中压水电解制氢装置控制系统改造.doc

中压水电解制氢装置控制系统改造 李兰峰 （南阳鸭河口发电有限责任公司　河南 南阳 474671） 摘要：介绍了南阳鸭河口发电有限责任公司制氢装置的配置，原气动控制系统存在的问题及在改造前的运行状况；简要介绍了国内制氢装置控制系统方式及鸭电公司制氢装置控制系统最终改造方式的确定，提出并阐述了将鸭电公司制氢装置原气动控制系统改造为PLC +上位机的控制系统；并对改造后达到的效果及存在的问题进行了介绍。 关键词：制氢装置；可编程控制器；上位机；iFIX监控软件；程序控制 目前，国内很多大型机组发电机的冷却方式采用水-氢-氢冷却方式，氢气冷却具有比重小、导热系大，通风损耗和通风噪声小的特点，所以氢气冷却在火电厂汽轮发电机组冷却方式的选用上得到了广泛应用。由于发电机内氢气必须维持规定纯度需定期排污，运行过程中也有部分氢气泄漏，因此需要及时补充新鲜氢气，所以一般火电厂都配备有制氢装置，而应用最广泛的是水电解制氢装置。 1　南阳鸭电公司制氢装置简介及存在问题的探讨 1.1　南阳鸭河口发电有限责任公司（以下简称南阳鸭电公司）制氢装置简介 南阳鸭电公司安装2*350MW燃煤机组，汽轮发电机组采用水-氢-氢冷却方式。配套制氢站安装一套ZHDQ3.2/10型中压水电解制氢装置,以电解槽为主体,主要附属设备包括氢气分离洗涤器、氧气分离洗涤器、氢气冷却器、碱液冷却器、碱液过滤器、碱液循环泵等。同时配套的还有可控硅整流柜、控制柜、原料水箱、碱液箱、补水泵、储氢罐、型氢气干燥装置。 1.2　水电解制氢原理简介 电解制氢的原理是将直流电通入含有电解液的水中，使水电解为氢气和氧气。其反应式为: 阴极:2H2O+2e→H2↑+2OH- 阳极:20H--2e→H2O+(1/2)O2↑ 总反应式：2H2O→2H2↑+O2↑ 南阳鸭电公司水电解制氢装置采用硅整流柜将380VAC电源整流为72VDC电源,供电解槽使用，正常制氢工作压力为2.80MPa。电解槽以NaOH作为电解质,电解除盐水来获得高纯度的氢气,经干燥装置脱湿后,送入发电机,以满足350MW机组氢气冷却需要。 1.3　原制氢装置控制系统存在的问题 南阳鸭电公司原制氢装置出厂日期为1995年，当时基于防爆方面的考虑，测量仪表、调节仪表、报警仪表、记录仪表等均采用气动仪表，经过多年的运行，存在如下突出问题： 气动仪表测量、调节精度差、漂移大，造成调节品质差，不能满足高精度调节需求，比如正常运行时槽压调节压力波动范围为±0.2MPa，氢、氧液位差的波动范围为±100mm。 控制系统采用的是气动变送检测元件，由于检测的样气里经常夹带有碱液,导致测量一次元件长期受到腐蚀而精度下降。检测氢气质量的氢中氧和氧中氢分析仪表也因样气中长期夹带碱液导致测量元件损坏,且设备老化造成仪表的气路单元漏气严重,使得仪表无法正常分析产品氢气的质量。 报警系统采用的是气动色带指示仪仪表提供报警接点，经常有据报、误报的情况出现。同时由于气动调节仪老化，已经出现氢、氧分离器液位调节失灵和窜液位现象，这样就存在氢气、氧气混合的安全隐患，氢气、氧气混合的直接后果就是爆炸，对制氢系统的安全运行带来极大的隐患。 气动测量、调节仪表的另外一个缺点是不能以数字方式记录，不能与其它系统通讯，无法实现数据共享，对查找分析问题带来诸多不便。 由于存在上述问题，经各级技术人员论证，决定对制氢装置控制系统进行改造。 2　南阳鸭电公司制氢装置控制系统改造方案选型介绍 2.1　国内目前制氢装置控制方式简介 经查阅资料及咨询生产厂家，目前市场上国产制氢装置的控制方式大致有: 气动单元控制和电动单元控制相对比较落后,已经不大采用。纯工控机控制存在的缺点是工控机故障将导致整个控制系统的瘫痪，并且由于工控机的可靠性远低于PLC，所以目前纯工控机控制方式也已经很少采用。DCS控制的优点是可靠性高，控制方式及控制策略灵活，但其缺点是成本太高。 目前市场主流的制氢装置控制系统采用的是PLC+上位机模式。在这种模式下，上位机起监视和操作作用，而所有的调节、运算、控制功能均在PLC内实现。由于目前PLC产品集合了小型计算机和继电器逻辑功能,尤其在数据处理方面有了很大的提高，具有可靠性高、安装布置方便、价格低廉的优点。而通过上位机可以实现运行过程的集中监视、操作控制、自动打印等功能。目前PLC+上位机模式在制氢装置控制系统的设计和改造中得到了普遍应用。 2.2　南阳鸭电公司制氢装置控制系统选型及改造目标 基于上述原因，经探讨，南阳鸭电公司制氢控制装置决定采用PLC+上位机模式进行改造。 改造要达到的目标为：提高调节系统调节精度；各联锁、报警及显示参数完全与原来系统兼容，系统出现故障时可进行声、光报警或联锁停机；系统自动运行过程中不需要人为干预，停机时自动卸压；在上位机上通过各个参