GB 50177-2005(条文说明) 氢气站设计规范(条文说明).pdf

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1、中华人民共和国国家标准氢气站设计规范GB 50177 - 2005 条文说明1总则3 总平面布置4 工艺系统5 设备选择6 工艺布置7 建筑结构8 电气及仪表控制9 防雷及接地10 给水排水及消防11 采暖通风12 氢气管道.目次附录A氢气站爆炸危险区域的等级范围划分. . (91) 1总则1. 0.1 本条是本规范的宗旨。鉴于氢气是可燃气体，且着火、爆炸范围宽，下限低，氢气站的安全生产十分重要。各种制氢方法均需消耗一定数量的能量，有的制氢方法需消耗比较多的一次能源或二次能源，如水电解制氢需消耗较多的电能，因此，应十分注意降低能量消耗，节约能源。氢气目前主要广泛应用于冶金、电子、化工、电力、轻

2、工、玻璃等行业，用作保护气体、还原气体、原料气体等，由于在生产过程中的作用不同，对氢气的质量要求也各不相同，应充分满足生产对氢气质量的要求。氢能被誉为2剖1世纪的清沽能源随着科学技术的发展，氢能的应用将会逐步得到推广。因此，氧气站、供氢站设计，必须认真贯彻各项方针政策，切实采取防火、防爆安全技术措施;认真分析比较，采用先进、合理的氢气生产流程和设备;认真执行本规范的各项规定，使设计做到安全可靠，节约能源，保护环境，满足生产要求，达到技术先进，经济上合理。1 近年来，国内工业氢气制取方法主要有z水电解制氢、含氢气体为原料的变压吸附法提纯氢气、甲醇蒸气转化制氢以及各种副产氢气的回收利用等。各种制氢

3、方法因工作原理、工艺流程、单体设备的不同，各具特色和不同的优势，各地区、行业和企业应根据自身的实际情况和具体条件，经技术经济比较后合理选择氢气制取方法。如上海xx钢铁公司，在一期工程时，采用水电解制氢方法，装设2台氧气产量为200Nm3/h的水电解制氢装置，由于生产发展的需要，氢气需求量大幅度增加，该公司在扩建工程中采用了利用公司内焦化厂的副产焦炉煤气(含氢气50%60%)为原料气的变压吸附提纯氢气系统，氢气产量为2000Nm3/h、氢气纯度大于99.99%。变压吸附提纯氧气技术及装置已在我国石化、冶金、电子等行业推广应用，取得了良好的能 41 源效益、经济效益。甲醇蒸气转化制氢也在国内外得到

4、棋极应用，据了解国内有多家制造单位已商品化生产，仅北京、天津就有多套500Nm3/h左右的甲醇蒸气转化制氢系统正在运行中。各种制氢方法以不同的规模在各行业设计、建造、运行，积累了丰富的经验，制氢以及氢气纯化、压缩、灌装技术日臻完善。据了解，国内设计、制造、运行中的产氢量15万Nm3/h的变压吸附提纯氢气系统、产氢量350Nm3/h的水电解制氢系统等正在良好地运转中。实践证明，采用各种制氢方法的氢气站在我国已有成熟的设计、建造和运营经验，为此本规范应该适应这种实际情况和需求，从只适用于水电解制氢的氢氧站扩大为适用于各种制氢方法的氢气站，并按此要求将各章、节和条文作相应的修改和补充。2 本条所指的

5、供氢站是不含氢气发生设备，以氢气钢瓶或氢气长管钢瓶拖车或管道输送供应氢气的建筑物、构筑物的统称。本条所指的氢气，应符合现行国家标准工业氢、纯氢、高纯氢和超纯氢中规定的各项技术指标及要求。据调查，目前国内电子、冶金、石化、电力、机械、轻工等行业使用的氢气，除了工厂自建氢气站外，瓶装或邻近工厂用管道输送供应的氢气，均符合现行国家标准的规定。国家标准的主要技术指标如表1。褒1工业氢、超纯氢、商纯氢、纯氢GB/T 3634一1995GB/T 7445-1995 项目工业氢超纯氢高纯氢纯氢氢纯度(10-2)99. 099. 9 99.9999 99.999 99. 99 氯含量(10叮4000100 0

