией 200-260 г/литр.

При наложении на раствор щелочи электрического поля на электродах протекают следующие химические реакции:

на катоде:

4Í2Î + 4å = 2Í2 + 4ÎÍ-

(образование водорода)

на аноде:

4ÎÍ- - 4å- = 2Í2Î

Суммарно:

2Í2Î= 2Í2 + Î2

Как видно из приведенных реакций, щелочь при электролизе воды не расходуется, обеспечивая только достаточно высокую электрическую проводимость раствора.

При работе электролизера постоянно расходуется вода, поэтому в электролизер во время работы нужно непрерывно периодически подавать питательную воду.

Электролизерная установка оборудована двумя электролизерами типа СЭУ-20. Один электролизер является рабочим и обеспечивает покрытие потребностей в водороде всех генераторов, другой - резервный, при необходимости разрешается одновременная работа

Биполяр

1 - электрод основной

2 - электрод выносной

3 - электрод выносной А - сторона анода К - сторона катода

Б - уплотнительные поверхности

Рама диафрагменная

5

Биполярные электроды при прохождении через электролизер постоянного тока выделяют на стороне катода пузырьки водорода, а на стороне анода образуются пузырьки кислорода.

Выделяющиеся на электродах газы разделены асбестовой тканью (диафрагмой), прикрепленной к диафрагменным рамам.

Диафрагменная рама кольцеобразной формы по своей внутренней поверхности имеет канавку, в которой с помощью натяжного кольца закреплена диафрагма из асбестовой ткани специальной плотности. Натяжное кольцо снабжено распорным элементом.

В теле диафрагменной рамы имеются сквозные пазы, которые при сборке рам с биполярными электродами и прокладками образуют каналы для подвода электролита и отвода водорода и кислорода. Пазы соединены с внутренней полостью рамы радиальными отверстиями.

Асбестовая ткань диафрагмы обладает таким свойством, что пропускает через себя заряженные частицы щелочи, а газа нет.

Для компенсации температурных удлинений электролизера на концах стяжных болтов установлены тарельчатые пружины. Стяжные болты изолированы от концевых плит с помощью специальных втулок.

Образовавшиеся на электродах пузырьки водорода и кислорода отрываются от электродов, поднимаются в верхнюю часть электролизера и вместе с увлекаемыми частицами электролита выводятся из электролизера по газовым каналам через соответствующие штуцеры в средней раме и поступают в разделительные колонки через

расширители (см. рисунок электролизера).

Расширители на газоотводных трубах электролизеров предназначены для снижения пульсаций давления газоэлектролитной эмульсии в каналах и газоотводных трубах (поток из ламинарного превращается в турбулентный) и частичного разделения газов от электролита.

Расширители представляют собой сосуды с внутренними перфорированными трубами.

1 - ðàìà

2 - кольцо

3 - вставка замыкающая

4 - диафрагма В,Г - уплотнительные поверхности

Д - выход кислорода Е - выход водорода

Ж,И - вход электролита

7

Разделительные колонки (см. технологическую схему СЭУ-20) предназначены для отделения газов от щелочи, охлаждения и обеспечения непрерывной циркуляции электролита. Циркуляция основана на естественном принципе, на разнице в плотностях наполненного пузырьками газов электролита в разделительных колонках. Циркуляция щелочи в системе необходима для поддержания нормального теплового режима и для выравнивания концентрации щелочи в отдельных участках электролизера. Из разделительных колонок газы поступают в регуляторы-промыватели газов.

