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中压水电解制氢装置的液位控制
来源: | 作者:佚名 | 发布时间: 2023-03-17 | 1074 人气 | 分享到:

中压水电解制氢装置的液位控制
中压水电解制氢装置是通过电解KOH 水溶液产生H2 和O2,H2 和O2分别带着KOH 碱液进入氢、氧分离器,在氢、氧分离器内H2,O2 与KOH 碱液进行分离,分离后的碱液通过分离器底部的连通管汇合进入过滤器。从电解水的方程式2H2O=2H2+O2
可以看出,电解水产生的H2 量是O2 的2 倍,而且H2 和O2 发生混合时可能引起设备的爆炸,如果氢、氧分离器压差过大,就可能使H2 或O2 从压力大的分离器进入另一个分离器(氢、氧分离器底部连通)见图1。为此系统运行时控制氢、氧分离器的液位使其基本平衡,在系统安全上起着非常重要的作用。


1 氢、氧分离器的液位测量
1.1 氢分离器液位测量
因为氢分离器是密闭容器,所以变送器测量的液体压力除了随液位高度变化外,还受到容器内上部气体压力Pi 的作用,需要将容器上部引出的气体压力和下面取压点的压力进行比较,才能测出液位的高度。所以,测量密闭容器的液位,必须用差压变送器。因为负压室有液体进去,形成液柱压力,就会产生假信号影响测量的精度,因此在负压室灌满与氢分离器浓度相同的碱液即平衡液,碱液的密度为γ,正压室直接与氢分离器的底部取压点相连,液面底部与液面上的压差为ΔP,则容器内液位高度h 为:h=ΔP/γ
这样,液位测量就变成差压测量。氢分离器液位测量如图2 所示,差压变送器的正压室(以“+”表示)与氢分离器底部取压点相通,差压变送器的负压室(以“-”表示)与氢分离器上部取压点相通,则可以测量氢分离器的液位。
正压室所受压力为:P1=γ(h1+h)+Pi
负压室所受压力为:P2=γh2+Pi
变送器承受压差为:


式中h1 为氢分离器下部液位测压点到变送器的高度;h2 为氢分离器上部测压点到变送器的高度;Pg 为固定压差Pg=γ(h2-h1)。h1,h2 与液位变化无关,所以为了使变送器输出不受固定压差影响,必须把固定压差平衡,即同时改变差压变送器的上、下限,使压差不变(测量范围不变),对变送器进行负迁移,迁移量为Pg=γ(h2-h1)。这样压差直接和液位相对应,
加上负迁移,变送器可以正接,输出特性的斜率不变,仅仅平移一个负迁移量。
因为测量的碱液浓度在26%~30%,γ=1.28g/cm3 左右,氢分离器的上部、下部取压点之间的距离(h2-h1)为780 mm,所以氢分离器的负迁移量Pg=γ(h2-h1)=1.28×780=998 mm 水柱。
所以选用型号为1151DP4E22B2D2M1Fa 迁移为-9.8~0 kPa 的差压变送器,其测量范围是0~(635~3 810)mm 水柱,当h=0 时变送器输出为4 mA,当h为最高液位时变送器输出为20 mA。
在设计使用变送器时,变送器的正或负迁移量不允许超过所规定的最大量程的100%,否则精度较差,上述所选用变送器负迁移符合要求,不会对精度有太大影响。


1.2 氧分离器液位测量
氧分离器是密闭容器,且压力取样点与氢分离器相同,容器的高度相同,碱液浓度相同,见图3。用同样方法可以测量氧侧变送器差压ΔP=γh′-Pg,式中h′为氧分离器液位高度,所选用的变送器迁移为9.8~0 kPa。

2 氢、氧液位PLC 控制的过程框图及元件选择
氢、氧液位PLC 控制框图如图4.氢、氧变送器分别将它们输出的4~20 mA液位信号经过输入安全栅至PLC 的模拟量输入板;对氢、氧液位信号进行电平转换、滤波、采样、12 位逐级比较式A/D 转换、内存锁定、光电隔离后进入CPU;在CPU 控制下按照PID 算法进行运算,再经过模拟量输出板光电耦合、D/A 转换、电压或电流放大〔1〕,输出4~20 mA 电流信号给输出安全栅;经过输出安全栅将信号送给电气转换器,调节阀根据气信号的大小来调节氢侧调节阀的开度,从而达到液位控制的目的。


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