CNDQ5～103.2型制氢设备碱系统堵塞原因分析及预防措施

摘 要：本文主要阐述了CNDQ5～10/3.2型制氢设备运行过程中碱系统堵塞情况，针对此问题，分析碱系统管路堵塞原因，并提出预防措施，保证制氢设备的安全稳定运行。

关键词：制氢装置 碱系统 堵塞 预防措施

中图分类号：TM 文献标识码：A 文章编号：1003-9082（2014）02-0277-01

一、前言

内蒙古大唐国际托克托发电有限责任公司（简称托电）共计两套制氢设备，负责全厂8台600MW和2台300MW氢冷机组的供氢工作，其中1号制氢装置为中国船舶重工集团公司第七一八研究所生产的CNDQ5-10.3.2型制氢设备，该设备在2010年10月投运近1年的时间里，运行中时常出现碱系统堵塞问题，被迫停车疏通堵塞管路，严重时对机组正常供氢造成威胁。

二、设备概况

CNDQ5～10/3.2型制氢设备主要由电解槽、氢、氧分离器、氢洗涤器、循环泵、碱液过滤器、干燥器、冷却器、气水分离器、氢气过滤器等组成。电解槽为压滤式双极性结构， 一端下部是进液管，另一端上部是氢、氧气液出口管，中间极板为直流电的正极，两端极板为负极。从电解槽出来夹带氢气和氧气的碱液在氢分离器和氧分离器中，靠重力作用分别与氢气、氧气分离，经分离器内的蛇管冷却后通过氢、氧分离器底部的连通管进入碱液过滤器，过滤杂质后再由循环泵送回电解槽，构成了碱液循环系统。

三、碱系统堵塞现象

1.碱液循环泵温度异常

托电1号制氢设备碱液循环泵正常工作时，泵体温度在45～65℃，2011年10月13日泵体温度突然达到120℃，严重超出正常工作温度范围。停泵后检查发现泵出入口存积大量粘稠状灰色液体，特别是在泵的出口部分，几乎将出口堵死。

2.碱液流量异常

2.1碱液流量计指示异常

托电1号制氢设备碱液流量计为浮子流量计，即在流量计的垂直测量管中，当流体向上流经管子时，浮子向上移动，在某一位置浮子所受的升力与浮子重力达到平衡，此时浮子的高度代表流量的大小。浮子上下移动时以磁耦合的形式将位置传递到外部指示器，使指示器的指针跟随浮子移动，并借助凸轮板使指针线性指示流量值的大小。

2011年10月19日1号制氢设备停运，碱液循环泵停运，发现碱液流量计指示为500L/h，怀疑流量计浮子弹簧堵塞，浮子不能复位所致。立即将碱液退回碱液箱，发现碱液呈灰色浑浊状，见图3.2.1系统内碱液。检查流量计发现浮子上沾满了粉红色粘稠状固体，与图3.2.2碱液过滤器滤网上杂质颜色、性状一样的固体物质。清洗后回装流量计指针归零。

2.2碱液流量无法调节

2011年12月6日1号制氢设备运行过程中发现流量有下降趋势，运行人员缓慢调节碱液流量时，碱液流量计指针从600L/h突然降至为零，设备停车。检查发现是碱液过滤器滤网堵塞严重，碱液循环不畅所致。#1制氢装置碱液过滤器2011年11月9日清理一次，至12月6日不足一月，滤网就被系统内杂质堵死，滤网上杂质为浅粉色粘稠状固体，见图3.2.2碱液过滤器滤网上杂质。

3.氢氧分离器温差大

2011年11月9日1号制氢设备运行过程中出现氢侧温度60℃，氧侧温度81℃，氢氧温度相差21℃。用测温仪逐段测温发现，电解槽氢侧出口温度接近80℃，氢分离器入口温度60℃，怀疑电解槽氢侧出口至氢分离器管路的弯头部分堵塞，管路拆解检查发现管路内部灰黑色固体几乎将管路堵死，清理后设备投运，氢氧侧温差恢复正常，基本在设备投运初期的5～8℃范围内。

四、碱系统堵塞原因分析

1.系统内机械杂质较多造成

新设备或者设备大修后，系统内不可避免的残存着机械杂质，如果设备在投运前系统冲洗不够彻底，投运后系统内的机械杂质就会淤积在系统内部造成碱液系统循环不畅堵塞管路。

设备在运行过程中管路也不可避免的产生机械杂质，这些机械杂质主要是金属腐蚀产物和绣渣，夹杂在电解液内，通过电解液强制循环被碱液过滤器内的镍丝网所吸附，当碱液过滤器滤网吸附机械杂物过多，或电解槽电解液流通孔等位置被杂质堵塞时，均会造成碱液管路流通受阻，循环不畅。

