4 工艺系统4。0。1,本条规定了确定氢气站制氢系统类型的主要因素.1、氢气广泛用于电子,冶金，电力,建材,石油化工等行业,由于用途不同、要求供应的氢气纯度 压力等技术参数均不相同.表2是各行业使用氢气的主要技术参数。2 各行各业使用氢气的企业,由于产品品种.产能规模的不同和电力供应.含氢原料气供应的差异、需要经过比较选择合适的制氢方法和适用的制氢工艺系统 所以本条提供了确定制氢工艺系统类型的基本因素，供氢气站设计人员参照执行。如,某用氢企业地处水力发电十分丰富的地区或者当地电网谷段电价低廉 而该单位的氢气用量不大,若自建氢气站时,可选用比小时用氢量大的压力型水电解制氢系统,在电网谷段生产氢气储存在压力氢气罐内，利用水电价廉或峰谷电价差.降低氢气成本,经技术经济比较可在较短时间回收所增加的建设投资时。宜选用工作压力大于1、6MPa的压力型水电解制氢装置,同上一例.若该用氢企业邻近处有丰富。低廉的副产氢气，焦炉煤气.氯碱厂副产氢等,时,经技术经济比较.也可采用变压吸附法提纯氢获得所需的氢气 目前国内商业化的制氢系统主要有两大类,一是水电解制氢系统、这是采用水电解法制取氢气,氧气 此类系统按操作压力划分为常压型 压力型，按产品氢气纯度划分为普气型,纯气型,目前水电解制氢系统氢产量最大为350Nm3。h。但制气能力可达500Nm3 h,水电解制氢系统具有氢气纯度高,维护操作方便，但电能消耗较大,二是变压吸附法。简称PSA法,提纯氢系统，这类系统因原料气的不同、其提纯氢系统有不同的设备配置,PSA提纯氢系统有普气型 纯气型，国产PSA提纯氢系统的最大处理能力达20万,30万Nm3 h 只要需用氢气的企业 地区有合适的原料气,如煤制合成气 天然气，煤层气，焦炉煤气，氯碱厂副产氢气.石油炼厂含氢气体和甲醇转化气等。且氢气用量较大 均以采用PSA提纯氢系统为宜，鉴于上述两大类制氢系统的特点，本条规定 氢气站的制氢系统类型的选择,应按氢气站的规模。当地的资源或含氢原料气状况.产品氢的纯度,杂质含量和压力等要求，经技术经济比较后确定，4 0。2、本条是水电解制氢系统应设有的装置要求 1,水电解制氢过程中。目前还主要采用石棉隔膜布将氢电解小室和氧电解小室分别制取的氢气,氧气分隔，使水电解制氢装置不会发生氢气.氧气相互掺混形成爆鸣气。但石棉布必须浸泡在电解液中.呈现湿润状态方能起到分隔氢气 氧气的作用.因此、在水电解制氢装置运行中。必须确保氢 氧侧 阴极，阳极侧,的压力差不能过大.若超过某一设定值后、就会造成某一电解小室或多个电解小室的、干槽，现象 从而使氢气。氧气互相掺混,降低氢气或氧气的纯度、严重时形成爆炸混合气。这是十分危险的,极易引起事故的发生,所以本款规定,应设置压力调节装置,以确保氢气.氧气之间的压差设定值 氢。氧气之间的压差值的规定.与水电解制氢装置的气道与隔膜框的结构尺寸有关。我们在调查统计国内外商品化生产的水电解槽有关结构尺寸的基础上,在本款中规定水电解槽出口氢气 氧气之间的压差值宜小于0、5kPa，此值均小于现有水电解槽气道至隔膜框上石棉布的距离 并有一定的富裕度、2。鉴于水电解制氢装置在开车、停车或发生事故时 都应将纯度不合格的气体或置换气体排入大气、只有在经过取样分析、气体纯度符合规定后、才能把气体送入气体总管,为此。本款规定,每套水电解制氢装置的氢气 氧气出气管与氢气、氧气总管之间、应设置放空管,切断阀和取样分析阀、3、本款规定、在水电解制氢系统中 应设有原料水制备装置，包括原料水箱、原料水泵等。