CN117070997A - 用于制氢装置液位偏差控制的安全装置及方法和系统 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种用于制氢装置液位偏差控制的安全装置及方法和系统，其中，安全装置包括：液位检测模块，能够用于检测制氢装置的氧侧气液分离器中的液位、氢侧气液分离器中的液位和/或二者之间的液位差；和，第一控制模块；其中，所述第一控制模块包括：第一控制器和惰性保护气体供气组件；所述第一控制模块设置有第一安全区间，所述液位检测模块的检测结果超出第一安全区间时，所述第一控制器能够控制所述惰性保护气体供气组件向相应气液分离器中充入惰性保护气体，以控制液位。通过本申请提供的安全装置，能够通过充入惰性保护气体控制液位，以实现液位平衡；即使发生了气体互串，由于惰性保护气体的置换作用，依然能够防止发生爆炸。

Description

用于制氢装置液位偏差控制的安全装置及方法和系统

技术领域

本申请涉及制氢控制的领域，具体涉及一种用于制氢装置液位偏差控制的安全装置及方法和系统。

背景技术

电解制氢系统一般包括制氢装置及其控制装置。

制氢系统的氢氧气体互串是制氢系统最危险的状态，具体的表现即为液位偏差。虽然现有技术中的控制装置也有诸多安全设计，但制氢系统在运行过程中会遇到很多安全问题，现有技术中的控制装置在运行过程中依然会存在不能控制及阻止液位持续偏差的情况，若不加以额外干涉，氢氧气体互串后，势必发生爆炸等安全问题。

发明内容

为解决现有技术中的问题，本申请提供了一种用于制氢系统液位偏差控制的安全装置、使用该安全装置进行安全控制的方法、以及具有该安全装置的制氢系统。本申请技术方案如下：

1、一种用于制氢装置液位偏差控制的安全装置，包括：

液位检测模块，所述液位检测模块能够用于检测制氢装置的氧侧气液分离器中的液位、氢侧气液分离器中的液位和/或所述氧侧气液分离器与所述氢侧气液分离器之间的液位差；和，

第一控制模块；

其中，所述第一控制模块包括：

第一控制器，所述液位检测模块与所述第一控制器电连接；和，

惰性保护气体供气组件；

所述第一控制模块设置有第一安全区间，所述液位检测模块的检测结果超出第一安全区间时，所述第一控制器能够控制所述惰性保护气体供气组件向所述氧侧气液分离器和/或所述氢侧气液分离器中充入或停止充入惰性保护气体，以控制所述氧侧气液分离器和/或所述氢侧气液分离器的液位。

2、如项1所述的安全装置，其中，所述惰性保护气体供气组件的输出气压为所述制氢装置运行压力的90％～120％，优选为100％～120％。

3、如项1所述的安全装置，其中，所述惰性保护气体供气组件包括：气源；供气管路，所述供气管路能够用于连接所述气源与所述氧侧气液分离器和/或所述氢侧气液分离器。

4、如项3所述的安全装置，其中，

所述供气管路包括：

供气总路，所述供气总路的一端与所述气源连接；和，

供气分路，每个所述供气分路的一端与所述供气总路连接，且每个所述供气分路的另一端连接所述制氢装置的所述氧侧气液分离器和/或所述氢侧气液分离器。

5、如项3所述的安全装置，其中，

所述供气管路连接所述氧侧气液分离器和/或所述氢侧气液分离器的上部；或，

所述供气管路连接所述氧侧气液分离器和/或所述氢侧气液分离器的下部；或，

所述供气管路连接在所述氧侧气液分离器和/或所述氢侧气液分离器与氢氧侧电解液汇合点之间。

6、如项3所述的安全装置，其中，

所述惰性保护气体供气组件还包括：减压阀，所述减压阀控制所述惰性保护气体供气组件的输出气压。

7、项3所述的安全装置，其中，

所述惰性保护气体供气组件还包括：气源压力检测单元，所述气源压力检测单元与所述第一控制器电连接，用于检测所述气源的气压；优选地，所述气源压力检测单元为压力变送器。

8、如项3所述的安全装置，其中，所述惰性保护气体供气组件还包括：一个以上的第一控制阀，所述第一控制器能够通过所述第一控制阀控制所述气源与所述氧侧气液分离器和/或所述氢侧气液分离器连接的通断。

9、如项3所述的安全装置，其中，所述惰性保护气体供气组件还包括：止回阀，所述止回阀防止流体从所述氧侧气液分离器和/或所述氢侧气液分离器向气源方向流动。

10、如项3所述的安全装置，其中，所述惰性保护气体供气组件还包括：第二控制阀，所述第二控制阀能够控制流入所述氧侧气液分离器和/或所述氢侧气液分离器气体的流量。

11、如项1所述的安全装置，其中，所述液位检测模块包括：

一个以上的氧侧液位变送器，能够用于检测所述氧侧气液分离器的液位；和/或，

一个以上的氢侧液位变送器，能够用于检测所述氢侧气液分离器的液位。

12、如项1所述的安全装置，其中，所述第一安全区间包括：

所述氧侧气液分离器中液位小于等于预设上限值；和/或，

所述氧侧气液分离器中液位大于等于预设下限值；和/或，

所述氢侧气液分离器中液位小于等于预设上限值；和/或，

所述氢侧气液分离器中液位大于等于预设下限值；和/或，

所述氧侧气液分离器与所述氢侧气液分离器的液位差小于等于预设上限值。

13、如项1所述的安全装置，其中，还包括第二控制模块，所述第二控制模块包括：

第二控制器；和，

一个以上的第三控制阀，所述第三控制阀与所述第二控制器电连接，所述第三控制阀控制所述氧侧气液分离器和/或所述氢侧气液分离器流出气体的流量或通断；

所述第二控制模块设置有第二安全区间，所述第二安全区间的范围小于所述第一安全区间，所述液位检测模块的检测结果超出第二安全区间时，所述第二控制器通过所述第三控制阀控制所述氧侧气液分离器和/或所述氢侧气液分离器流出气体的流量或通断，以使所述液位检测模块的检测结果小于等于第二安全区间。

