CN116125121A - 一种水电解制氢设备电解槽检测评估系统及其检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种水电解制氢设备电解槽检测评估系统，包括检验台架，检验台架上设有：开关电源、气液处理装置、自动控制装置、测量装置。实现针对电解槽的性能检测，检测时将电解槽固定到检验台架，检测的内容包含：气压及气密性试验、电解槽小室电压评价、直流电耗评价。本发明可以在保证安全的前提下，在对电解槽进行检测评估，当设备开始运行时，均为全自动化测量各数据参数，数据更加连续和全面，并且通过上位人机交互界面，可随时观察任意传感器在任意时间段的数据报表、曲线趋势图等信息，可以大大提高电解槽的故障检测效率，确保电解槽的质量。

Description

一种水电解制氢设备电解槽检测评估系统及其检测方法

技术领域

本发明属于可再生能源水电解制氢设备领域，具体涉及一种水电解制氢设备电解槽检测评估系统及其检测方法。

背景技术

水电解制氢设备中，电解槽是整个装置中最重要的部件之一，然而当前并没有针对电解槽性能检测评估的方法，无法方便快捷地通过数据判断电解槽是否合格，为严格保证每台电解槽的质量，急需一种电解槽检测评估方法，可对电解槽进行性能检测并做出综合评价。

发明内容

为了解决上述现有技术存在的问题，本申请提出一种水电解制氢设备电解槽检测评估系统，包括检验台架，所述检验台架上设有：

开关电源，输入380V交流电，输出直流电，用于为待检测的电解槽供电；

气液处理装置，包括与所述电解槽连通的管路系统，用于辅助待检测的电解槽正常工作并记录电解槽运行中的关键参数；

自动控制装置，包括与所述开关电源和所述气液处理装置连接的PLC系统和HMI系统，用于实现所述开关电源和所述气液处理装置相关组件的自动控制以及对所述关键参数的采集、显示和记录；

测量装置，包括与待检测的电解槽连接的测量件，用于测量待检测的电解槽的工作参数。

进一步的，所述气液处理装置还包括气水分离系统，所述管路系统包括与所述气水分离系统连接的气路和水路；

所述水路连接有水箱，所述水路上设有循环泵、第一电磁阀、流量传感器、水压传感器和水电导率仪；

所述气路连接有气体收集装置，所述气路上设有第二电磁阀、气压力传感器和氧中氢传感器。

进一步的，关键参数包括：

所述水路内的液体流量、液体压力以及液体的电导率；

所述气路内的气体压力以及氧气中氢气的含量。

进一步的，所述测量装置包括：

与电解槽小室连接的电压测量装置，

与电解槽极板连接的温度测量装置。

进一步的，工作参数包括：

电解槽工作时每个极板的小室电压；

电解槽工作时每个极板的温度。

进一步的，所述自动控制装置的PLC具备报警和连锁功能，用于当发现设备运行异常时及时报警和连锁停机。

一种如上述的水电解制氢设备电解槽检测评估系统的检测方法，包括以下步骤：

开始检测；

对待检测的电解槽进行保压试验；

将待检测的电解槽接入气液处理装置；

开机准备；

自动控制装置设备开机；

数据进行分析并撰写报告。

进一步的，对待检测的电解槽进行保压试验包括：

利用介质对待检测的电解槽进行气密性试验。

进一步的，开机准备包括：

往水箱内加注纯水；

对气路进行氮气吹扫。

进一步的，试验所用气体为干燥、洁净的空气、氮气、或其他惰性气体，试验时介质不得低于5℃。

本发明提出的水电解制氢设备电解槽检测评估系统及其检测方法，与现有技术相比，其有益效果在于：

本发明可以在保证安全的前提下，在对电解槽进行检测评估，当设备开始运行时，均为全自动化测量各数据参数，数据更加连续和全面，并且通过上位人机交互界面，可随时观察任意传感器在任意时间段的数据报表、曲线趋势图等信息，可以大大提高电解槽的故障检测效率，确保电解槽的质量。

附图说明

图1为本发明水电解制氢设备电解槽检测评估系统的原理框架图；

图2为本发明检测方法的流程示意图。

具体实施方式

为使本领域技术人员能够更好的理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步的说明。

如图1所示，本申请提出的水电解制氢设备电解槽检测评估系统，包括检验台架(附图中未画出)，检验台架上设有：

一种开关电源，输入380V交流电，输出直流电，用来给电解槽供电；

一种气液处理装置，包含水箱、气水分离器、循环泵、管路、电磁阀等部件，气液处理框架上安装有气压力传感器、氧中氢传感器、流量传感器、水压传感器、水电导率仪等，气液处理框架用来辅助电解槽正常工作，其上的传感器用来记录电解槽运行过程中的关键参数；

一种自动控制装置，自动控制装置包含PLC、HMI等系统，可以用来自动化实现整个检验系统的工作，包含各个电磁阀门、循环泵、开关电源等装置的自动控制，及各传感器的数据采集、显示、记录；