Регуляторы-промыватели водорода и кислорода сообщены по жидкости и разделены по газу. Жидкостная система регуляторовпромывателей во время работы связана с жидкостной системой электролизера для поступления расходуемой в процессе электролиза воды. Питание регуляторов-промывателей расходуемой в процессе электролиза воды. Питание регуляторов-промывателей водой осуществляется автоматически из питательного бака. При опускании уровня воды в регуляторе-промывателе водорода ниже питающего штуцера, водород выходит в питательный бак, вытесняя из него эквивалентное количество воды в регулятор-промыватель. Это происходит до тех пор, пока уровень воды в регуляторе-промывателе водорода не поднимется выше врезки штуцера. Таким образом, при наличии воды в питательном баке уровень в регуляторе-промывателе водорода, а следовательно, и в регуляторе-промывателе кислорода поддерживается постоянным. В питательном баке уровень воды непрерывно понижается. Расход воды составляет в среднем 850 г/м3 водорода. С помощью регуляторов-промывателей происходит выравнивание давления водорода и кислорода в электролизере и отмывка газов от остатков электролита. Газы барботируют через слой конденсата при этом и очищаясь от щелочного тумана. Равенство давлений регуляторы-промыватели обеспечивают при помощи поплавковых клапанов. Так как водород собирается в ресиверы и расходуется при заведомо большем давлении, чем кислород, схема работает так, что клапан регулятора давления кислорода большей частью закрыт, в то время как клапан регулятора давления водорода практически всегда открыт. При этом водород поступает в ресиверы, а кислород накапливается в газовом пространстве регуляторапромывателя. Поэтому давление кислорода внутри установки растет быстрее, чем давление водорода. Поплавок в регуляторе-промывателе кислорода опускается и открывает игольчатый клапан для выхода газа. Уровень жидкости в регуляторе-промывателе кислорода колеблется на высоте закрытия поплавкового клапана. Подпитка системы дистиллятом производится только в регуляторе-промывателе водорода. Для осуществления автоматической подпитки системы конденсатом необходимо поддерживать давление водорода за регулятором-промывателем выше, чем давление кислорода.

Водород, выходящий из регулятора-промывателя, содержит водяные пары. Для снижения влажности применяется адсорбционная сушка водорода. Осушительная установка включает в себя два осушителяадсорбера, каждый из которых попеременно является или рабочим, или регенерирующим. В качестве сорбента применяется силикагель, регенерация сорбента производится тем же газом, который подвергается сушке. Водород после регулятора давления, пройдя змеевиковый холодильник и сепаратор, поступает в паровой подогреватель, где нагревается до температуры 180-200Î С. Нагретый водород поступает в тот из двух осушителей, который в данный момент находится в регенерации. В рубашку этого осушителя для ускорения подогрева силикагеля попадает пар. Проходя через силикагель, водород нагревает его, десорбирует и испаряет влагу, затем поступает в водяной холодильник и сепаратор, где водяные пары конденсируются и отделяются от газа. Вода стекает в сборник конденсата, откуда она периодически дренируется. После холодильника водород, охлажденный до температуры 20-30Î С, поступает в рабочий холодный осушитель, где проходя через слой силикагеля, осушается. Во время сушки в рубашку рабочего адсорбера попадает холодная вода, так как при поглощении силикагелем водяных паров выделяется тепло. Осушенный водород через обратный клапан подается в ресиверы.

Электрическая схема питания СЭУ-20

8

Давление водорода и кислорода зависит от их выработки и расхода. Давление водорода в системе должно превышать давление в ресиверах не более, чем на 0,5 кгс/см2. Равенство давлений водорода и кислорода в регуляторах-промывателях является первым условием безопасной эксплуатации электролизной установки, так как при возникновении опасного перепада давлений возможны передавливания воды из одной системы в другую и образование взрывоопасной смеси. В разделительных колонках уровни электролита зависят только от его концентрации и стабильны вне связи с режимом работы электролизера. Визуально уровни жидкости в аппаратах контролируются по указателям уровня, расположенным на разделительных колонках и регуляторахпромывателях газа.

Чистота водорода и кислорода является важнейшим показателем технологического режима электролизной установки. Нормально работающая электролизная установка вырабатывает газы высокой чистоты. Чистота газов непрерывно контролируется при помощи автоматических газоанализаторов. Чистота водорода должна быть не ниже 99,5%, а кислорода не ниже 98,5%.

Для приготовления электролита служит специальный бак и насос с электроприводом. Щелочь высыпается в обтянутую сеткой корзину бака растворителя, растворение производится струей конденсата, подаваемого насосом.

В качестве конденсата для нужд электролизной установки используется обессоленная вода, подводимая из фильтровального зала ХВО. Химобессоленная вода, используемая для охлаждения выпрямителей, возвращается обратно в ХЦ.

Производимый электролизером водород накапливается в ресиверах. Кислород может выпускаться в атмосферу или накапливаться в ресиверах.

Ресиверы служат для создания запаса водорода и являются буферной емкостью, обеспечивающей возможность непрерывной работы электролизной установки с постоянной производительностью при меняющемся потреблении водорода, который по мере необходимости подается в генератор.

Накопление выработанного водорода производится в девяти ресиверах емкость 80 м2 каждый и рабочим давлением 9,0 кгс/см2. Выработанный кислород может накапливаться в трех ресиверах емкостью 80м3 каждый.

Продувка электролизера осуществляется азотом. Для запаса азота смонтированы два ресивера емкостью 80 м3 каждый и рабочим давлением 9,0 кгс/см2.