14、如项13所述的安全装置，其中，一个以上的所述第三控制阀设置在所述氧侧气液分离器和/或所述氢侧气液分离器的气体出口的管路上。

15、如项14所述的安全装置，其中，还包括第三控制模块，所述第三控制模块包括：

第三控制器；和，

一个以上的第四控制阀，所述第四控制阀通过管路与所述第三控制阀并联；

所述第三控制模块设置有第三安全区间，所述第三安全区间的范围大于第二安全区间且小于所述第一安全区间，所述液位检测模块的检测结果超出第三安全区间时，所述第三控制器通过所述第四控制阀控制所述氧侧气液分离器和/或所述氢侧气液分离器流出气体的流量或通断，以使所述液位检测模块的检测结果小于等于第三安全区间。

16、如项1～15中任一项所述的安全装置，其中，所述液位检测模块包括：

两个以上的所述氧侧液位变送器，能够分别用于检测两个以上所述制氢装置的所述氧侧气液分离器的液位；和/或，

两个以上的氢侧液位变送器，能够分别用于检测两个以上所述制氢装置的所述氢侧气液分离器的液位；

所述惰性保护气体供气组件能够通过供气管路连接每个所述制氢装置的所述氧侧气液分离器和/或所述氢侧气液分离器。

17、一种用于氢气生产的液位偏差控制的方法，包括：使用项1～16中任一项所述的安全装置控制制氢装置。

18、如项17所述的方法，其中，

使用项13或14所述的安全装置控制所述制氢装置；

当所述液位检测模块的检测结果超出第二安全区间时，所述第二控制模块的所述第二控制器通过所述第三控制阀控制所述氧侧气液分离器和/或所述氢侧气液分离器流出气体的流量或通断，以使所述液位检测模块的检测结果小于等于第二安全区间；

当所述第二控制模块未起效，所述液位检测模块的检测结果超出第一安全区间时，所述第一控制器能够控制所述惰性保护气体供气组件向所述氧侧气液分离器和/或所述氢侧气液分离器中充入或停止充入惰性保护气体，以控制所述氧侧气液分离器与所述氢侧气液分离器的液位。

19、如项17所述的方法，其中，

使用项15所述的安全装置控制所述制氢装置；

当所述液位检测模块的检测结果超出第二安全区间时，所述第二控制模块的所述第二控制器通过所述第三控制阀控制所述氧侧气液分离器和/或所述氢侧气液分离器流出气体的流量或通断，以使所述液位检测模块的检测结果小于等于第二安全区间；

当所述第二控制模块未起效，所述液位检测模块的检测结果超出第三安全区间时，所述第三控制模块的所述第三控制器通过所述第四控制阀控制所述氧侧气液分离器和/或所述氢侧气液分离器流出气体的流量或通断，以使所述液位检测模块的检测结果小于等于第三安全区间；

当所述第二控制模块、所述第三控制模块均未起效，所述液位检测模块的检测结果超出第一安全区间时，所述第一控制器能够控制所述惰性保护气体供气组件向所述氧侧气液分离器和/或所述氢侧气液分离器中充入或停止充入惰性保护气体，以控制所述氧侧气液分离器与所述氢侧气液分离器的液位。

20、一种制氢系统，包括：一个以上的制氢装置；和，项1～16中任一项所述的安全装置。

本申请提供的安全装置能够根据液位检测模块的检测结果，控制向所述氧侧气液分离器和/或所述氢侧气液分离器中充入惰性保护气体或停止充入惰性保护气体，从而能够通过充入适当的惰性保护气体，控制氧侧气液分离器和/或氢侧气液分离器的液位，以实现液位平衡；即使最终依然发生了氢气/氧气漏到另一侧(气体互串)，由于惰性保护气体已经对氢气/氧气进行了置换，依然能够防止发生爆炸。

尤其是本申请的第一控制模块与第二控制模块的联动控制，能够通过第二控制模块尽量保证正常的安全生产，即使发生意外情况，也能够通过第一控制模块紧急充入惰性保护气体，以防止发生安全事故。通过本申请的第一控制模块至第三控制模块的联动控制，能够通过第二控制模块保证正常的安全生产；即使发生不太严重的意外情况，也能够通过第三控制模块控制液位以防发生气体互串，有利于在保证安全的前提下尽快重启生产；只有在发生较严重、紧急的情况时，才启动第一控制模块紧急充入惰性保护气体，以防止发生安全事故。

上述说明仅是本申请技术方案的概述，为了能够使得本申请的技术手段更加清楚明白，达到本领域技术人员可依照说明书的内容予以实施的程度，并且为了能够让本申请的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，下面以本申请的具体实施方式进行举例说明。

