一种能够进行液位平衡控制的电解水制氢设备的制作方法

本技术涉及碱性电解水制氢，具体是指一种能够进行液位平衡控制的电解水制氢设备。

背景技术：

1、由于氢气属于危险化学品，具有易燃、易爆的特点，爆炸极限为4.0%-75.6%（体积浓度），所以对于制氢装置应优先考虑运行安全性。碱性电解水制氢系统中，通常要求氢分离器和氧分离器液位差阈值范围为±5mm，以防止分离器中发生氢氧混合造成联锁停机甚至爆炸事故，以及防止碱液上窜从分离器顶部气体出口管线喷出造成安全事故。

2、目前，现有碱性电解水制氢系统中设置有液位检测模块，用于检测氢分离器和氧分离器之间的液位差，控制器根据液位检测模块反馈的检测结果计算设置在氢气出口管线上的阀门的调节量，最终根据计算得到的调节量调节阀门的开度，进而保持氢分离器与氧分离器的液位平衡，如图1所示。由于现有液位平衡手段单一，只能通过氢气出口流量调节阀进行控制，一旦不能保持液位平衡，必然会使产品氢气流量或压力出现波动，对氢气纯化单元甚至下游氢气用户造成影响。

技术实现思路

1、本实用新型的目的在于提供一种既能有效控制氢分离器和氧分离器的液位平衡，又能将液位平衡控制与氢气出口流量调节阀进行解耦，避免液位平衡过程中造成的产品氢流量或压力频繁波动的能够进行液位平衡控制的电解水制氢设备。

2、本实用新型通过下述技术方案实现：一种能够进行液位平衡控制的电解水制氢设备，包括中压碱性电解槽、氢分离器、氧分离器、液位平衡控制系统，所述氢分离器、氧分离器的汽液输入口均通过管道与中压碱性电解槽连接；氢分离器的回流管与氧分离器的回流管通过三通管汇合至回流主管，所述回流主管连通至中压碱性电解槽，回流主管上还设置有碱液循环泵；所述液位平衡控制系统包括设置在氢分离器回流管上的氢分离器液位控制阀、控制氢分离器液位控制阀的液位控制器、以及与液位控制器电连接的液位检测模块，氢分离器、氧分离器内均设置有能够测量实时液位值的差压变送器，所述液位检测模块与氢分离器、氧分离器内的差压变送器连接。

3、本技术方案工作原理为，中压碱性电解槽用于电解水制取氢气和氧气；氢分离器对进入其内部的氢气和碱液进行分离；氧分离器对进入其内部的氧气和碱液进行分离；碱液循环泵使碱液在中压电解水制氢系统中循环流动；液位检测模块，与所述氢分离器和氧分离器上安装的差压变送器连接，用于检测氢分离器液位和氧分离器液位，并计算两者之间的液位差；氢分离器液位控制阀控制氢分离器液位；液位控制器根据液位检测模块反馈的检测结果计算氢分离器液位控制阀的调节量，最终根据计算得到的调节量调节氢分离器液位控制阀的开度，进而保持氢气分离器与氧气分离器的液位平衡。

4、为了更好地实现本实用新型，进一步地，所述液位平衡控制系统还包括设置在氢分离器回流管上的切断阀。

5、为了更好地实现本实用新型，进一步地，所述氢分离器的气体输出管连通有氢侧气水分离器，所述氢侧气水分离器的输出管道连通至氢气纯化单元；所述氧分离器的气体输出管连通有氧侧气水分离器，所述氧侧气水分离器的输出管道连通外部环境或氧气纯化单元。

6、为了更好地实现本实用新型，进一步地，所述氢侧气水分离器的输出管道上还设置有氢气出口流量调节阀，所述氧侧气水分离器的输出管道上设置有系统压力控制阀。

7、为了更好地实现本实用新型，进一步地，所述回流主管上还设置有碱液换热器，所述碱液换热器位于三通管与碱液循环泵之间。

8、为了更好地实现本实用新型，进一步地，所述液位控制器内设置有pid控制模块，所述pid控制模块依据氢分离器和氧分离器的液位偏差大小和变化频率对氢分离器液位控制阀的调节幅度和动作时机进行控制。

