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5 设备选择

5.0.1 氢气站的设计容量,应根据氢气的用途、使用特点,宜按下列因素确定:

1 各类用氢设备的昼夜平均小时耗量或班平均小时耗量;
2 连续用氢设备的最大小时耗量与其余用氢设备的昼夜平均小时耗量或班平均小时耗量之和;
3 外销氢气的氢气站,应根据外供氢气量或市场需求状况和商业的经济规模确定。

5.0.2 水电解制氢装置的型号、容量和台数,应根据下列因素经技术经济比较后确定:

1 根据氢气耗量、使用特点等合理选用电耗小、电解小室电压低、价格合理、性能可靠的水电解制氢装置;
2 新建氢气站设置2台及以上水电解制氢装置时,其型号宜相同;
3 水电解制氢装置宜设备用,当采取储气等措施确保不中断供气或与用气设备同步检修时,可不设备用。

5.0.3 水电解制氢装置所需的原料水制备、碱液制备等辅助设备,宜按下列要求选用:

1 原料水制取装置的容量,不应小于4h原料水耗量;原料水储水箱容积不应小于8h原料水耗量;原料水泵供水压力,应大于制氢装置工作压力。

2 原料水制取装置、储水箱及其水泵的材质,应采用不污染原料水水质和耐腐蚀的材料制作。

3 碱液箱容积,应大于每套水电解制氢装置及碱液管道的全部体积之和;碱液泵的流量,可按每套水电解制氢装置所需碱液量和灌注时间确定。

5.0.4 变压吸附提纯氢系统的吸附器组的容量和吸附器数量,应根据下列因素经技术经济比较后确定:

1 原料气的压力、组成和产品氢气的纯度、杂质含量、压力;
2 产品氢气的耗量和用氢特点;
3 氢气回收率。

5.0.5 甲醇转化制氢系统的容量,应按下列因素确定:

1 产品氢气的耗量和用氢特点;
2 产品氢气的纯度、杂质含量和压力;
3 氢气回收率;
4 甲醇的储存、输送应符合相关国家标准的规定;
5 现场工作条件。

5.0.6 氢气储存方式,应根据下列因素经技术经济比较后确定:

1 氢气站规模、用氢设备耗量和使用特性;
2 储氢系统输入压力、供氢压力;
3 现场工作条件。

5.0.7 氢气罐的形式,应根据所需储存的氢气容量、压力状况确定。当氢气压力小于6kPa时,应选用湿式储气罐;当氢气压力为中、低压,单罐容量大于或等于5000Nm3时,宜采用球形储罐;当氢气压力为中、低压,单罐容量小于5000Nm3时,宜采用筒形储罐;氢气压力为高压时,宜采用长管钢瓶式储罐等。

5.0.8 氢气压缩机的选型、台数,应根据进气压力、排气压力、氢气纯度和用户最大小时氢气耗量或用户使用特性等确定。氢气压缩机台数不宜少于2台。连续运行的往复式氢气压缩机应设备用。

5.0.9 氢气灌装用压缩机的型号、排气量,应根据充灌台或充装容器的规格、数量,充装时间和进气压力、排气压力等确定。灌装用氢气压缩机,可不设备用。

5.0.10 当纯化后的氢气灌瓶时,应采用膜式压缩机,并宜设置空钢瓶处理系统,包括钢瓶抽真空设备和钢瓶加热装置。

5.0.11 氢气灌装用充灌台应设两组或两组以上,一组灌装、一组倒换钢瓶。每组钢瓶的数量,应以外销氢气量或灌装用氢气压缩机的排气量、氢气充装时间确定。

氢气灌装用钢瓶集装格通常设两组以上,钢瓶集装格的数量和每格的钢瓶数量,应根据外销氢气量和方便运输或吊装等因素确定。
氢气长管钢瓶拖车的钢瓶规格、数量,应按用户的氢气用量、供应周期等确定。

5.0.12 氢气汇流排应设两组或两组以上,一组供气、一组倒换钢瓶。每组钢瓶的数量,应按用户最大小时耗量和供气时间确定。

5.0.13 氢气站、供氢站内具有下列情况之一时,宜设起吊设施:

