一种可以防止氢气燃爆的氢气纯化装置的制作方法

本实用新型涉及一种可以在氢气纯化过程中有效防止发生氢气燃爆事故的氢气纯化装置，属于氢气提纯设备技术领域。

背景技术：

在冶金企业中，经常用到氢气纯化装置制备高纯度氢气。水电解制氢生产出来的氢气纯度在99.8%，通过氢气纯化装置提纯后，高纯氢气纯度达到99.999%。高纯氢气作为冷轧板生产保护气，钢板在保护气体中进行加热退火，不氧化，也不产生脱碳。退火后的冷轧板光亮照人，且加工硬化被消除，获得所需的组织和性能，广泛用于汽车板和家电板的生产。

在实际生产中，氢气纯化装置容易发生氢气燃爆事故。氢气纯化装置有两个干燥塔两组并联，一组吸附干燥去水时，另一组同时再生，采用氮气加热再生方式，再生氮气压力为0.4MPa。在生产过程中，一旦氢气纯度指标微氧（5PPM）、露点（60℃）不合格，产品气就会由两位三通电磁阀放空，放空时可能会发生放空管出口燃爆事故，造成氢气的供应中断，影响正常生产秩序，同时也给制氢的安全生产带来严重威胁。

通过分析，发生氢气燃爆事故原因为：

（1）两个干燥塔氢气进出口电磁阀门在切换过程中同时放空，大大增加了氢气的放空量；

（2）再生氮气放空电磁阀是两位开、关阀，在再生氮气放空电磁阀动作后直接导通整个放空管道，故放空气体流速瞬间加快，氢气与放空管道发生摩擦，静电起火；

（3）由于原放空管口为T型水平设置，而空气较氢气比重大，空气流动时，部分空气便进入了放空管道内，在保压时最易产生此种情况，干燥塔切换放空瞬间，在有氧气存在的情况下，由于氢气流速过快，摩擦、静电即发生燃爆着火；

（4）两个干燥塔氢气进出口电磁阀门开、关不到位，造成在切换过程中两个干燥塔内的氢气同时放空，引起系统压力波动；

（5）由于氢气反吹管路通径较大，在氢气反吹时，造成正在工作的干燥塔内部氢气大量放空，引起系统压力大幅度下降，造成氢气纯化装置切换过程压力波动大。

通过以上分析，很有必要对现有的氢气纯化装置进行改进，以消除造成氢气燃爆的原因，保证安全生产。

技术实现要素：

本实用新型所要解决的的技术问题是提供一种可以防止氢气燃爆的氢气纯化装置，这种氢气纯化装置改进后可以避免两个干燥塔同时放空，并可降低放空气体流速，还可限制反吹氢气的流量和减少空气混入的几率，达到有效防止氢气燃爆事故、保证正常生产的目的。

解决上述技术问题的技术方案是：

一种可以防止氢气燃爆的氢气纯化装置，它包括脱氧塔、气水分离器、两个干燥塔、两个冷却器、阻火器，两个干燥塔并联，氢气输入管道通过脱氧塔、气水分离器分别与两个干燥塔相连接，再生氮气输入管道与两个干燥塔相连接，两个干燥塔与两个冷却器相连接，两个冷却器与放空管道相连接，两个干燥塔的氢气输出管道与再生氮气输入管道之间连接有氢气反吹管道，阻火器安装在放空管道中，阻火器后放空管道后部连接T型出口，在上述管道中分别连接有不合格氢气放空电磁阀、干燥塔氢气出口电磁阀、干燥塔氮气进口电磁阀、干燥塔氢气进口电磁阀、干燥塔氮气出口电磁阀、氢气反吹电磁阀、排污电磁阀、再生氮气入口电磁阀、再生氮气放空电磁阀，其改进之处是，所述不合格氢气放空电磁阀、干燥塔氢气出口电磁阀、干燥塔氮气进口电磁阀、干燥塔氢气进口电磁阀、干燥塔氮气出口电磁阀、氢气反吹电磁阀、排污电磁阀、再生氮气入口电磁阀、再生氮气放空电磁阀均采用双气源电磁阀，双气源电磁阀的阀门开、关均与仪表气源管路相连接，在放空管道的再生氮气放空电磁阀之后增设气动薄膜调节阀，在氢气反吹管道的氢气反吹电磁阀之前增设一个手动球阀，在阻火器后放空管道与氮气输入管道之间连接保护氮气管道，在保护氮气管道中安装保护氮气电磁阀，保护氮气电磁阀与再生氮气入口电磁阀动作相反。