水电解制氢的原料水系统与其工作压力有关.常压水电解制氢系统的原料水都是定期用原料水泵注入高位水箱。再由高位水箱定期或连续地流入水电解槽.补充原料水，压力型水电解制氢系统的原料水是定期或连续、手动或自动，地用原料水泵直接注入或注入平衡水箱、在平衡水箱内接有气体平衡管.使平衡水箱内的压力与制氢系统内气体压力一致 确保原料水顺利流入水电解槽，致于原料水箱中的原料水从何处引入，则与各企业的具体条件有关。各行各业的用氢企业差异较大、所以本规范对原料水来源不作规定 但是无论是何种情况。何种水电解制氢装置,均需设有原料水箱。原料水泵。而原料水泵出口压力只与水电解制氢系统的工作压力有关 为此本条对原料水供应只作基本内容的规定.4,水电解制氢系统所需碱液 电解液 都是在氢气站内进行配制,在水电解槽检修时、为减少消耗和改善环境。都是将水电解槽中的碱液回收后重复使用,因此、本款规定，水电解制氢系统应设有碱液配制，回收装置,水电解槽运行时。电解液.碱液.在水电解槽。分离器,冷却器之间不断循环。带走水电解过程产生的热量.为避免电解液中过多的杂质堵塞进液孔或出气孔或在电解小室内沉积机械杂质,为提高水电解槽使用寿命和电能效率。在水电解制氢系统的碱液循环管道上,均设有碱液过滤器.为确保水电解槽的正常运行，本款规定、水电解槽入口应设碱液过滤器.在一些企业的水电解制氢系统的碱液制备.循环管路上 不仅在水电解槽入口设有碱液过滤器。还在碱液配制箱出口管路等处设有碱液过滤器.4.0，3、制定本条的依据是，1,水电解制氢系统在制取氢气的同时也产生氧气。产量为氢气量的一半、氧气若回收使用。可提高氢气站的经济效益，节约电能、相应降低氢气的单位能耗，当氢气站所在单位使用氧气时，可采用中压或低压氧气管道输送 当所在单位不使用或少量使用氧气时,则需将氧气加压灌瓶外销.据调查了解，近年来许多采用水电解制氢的氢气站都回收氧气使用或灌瓶外销。如.上海某厂氢气站,氢气生产能力为150m3.h。氧气生产能力为75m3 h、在进行氢气站技术改造时,增加了氧气回收灌瓶系统、增加建筑面积300m2和600m3氧气罐1只.氧气压缩机2台.每天可提供360瓶氧气，既增加了收入。每年又可节约电能75万kW.h。江苏，化工厂氢气站副产氧气回收灌瓶多年 氧气灌瓶可达1500瓶。d、取得了较好的社会效益和经济效益 为此本条规定。可根据工厂的具体情况、采用不同方式回收利用，2，目前许多工厂已将氧气灌瓶外销.并积累了许多有益的经验、但严格控制水电解氧气的纯度至关重要、若纯度降低或不稳定、将使瓶装氧气质量下降、严重时 还可能造成氧气纯度较大幅度降低,以至形成爆炸混合气，将会发生爆炸事故、据了解。与电解氧回收利用相关的爆炸事故时有发生。为防止电解氧气灌瓶及使用中爆炸事故的发生 本条规定、当回收电解氧气时.必须设置氧中氢自动分析和手工分析仪装置。之所以还须设手工分析装置、是为了更为严格地、可靠地确保安全、定期采用手工分析、既能校核自动仪表可靠性.又可提高操作人员的安全生产意识、同时。还应设氧中氢含量报警装置 3 若氧气不回收直接排入大气时.对常压型水电解制氢系统需设置氧气调节水封,利用水封高度，保持氢侧.氧侧的压力平衡。压力型水电解制氢系统可设氧气排空水封、以便压力调节装置的正常运行。保持氢侧，氧侧压力平衡。水封高度约为1500mm、如,在电力系统用于氢冷火力发电机组供应氢气的氢气站，通常装设产氢量5。10Nm3 h水电解制氢装置制取氢气，氧气产量较小 各发电厂氢气站都不回收电解氧气.