6、.2 1 5 氮含量(10-6),; 6000400 0.4 5 60 CO含量(10-6);元规定0.1 1 5 C02含量。勺无规定0.1 1 5 CH，含量(10叫0.2 1 10 水分(10-6),; 游离水100mL/瓶(合格品)1 3 30 供氢站根据氢气来源、规模、技术参数的不同，可包括z氢气汇 42 流排间、实瓶间、空瓶间、氢气纯化间、氢气加压间等。1. O. 3 本条规定的依据为z1 氢气的主要特性。(1)主要特征数据z比重:20C时(空气=1)为0.06953;燃烧温度z在空气中为574C，在氧气中为560C; 燃烧界限z在空气中为4%-75%(体积)，在氧气中为4.5%-

7、94%(体积h爆轰界限z在空气中为18.3%-59% (体积)，在氧气中为15%-90%(体积); 不燃范围z空气-氢-二氧化碳中。99.99%电真空器件生产含氧量:99.99%半导体器件含氧量:99.99999 % 大规模、超大规模集成电含氧量:SX10-9路D. P. -80C或更严压力:O.2MPa 纯度:99.99%电子材料含氧量:99.99%含氧量:99.99%钢材加工(薄板、特殊钢含氧量:99.9%石油化工渣汹脱硫加氢压力:1.0-2.0MPa 连续使用石脑油加氢精制等纯度:99.5%一次充氢和经电力发电机氢气冷却常补充氢压力:0.03-0.5MPa 纯度:99.995%含氧量:9

8、9.95%油脂化学、醇类加氢压力:1.0-7.0MPa 轻化工纯度:99.5%人造宝石连续使用压力:O.02 MPa 2 各行各业使用氢气的企业，由于产品品种、产能规模的不同和电力供应、含氢原料气供应的差异，需要经过比较选择合适的制氢方法和适用的制氢工艺系统，所以本条提供了确定制氢工艺系统类型的基本因素，供氢气站设计人员参照执行。如:某用氢企业地处水力发电十分丰富的地区或者当地电网谷段电价低廉，而该单位的氢气用量不大，若自建氢气站时，可选用比小时用氢量大 50 的压力型水电解制氢系统，在电网谷段生产氢气储存在压力氢气罐内，利用水电价廉或峰谷电价差，降低氢气成本，经技术经济比较可在较短时间回收所

9、增加的建设投资时，宜选用工作压力大于1. 6MPa的压力型水电解制氢装置。同上一例，若该用氢企业邻近处有丰富、低廉的副产氢气(焦炉煤气、氯碱厂副产氢等)时，经技术经济比较，也可采用变压吸附法提纯氢获得所需的氢气。目前国内商业化的制氢系统主要有两大类，一是水电解制氢系统，这是采用水电解法制取氢气、氧气。此类系统按操作压力划分为常压型、压力型，按产品氢气纯度划分为普气型、纯气型。目前水电解制氢系统氢产量最大为350N旷/h，但制气能力可达500Nm3/ho水电解制氢系统具有氢气纯度高、维护操作方便，但电能消耗较大;二是变压吸附法(简称PSA法提纯氢系统，这类系统因原料气的不同，其提纯氢系统有不同的

10、设备配置。PSA提纯氢系统有普气型、纯气型，国产PSA提纯氢系统的最大处理能力达20万30万Nm3尬。只要需用氢气的企业、地区有合适的原料气，如煤制合成气、天然气、煤层气、焦炉煤气、氯碱厂副产氢气、石油炼厂含氢气体和甲醇转化气等，且氢气用量较大，均以采用PSA提纯氢系统为宜。鉴于上述两大类制氢系统的特点，本条规定:氢气站的制氢系统类型的选择，应按氢气站的规模;当地的资源或含氢原料气状况;产品氢的纯度、杂质含量和压力等要求。经技术经济比较后确定。4.0.2 本条是水电解制氢系统应设有的装置要求。1 水电解制氢过程中，目前还主要采用石棉隔膜布将氢电解小室和氧电解小室分别制取的氢气、氧气分隔，使水电