1 站内设备需要吊装时;
2 氢气的灌装、储运采用钢瓶集装格。
起吊设施的起吊重量,应按吊装件的最大荷重确定。


条文说明

5 设备选择

5.0.1 氢气站设计容量通常是根据用户氢气耗量和使用氢气的特点确定,当氢气用户为三班均匀使用氢气时,设计容量按班平均小时耗量计算。若氢气用户为三班使用氢气,且各班用氢负荷差异较大,或者一班(二班)用氢,可按昼夜平均小时耗量计算。在用氢量高于或低于昼夜平均小时耗量时,以用氢气罐储气进行调节。但是电力部门计算设计容量是按全部氢冷发电机的正常消耗量,以及能在大约7d的时间内积累起相当于最大一台氢冷发电机的一次启动充氢量之和考虑。本条第3款是对外销的商用型氢气站的设计容量的规定,应十分重视对市场需求的调查分析,否则将会因设计容量过大,设备得不到发挥,造成亏损。

5.0.2 水电解制氢过程要消耗较多的电能,所以人们都以水电解制氢装置的单位氢气电能消耗(kW·h/Nm3·H2)作为此类设备的性能参数、产品质量的主要体现,也是评价这类装置先进性的主要标志。近年来各国的科技工作者、制造厂家经过研究开发,改进制造工艺或槽体结构,使水电解制氢装置的单位氢气电能消耗得到了降低。 日本研制的离子膜水电解制氢装置(实验型),单位氢气电能消耗仅3.8kW·h/Nm3·H2;国内研制的新型压力水电解制氢装置可达4.2~4.5kW·h/Nm3·H2。表3列出文献报道的国内外一些水电解制氢装置的主要性能参数。

鉴于以上情况,在本条中规定:“选用电耗小、电解小室电压低、价格合理、性能可靠的水电解制氢装置。”
新建氢气站设置2台及以上水电解制氢装置时,宜选用同一型号、同一规格的水电解制氢装置,以便于操作管理及备品、备件的统一。

水电解制氢装置是否设备用,根据用户的用气情况而定。因为水电解槽槽体不易损坏,根据生产实践,常压型一般4年以上才需对槽体进行大修,检修时间根据设备的复杂程度、用户的检修水平和能力确定;压力型水电解制氢装置使用年限20~30年。又因各厂在停产后对全厂的经济效益影响也不一样,因此本条规定宜设备用。但当水电解制氢装置检修能与用户检修同步进行,或利用节、假日进行检修,不中断供气,或用户有其他临时氢气源能满足用氢设备的用气,或氢气站内设置有足够大容量的氢气罐储存氢气而不影响用户使用氢气时,则可不设备用。如电力部门采用氢气罐储存氢气,可以满足水电解制氢装置检修时用氢,一般都不设备用。

5.0.3 制定本条的依据是:

1 水电解制氢所需的原料水实际耗量一般按850~1000g/Nm3·H2计,即0.85~1.00L/Nm3·H2。规定原料水制备能力不宜小于4h原料水耗量是能满足生产需要的。规定储水箱容积不宜小于8h原料水消耗量,是考虑制水装置一班或两班生产,供全天使用。

2 原料水制取装置、储水箱及其水泵的材质,应采用不污染原料水质和耐腐蚀的材料制作;目前国内采用如下几种:不锈钢、钢板内衬聚乙烯、钢板内涂耐腐蚀漆或全部为聚氯乙烯塑料板。设计时可根据水箱容积、制作条件和经济条件等因素确定。

3 据调查,水电解制氢装置是根据水电解槽槽体寿命和实际使用状况,逐台进行检修。检修时都是将水电解槽及其附属设备内的电解液全部返回至碱液收集箱内,待设备检修任务完成后重复使用,所以碱液收集箱的容积应大于每套水电解制氢装置及碱液管道的全部体积之和。目前,国内各种水电解制氢装置电解液充装量差别较大,表4为部分水电解槽电解液充装量。

5.0.4 吸附器组是变压吸附提纯氢系统的主体设备,吸附器的性能参数将决定PSA系统的技术性能——处理能力、产品氢气纯度和杂质含量、产品氢气产量等。我国在PSA制氢技术的研究开发和设计、制造、实际运行方面的经验表明:吸附器组的规格尺寸、内部构件应以提高氢回收率、减少制造成本为基本原则。吸附器组的吸附器数量,应根据变压吸附提纯氢系统的原料气组成、压力(即吸附压力)、吸附剂的吸附容量、产品氢气的产量和纯度、氢回收率等因素确定。在一定的范围内吸附压力高对吸附有利,吸附剂用量减少;原料气组成不同,吸附剂类型及用量亦不相同;吸附塔数量与工艺时序和氢回收率有关,为满足较高的氢气回收率,应增加工艺过程的均压次数,多次均压需要通过数台吸附器来完成;对用氢要求连续供应的装置,应设多床吸附,以实现在线切换。所以,本条规定:变压吸附提纯氢系统的吸附器组的容量和吸附器数
量,应按条文列出的各种因素,经技术经济比较后确定。