均设有氧气排空水封,其水封高度约1500mm、4 0。4。变压吸附提纯氢系统设置通常应根据下列因素确定.1，变压吸附的原理是基于不同的气体组分在相同的压力下在吸附剂上的吸附能力有差异,同一气体组分在不同的压力下在吸附剂上的吸附能力亦有差异的特性,通常周期性的压力变化。实现气体的分离提纯和被吸附气体的解吸.原料气组成的差异直接影响系统的配置 组成复杂的原料气 根据其杂质的成分及含量应增设预处理设施.且杂质组成将直接影响产品氢的收率，原料气的压力 组成决定选用吸附剂的类型 配比及用量。2.产品氢气的压力取决于吸附压力的选择.若超出吸附压力.需增设产品增压系统,氢气的纯度决定系统设置,一般氢气纯度要求可通过变压吸附分离直接得到满足,对杂质含量有特殊要求者还应增设产品氢纯化系统 如焦炉煤气变压吸附制氢装置的脱氧及干燥系统.3 氢气使用的连续性决定设备的配置，连续性较强的变压吸附提纯氢气系统中配置的活塞式压缩机、真空泵等配套设备均应设备用，吸附器及阀门的配置应实现程序控制阀及仪表等的在线维修、氢气负荷变化可通过多床吸附器的切换及调整吸附时间来实现，4 变压吸附提纯氢系统的配置和压力的选择 在一定的范围内吸附压力高有利于吸附过程向正方向进行.可减少吸附剂的用量，但是增加了设备的成本及能耗 采用抽真空解吸的变压吸附提氢工艺与常压解吸工艺比较.前者可增加氢气的回收率。但同时又增加设备的投资及能耗，所以 变压吸附提纯氢工艺的设置在满足工艺要求的同时应考虑技术经济因素.4,0.5.变压吸附提纯氢系统，通常应设有下列装置。1,原料气中一些在变压吸附系统吸附剂上通过常规降压手段难于解吸或可使吸附剂中毒失效的杂质组分.必须在变压吸附前增设预处理系统.如通过在变压吸附前设变温吸附预处理装置可脱除高碳烃类的杂质。增加脱硫工序可脱除原料气中的硫化物等、2、变压吸附提纯氢气的吸附压力通常为0，7,3 0、MPa、若低于0，7MPa.吸附剂吸附杂质的能力降低、不能保证提纯氢气的纯度及装置的处理能力 对提高氢气收率也不利。需增加原料气增压设施、以保证吸附压力，或满足用户对氢气压力的需求,3,变压吸附提纯氢气装置包括吸附器组 吸附剂,程序控制阀及控制系统,吸附器组及程序控制阀是变压吸附提纯氢装置的主要组成部分 4。变压吸附提纯氢装置氢气的输出虽然是连续的 但随着时序的变化,每个周期输出的氢气气量和压力均有一定的波动.故增设氢气缓冲罐可使输出氢气的压力波动减少 流量稳定,每个周期内输出的解吸气是不连续的，如果对解吸气有连续性和稳定性的要求，则应增设解吸气缓冲罐，5，视原料气的组成情况、通常提纯氢气后的解吸气热值增高 可通过增压返回到厂区燃料气管网作气体燃料。回收能量,4,0.6.甲醇制氢系统 通常应设有下列装置.1.原料甲醇及脱盐水的储存。输送装置。甲醇裂解制氢的原料是甲醇和脱盐水.甲醇储罐是必不可少的设备、甲醇裂解反应在1,0，MPa，220,280.下，在专用催化剂上进行，所以甲醇或脱盐水均需通过泵输送到反应器中,2.甲醇裂解装置的主要设备是甲醇转化反应器.甲醇转化反应在此进行 根据反应温度的要求、外部供热一般采用加热导热油为反应器提供热量.通过增设换热器回收转化器的热量、以达到热量的合理利用,因此 甲醇转化制氢系统应设有甲醇转化反应器及其辅助装置。如加热炉或加热器。热回收设备等 3。甲醇转化反应的转化气组成 H2为73,74 C02为23.24，5.CO为0.1 O，其余为甲醇及饱和水，为获得纯氢产品应设置变压吸附装置、经分离可获得99,99。