11、解制氢装置不会发生氢气、氧气相互掺混形成爆鸣气。但石棉布必须浸泡在电解液中，呈现湿润状态方能起到分隔氧气、氧气的作用。因此，在水电解制氢装置运行中，必须确保氢、氧侧(阴极、阳极侧)的压力差不能过大，若超过某一设定值后，就会造成某电解小室或多个电解小室的干槽现象，从而使氢气、氧气互相掺混，降低氢气或氧气的纯度，严重时形成爆炸、混合气。这是十分危险的，极易引起事故的发生。所以本款规定z应设置压力调节装置，以确保氢气、氧气之间的压差设定值。氢、氧气之间的压差值的规定，与水电解制氢装置的气道与隔膜框的结构尺寸有关。我们在调查统计国内外商品化生产的水电解槽有关结构尺寸的基础上，在本款中规定水电解槽出口氢

12、气、氧气之间的压差值宜小于O.5kPa。此值均小于现有水电解槽气道至隔膜框上石棉布的距离，并有一定的富裕度。2 鉴于水电解制氢装置在开车、停车或发生事故时，都应将纯度不合格的气体或置换气体排人大气，只有在经过取样分析，气体纯度符合规定后，才能把气体送入气体总管。为此，本款规定:每套水电解制氢装置的氢气、氧气出气管与氢气、氧气总管之间，应设置放空管、切断间和取样分析阀。3 本款规定:在水电解制氢系统中，应设有原料水制备装置，包括原料水箱、原料水泵等。水电解制氢的原料水系统与其工作压力有关，常压水电解制氢系统的原料水都是定期用原料水泵注入高位水箱，再由高位水箱定期或连续地流入水电解槽，补充原料水;

13、压力型水电解制氢系统的原料水是定期或连续(手动或自动)地用原料水泵直接注入或注入平衡水箱，在平衡水箱内接有气体平衡管，使平衡水箱内的压力与制氢系统内气体压力一致，确保原料水顺利流入水电解槽。致于原料水箱中的原料水从何处引人，则与各企业的具体条件有关，各行各业的用氢企业差异较大，所以本规范对原料水来源不作规定。但是无论是何种情况、何种水电解制氢装置，均需设有原料水箱、原料水泵，而原料水泵出口压力只与水电解制氢系统的工作压力有关，为此本条对原料水供应只作基本内容的规定。4 水电解制氢系统所需碱液(电解液)都是在氢气站内进行配制;在水电解槽检修时，为减少消耗和改善环境，都是将水电解槽中的碱液回收后重

14、复使用，因此，本款规定z水电解制氢系统应 52 设有碱液配制、回收装置。水电解槽运行时，电解液(碱液)在水电解槽、分离器、冷却器之间不断循环，带走水电解过程产生的热量。为避免电解液中过多的杂质墙塞进液孔或出气孔或在电解小室内沉积机械杂质，为提高水电解槽使用寿命和电能效率，在水电解制氢系统的碱液循环管道上，均设有碱液过滤器。为确保水电解槽的正常运行，本款规定水电解槽入口应设碱液过滤器。在一些企业的水电解制氢系统的碱液制备、循环管路上，不仅在水电解槽入口设有碱液过滤器，还在碱液配制箱出口管路等处设有碱液过滤器。4.0.3 制定本条的依据是:1 水电解制氢系统在制取氢气的同时也产生氧气，产量为氢气量

15、的一半。氧气若回收使用，可提高氢气站的经济效益，节约电能，相应降低氢气的单位能耗。当氢气站所在单位使用氧气时，可采用中压或低压氧气管道输送F当所在单位不使用或少量使用氧气时，则需将氧气加压灌瓶外销。据调查了解，近年来许多采用水电解制氢的氢气站都回收氧气使用或灌瓶外销。如z上海某厂氢气站，氢气生产能力为150旷/h，氧气生产能力为75旷/h，在进行氢气站技术改造时，增加了氧气回收灌瓶系统，增加建筑面积300m2和600旷氧气罐1只、氧气压缩机2台，每天可提供360瓶氧气，既增加了收入，每年又可节约电能75万kW.ho江苏xx化工厂氢气站副产氧气回收灌瓶多年，氧气灌瓶可达1500瓶/d，取得了较好