К азотной рампе ЭУ должны быть постоянно подключены два баллона с азотом.

Азот в баллонах, используемый для продувки ЭУ, должен иметь чистоту не менее 97,5%.

Анализ азота из баллонов выполняет персонал ХЦ. Запись о результатах анализа делается в журнал химического контроля ЭУ.

Для питания электролизера постоянным током предназначен щит постоянного тока, который состоит из двух секций. Каждая секция щита постоянного тока питается от выпрямительных агрегатов ТДВ1-1250/115УХЛУ.

Схема питания постоянным током предусматривает возможность раздельной работы любого преобразовательного агрегата с любым электролизером. Параллельная работа двух преобразовательных агрегатов на общие шины не предусмотрена. Вся коммутационная аппаратура силовых цепей постоянного тока размещается на щите постоянного тока. Кроме того, на ЩПТ смонтировано устройство контроля изоляции в сети постоянного тока. Преобразовательный агрегат типа ТДВ1-1250/15Т установлен в комплекте с трансформатором ТЗСПМ-200/0,7.

9

Автоматика и КИП ЭУ

Для контроля за параметрами при нормальной эксплуатации СЭУ-20 предусматриваются приборы местного контроля:

манометры;

термометры; указатели уровня в сосудах.

Электролизная установка оснащена следующими приборами: автоматическими газоанализаторами для измерения содержания Н2 â Î2 è Î2 â Í2 показывающего и записывающего типа; дифманометрами, контролирующими разность давлений между Н2 и О2;

электроконтактными манометрами, контролирующими температуру газов и электролита; автоматическими газоанализаторами, измеряющими

содержание Н2 в воздухе помещений электролизеров.

Для контроля за электрическими параметрами на электролизной установке предусмотрены следующие контрольно-измерительные приборы и устройства:

амперметры и вольтметры в цепях ТДВ 1; амперметры и вольтметры в цепях электролизера;

вольтметры на каждой секции сборных шин постоянного тока.

Для подготовки средств измерения следует (выполняет персонал ЦТАИ по заявке НСЭЦ):

подогреть датчики автоматических газоанализаторов ТХГ-5А и ТХГ-5Б. Включить датчики на прогрев нужно приблизительно за 7 часов до включения приборов в работу. После того, как температура датчиков достигнет номинального значения (205+5О С), подать в датчики приборов азот, предварительно продув рабочую колонку газоочистительного устройства азотом; проверить на азоте при давлении 0,1+0,015МПа(0,1+15кгс/см2)

нуль вторичных приборов (после установки нуля оставить приборы включенными и перед подачей в датчики водорода и кислорода повторно продуть их азотом); залить водой разъединительные сосуды дифференциального

манометра-уровнемера и электроконтактного манометра,

10

проверить нуль вторичного прибора дифференциального манометра-уровнемера; ввести уставки технологических защит, срабатывающих при нарушениях режима работы;

проверить работу схемы защиты и сигнализации имитацией возможных неисправностей.

Примечание:

Понижение до нуля содержания примесей в газах свидетельствует об отсутствии протока газов через датчики газоанализаторов ТХГ. Расход газа через приборы должен быть таким, чтобы поплавки ротаметров находились на середине шкалы расходомера. Включение приборов КИП, операции с вентилями на приборах производит персонал ЦТАИ.

Оперативное

обслуживание

электролизной

установки

При автоматической работе электролизной установки постоянный контроль ведет аппаратчик электролизной, а в его отсутствие обслуживание производится ДЭМом ОСО. Обходы производятся не реже одного раза в смену. При осмотре работающей установки необходимо проверять:

наличие протока в системе охлаждения тиристоров;

давление Н2 è Î2; нагрузку и напряжение на электролизере;

отсутствие звуковых сигналов электролизной установки; отсутствие выпавших указателей защит; положение уровней электролита в разделительных колонках рабочего электролизера;

открытое положение вентилей В-2, К-2 для выпуска в атмосферу на остановленном электролизере; показания газоанализаторов по чистоте Н2, Î2 и по наличию Н2 в помещении;

соответствие показаний дифференциального манометрауровнемера уровням воды в регуляторах давления работающего электролизера; наличие воды в гидрозатворе кислорода;

расход газов в датчиках газоанализаторов (по ротаметрам); наличие воды в питательных баках; отсутствие течей электролита и пропуска газов;

внешнее состояние вспомогательного оборудования; температуру электролита; давление пара;

сопротивление изоляции в сети постоянного тока; работу теплоспутников (вводятся в работу при снижении температуры наружного воздуха до +5Î С); наличие необходимых надписей.

