4.1.3 Описание технологического процесса и принципиальная технологическая схема с обозначением основного технологического оборудования

Схема технологического процесса производства водорода и план-схема в аксонометрии представлена на рисунках 3-6.

Приготовление и фильтрация электролита

Для изготовления электролита применяется технический гидрат окиси калия (КОН) высшего сорта в виде чешуек в полиэтиленовых мешках (ГОСТ 9285–78 [10]). Концентрация КОН в растворе составляет 390–400 г/л, что соответствует плотности электролита при температуре 20ºC 1280–1300 кг/м³.

Перед изготовлением электролита тщательно вымывают бак для щелочи, затем загружают 800 кг КОН (на один электролизер). После этого в бак подают обессоленную воду 800 л, открыв вентили № 119 и 120. Раствор перемешивается насосом, для чего открывают вентили № 19 и 17. После полного растворения щелочи проверяют плотность раствора. При 20ºC плотность составляет 1,28–1,30 г/см³. После достижения заданной концентрации (плотности) электролита вводят в него двухромовокислый калий (К₂Сr₂О₇) марки ЧДА по ГОСТ 4220–75 [11] из расчета 2 г на 1 л электролита. Двухромовокислый калий добавляют в электролит для снижения поляризации электродов и уменьшения утечек тока по клапанам. После приготовления электролит закачивают в электролизер насосом.

Заполнение системы ЭУ электролитом и дистиллированной водой

Предварительно собирают схему перекачки электролита из бака для щелочи в электролизер, для чего:

1. открывают вентили № 2/1 (2/2), 4/1 (4/2), 10/1 (10/2), 16 и 19;

2. насосом закачивают электролит через фильтр в систему электролизера до появления уровня жидкости в указателях уровня разделительных колонок;

3. закрывают вентили № 16 и 19.

Перед заполнением обессоленной водой регуляторов давления и питательных баков:

4. промывают трубопроводы, подводящие конденсат к системе, открыв вентили № 26 и 28;

5. после окончания промывки закрывают вентиль № 28;

6. открывают вентиль № 31/1 (31/2) на линии подачи обессоленной воды в промыватель;

7. открывают вентиль № 27 и заполняют промыватели-регуляторы обессоленной водой до нижних меток на указателях уровня регуляторов давления;

8. закрывают вентиль № 31/1 (31/2);

9. открывают вентили № 24 и 25, связывающие питательные баки с атмосферой;

10. заполняют питательные баки до появления воды через вентиль № 25;

11. закрывают вентили № 27, 26, 24 и 25.

Заполнение водой гидрозатворов

Для заполнения водой гидрозатвора на линии водорода или кислорода собирают схему, открыв соответствующий вентиль № 71, и заполняют гидрозатвор водой до середины меток на указателях уровня, после чего закрывают вентиль подачи охлаждающей воды.

Продувка азотом аппаратов и трубопроводов

Предпусковую продувку установки азотом производят для предотвращения образования взрывоопасной смеси водорода с воздухом в аппаратах и трубопроводах. Для продувки применяют азот с содержанием кислорода не более 2,5%.

Продувку одного из электролизеров производят:

1. при закрытом вентиле № 41 открывают вентили № 1/1 (1/2), 3/1 (3/2), 61, 62, 65, 66, 81, 97, 98, 72 и 40;

2. затем открывают вентили подачи азота № 9, 22 и 21 и вентиль № 10/1 (10/2 – на продуваемом электролизере). При продувке давление в аппаратах установки поддерживают равным 0,2 – 0,5 ати. Продувку закончиют, когда анализ газа из вентилей № 115 и 116 покажет содержание азота не менее 97%.

При положительном результате анализа закрывают вентили № 67, 68, 97 и 98. Продувают азотом вакуумный насос, для чего:

3. открывают вентили № 77 и 77А;

4. плавно открывают вентиль № 71 и продувают насос в течение 5 минут;

5. закрывают вентили № 77А и 71;

6. продувают перепускной трубопровод открытием на 5 минут вентиля № 69;

7. закрывают вентили № 69 и 77.

Кратковременным открытием вентилей № 101, 106 продувают импульсные трубки и датчики газоанализатора ГТВ-1101. После окончания продувки закрывают вентили № 40, 72, 10/1 (10/2), 21, 22 и 9.

Подготовка средств измерения к включению в работу

Для обеспечения оперативного контроля за рабочим процессом электролизная установка оборудована следующими средствами измерения:

1. прибор ГТВ-1101 В3 – контроль содержания О₂ в Н₂;

2. прибор ГТВ-1101 В3 – контроль содержания Н₂ в О₂;

3. манометры – на регуляторах давления, на линии подачи Н₂, О₂ в ресиверы, на разделительных колонках – на линии выброса газов в атмосферу;

4. прибор ВЗГ-В4А – контроль содержания Н₂ в воздухе помещения СЭУ-20/10;

5. прибор ДМ-6 – для контроля за перепадом давления в регуляторах давления Н₂ и О₂.

Продувка ресиверов

Вытеснение воздуха азотом ведется до содержания азота в выдуваемом газе не менее 97%.

Пуск первого электролизера при неработающем втором

При этом проверяются:

1. уровни жидкости в аппаратах;

2. полярность электролизера;

3. изоляцию стяжных болтов и монополярных плит;

4. наличие воды в гидрозатворах;

5. открытие вентилей манометров и дифференциального манометра-уровнемера.

Положение вентилей. Открываются:

6. вентиль № 8/1 (8/2) – на линии циркуляции электролита;

7. вентили № 1/1 (1/2) и 3/1 (3/2) – на выходе газов из регуляторов давления;

8. дифманометр – на пусковом электролизере;

9. вентили № 111/1 (111/2) и 112/1 (112/2);

10. на блоке осушки водорода – вентили № 61 (62, 80, 81), 65 (66, 97, 98) и 72;

11. вентили № 2/1 (2/2) и 4/1 (4/2) – на невключенном электролизере.