附图说明

图1：供气管路连接在气液分离器上部时制氢系统的结构示意图；

图2：供气管路连接在气液分离器下部时制氢系统的结构示意图；

图3：供气管路连接在气液分离器与氢氧侧电解液汇合点之间时制氢系统的结构示意图；

图4：氧侧气液分离器处安全区间设置示意图；

图5：一个实施例中安全装置运行示意图；

图6：设置有第一控制模块、第二控制模块的制氢系统的结构示意图；

图7：设置有第一控制模块、第二控制模块、第三控制模块的制氢系统的结构示意图；

图8：设置有多个制氢装置的制氢系统的结构示意图；

图9：第二控制阀安装在供气总路时设置有多个制氢装置的制氢系统的结构示意图；

图10：第二控制阀安装在供气分路时设置有多个制氢装置的制氢系统的结构示意图。

附图标记说明：

100、制氢装置；110、电解槽；120、氧侧气液分离器；130、氢侧气液分离器；140、冷却器；150、洗涤器；160、气水分离器；170、DC电源；180、循环泵；

210、氧侧液位变送器；220、氢侧液位变送器；

310、第一控制器；321、气瓶；322、供气管路；323、减压阀；324、压力变送器；325、第一控制阀；326、止回阀；327、第二控制阀；328、第五控制阀；

410、第二控制器；420、第三控制阀；

510、第三控制器；520、第四控制阀。

------表示控制电路。

具体实施方式

本申请的以下实施方式仅用来说明实现本申请的具体实施方式，这些实施方式不能理解为是对本申请的限制。其他的任何在未背离本申请的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均视为等效的置换方式，落在本申请的保护范围之内。

本领域技术人员应理解的是，在本申请的揭露中，术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”、“第五”等仅用于区分不同的结构，而不对具体结构的数量、连接关系等进行限定；另外“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系是基于附图所示的方位或位置关系，其仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此上述术语不能理解为对本申请的限制。

在一个实施例中，如图1～图3所示，提供了一种用于制氢装置液位偏差控制的安全装置，包括：

液位检测模块，所述液位检测模块能够用于检测制氢装置的氧侧气液分离器120中的液位、氢侧气液分离器130中的液位和/或所述氧侧气液分离器120与所述氢侧气液分离器130之间的液位差；和，

第一控制模块；

其中，所述第一控制模块包括：

第一控制器310，所述液位检测模块与所述第一控制器310电连接；

惰性保护气体供气组件；

其中，所述第一控制模块设置有第一安全区间，所述液位检测模块的检测结果(即，所述氧侧气液分离器120的液位、氢侧气液分离器130的液位和/或所述氧侧气液分离器120与所述氢侧气液分离器130之间的液位差)超出所述第一安全区间时，所述第一控制器310能够控制所述惰性保护气体供气组件向所述氧侧气液分离器120和/或所述氢侧气液分离器130中充入惰性保护气体或停止充入惰性保护气体，以控制所述氧侧气液分离器120和/或所述氢侧气液分离器130的液位。

在图1～图3中，示例性地给出了一种制氢装置100，其包括电解槽110、氧侧气液分离器120、氢侧气液分离器130、冷却器140、洗涤器150、气水分离器160，以方便说明本申请安全装置的方案。

关于惰性保护气体，为有惰性的气体，一般不与其他物质发生反应，工业中可以使用氮气或惰性气体(即稀有气体，如氦气、氖气、氩气、氪气、氙气等)，本申请中惰性保护气体优选为氮气和/或氩气。

本申请提供的安全装置为一种在制氢系统中对制氢装置进行控制的控制装置，能够通过液位检测模块实时检测氧侧气液分离器120的液位、氢侧气液分离器130的液位和/或二者之间的液位差，第一控制器310根据液位检测模块的检测结果，控制向所述氧侧气液分离器120和/或所述氢侧气液分离器130中充入惰性保护气体或停止充入惰性保护气体，从而能够通过充入适当的惰性保护气体，控制氧侧气液分离器120和/或氢侧气液分离器130的液位，以实现液位平衡；即使最终依然发生了氢气/氧气漏到另一侧，由于惰性保护气体已经对氢气/氧气进行了置换，依然能够防止发生爆炸。

如图4所示，给出了氧侧气液分离器120中安全区间的设置情况，能够为：小于等于上限值a’的区间；大于等于下限值a”的区间；小于等于上限值a’且大于等于下限值a”的区间。本领域技术人员知晓，在氢侧气液分离器130中也可以进行类似设置。

具体地，第一安全区间包括：

氧侧气液分离器中液位小于等于预设上限值a’，当液位检测模块检测到氧侧气液分离器120中液位高于该上限值a’时，能够触发本申请的安全装置，第一控制器310控制惰性保护气体供气组件向氧侧气液分离器120中充入惰性保护气体，从而降低氧侧气液分离器120中液位，以控制氧侧气液分离器120与氢侧气液分离器130液位，避免液位差过大导致两侧液体互串；和/或，

氧侧气液分离器120中液位大于等于预设下限值a”，当液位检测模块检测到氧侧气液分离器120中液位低于该下限值a”时，第一控制器310控制惰性保护气体供气组件向氢侧气液分离器130中充入惰性保护气体，从而升高氧侧气液分离器120中液位，或者停止向氧侧气液分离器120中充入惰性保护气体；和/或，

氢侧气液分离器130中液位小于等于预设上限值，当液位检测模块检测到氢侧气液分离器130中液位高于该上限值时，能够触发本申请的安全装置，第一控制器310控制惰性保护气体供气组件向氢侧气液分离器130中充入惰性保护气体，从而降低氢侧气液分离器130中液位，以控制氧侧气液分离器120与氢侧气液分离器130液位平衡；和/或，

氢侧气液分离器130中液位大于等于预设下限值，则当液位检测模块检测到氢侧气液分离器130中液位低于该下限值时，第一控制器310控制惰性保护气体供气组件向氧侧气液分离器120中充入惰性保护气体，从而升高氢侧气液分离器130中液位，或者停止向氢侧气液分离器130中充入惰性保护气体；和/或，