В соответствии с правилами ПУГ-69 ежесуточно должен производиться наружный осмотр фланцевых соединений и сальниковых уплотнений арматуры в помещении ЭУ.

Эту работу выполняет аппаратчик электролизной, а в его отсутствие ДЭМ ОСО в смену с 7.30 часов.

При работе СЭУ-20 аппаратчик электролизной, а в его отсутствие ДЭМ ОСО ведет следующую документацию:

журнал наблюдений за СЭУ-20 и ресиверами; журнал контроля СЭУ-20;

журнал проверки напряжения на ячейках электролизеров; журнал химического контроля работы установки СЭУ-20; журнал проверок, опробований и ремонтов.

11

Журналы: контроля СЭУ-20, химического контроля работы СЭУ-20 и проверки напряжения на ячейках электролизеров заполняются согласно подстрочному тексту в сроки, указанные в регламентах СЭУ-20 и после проведения ремонта.

Журналы: контроля СЭУ-20, химического контроля работы СЭУ-20 и проверки напряжения на ячейках электролизеров ведет ДЭУ, а в его отсутствие - ДЭМ ОСО в смену с 7.30 часов.

В журнале наблюдений за СЭУ-20 и ресиверами в хронологической последовательности должна фиксироваться следующая информация:

об осмотрах, выявленных дефектах и неполадках оборудования;

îпереключениях в схеме ЭУ и ресиверов;

îнагрузке и напряжении на электролизерах;

îвыполнении регламентных и ремонтных работ.

Âвыходные и праздничные дни, вечернее и ночное время суток указанные записи производятся ДЭМом ОСО в своем оперативном журнале.

Âжурнале проверок, опробований и ремонтов делаются записи о всех проверках (включая регламентные работы), опробованиях и ремонтах, проводимых персоналом цехов, обслуживающих ÑÝÓ-20

(ХЦ, ЦТАИ, ЭЦ) и заключения об исправности проверяемого оборудования и возможности его дальнейшей эксплуатации. Журнал заполняют лица, выполняющие указанные работы.

Объем и периодичность химического контроля работы ЭУ приведены в таблице.

Регламент химического контроля работы СЭУ

12

Объем и периодичность проверок оборудования ЭУ приведены в таблице.

Регламент проверок оборудования СЭУ-20, выполняемых дежурным персоналом

При отключении на срок до одного часа аппараты ЭУ остаются под рабочим давлением газов. При этом следует закрыть:

вентиль подпитки водой разделительных колонок Д-4; вентиль подачи водорода в ресиверы В-8 или В-9.

При отключении ЭУ на срок до четырех часов следует:

закрыть вентили автоматической подпитки системы водой Д-3, В-4, Д-4; закрыть вентиль подачи водорода в ресиверы В-8, В-9; отключить ЭУ;

открыть вентили выпуска газов в атмосферу К-2, В-2; снизить давление в аппаратах до 1-2 кгс/см2; проверить закрытое положение вентиля выпуска водорода в атмосферу В-2;

вентиль выпуска в атмосферу кислорода оставить открытым, предварительно проверив наличие воды в гидрозатворе.

При отключении электролизера на срок более четырех часов установка должна быть отключена и продута азотом согласно инструкции по эксплуатации СЭУ-20.

Если установка отключилась от действия защиты, на ЦЩУ подается сигнал. После получения сигнала оперативный персонал должен прибыть на установку не позднее, чем через 15 минут после отключения.

Прибыв на электролизную установку, персонал, в первую очередь, должен установить причину отключения, а затем:

закрыть вентили автоматической подпитки ХОВ Д-3, В-4, Д-4; закрыть вентиль подачи водорода в ресиверы В-8, В-9; установить нормальные уровни конденсата в регуляторах давления, если они сместились; снизить давление и вывести установку в ремонт.

Повторный пуск можно производить только после полного выявления и устранения причины отключения установки защитой.

Если производительности одного электролизера достаточно для восполнения утечек и продувок всех турбогенераторов, то в работе должен находиться один электролизер.

Переход с рабочего электролизера на резервный должен осуществляться примерно один раз в квартал.

Величина тока определяется потребностью в водороде, однако, при очень низких нагрузках (менее 100 А) качество газов ухудшается, при очень высоких нагрузках возможны местные перегревы.

При отсутствии азота на АКС в ресиверах или неисправности магистрали для продувки ЭУ использовать азот в баллонах.