一种电解槽小室电压测量装置，用来测量每个极板的小室电压；

一种电解槽极板温度测量装置，用来测量每个极板的温度。

作为本发明的进一步改进，气液处理框架的每个电磁阀控制点，均设置有与其功能相同的旁路手动阀门。

作为本发明的进一步改进，自动控制装置的PLC有报警、连锁功能，当发现设备运行异常时，会及时报警或连锁停机,保证试验系统的安全。

作为本发明的进一步改进，试验所用气体应为干燥、洁净的空气、氮气、或其他惰性气体，试验时介质不得低于5℃。

作为本发明的进一步改进，自动控制装置的HMI装置，可以将系统运行过程中记录的数据进行报表、趋势图的展示，方便专业人员对电解槽性能的评估。

作为本发明的进一步改进，开关电源支持就地/远程模式切换，就地模式下，只能在开关电源上可设置相关运行参数，远程模式下，只能通过PLC发送运行参数指令。

作为本发明的进一步改进，电解槽小室电压监测装置及电解槽极板温度测量装置，均支持ModbusRTU或ModbusTCP协议，可将测得的极板温度数据上传到上位系统。

结合图2，本发明的检测方法具体步骤如下：

步骤一：将电解槽安装固定在检验台架上。

步骤二：电解槽首先及进行气压和气密性试验，检查电解槽是否合格。

步骤三：电解槽通过管路安装到气液处理框架上。

步骤四：进行开机前准备，包括水箱加注纯水，管路氮气吹扫等工作。

步骤五：通过自动控制装置的HMI，点击设备开机，进行自动化运行。

步骤六：稳定运行5小时后，通过记录的所有数据，分析电解槽性能，满足要求的即为合格产品。

本发明对电解槽的检测内容包括气压及气密性评价、电解槽小室电压评价以及直流电耗评价，各评价分别参照以下指标：

1、试验时压力应缓慢上升，至规定试验压力的50％，保压5分钟，然后将配置好的检漏液喷到所有接头、焊缝、法兰、阀门连接处，目视确认无泄漏后，继续缓慢升压至规定的试验压力，保压10分钟，对所有焊接接头和连接部位进行再次检查，无泄漏、无变形为合格。

2、当设备稳定运行，在额定压力、温度、流量条件下运行5小时，每半小时记录一组小室电压数据，分别计算每个小室的平均电压，小室电压不高于2.1V为合格。

3、设备在额定状态下工作5小时，氢气出口设置质量流量计，测量实际产氢量，开关电源设置电能表测量耗电量，通过质量流量计累计的氢气产量，除以电量表累计的用电量，计算得出每标方氢气耗电量，直流电耗≤4.8kWh/Nm³为合格。

综上，仅为本发明之较佳实施例，不以此限定本发明的保护范围，凡依本发明专利范围及说明书内容所作的等效变化与修饰，皆为本发明专利涵盖的范围之内。

Claims (10)

1.一种水电解制氢设备电解槽检测评估系统，包括检验台架，其特征在于，所述检验台架上设有：

开关电源，输入380V交流电，输出直流电，用于为待检测的电解槽供电；

气液处理装置，包括与所述电解槽连通的管路系统，用于辅助待检测的电解槽正常工作并记录电解槽运行中的关键参数；

自动控制装置，包括与所述开关电源和所述气液处理装置连接的PLC系统和HMI系统，用于实现所述开关电源和所述气液处理装置相关组件的自动控制以及对所述关键参数的采集、显示和记录；

测量装置，包括与待检测的电解槽连接的测量件，用于测量待检测的电解槽的工作参数。

2.根据权利要求1所述的水电解制氢设备电解槽检测评估系统，其特征在于：所述气液处理装置还包括气水分离系统，所述管路系统包括与所述气水分离系统连接的气路和水路；

所述水路连接有水箱，所述水路上设有循环泵、第一电磁阀、流量传感器、水压传感器和水电导率仪；

所述气路连接有气体收集装置，所述气路上设有第二电磁阀、气压力传感器和氧中氢传感器。

3.根据权利要求2所述的水电解制氢设备电解槽检测评估系统，其特征在于，关键参数包括：

所述水路内的液体流量、液体压力以及液体的电导率；

所述气路内的气体压力以及氧气中氢气的含量。

4.根据权利要求2所述的水电解制氢设备电解槽检测评估系统，其特征在于，所述测量装置包括：

与电解槽小室连接的电压测量装置，

与电解槽极板连接的温度测量装置。

5.根据权利要求4所述的水电解制氢设备电解槽检测评估系统，其特征在于，工作参数包括：

电解槽工作时每个极板的小室电压；

电解槽工作时每个极板的温度。

6.根据权利要求1所述的水电解制氢设备电解槽检测评估系统，其特征在于：所述自动控制装置的PLC具备报警和连锁功能，用于当发现设备运行异常时及时报警和连锁停机。

7.一种如权利要求1-6任意一项所述的水电解制氢设备电解槽检测评估系统的检测方法，其特征在于，包括以下步骤：

开始检测；

对待检测的电解槽进行保压试验；

将待检测的电解槽接入气液处理装置；

开机准备；

自动控制装置设备开机；

数据进行分析并撰写报告。

8.根据权利要求7所述的水电解制氢设备电解槽检测评估系统的检测方法，其特征在于，对待检测的电解槽进行保压试验包括：

利用介质对待检测的电解槽进行气密性试验。

9.根据权利要求7所述的水电解制氢设备电解槽检测评估系统的检测方法，其特征在于，开机准备包括：

往水箱内加注纯水；

对气路进行氮气吹扫。

10.根据权利要求7所述的水电解制氢设备电解槽检测评估系统的检测方法，其特征在于：试验所用气体为干燥、洁净的空气、氮气、或其他惰性气体，试验时介质不得低于5℃。

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