上述可以防止氢气燃爆的氢气纯化装置，所述放空管道和阻火器后放空管道中的所有法兰加装防止静电的跨接导线，阻火器后放空管道出口处单独做接地导线。

上述可以防止氢气燃爆的氢气纯化装置，所述阻火器后放空管道连接的放空管T型出口改为弯头单向放空出口。

本实用新型的有益效果是：

本实用新型将原有的单气源电磁阀全部改造为双气源电磁阀，避免了单气源电磁阀由于弹簧性能不稳定，导致阀门开、关不到位的现象，提高了电磁阀门动作的准确性，解决了氢气纯化装置切换过程中系统压力波动大的问题；在放空管道中增设气动薄膜调节阀，通过调节气动薄膜调节阀的阀门开度，可以既避免了氢气快速放空，又保证了再生氮气量的要求；在氢气反吹管道中加装了手动球阀可以起到限流作用，有效防止了系统压力大幅度下降的现象；在阻火器后放空管道上增加保护氮气管道和保护氮气电磁阀，可以防止保压过程中放空管内混入空气；在法兰加装跨接导线可以防止静电；将放空管T型出口改为弯头单向放空出口可以减少空气混入几率。

本实用新型对氢气纯化装置的管道和安装的电磁阀进行了改进，可以有效地避免两个干燥塔同时放空，并可降低放空气体流速，还可限制反吹氢气的流量和减少空气混入的几率，达到有效防止氢气燃爆事故、保证正常生产的目的。

附图说明

图1是现有的氢气纯化装置结构示意图；

图2是本实用新型的结构示意图。

图中标记如下：不合格氢气放空电磁阀1、干燥塔氢气出口电磁阀2、干燥塔氮气进口电磁阀3、干燥塔氢气进口电磁阀4、干燥塔氮气出口电磁阀5、氢气反吹电磁阀6、排污电磁阀7、再生氮气入口电磁阀8、再生氮气放空电磁阀9、脱氧塔10、气水分离器11、第一干燥塔12、第二干燥塔13、第一冷却器14、第二冷却器15、阻火器16、氢气反吹管道17、放空管道18、阻火器后放空管道19、T型出口20、手动球阀21、保护氮气电磁阀22、气动薄膜调节阀23、保护氮气管道24、弯头单向放空出口25。

具体实施方式

图1显示，现有的氢气纯化装置包括脱氧塔10、气水分离器11、第一干燥塔12、第二干燥塔13、第一冷却器14、第二冷却器15、阻火器16。

第一干燥塔12、第二干燥塔13并联，氢气输入管道通过脱氧塔10、气水分离器11分别与第一干燥塔12、第二干燥塔13相连接，再生氮气输入管道与第一干燥塔12、第二干燥塔13相连接；第一干燥塔12、第二干燥塔13与第一冷却器14、第二冷却器15相连接，第一冷却器14、第二冷却器15与放空管道18相连接；第一干燥塔12、第二干燥塔13的氢气输出管道与再生氮气输入管道之间连接有氢气反吹管道17；阻火器16安装在放空管道18中，阻火器后放空管道19后部连接T型出口20。

在上述管道中分别连接有不合格氢气放空电磁阀1、干燥塔氢气出口电磁阀2、干燥塔氮气进口电磁阀3、干燥塔氢气进口电磁阀4、干燥塔氮气出口电磁阀5、氢气反吹电磁阀6、排污电磁阀7、再生氮气入口电磁阀8、再生氮气放空电磁阀9。

图1显示，现有的氢气纯化装置工作过程是：第一干燥塔12吸附干燥去水时，第二干燥塔13同时再生。采用氮气加热再生方式，再生氮气压力为0.4MPa。第一干燥塔12在常温下工作，额定气量下连续工作24小时（可调）。调节再生氮气流量，通过流量计送入再生的第二干燥塔13，使用电加热器对干燥剂进行加热再生，然后用氮气吹冷至常温。从产品氢气出口引一路氢气反吹管道17，在氢气反吹电磁阀6打开的同时，再生氮气入口电磁阀8关闭，10分钟后再生氮气放空电磁阀9关闭，通过氢气反吹电磁阀6向第二干燥塔13吹入氢气进行置换并升压，为第二干燥塔13投入下一次吸附工作做好准备。24小时（可调）自动切换一次。一旦氢气纯度指标微氧（5PPM）、露点（60℃）不合格，产品气由不合格氢气放空电磁阀1放空。

图2显示，本实用新型的改进之处如下：

第一、氢气纯化装置共有9个电磁阀。原控制方式采用单路气源驱动气缸运动，带动球阀打开，当该阀门需要关闭时，电磁阀切断仪表气源，在气缸内弹簧的弹力作用下阀门关闭。本实用新型将9个电磁阀全部由单气源改造为双气源，阀门开、关均以仪表气源为动力，避免了单气源电磁阀由于弹簧性能不稳定，导致阀门开、关不到位的现象，提高了电磁阀门动作的准确性，解决了氢气纯化装置切换过程中系统压力波动大的问题。