999，纯度的氢气，4.0、7，为防止氢气压缩机的吸气管道产生负压和制氢装置出口氢气压力波动 并由此引起制氢装置不能正常运行或发生空气渗入氢气系统形成爆炸混合气,为此 本条规定氢气压缩机前应设氢气缓冲罐、据调查了解。氢气站内设有多台氢气压缩机时.许多单位都是采用从同一氢气管道吸气,所以本条作了。数台氢气压缩机可并联从同一氢气管道吸气,的规定、同时为确保安全生产 本条还规定凡数台氢气压缩机经同一根吸气管吸气时、应装设确保氢气保持正压的措施，如设氢气压力报警 回流调节装置。氢气压缩机的进气管与排气管之间设旁通管等措施，为了使中 低压氢气压缩机在开车,调节负荷时，不会发生大量氢气排入大气、提高运行安全度、减少氢气排放量 节约电能 本条规定在中，低压氢气压缩机的进气.排气管之间。应设回流旁通管 回流旁通管上的调节阀在氢气压缩机正常运转时 一般适当开启，氢气回流以减少氢气压缩机的开停次数,有利于氢气站的安全运行。回流旁通管上的调节阀一般采用手动，气动。自力式等 4。0 8。氢气压缩机的安全保护装置的设置,是确保其安全、稳定。可靠运行的重要保证.也是确保氢气站安全运行的重要条件,因此本条为强制性条文，本条第1款的规定、是对氢气压缩机进行超压保护,确保安全、可靠运行的必须具备措施之一 第2款至第5款都是氢气压缩机的安全保护措施、这里特别要强调说明的是 氢气压缩机的进气氢气管应设低压报警和超限停机装置 由于氢气为可燃气体.不允许在氢气压缩机进口氢气压力的不正常降低，若因操作不慎进口压力降低以致吸入空气。形成爆炸混合气 将可能造成严重人身伤亡.设备损坏的事故 所以本条作为强制性条文的规定。设计时必须遵守.第5款规定的进口,出口氢气管路应设有置换吹扫口,这是确保初次投产或氢气压缩机检修前、后的安全保护措施。本条的第2款至第4款的安全保护装置一般是由氢气压缩机制造厂配套提供 4 0，9，本条是对氢气站，供氢站的储气设施提出的要求，1.氢气站。供氢站一般设有一定储量的储气设施,目前氢气储气设施主要有两类、一是高。中,低压氢气罐,氢气罐的储氢压力、储氢能力应按制氢设备.或供氢装置,的压力。氢气用户的用氢压力、用氢量及其负荷变化状况等因素确定。高压氢气罐,压力大于15 MPa.具有储氢能力大.能满足各类用户的需求、中压。压力大于1。6。MPa。低压、压力小于或等于1.6 MPa.氢气罐的储氢能力主要根据制氢或供氢压力.用氢压力和均衡连续供氢要求确定。二是金属氢化物储氢材料,它是依据金属氢化物在不同压力.不同温度下的吸氢。放氢特性储存氢气.目前一些科研单位正研制储氢性能优良的储氢材料和装置，但由于储氢能力尚不理想.还不能满足实际应用的要求。但是这种储氢方法将是未来氢能应用中具有巨大竞争力的储氢方法.2、在供氢站或燃料电池汽车用加氢站中、为了满足灌充高压氢气或汽车加氢的需要。一般应设置高压,如压力大于40MPa、氢气罐 对这种高压氢气罐升压充氢或接收外部供应的氢气进行升压，需设置增压用氢气压缩机,这种增压氢气压缩机可采用膜式压缩机或气动。液动增压机。4 0.10。本条第1款是氢气罐的超压保护装置，是确保氢气罐安全。可靠运行必须具备的基本技术措施.第2款的规定是氢气站设计,运行的经验教训总结,由于氢气比重仅为O,069。空气为1.O时.在使用氮气吹扫置换时、若系统的最高点或氢气罐的最高点未设放空管、则很难将系统内的氢气吹扫置换干净，有时甚至吹扫数天也不能达到规定值 如某研究所的一座湿式氢气罐.