所述氧侧气液分离器与所述氢侧气液分离器的液位差的预设上限值，当液位检测模块检测到液位差大于该上限值时，能够触发本申请的安全装置，第一控制器310控制惰性保护气体供气组件向液位较高一侧中充入惰性保护气体至液位平衡。如图5所示，给出了一种具体的控制方式，首先，第一控制器检测气瓶中氮气压力，保证安全装置有效性，当液位检测模块检测到氧侧气液分离器中液位高于上限值时，第一控制器控制惰性保护气体供气组件向氧侧气液分离器充入惰性保护气体，当液位检测模块检测到氧侧气液分离器中液位低于下限值时，第一控制器控制惰性保护气体供气组件停止向氧侧气液分离器充入惰性保护气体。关于氢侧气液分离器，也可以进行相同的控制。

从而，通过本申请提供的安全装置能够通过防止制氢设备内发生氢氧气体互串，即使发生气体互串，由于惰性保护气体的置换作用而能够防止发生爆炸等安全事故。

在一个实施例中，所述惰性保护气体供气组件的输出气压为所述制氢装置运行压力的90％～120％，优选为100％～120％。

由于液位互串需要的压力差很小，设计高于制氢装置压力，即使在制氢装置压力很高的情况下出现极端情况，紧急安全系统依然能起作用。

本申请中的制氢装置运行压力是指正常制氢过程中氢侧气液分离器与氧侧气液分离器中的气压，通常为1～5Mpa。

在一个实施例中，如图1～图3所示，所述惰性保护气体供气组件包括：

气源；

供气管路322，所述供气管路322能够用于连接气源与所述氧侧气液分离器120和/或所述氢侧气液分离器130。

关于气源，本申请中没有具体限定，只要其能够提供惰性保护气体以充入所述所述氧侧气液分离器120和/或所述氢侧气液分离器130即可，具体如充装有氮气的气瓶321。气瓶321可以单独使用一个，也可以两个以上的气瓶321进行组合使用，来保证供气稳定、充足。另外，可以在气源出口的供气管路322上安装第五控制阀328(如电动截止阀)，来控制气源是否流出，从而可以方便检修或更换气源。

关于供气管路322，其可以包括：供气总路，所述供气总路的一端与所述气源连接；和，供气分路，每个所述供气分路的一端与所述供气总路连接，且每个所述供气分路的另一端连接所述制氢装置的氧侧气液分离器120和/或氢侧气液分离器130。从而气源流出的气体能够先后通过供气总路、供气分路分别向氧侧气液分离器120和/或氢侧气液分离器130供气。

本实施例给出了一种惰性保护气体供气组件，气源通过供气管路322向氧侧气液分离器120和/或氢侧气液分离器130供气。

在一个实施例中，如图1～图3所示，所述供气管路322连接所述氧侧气液分离器120和/或所述氢侧气液分离器130的上部(优选为顶部)；或，

所述供气管路连接所述氧侧气液分离器120和/或所述氢侧气液分离器130的下部(优选为底部)；或，

所述供气管路连接在所述氧侧气液分离器120和/或所述氢侧气液分离器130与碱液汇合点之间，从而对氢侧气液分离器和氧侧分离器的干扰最小，在氢氧两侧液体发生互串时能够快速稀释氢气和氧气浓度。

电解制氢过程本身不消耗电解液(如碱液)，因此，经氧侧气液分离器120和氢侧气液分离器130进行气液分离后，从氧侧气液分离器120和氢侧气液分离器130中流出的电解液在汇合后会流回电解槽110继续用于电解制氢。其中，回流电解液的汇合之处即为本申请所说的“氢氧侧电解液汇合点”。

在一个实施例中，如图1～图3所示，所述惰性保护气体供气组件还包括减压阀323，减压阀323设置在供气管路322上，能够控制气源(如上述气瓶321)输出气体的气压，从而实现控制所述惰性保护气体供气组件的输出压力。优选地，如图1～图3所示，减压阀323设置在供气总路上。

在一个实施例中，如图1～图3所示，所述惰性保护气体供气组件还包括气源压力检测单元，优选地，所述气源压力检测单元为压力变送器324，从而能够检测所述气源压力，当压力检测异常或压力较低，不足以满足使用时，则运维人员能够即使进行检查、检修或更换高压瓶组，保证本申请提供的安全装置的实时有效。

在一个实施例中，如图1～图3所示，所述惰性保护气体供气组件还包括：

一个以上的第一控制阀325，所述第一控制器310能够通过所述第一控制阀325控制所述气源与所述氧侧气液分离器120和/或所述氢侧气液分离器130连接的通断。

关于第一控制阀325的种类、结构，本申请没有具体限制，只要其能够实现供气管路内流体流动的通断即可，具体如电动截止阀等。

关于第一控制阀325的安装位置，如图1～图3所示，优选为安装在分别连接氧侧气液分离器120和氢侧气液分离器130的供气分路上，从而第一控制器310能够通过第一控制阀325控制向氧侧气液分离器120和/或氢侧气液分离器130充入惰性保护气体或停止充入惰性保护气体。

在一个实施例中，如图1～图3所示，所述惰性保护气体供气组件还包括止回阀326，所述止回阀326防止流体从所述氧侧气液分离器120和/或所述氢侧气液分离器130向气源方向流动。

具体地，如图1～图3所示，所述止回阀326安装在分别连接氧侧气液分离器120和氢侧气液分离器130的供气分路上，从而能够同时防止流体(如碱液、氢气、氧气等)从所述氧侧气液分离器120和/或所述氢侧气液分离器130经供气管路322向气源方向流动。

