PEM电解堆用气液分离系统的参数确定方法及装置与流程

pem电解堆用气液分离系统的参数确定方法及装置
技术领域
1.本发明涉及氢水汽分离器技术领域，具体为pem电解堆用气液分离系统的参数确定方法及装置。


背景技术：

2.氢气作为一种良好的还原剂和清洁燃料，广泛应用于石油、化工、冶金、医药等行业。由于自然界的氢含量很低，对生产和工业很难从自然界获得大量氢气。pem水电解制氢具有良好化学稳定性、质子传导性、气体分离性的全氟磺酸质子交换膜作为固体电解质替代石棉膜，能有效阻止电子传递，提高电解槽安全性，目前已经成为电解水制氢领域的一大趋势。为了保证pem纯水电解制氢系统中的电化学反应持续进行，同时能够实现测试系统中各测试参数，如电流、水流量、温度、产氢压力、产氢效率、含水量等的实时监控，需要建立一套稳定有效的控制系统对各环节进行准确监控。
3.目前在进行pem电解时，其氢气中大量雾滴会影响氢气的质量，提高了降温时的负荷。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供了pem电解堆用气液分离系统的参数确定方法及装置，达到通过丝网间隙过滤氢气中大量雾滴，从而降低氢气含水量，提高氢气质量，降低后端温降负荷的目的。
5.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
6.s1、计算操作气速，根据所述操作气速确定丝网目数，根据所述丝网目数确定其直径；
7.s2、根据预设参数，确定换热面积；
8.s3、根据介质内含湿量核算析出水量，换算排水频率；
9.s4、根据所述介质压力温度核算容器的结构强度。
10.优选的，所述步骤s1计算操作气速，所述操作气速为所述介质通过所述丝网的速度。
11.优选的，步骤s3中根据所述介质内含湿量计算分离析出水量计算下端液体贮存容积及换算排水频率。
12.优选的，所述步骤s4根据所述介质压力温度计算氢气承压容器的筒体和封头的厚度。
13.pem电解堆用气液分离系统装置，包括上述pem电解堆用气液分离系统的参数确定方法。
14.本发明提供了pem电解堆用气液分离系统的参数确定方法及装置。具备以下有益效果：
15.本发明通过引进冷冻水换热降低氢气露点，让水分冷却自然析出，并在冷却流道
中增加初过滤较低目数丝网，进而提供分离效率和提高换热面积，有效降低制造成本，中间高目数丝网过滤小于50um微小雾滴，进一步降低含水量，筒体底部收集冷凝分离后的冷凝水，贮存到一定液位后自动排出，主要作用为通过丝网间隙过滤氢气中大量雾滴，从而降低氢气含水量，提高氢气质量，降低后端温降负荷。
附图说明
16.附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
17.图1为本发明流程示意图；
18.图2为本发明装置氢气流向示意图；
19.图3为本发明装置冷冻水流向示意图；图4为本发明操作气速与除沫效率的关系示意图。
具体实施方式
20.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
21.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
22.如图1-4所示，本发明提供一种技术方案：pem电解堆用气液分离系统的参数确定方法，包括以下步骤：
23.s1、计算操作气速，根据操作气速确定丝网目数，根据丝网目数确定其直径。
24.根据安装需求，设备设计立式分离器，确定设备尺寸大小，先计算操作气速，操作气速为介质通过丝网的速度，操作气速应选择适宜的，气速过低，雾沫在气体惯性太小，处于漂浮状态，通过丝网层时在网中漂浮无法除净，操作气速太高，聚集的液滴不易从丝网中下落，液体充满丝网，使液滴飞溅起来，被气流带走，造成泛液现象，从而降低除沫效率。
[0025][0026][0027]
确定操作气速vg范围值为2.1-3.36m/s；
[0028]
计算截面积范围值a1，通过选用合适的丝网目数，计算丝网直径d范围值，从制造角度考虑，尽量选用较大的丝网直径，丝网的目数选取为320-330，其直径选取为60mm-80mm。
[0029]
[0030][0031]
在选用325目丝网情况下计算得出丝网直径d在60mm～80mm，选用80mm 丝网直径作为设计尺寸。
[0032]
s2、根据预设参数，确定换热面积。
[0033]
选定丝网直径后，通过计算介质需求热负荷计算冷却需求的换热面积。
[0034][0035]
冷却流道采用夹套结构方式，丝网直径为80mm，内筒确定管径为φ89mm，考虑氢气冷却流道空间，外筒管径选取为φ140mm-150mm，冷却夹套管径选取为φ219mm-225mm，由于冷却流道内充填丝网，增大换热面积，参考翅片换热的经验数据，降低换热面积后计算实际
的换热段长度。
[0036]
翅片换热经验常数22-5范围值换热面积sz0.21m2外筒直径d换140mm换热段长度l0.48mm
[0037]
换热段长度考虑整体外形和余量，取530mm。
[0038]
s3、根据介质内含湿量核算析出水量，换算排水频率。
[0039]
介质内含湿量计算分离析出水量计算下端液体贮存容积及换算排水频率。
[0040]
3.析出水量：
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入口温度60℃进气量0.4m3/h饱和空气密度0.981kg/m3饱和空气含湿量152g/kg分离效率0.998％(根据丝网除沫效率)析出水流量0.06l/h贮水容积1.5l排水频率25.20h
[0041]
设计贮存容积设置为1.5l-2.0l，所述排水频率设置为24.5h-25.5h排水一次。
[0042]
s4、根据介质压力温度核算容器的结构强度。
[0043]
根据所述介质压力温度计算氢气承压容器的筒体和封头的厚度。
[0044]
[0045][0046]
根据计算得知，筒体和封头的计算厚度，根据管材厚度情况和考虑强度余量，选取3.5mm厚度。
[0047]
pem电解堆用气液分离系统装置，包括上述pem电解堆用气液分离系统的参数确定方法。
[0048]
在使用时，通过引进冷冻水换热降低氢气露点，让水分冷却自然析出，并在冷却流道中增加初过滤较低目数丝网，进而提供分离效率和提高换热面积，有效降低制造成本，中间高目数丝网过滤小于50um微小雾滴，进一步降低含水量，筒体1底部收集冷凝分离后的冷凝水，贮存到一定液位后自动排出，主要作用为通过丝网间隙过滤氢气中大量雾滴，从而降低氢气含水量，提高氢气质量，降低后端温降负荷。
[0049]
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个......”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
[0050]
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。