9、本实用新型与现有技术相比，具有以下优点及有益效果：

10、（1）本实用新型通过增设液位平衡控制系统，通过对碱液回流进行控制，可以有效保持氢气分离器与氧气分离器的液位平衡，将液位平衡控制与氢气出口流量调节阀进行解耦，避免在液位平衡过程中造成产品氢外送流量或压力频繁波动，对氢气纯化单元甚至下游氢气用户造成不利影响；

11、（2）本实用新型通过增设液位平衡控制系统，通过在氢分离器回流管上设置切断阀起到联锁保护的作用，防止氢、氧分离器出现串气风险；

12、（3）本实用新型控制系统简单，不需要过多的仪器设备和复杂的控制逻辑，工程上易于实现，适宜广泛推广应用。

技术特征：

1.一种能够进行液位平衡控制的电解水制氢设备，其特征在于，包括中压碱性电解槽（101）、氢分离器（102）、氧分离器（103）、液位平衡控制系统，所述氢分离器（102）、氧分离器（103）的汽液输入口均通过管道与中压碱性电解槽（101）连接；氢分离器（102）的回流管与氧分离器（103）的回流管通过三通管汇合至回流主管，所述回流主管连通至中压碱性电解槽（101），回流主管上还设置有碱液循环泵（105）；所述液位平衡控制系统包括设置在氢分离器（102）回流管上的氢分离器液位控制阀（201）、控制氢分离器液位控制阀（201）的液位控制器（202）、以及与液位控制器（202）电连接的液位检测模块（110），氢分离器（102）、氧分离器（103）内均设置有能够测量实时液位值的差压变送器，所述液位检测模块（110）与氢分离器（102）、氧分离器（103）内的差压变送器连接。

2.根据权利要求1所述的一种能够进行液位平衡控制的电解水制氢设备，其特征在于，所述液位平衡控制系统还包括设置在氢分离器（102）回流管上的切断阀（203）。

3.根据权利要求1或2所述的一种能够进行液位平衡控制的电解水制氢设备，其特征在于，所述氢分离器（102）的气体输出管连通有氢侧气水分离器（106），所述氢侧气水分离器（106）的输出管道连通至氢气纯化单元；所述氧分离器（103）的气体输出管连通有氧侧气水分离器（107），所述氧侧气水分离器（107）的输出管道连通外部环境或氧气纯化单元。

4.根据权利要求3所述的一种能够进行液位平衡控制的电解水制氢设备，其特征在于，所述氢侧气水分离器（106）的输出管道上还设置有氢气出口流量调节阀（108），所述氧侧气水分离器（107）的输出管道上设置有系统压力控制阀（109）。

5.根据权利要求1或2所述的一种能够进行液位平衡控制的电解水制氢设备，其特征在于，所述回流主管上还设置有碱液换热器（104），所述碱液换热器（104）位于三通管与碱液循环泵（105）之间。

6.根据权利要求1或2所述的一种能够进行液位平衡控制的电解水制氢设备，其特征在于，所述液位控制器（202）内设置有pid控制模块，所述pid控制模块依据氢分离器（102）和氧分离器（103）的液位偏差大小和变化频率对氢分离器液位控制阀（201）的调节幅度和动作时机进行控制。

技术总结
本技术公开了一种能够进行液位平衡控制的电解水制氢设备，包括中压碱性电解槽、氢分离器、氧分离器、液位平衡控制系统，氢分离器、氧分离器的汽液输入口均通过管道与中压碱性电解槽连接；氢分离器的回流管与氧分离器的回流管通过三通汇合至回流主管，回流主管连通至中压碱性电解槽，回流主管上还设置有碱液循环泵；液位平衡控制系统包括设置在氢分离器的氢分离器液位控制阀、控制氢分离器液位控制阀的液位控制器、以及与液位控制器电连接的液位检测模块，氢分离器、氧分离器内均设置与液位检测模块连接的差压变送器。本技术既能有效控制氢分离器和氧分离器的液位平衡，又能将液位平衡控制与氢气出口流量调节阀进行解耦。

技术研发人员：李林峰,徐华池,滕威,刘毅
受保护的技术使用者：清华四川能源互联网研究院
技术研发日：20230426
技术公布日：2024/4/17