2.电解槽石棉布脱落造成

设备在运行过程中，管路内产生的机械杂质会逐渐减少，但电解槽石棉布属于消耗品。随着设备投运时间的增长，石棉布会逐渐的脱落，脱落的石棉纤维随碱液循环沉积在系统的各个部位，导致管路通流面积变小，碱液循环不畅，甚至堵塞管路。

3.碱液结晶造成

制氢装置正常运行时要求碱液浓度为26～30%，电解槽工作温度即槽内碱液温度为85～90℃。当设备停运后，系统内温度降为常温，碱液处于静止或低流速循环状态，碱会借助内部携带的机械杂质等因素迅速结晶，造成管路的堵塞。

4.电解槽结构缺陷造成

电解槽一侧的底部为进碱口，另一侧的上部有两个出口分别为氢、氧气液混合物出口，电解槽底部没有排污门，系统内的机械杂质和固体只能通过分离器出口排出，这样的结构，很难将电解槽内沉积的机械杂质冲洗或通过强制循环携带出来，内部杂质清理不彻底，这是碱系统管路堵塞的一个重要原因。

五、碱系统堵塞预防措施

1.制定合理的碱液过滤器镍丝网清理周期

电解液从过滤器底部进入，通过外包镍丝网的多孔管，从过滤器上部排出进入电解槽。电解液在循环过程中，机械杂质就会被吸附在镍丝网上，避免其进入电解槽。如果镍丝网损坏或者污堵严重，就失去过滤吸附作用，杂质沉积在系统的某些部位，造成碱液循环不畅。

设备短时间停运或运行时间较短，可采用碱液过滤器底部排污的办法，通过观察碱液流量、颜色、浑浊度等初步判断碱系统是否畅通。更主要的是根据设备运行状况，制定合理的清理、检查碱液过滤器镍丝网的周期，是保障系统循环通畅一项不可忽视的工作。

2.定期冲洗碱系统

2.1新设备或者设备大修后碱系统的冲洗

新设备或者设备大修后投运前，一定要用除盐水对碱系统进行彻底的冲洗，通过碱液循环泵将除盐水在系统内循环数次然后排掉，反复此操作，直到排出的除盐水不含机械杂质，水质澄清为止。

2.2设备短时间停运碱系统的冲洗

设备短时间停运，开启碱液循环泵，流量控制在设备正常运行时的600～800 L/h之间，使系统内碱液处于循环状态。严禁停设备，停泵，不退碱，否则很容易造成碱液结晶堵塞管路。

2.3设备长时间停运碱系统的冲洗

设备长时间停运，在设备停运后，通过碱液循环泵将碱液打回碱液箱内，再用除盐水反复冲洗碱系统，冲洗过程与新设备投运前冲洗碱系统方法相同，最后系统内采用除盐水循环，待设备再次启动前将除盐水排掉，将碱液打回系统内。

3.合理配置碱液

设备投运前需要配置新碱液，一定要先将计算好的固体碱和除盐水的量在碱液箱内搅匀，通过开启碱液循环泵至碱液箱的出入口门，关闭碱液循环泵至电解槽的出入口门，让碱液循环泵与碱液箱形成循环使碱充分溶解。然后将配置好的碱液打入系统内，严禁碱液中含有未溶解的固体碱或颗粒就打入碱液系统内，更不允许通过在碱系统内循环的办法配置碱液。

4.运行中加强重要参数的监督

4.1注意观察氢氧侧温差变化

氢氧温差是系统循环不畅和堵塞最直观和便于发现的一个指标，一旦发现氢氧侧温差有上升趋势就要及时查找管路不畅或堵塞位置并处理，保证碱液循环通畅。

4.2注意观察碱液循环泵流量变化。

设备启动初期调整好碱液循环泵流量，在运行过程中没有特殊情况不要再进行调整，如实记录碱液循环泵流量，发现流量有下降趋势则存在碱液循环不畅的可能，及时检查并清除系统内杂质。

设备停运后碱液流量计指针不归零，那么流量表管内有可能污堵，此时碱液系统也存在堵塞的风险，及时停运设备检查碱液系统内部。

六、结论

CNDQ5～10/3.2型制氢设备在运行过程中碱系统堵塞，严重影响设备的安全稳定运行，分析堵塞原因，提出碱液系统堵塞的预防措施非常重要。通过对托电1号CNDQ5～10/3.2制氢设备通过加强运行中重要参数的监督和设备的检查、维护，堵塞问题基本得到解决。

对于CNDQ5～10/3.2型制氢设备，在大修或改造时将电解槽底部增加排污门，可以更有效的解决碱液系统管路堵塞问题，降低因管路堵塞设备停运造成机组供氢困难的风险。