为检修动火 打开氢气罐放空管排放氢气达7d、因未用氮气吹扫置换.仍发生了氢气罐爆炸事故，造成设备损坏、3人死亡 为此，本条规定、在氢气罐顶部最高点必须装设放空管 4.0。11，各种制氢系统的氢气中冷凝水排放过程中将不可避免地有少量氢气同时排出，若操作不当或操作人员未及时关好冷凝水排放阀 使氢气排入房间内或在排水管、沟。中形成爆炸混合物.将会造成爆炸事故等严重后果、据调查,曾在一些工厂多次发生此类事故,如、上海某厂氢气管道积水。在气水分离器处向房间内直接排水.曾在一次排放冷凝水过程中.操作人员违章离开现场。致使氢气排入房间内，氢气浓度达到了爆炸极限 当操作人员开灯时,发生爆炸。塌房2间 烧伤2人，另一工厂.在排放氢气管道积水时 用胶管接至室外。因胶管脱落.氢气泄漏到房间内。形成了爆炸混合气、在操作人员下班关灯时 发生爆炸。炸坏房屋、2人轻伤 鉴于上述情况.为杜绝此类事故的发生，本条规定冷凝水应经疏水装置或排水水封排至室外,这样的装置已在许多工厂使用 做到了在氢气没备及管道内的冷凝水排放过程中、没有氢气泄漏到房间内、水电解制氢系统中的氧气中冷凝水排出时，与氢气一样也有氧气泄漏到房间内的情况、氧气比空气重。又为助燃气体。为了确保安全生产,防止因氧气泄漏，积存引起的着火事故的发生、氧气设备及管道内的冷凝水排放也应经单独设置的疏水装置或氧气排水水封排至室外、这里要强调的是氢气.氧气中冷凝水疏水装置或排水水封应各自设置。不得合用一个疏水装置或排水水封,这是为了避免形成氢气。氧气爆炸混合气。所以 本条规定。应经各自的专用疏水装置或排水水封排至室外.4 0,12.按表2所列，各行业对氢气纯度和杂质含量的要求是不相同的,为了采用技术先进。经济合理，操作管理方便.建设投资少的氢气纯化方法和装置、应根据具体工程原料氢气的条件，技术参数和用氢设备对产品氢气所需的纯度和杂质含量，进行技术经济比较后选用合适的氢气纯化系统。如。常压型水电解制氢装置制取的氢气经加压后 可采用加热再生或无热再生的氢气纯化系统.压力型水电解制氢装置制取的氢气.可采用自身工作气再生或两级氢气纯化系统，对半导体集成电路工厂为制取高纯氢气.可采用催化吸附净化装置作为初级纯化.而以低温吸附或吸气剂型纯化装置为末端氢气纯化。4,0、13，为确保氢气灌装系统安全,可靠的运行。应设置相应的安全装置.这是因为 一是氢气为易燃,易爆和易泄漏的气体.二是灌装系统为高压运行.一般氢气灌装压力大于15 MPa、三是氢气灌装容器均为高压气瓶.本条规定,氢气灌装系统应设有超压泄放用安全阀，分组切断阀 压力显示仪表，避免发生超压事故和分组管理灌装气瓶。应设有氢气回流阀.吹扫放空阀,氢气放空管接至室外安全处，正常情况下.氢气回流利用，减少排放大气的氢气量.既有利安全也减少浪费,但在不正常情况或开车.停车时.则应对系统进行放空和吹扫置换.4.0.14、氢气系统中的含尘量与制氢系统的设备选型.设备和管道的材质，氢气纯度等因素有关,据调查测定.未经过滤的氢气系统中粒径大于0。5、μm的尘粒含量达每升数千到数万粒，因此当用户对氢气中的尘粒粒径和尘粒浓度有要求时。应设置不同过滤精度的过滤器.4，0，15 各类制氢系统在检修。开车.停车时.都应进行吹扫置换、将系统中的残留氢气或空气吹除干净。尤要注意死角末端残留气.并分析系统内氢中氧的含量、达到规定值,方可进行检修动火。开车,停车，按现行国家标准 氢气使用安全技术规程，规定。置换氮气中含氧量不得超过0 5,