在一个实施例中，如图1～图3所示，所述惰性保护气体供气组件还包括第二控制阀327，所述第二控制阀327能够控制流入所述氧侧气液分离器120和/或所述氢侧气液分离器130气体的流量。

关于第二控制阀327的种类、结构，本申请没有具体限制，只要其能够实现控制供气管路内流体的流量即可，具体如气动调节阀、电动调节阀等，其中气动调节阀可以进一步设置阀门定位器，将阀门定位器与第一控制器电连接，以实现更精确地调控。

关于第二控制阀327的安装位置，如图1～图3所示，能够安装在供气总路上，当气源分别向氧侧气液分离器120或氢侧气液分离器130供气时，能够通过安装在供气总路上的第二控制阀327控制流入氧侧气液分离器120或氢侧气液分离器130的气体流量。第二控制阀327也能够分别安装在连接氧侧气液分离器120和氢侧气液分离器130的供气分路上，从而第一控制器310能够通过第二控制阀327分别控制流向氧侧气液分离器120和/或氢侧气液分离器130的气体流量。

在一个实施例中，如图1～图3所示，所述液位检测模块包括：

一个以上(具体能够为1个、2个、3个、4个、5个、6个、7个、8个、9个或10个以上)的氧侧液位变送器210，能够用于检测所述氧侧气液分离器120的液位；和/或，

一个以上(具体能够为1个、2个、3个、4个、5个、6个、7个、8个、9个或10个以上)的氢侧液位变送器220，能够用于检测所述氢侧气液分离器130的液位。

设置两个以上的氧侧液位变送器210或两个以上的氢侧液位变送器220，可以防止某个液位变送器损坏，而导致第一控制模块无法准确、有效工作。

在一个实施例中，如图6所示(图中制氢设备省略了图1～图3中的冷却器140、洗涤器150、气水分离器160)，所述安全装置还包括第二控制模块，所述第二控制模块包括：

第二控制器410；和，

一个以上的第三控制阀420，所述第三控制阀420与所述第二控制器410电连接，所述第三控制阀420控制所述氧侧气液分离器120和/或所述氢侧气液分离器130流出气体的流量或通断；

所述第二控制模块设置有第二安全区间，所述第二安全区间的范围小于所述第一安全区间，所述液位检测模块的检测结果超出第二安全区间时，所述第二控制器410通过所述第三控制阀420控制所述氧侧气液分离器120和/或所述氢侧气液分离器130流出气体的流量或通断，以使所述氧侧气液分离器120的液位、氢侧气液分离器130的液位和/或所述氧侧气液分离器120与所述氢侧气液分离器130之间的液位差(即液位检测模块的检测结果)小于等于第二安全区间。

关于第三控制阀420的种类、结构，本申请没有具体限制，只要其能够实现控制供管路内气体流动的通断或流量即可，如电动流量阀、电动截止阀等。

关于第三控制阀420的安装数量、位置，可以将一个以上(如1个或2个以上)的第三控制阀420设置在所述氧侧气液分离器和/或所述氢侧气液分离器的气体出口的管路上。

关于液位检测模块，第一控制模块和第二控制模块可以分别使用液位检测模块中不同的液位变送器，或者共同使用液位检测模块中的部分或全部的液位变送器。

关于第二安全区间，根据需要，将其范围设置为小于第一安全区间的范围。如图4所示，关于氧侧氢侧气液分离器120的液位，当第一安全区间为小于等于上限值a’的区间，则第二安全区间能够为小于等于上限值b’的区间；当第一安全区间为大于等于下限值a”的区间，则第二安全区间能够为大于等于下限值b”的区间；当第一安全区间为小于等于上限值a’且大于等于下限值a”的区间，则第二安全区间能够为小于等于上限值b’且大于等于下限值b”的区。本领域技术人员知晓，在氢侧气液分离器130中也可以进行类似设置。当第一安全区间、第二安全区间包括所述氧侧气液分离器120与所述氢侧气液分离器130之间的液位差时，则第二安全区间的液位差的上限值小于第一安全区间的液位差的上限值。

关于第二控制模块控制所述氧侧气液分离器120的液位、氢侧气液分离器130的液位和/或所述氧侧气液分离器120与所述氢侧气液分离器130之间的液位差，可以通过第二控制器410控制一侧(如氧侧)的第三控制阀420减小气体流量或关闭管路，而降低该侧(如氧侧)的液位，也可以通过第二控制器410控制一侧(如氧侧)的第三控制阀420增大气体流量，而提高该侧(如氧侧)的液位，从而实现调控液位/液位差。

如图6所示，本实施例给出了同时包括第一控制模块、第二控制模块的安全装置。

则，当使用上述安全装置对制氢装置进行控制时，首先由第二控制模块主导控制，当所述液位检测模块的检测结果超出第二安全区间时，所述第二控制模块的所述第二控制器410通过所述第三控制阀420控制所述氧侧气液分离器120和/或所述氢侧气液分离器130流出气体的流量或通断，以使得所述氧侧气液分离器120的液位、氢侧气液分离器130的液位和/或所述氧侧气液分离器120与所述氢侧气液分离器130之间的液位差(即液位检测模块的检测结果)小于等于第二安全区间；当所述第二控制模块未起效(如零件损坏导致设备故障或者起效太慢)，液位/液位差持续变化，所述液位检测模块的检测结果超出第一安全区间时，则启动第一控制模块，所述第一控制器310能够控制所述惰性保护气体供气组件向所述氧侧气液分离器和/或所述氢侧气液分离器中充入或停止充入惰性保护气体，以控制所述氧侧气液分离器与所述氢侧气液分离器的液位。