第二、改变以下电磁阀的开关时间，使再生氮气放空电磁阀9比大切换时间延迟1分钟打开；再生氮气入口电磁阀8延时5分钟打开；第一干燥塔12、第二干燥塔13电加热延时10分钟送电；确保第一干燥塔12、第二干燥塔13的干燥塔氢气进口电磁阀4、干燥塔氢气出口电磁阀2开、关到位后再放空，同时也防止发生电加热元件烧毁事故。电加热元件在含氢气的第一干燥塔12、第二干燥塔13内部燃烧，是非常危险的，有可能引起爆炸。经过改进后，氢气纯化装置在系统大切换时，避免了第一干燥塔12、第二干燥塔13内的氢气同时放空的现象，有效防止了的氢气放空管口燃爆事故的发生。

第三、在氢气纯化装置系统大切换的初始瞬间，再生第二干燥塔13内存留的氢气通过放空管道18快速放空，为了降低氢气流速，创新性地在再生氮气放空电磁阀9之后增设了气动薄膜调节阀23，控制气动薄膜调节阀23阀门开度。在系统大切换的初始5分钟内，该气动薄膜调节阀23开度设定值为5%，之后再生氮气入口电磁阀8打开，在再生第二干燥塔13内已有大量氮气的情况下，该气动薄膜调节阀23开度设定值为100%，从而既避免了氢气快速放空，又保证了再生氮气量的要求。

第四、由于氢气反吹管道17通径较大，在氢气反吹时，造成正在工作的第一干燥塔12内部氢气大量放空。于是在氢气反吹电磁阀6之前加装了手动球阀21，起到限流作用，用来控制反吹氢气的流量，有效防止了系统压力大幅度下降的现象。

第五、为了防止保压过程中放空管内混入空气，在氢气纯化装置阻火器后放空管道19增加保护氮气管道24，加装了保护氮气电磁阀22，该保护氮气电磁阀22与再生氮气入口电磁阀8动作相反，使放空管道18和阻火器后放空管道19内始终有氮气流通置换，防止空气混入。

第六、在氢气纯化装置放空管道18和阻火器后放空管道19所有法兰加装跨接导线，防止静电产生，并用25米40×4的镀锌扁钢及7.5米50×50的镀锌角钢，在氢气纯化装置阻火器后放空管道19出口处单独制作接地导线，并与避雷接地断开，可以有效防止静电聚集产生燃爆。

第七、将氢气纯化装置放空管T型出口20改为弯头单向放空出口25，减少空气混入几率。

第八、打开放空管出口阻火器16，补充添加了不锈钢丝网并加以固定，确保阻火有效。

本实用新型的一个实施例的部分部件型号如下：

不合格氢气放空电磁阀1的型号为LDBAEP,DN40,PN40；

干燥塔氢气出口电磁阀2的型号为LDBAEP,DN40,PN40；

干燥塔氮气进口电磁阀3的型号为LDBAEP,DN40,PN40；

干燥塔氢气进口电磁阀4的型号为LDBAEP,DN40,PN40；

干燥塔氮气出口电磁阀5的型号为LDBAEP,DN40,PN40；

氢气反吹电磁阀6的型号为LDBACP,DN40,PN40；

排污电磁阀7的型号为LDBACP,DN20,PN40；

再生氮气入口电磁阀8的型号为LDBACP,DN40,PN40；

再生氮气放空电磁阀9的型号为LDBACP,DN40,PN40；

手动球阀21的型号为Q61F,DN40,PN40；

保护氮气电磁阀22的型号为LDBACP,DN20,PN40；

气动薄膜调节阀23的型号为ZJHP,DN32,PN40。

本实用新型的工作过程如下：

第一干燥塔12吸附干燥去水时，第二干燥塔13同时再生。采用氮气加热再生方式，再生氮气压力为0.4MPa。第一干燥塔12在常温下工作，额定气量下连续工作24小时（可调）。调节再生氮气流量，通过流量计送入再生的第二干燥塔13，使用电加热器对干燥剂进行加热再生，然后用氮气吹冷至常温。从产品氢气出口引一路氢气反吹管道17，在氢气反吹电磁阀6打开的同时，再生氮气入口电磁阀8关闭，10分钟后再生氮气放空电磁阀9关闭，通过氢气反吹电磁阀6向第二干燥塔13吹入氢气进行置换并升压，为第二干燥塔13投入下一次吸附工作做好准备。24小时（可调）自动切换一次。一旦氢气纯度指标微氧（5PPM）、露点（60℃）不合格，产品气由不合格氢气放空电磁阀1放空。