Включение установки адсорбционной осушки

В этом режиме в рубашку адсорбера подана охлаждающая вода. Адсорбер подключен с одной стороны к СЭУ-20, с другой стороны – к ресиверам. Водород от электролизера поступает в корпус адсорбера. За счет резкого охлаждения влага из водорода конденсируется и поглощается сорбентом. Затем уже осушенный водород поступает в ресиверы. В режиме осушки работает один адсорбер из четырех. При переходе с одного адсорбера на другой сначала поставят в режим осушки резервный адсорбер, а затем выводят работающий.

Постановка в режим осушки.

Исходное состояние – адсорбер в резерве и полностью охлажден:

1. закрывают подпитку СЭУ-20 вентилем № 31/1 (31/2);

2. подают воду в рубашку адсорбера, открыв вентили:

А	Б	В	Г
128, 82	126, 83	90, 94	91, 70

3. открывают вход и выход водорода в адсорбер, открыв вентили:

А	Б	В	Г
61, 65	62, 66	80, 97	81, 98

4. проверяют, что открыт вентиль № 72 к ресиверам;

5. открывают подпитку СЭУ-20 вентилем № 31/1 (31/2).

Заполнение ресиверов

Для заполнения ресиверов:

1. собирают схему продувки ресиверов для водорода;

2. закрывают вентиль № 2/1 (2/2) выпуска водорода из ЭУ в атмосферу;

3. открывают вентили № 42/1 (42/2) и 41 подачи водорода в ресиверы. При продувке поддерживают давление в ресиверах в пределах 0,5–1,0 ати;

4. после того, как содержание водорода в выпускаемом из ресиверов газе достигнет 99,0%, закрывают вентили выпуска водорода из ресиверов, открывают дренажные вентили ресиверов и продувают нижнюю часть каждого ресивера до содержания водорода 99,0%;

5. закрывают дренажные вентили ресиверов, и приступают к накапливанию водорода в ресиверах. Во избежание потери запасов H₂ при возможных утечках запрещается ставить на заполнение и расход более двух групп водородных ресиверов.

Полученные водород и кислород в электролизере при разложении воды постоянным током поступают вместе с электролитом в разделительные колонки. В разделительных колонках газы отделяются от электролита и направляются в регуляторы - промыватели газа, где происходит отмывка газов от остатков электролита, а освобожденный от газов электролит охлаждается и возвращается в электролизеры. Регуляторы – промыватели газа в нижней части соединены между собой для выравнивания давления водорода и кислорода в электролизере. Выше регуляторов - промывателей установлены уравнительные баки, из которых питательная вода самотеком поступает в жидкостную систему регуляторов. При заполнении водой уравнительных баков водород из них выпускают в атмосферу через расширитель. В осушителях, холодильниках, сепараторах производиться осушка газа от остатков электролита. Затем по трубопроводу через обратный клапан водород поступает на хранение в ресиверы.

Из ресиверов водород поступает на заполнение турбогенератора в машзал.

Хранение водорода производится в семи парах ресиверов на 20 м³.

Выброс газов в атмосферу производится через гидрозатворы, а водород еще дополнительно через огнепреградитель.

Рисунок 3− Принципиальная технологическая схема процесса

Рисунок 4− Продолжение принципиальной технологической схемы процесса

Рисунок 5 – Продолжение принципиальной технологической схемы процесса

Таблица 5− Условные обозначения

№ поз.	Маркировка	Наименование	Тип	Параметры	Кол.	Примечание
1		Редуктор кислородный
2		Вентиль
3		Вакуумный насос
4		Спиртовой термометр
5		Клапан обратный
6		Клапан предохранительный
7		Сливная воронка
8		Выхлоп в атмосферу
9		Направлен. потока жидкости
10		Направление потока газа
11	Э	Электролит
12	А	Азот
13	ПВ	Продувка водорода
14	В	Водород
15	ПК	Продувка кислорода
16	К	Кислород
17	СВ	Сжатый воздух
18	ОП	Отработанный пар
19	П	Пар
20	ХОВ	Хим. обессоленная вода
21	ОВ	Охлажденная вода

Продолжение таблицы 5

№ поз.	Маркировка	Наименование	Тип	Параметры	Кол.	Примечание
22	1	Электролизер	СЭУ-20		2
23	2	Разделит. колонка для Н2			2
24	3	Разделит. колонка для О2			2
25	4	Промыватель водорода			2
26	5	Промыватель кислорода			2
27	6	Уравнительный бак			2
28	7	Холодильник водяной для Н2			1
29	8	Холодильник водяной для О2			1
30	9	Сепаратор для Н2			1
31	10	Сепаратор для О2			1
32	11	Сборник конденсата			2
33	12	Ротаметр			1
34	14	Осушитель водорода			4
35	15	Вакуум насос			1
36	16	Ресивер для водорода			14
37	17	Расширитель			1
38	18	Гидрозатвор для О2, Н2			1
39	19	Бак для щелочи			1
40	20	Насос щелочной			1
41	21	Фильтр для щелочи			1
42	22	Азотная рампа			1

Продолжение таблицы 5

№ поз.	Маркировка	Наименование	Тип	Параметры	Кол.	Примечание
43	23	Ресивер для азота			2
44	25	Огнепреградитель гравийный			2
45	26	Газоанализатор для О2			1
46	27	Газоанализатор для Н2			1
47		Пробоотборная точка

Рисунок 6−План-схема размещения основного технологического оборудования, в котором обращаются опасные вещества