关于第二控制模块，其可以由现有制氢系统的控制设备对应的硬件来实现相应的控制，而无需再专门设置另外的硬件设备。此时，如图6所示，第二控制器410能够对电源(DC电源170)等进行控制，当所述液位检测模块的检测结果超出第一安全区间时，第二控制器410能够同时控制制氢装置停机(如停止电解制氢等)，从而能够降低由于第二控制模块液位控制未起效(如零件损坏导致设备故障)导致安全事故的可能性。

通过上述第一控制模块、第二控制模块的联动控制，从而一方面能够通过第二控制模块尽量保证正常的安全生产，即使发生意外情况，也能够通过第一控制模块紧急充入惰性保护气体，以防止发生安全事故。

在一个实施例中，如图7(图中制氢设备省略了图1～图3中的冷却器140、洗涤器150、气水分离器160)所示，所述安全装置还包括第三控制模块，所述第三控制模块包括：

第三控制器510；和，

一个以上的第四控制阀520，所述第四控制阀520通过管路与所述第三控制阀420并联；

所述第三控制模块设置有第三安全区间，所述第三安全区间的范围大于第二安全区间且小于所述第一安全区间，所述液位检测模块的检测结果超出第三安全区间时，所述第三控制器510通过所述第四控制阀520控制所述氧侧气液分离器120和/或所述氢侧气液分离器130流出气体的流量或通断，以使所述氧侧气液分离器120的液位、氢侧气液分离器130的液位和/或所述氧侧气液分离器120与所述氢侧气液分离器130之间的液位差(即液位检测模块的检测结果)小于等于第三安全区间。

关于第四控制阀520的种类、结构，本申请没有具体限制，只要其能够实现控制供管路内气体流动的通断或流量即可，如电动流量阀、电动截止阀等。

关于液位检测模块，第一控制模块、第二控制模块、第三控制模块可以分别使用液位检测模块中不同的液位变送器，或者控制模块三者中的任意两个或三个共同使用液位检测模块中的部分或全部的液位变送器。

关于第三安全区间，根据需要，将其范围设置为大于第二安全区间且小于所述第一安全区间。如图4所示，关于氧侧气液分离器120的液位，当第一安全区间为小于等于上限值a’的区间、第二安全区间为小于等于上限值b’的区间时，第三安全区间能够为小于等于上限值c’的区间；当第一安全区间为大于等于下限值a”的区间、第二安全区间为大于等于下限值b”的区间时，第三安全区间能够为大于等于下限值c”的区间；当第一安全区间为小于等于上限值a’且大于等于下限值a”的区间、第二安全区间为小于等于上限值b’且大于等于下限值b”的区间时，第三安全区间能够为小于等于上限值c’且大于等于下限值c”的区间。本领域技术人员知晓，在氢侧气液分离器130中也可以进行类似设置。当第一安全区间、第二安全区间、第三安全区间包括所述氧侧气液分离器120与所述氢侧气液分离器130之间的液位差时，则第三安全区间的液位差的上限值小于第一安全区间的液位差的上限值且大于第二安全区间的液位差的上限值。

关于第三控制模块控制所述氧侧气液分离器120的液位、氢侧气液分离器130的液位和/或所述氧侧气液分离器120与所述氢侧气液分离器130之间的液位差，可以通过第三控制器510控制一侧(如氧侧)的第四控制阀520减小气体流量或关闭管路，而降低该侧(如氧侧)的液位，也可以通过第三控制器510控制一侧(如氧侧)的第四控制阀520增大气体流量，而提高该侧(如氧侧)的液位，从而实现调控液位/液位差。

另外，所述第三控制模块还可以包括与第三控制器电连接的一个以上的压力变送器，以检测氧侧气液分离器120、氧侧气液分离器120气体出口管路、所述氢侧气液分离器130和/或所述氢侧气液分离器130气体出口管路的气压，以方便对相应气压进行监测，并进一步对液位/液位差进行调控。

如图7所示，本实施例给出了同时包括第一控制模块、第二控制模块、第三控制模块的安全装置。

则，当所述液位检测模块的检测结果超出所述第二安全区间时，首先由第二控制模块主导控制，所述第二控制模块的所述第二控制器410通过所述第三控制阀420控制所述氧侧气液分离器120和/或所述氢侧气液分离器130流出气体的流量或通断，以使得所述氧侧气液分离器120的液位、氢侧气液分离器130的液位和/或所述氧侧气液分离器120与所述氢侧气液分离器130之间的液位差(即液位检测模块的检测结果)小于等于第二安全区间；

当所述第二控制模块未起效(如零件损坏导致设备故障)，液位/液位差持续变化，所述液位检测模块的检测结果超出第三安全区间时，则启动第三控制模块，所述第三控制模块的所述第三控制器510通过所述第四控制阀控制520所述氧侧气液分离器120和/或所述氢侧气液分离器130流出气体的流量或通断，以使得所述氧侧气液分离器120的液位、氢侧气液分离器130的液位和/或所述氧侧气液分离器120与所述氢侧气液分离器130之间的液位差(即液位检测模块的检测结果)小于等于第三安全区间；

当所述第二控制模块、所述第三控制模块均未起效(如零件损坏导致设备故障)，液位/液位差持续变化，所述液位检测模块的检测结果超出第一安全区间时，则启动第一控制模块，所述第一控制器310能够控制所述惰性保护气体供气组件向所述氧侧气液分离器和/或所述氢侧气液分离器中充入或停止充入惰性保护气体，以控制所述氧侧气液分离器与所述氢侧气液分离器的液位。