5.0.5 甲醇转化制氢系统的容量和配置与氢气的纯度及消耗量有关,根据用户用氢量的要求,甲醇转化制氢系统的容量可以从几十标方到几千标方。氢气的纯度越高,同样产氢量装置的容量就越小。

甲醇转化制氢反应的压力通常为1.O MPa,若用氢压力超出1.O MPa,则必须设置氢气增压系统。如氢气用于灌充钢瓶,则需在变压吸附装置后面设氢气压缩机。

甲醇转化制氢系统所需热量与现场工作条件有关,如现场有中压蒸气供应可直接用于加热。对没有热源的场合可通过设置加热炉进行加热,视现场条件选择油、煤、天然气作为燃料来加热热载体导热油。

甲醇转化制氢系统的容量确定时,还应根据现场工作条件,拟建中的甲醇转化制氢系统及其甲醇的储存、输送应符合相关的国家标准,如《建筑设计防火规范》、《石油化工设计防火规范》等。

5.0.7 氢气罐的形式有湿式和固定容积两种,根据所储存氢气压力和所需储存容量选择。常压水电解制氢装置供氢压力都小于6 kPa,一般采用湿式氢气罐。固定容积氢气罐有筒形、球形和长管钢瓶三类,由于球形储罐最小结构容积为300m3,储存压力为1.6 MPa,储存容量为5000Nm3,所以氢气压力为中、低压,容量大于或等于5000Nm3,宜采用球形储罐。氢气压力为高压(压力大于20 MPa)时,一般可采用长管钢瓶等储存高压氢气。

5.0.8 中、低压氢气压缩机的选择是根据进气压力、工艺用氢压力、氢气纯度要求和最大小时耗量确定的。若对要求不中断供氢设保安储气者,则根据储气压力、吸气压力选择压缩机。纯化后的氢气压缩要考虑压缩后气体不受油的污染和避免纯度降低等因素,应采用无油润滑压缩机或膜式压缩机。如某厂纯化后氢气需设保安储气,氢气压缩机采用无油润滑氢气压缩机,吸气压力0.15 MPa,储气压力1.2 MPa。

由于活塞式压缩机运动部件易出故障,设置备用是目前常用的习惯做法,以保证不中断供气。

5.0.9 高压氢气压缩机作为氢气灌瓶用,因瓶装氢主要是外供,因此,一般不设备用。据调查,各单位亦是这样配置的。但专业气体厂,为保证连续对外供气,均设备用机组。

5.0.10 纯化氢气灌瓶,为防止压缩过程中对氢气的污染,规定采用膜式压缩机。据调查,各单位亦是这样配置的。

设置空钢瓶抽真空设备和钢瓶加热装置,在灌充纯化氢气时是对钢瓶灌充前的预处理,以确保纯化氢气在钢瓶中纯度不会降低;对普氢钢瓶的空钢瓶进行抽真空,则是从安全生产出发,避免空钢瓶余气压力过低或余气不纯时的一种安全措施,并应认真进行余气纯度的分析。

5.0.11 氢气灌装用充灌台的氢气充装过程包括钢瓶倒换(卸下、装上空瓶)、充装氢气,由于钢瓶倒换时间因具体条件、操作人员的熟练程度不同而不同,一般氢气钢瓶充装时间为5~15min(仅为充装氢气的时间,不包括钢瓶倒换时间)。长管钢瓶拖车的充装时间与此类似,一般长管钢瓶拖车的充装时间不少于30min,也没有包括更换拖车充装用卡具和吹扫置换时间。

5.0.13 氢气站设置起吊设施是为了便于站内需要吊装重量重或外形尺寸大的设备安装、维修时使用。另据调查,采用钢瓶集装格进行氢气灌充、储运的氢气站、供氢站内均设有起吊设施。为此本条规定,具有两种情况之一的宜设起吊设施。


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