制氢机产氢率低的原因分析及对策

匡亚军 周撼宇 谭玉昆

（广东珠海金湾发电有限公司 广东珠海高栏港经济区广东珠海金湾发电公司运行部 519000）

前言

氢气由于其通风损耗小、传热能力大、流通摩擦阻力小、制取方便等特点，被广泛用于发电厂发电机冷却降温。金湾电厂3、4 号机组均为国产600MW 水-氢-氢冷发电机组，为便于廉价高效的制取氢气， 电厂自备有由一台美国Teledyne Energy systems公司生产的HM200 型电解水制取氢气的发生器及一台PDC 公司生产的PDC-4-500 型氢气压缩机组成的氢气发生器系统一套。

系统以KOH 溶液为介质，将除盐水在电解槽内电解后产生氢气和氧气，两种气体经分离干燥后，氧气排放至空气中，而氢气则输送至压缩机加压至氢缸储存备用， 系统设计产氢量11.2Nm3/h，氢气纯度99.9998%，运行时产氢率100%。

一、 产氢率低原因分析

系统自07 年投运以来产氢率一直在97%以上，制满一氢缸（水容积1.7 立方米，工作压力120bar）氢气需用用时12 小时左右， 系统设计有紧急情况下制氢系统不经过氢缸直接往发电机供氢。

自2012 年年底以来，系统产氢率显示随压缩机出口压力的升高而逐步下降如表1，压缩机出口压力在1500bar 时最低产氢率仅为74%， 同时制满一氢缸氢气用时增加到20 个小时左右，制氢效率大大降低， 产氢量无法实现不经氢缸直接往发电机补氢，为尽快恢复制氢系统高效稳定运行，检修人员从多方面分析了产氢率低的原因。

1、制氢机故障

制氢机为氢气的制取设备，以电解槽为主机，附属设备有：氢、氧分离器，氢、氧干燥器，补给水系统，和KOH 电解液系统。缺陷发生后， 检修人员几乎大修维护了一次制氢机， 更换了碱液、各逆止阀及干燥剂等，试运缺陷仍然存在。

2、压缩机故障

排除制氢机故障后， 由于缺陷显示产氢率随压缩机出口压力的增加而降低，且制氢机对空排放时产氢率为100%，初步断定由于压缩机出力不足无法及时消化系统产氢量而导致了系统产氢率过低。 我厂氢气压缩机为PDC-4-500 型氢气压缩机为二级压缩，一二级压缩头均通过曲柄将电动机扭矩传递给活塞，压缩润滑油来推动具有较大压缩比的金属膜片组压缩氢气， 每一级压缩头进出口均设有逆止阀，以确保氢气单向流动。

2.1 压缩机逆止阀故障

每一级压缩头进出口氢气管路均设有逆止阀一个， 以确保氢气单向流动， 当逆止阀出现故障就会出现氢气由高压区域倒流回低压区域，造成压缩机出力不足，影响产氢率。

2.2 压缩机油系统故障

压缩机润滑油用来传递压力做功， 当油压建立不起来或油喷射泵故障无法及时补充活塞内油脂时， 压缩机膜片组无法得到足够的压缩力压缩氢气，出力要大受影响。 除去压缩机油路上的各个逆止阀及安全阀外， 压缩机活塞及活塞环也是压缩机做功的重要元件， 当上述任意部件出现问题时均会导致压缩机出力不足。

2.3 压缩机膜片组故障

压缩机膜片用来压缩氢气， 当膜片或膜片密封组件出现泄露时，无法实现将制氢机产出的低压氢气压缩至高压的氢缸内，系统无法及时消化制氢机所产氢气，造成产氢率低。

表1 产氢率与压缩机各级压力对比表

二、 压缩机出力修复

2.1 为确保压缩机压缩效率，检修人员更换压缩机一、二级压缩头进出口芯包式逆止阀，确保氢气系统单向流动，不发生高压回流导致出力降低；

2.2 解体检查活塞室，发现压缩机活塞杆有磨损，聚四氟乙烯活塞环因使用寿命过长有轻微变形，更换新活塞环，如图1；

2.3 检查压缩头膜片组件

解体检查压缩机膜片组件，膜片未见裂损，更换密封圈。

2.4 油系统维护

清理油系统各滤网及安全阀等部件，未见异常。

检修后，试运制氢系统，排空时制氢机产氢率100%，压力上升至100bar 时产氢率97%，接近设计值，缺陷消除。

三、 结论

1) 若制氢机对空排放时产氢率正常， 而制氢时产氢率随压缩机出口压力的增加而降低，基本上是因压缩机故障引起；

2) 压缩机是制氢系统的重要部件， 各个逆止阀及油系统需要定期检查维护才能保证其正常出力。

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