如上面所介绍的，当第二控制模块由现有制氢系统的控制设备对应的硬件来实现相应的控制时，如图6所示，第二控制器410能够对电源(DC电源170)等进行控制，当所述液位检测模块的检测结果超出第二安全区间时，第二控制器410能够同时控制制氢装置停机(如停止电解制氢等)。另外，第三控制模块的第三控制器也能够与电源(DC电源170)等电连接，当所述液位检测模块的检测结果超出第三安全区间时，第三控制器510能够同时控制制氢装置停机(如停止电解制氢等)。从而能够降低由于第二控制模块、第三控制模块液位控制未起效(如零件损坏导致设备故障)导致安全事故的可能性。

通过上述第一控制模块、第二控制模块、第三控制模块的联动控制，能够通过第二控制模块保证正常的安全生产；即使发生不太严重的意外情况，也能够通过第三控制模块控制液位以防发生气体互串，有利于在保证安全的前提下尽快重启生产；只有在发生较严重、紧急的情况时，才启动第一控制模块紧急充入惰性保护气体，以防止发生安全事故。

在一个实施例中，如图8～图10所示，所述安全装置用于两个以上(具体能够为2个、3个、4个、5个、6个、7个、8个、9个或10个以上)的所述制氢装置100；所述液位检测模块包括：

两个以上(具体能够为2个、3个、4个、5个、6个、7个、8个、9个或10个以上)的氧侧液位变送器210，能够分别用于检测两个以上所述制氢装置的所述氧侧气液分离器120的液位；和/或，

两个以上(具体能够为2个、3个、4个、5个、6个、7个、8个、9个或10个以上)的氢侧液位变送器220，能够分别用于检测两个以上所述制氢装置的所述氢侧气液分离器130的液位；

所述惰性保护气体供气组件能够通过供气管路能够连接每个所述制氢装置100的所述氧侧气液分离器120和/或所述氢侧气液分离器130。

当本实施例方案中设置有第二控制阀327(如电动流量阀)来控制流入氧侧气液分离器120和/或氢侧气液分离器130的气体流量时，如图9所示，其能够安装在供气总路上，从而可以控制从气源流出气体的流量；优选地，如图10所示，第二控制阀327能够安装在每个连接制氢装置100的供气分路上，从而实现单独控制流入每个制氢装置100的惰性保护气体的流量。

需要说明的是，关于上述第一控制器310、第二控制器410、第三控制器510的种类型号，本领域技术人员可以根据工况进行适当选择，如选择合适的单片机或PCL控制器等等。

根据以上记载的内容，本领域技术人员知晓通过上述安全装置控制制氢装置100进行安全生产的方法。

而且，根据上述记载以及图1～图10，本领域技术人员知晓一种制氢系统，其包括一个以上(具体能够为1个、2个、3个、4个、5个、6个、7个、8个、9个或10个以上)的制氢装置100以及本申请提供的上述所述的安全装置。

尽管以上对本申请的实施方案进行了描述，但本申请并不局限于上述的具体实施方案和应用领域，上述的具体实施方案仅仅是示意性的、指导性的，而不是限制性的。本领域的普通技术人员在本说明书的启示下和在不脱离本申请权利要求所保护的范围的情况下，还可以做出很多种的形式，这些均属于本申请要求保护之列。

Claims (20)

1.一种用于制氢装置液位偏差控制的安全装置，包括：

液位检测模块，所述液位检测模块能够用于检测制氢装置的氧侧气液分离器中的液位、氢侧气液分离器中的液位和/或所述氧侧气液分离器与所述氢侧气液分离器之间的液位差；和，

第一控制模块；

其中，所述第一控制模块包括：

第一控制器，所述液位检测模块与所述第一控制器电连接；和，

惰性保护气体供气组件；

所述第一控制模块设置有第一安全区间，所述液位检测模块的检测结果超出第一安全区间时，所述第一控制器能够控制所述惰性保护气体供气组件向所述氧侧气液分离器和/或所述氢侧气液分离器中充入或停止充入惰性保护气体，以控制所述氧侧气液分离器和/或所述氢侧气液分离器的液位。

2.如权利要求1所述的安全装置，其中，

所述惰性保护气体供气组件的输出气压为所述制氢装置运行压力的90％～120％，优选为100％～120％。

3.如权利要求1所述的安全装置，其中，

所述惰性保护气体供气组件包括：

气源；

供气管路，所述供气管路能够用于连接所述气源与所述氧侧气液分离器和/或所述氢侧气液分离器。

4.如权利要求3所述的安全装置，其中，

所述供气管路包括：

供气总路，所述供气总路的一端与所述气源连接；和，

供气分路，每个所述供气分路的一端与所述供气总路连接，且每个所述供气分路的另一端连接所述制氢装置的所述氧侧气液分离器和/或所述氢侧气液分离器。

5.如权利要求3所述的安全装置，其中，

所述供气管路连接所述氧侧气液分离器和/或所述氢侧气液分离器的上部；或，

所述供气管路连接所述氧侧气液分离器和/或所述氢侧气液分离器的下部；或，

所述供气管路连接在所述氧侧气液分离器和/或所述氢侧气液分离器与氢氧侧电解液汇合点之间。

6.如权利要求3所述的安全装置，其中，

所述惰性保护气体供气组件还包括：

减压阀，所述减压阀控制所述惰性保护气体供气组件的输出气压。

7.权利要求3所述的安全装置，其中，

所述惰性保护气体供气组件还包括：

气源压力检测单元，所述气源压力检测单元与所述第一控制器电连接，用于检测所述气源的气压；

优选地，所述气源压力检测单元为压力变送器。

8.如权利要求3所述的安全装置，其中，

所述惰性保护气体供气组件还包括：

一个以上的第一控制阀，所述第一控制器能够通过所述第一控制阀控制所述气源与所述氧侧气液分离器和/或所述氢侧气液分离器连接的通断。

9.如权利要求3所述的安全装置，其中，

所述惰性保护气体供气组件还包括：

止回阀，所述止回阀防止流体从所述氧侧气液分离器和/或所述氢侧气液分离器向气源方向流动。

10.如权利要求3所述的安全装置，其中，

所述惰性保护气体供气组件还包括：

第二控制阀，所述第二控制阀能够控制流入所述氧侧气液分离器和/或所述氢侧气液分离器气体的流量。

11.如权利要求1所述的安全装置，其中，

所述液位检测模块包括：

一个以上的氧侧液位变送器，能够用于检测所述氧侧气液分离器的液位；和/或，

一个以上的氢侧液位变送器，能够用于检测所述氢侧气液分离器的液位。

12.如权利要求1所述的安全装置，其中，

所述第一安全区间包括：

所述氧侧气液分离器中液位小于等于预设上限值；和/或，

所述氧侧气液分离器中液位大于等于预设下限值；和/或，

所述氢侧气液分离器中液位小于等于预设上限值；和/或，

所述氢侧气液分离器中液位大于等于预设下限值；和/或，

所述氧侧气液分离器与所述氢侧气液分离器的液位差小于等于预设上限值。

13.如权利要求1所述的安全装置，其中，

还包括第二控制模块，所述第二控制模块包括：

第二控制器；和，

一个以上的第三控制阀，所述第三控制阀与所述第二控制器电连接，所述第三控制阀控制所述氧侧气液分离器和/或所述氢侧气液分离器流出气体的流量或通断；

所述第二控制模块设置有第二安全区间，所述第二安全区间的范围小于所述第一安全区间，所述液位检测模块的检测结果超出第二安全区间时，所述第二控制器通过所述第三控制阀控制所述氧侧气液分离器和/或所述氢侧气液分离器流出气体的流量或通断，以使所述液位检测模块的检测结果小于等于第二安全区间。

14.如权利要求13所述的安全装置，其中，

一个以上的所述第三控制阀设置在所述氧侧气液分离器和/或所述氢侧气液分离器的气体出口的管路上。

15.如权利要求14所述的安全装置，其中，

还包括第三控制模块，所述第三控制模块包括：

第三控制器；和，

一个以上的第四控制阀，所述第四控制阀通过管路与所述第三控制阀并联；

所述第三控制模块设置有第三安全区间，所述第三安全区间的范围大于第二安全区间且小于所述第一安全区间，所述液位检测模块的检测结果超出第三安全区间时，所述第三控制器通过所述第四控制阀控制所述氧侧气液分离器和/或所述氢侧气液分离器流出气体的流量或通断，以使所述液位检测模块的检测结果小于等于第三安全区间。

16.如权利要求1～15中任一项所述的安全装置，其中，

所述液位检测模块包括：

两个以上的所述氧侧液位变送器，能够分别用于检测两个以上所述制氢装置的所述氧侧气液分离器的液位；和/或，

两个以上的氢侧液位变送器，能够分别用于检测两个以上所述制氢装置的所述氢侧气液分离器的液位；

所述惰性保护气体供气组件能够通过供气管路连接每个所述制氢装置的所述氧侧气液分离器和/或所述氢侧气液分离器。

17.一种用于氢气生产的液位偏差控制的方法，包括：

使用权利要求1～16中任一项所述的安全装置控制制氢装置。

18.如权利要求17所述的方法，其中，

使用权利要求13或14所述的安全装置控制所述制氢装置；

当所述液位检测模块的检测结果超出第二安全区间时，所述第二控制模块的所述第二控制器通过所述第三控制阀控制所述氧侧气液分离器和/或所述氢侧气液分离器流出气体的流量或通断，以使所述液位检测模块的检测结果小于等于第二安全区间；

当所述第二控制模块未起效，所述液位检测模块的检测结果超出第一安全区间时，所述第一控制器能够控制所述惰性保护气体供气组件向所述氧侧气液分离器和/或所述氢侧气液分离器中充入或停止充入惰性保护气体，以控制所述氧侧气液分离器与所述氢侧气液分离器的液位。

19.如权利要求17所述的方法，其中，

使用权利要求15所述的安全装置控制所述制氢装置；

当所述液位检测模块的检测结果超出第二安全区间时，所述第二控制模块的所述第二控制器通过所述第三控制阀控制所述氧侧气液分离器和/或所述氢侧气液分离器流出气体的流量或通断，以使所述液位检测模块的检测结果小于等于第二安全区间；

当所述第二控制模块未起效，所述液位检测模块的检测结果超出第三安全区间时，所述第三控制模块的所述第三控制器通过所述第四控制阀控制所述氧侧气液分离器和/或所述氢侧气液分离器流出气体的流量或通断，以使所述液位检测模块的检测结果小于等于第三安全区间；

当所述第二控制模块、所述第三控制模块均未起效，所述液位检测模块的检测结果超出第一安全区间时，所述第一控制器能够控制所述惰性保护气体供气组件向所述氧侧气液分离器和/或所述氢侧气液分离器中充入或停止充入惰性保护气体，以控制所述氧侧气液分离器与所述氢侧气液分离器的液位。

20.一种制氢系统，包括：

一个以上的制氢装置；和，

权利要求1～16中任一项所述的安全装置。