16、的社会效益和经济效益。为此本条规定，可根据工厂的具体情况，采用不同方式回收利用。2 目前许多工厂已将氧气灌瓶外销，并积累了许多有益的经验。但严格控制水电解氧气的纯度至关重要，若纯度降低或不稳定，将使瓶装氧气质量下降。严重时，还可能造成氧气纯度较大幅度降低，以至形成爆炸混合气，将会发生爆炸事故。据了解，与电解氧回收利用相关的爆炸事故时有发生。为防止电解氧气灌瓶及使用中爆炸事故的发生，本条规定z当回收电解氧气时，必须设置 53 氧中氢自动分析和手工分析仪装置。之所以还须设手工分析装置，是为了更为严格地、可靠地确保安全;定期采用手工分析，既能校核自动仪表可靠性，又可提高操作人员的安全生产意识。同时，

17、还应设氧中氢含量报警装置。3 若氧气不回收直接排入大气时，对常压型水电解制氢系统需设置氧气调节水封;利用水封高度，保持氢侧、氧侧的压力平衡;压力型水电解制氢系统可设氧气排空水封，以便压力调节装置的正常运行，保持氢侧、氧侧压力平衡。水封高度约为1500mm。如:在电力系统用于氢冷火力发电机组供应氢气的氢气站，通常装设产氢量510Nm3/h水电解制氢装置制取氢气;氧气产量较小，各发电厂氢气站都不回收电解氧气，均设有氧气排空水封，其水封高度约1500mm。4.0.4 变压吸附提纯氢系统设置通常应根据下列因素确定z1 变压吸附的原理是基于不同的气体组分在相同的压力下在吸附剂上的吸附能力有差异，同一气体

18、组分在不同的压力下在吸附剂上的吸附能力亦有差异的特性。通常周期性的压力变化，实现气体的分离提纯和被吸附气体的解吸。原料气组成的差异直接影响系统的配置，组成复杂的原料气，根据其杂质的成分及含量应增设预处理设施，且杂质组成将直接影响产品氧的收率。原料气的压力、组成决定选用吸附剂的类型、配比及用量。2 产品氢气的压力取决于吸附压力的选择，若超出吸附压力，需增设产品增压系统。氢气的纯度决定系统设置，一般氢气纯度要求可通过变压吸附分离直接得到满足，对杂质含量有特殊要求者还应增设产品氢纯化系统。如焦炉煤气变压吸附制氢装置的脱氧及干燥系统。3 氢气使用的连续性决定设备的配置，连续性较强的变压吸附提纯氢气系统

19、中配置的活塞式压缩机、真空泵等配套设备均应设备用，吸附器及阀门的配置应实现程序控制阔及仪表等的在线维修。氢气负荷变化可通过多床吸附器的切换及调整吸附时间来实现。 54 4 变压吸附提纯氢系统的配置和压力的选择，在一定的范围内吸附压力高有利于吸附过程向正方向进行，可减少吸附剂的用量，但是增加了设备的戚本及能耗。采用抽真空解吸的变压吸附提氢工艺与常压解吸工艺比较，前者可增加氢气的回收率，但同时又增加设备的投资及能耗。所以，变压吸附提纯氢工艺的设置在满足工艺要求的同时应考虑技术经济因素。4.0.5 变压吸附提纯氢系统，通常应设有下列装置=1 原料气中一些在变压吸附系统吸附剂上通过常规降压手段难于解吸

20、或可使吸附剂中毒失效的杂质组分，必须在变压吸附前增设预处理系统。如通过在变压吸附前设变温吸附预处理装置可脱除高碳短类的杂质F增加脱硫工序可脱除原料气中的硫化物等。2 变压吸附提纯氢气的吸附压力通常为o.73. 0 MPa，若低于0.7MPa，吸附剂吸附杂质的能力降低，不能保证提纯氢气的纯度及装置的处理能力，对提高氢气收率也不利。需增加原料气增压设施，以保证吸附压力，或满足用户对氢气压力的需求。3 变压吸附提纯氢气装置包括吸附器组、吸附剂、程序控制闽及控制系统。吸附器组及程序控制阀是变压吸附提纯氢装置的主要组成部分。4 变压吸附提纯氢装置氢气的输出虽然是连续的，但随着时序的变化，每个周期输出的氢

21、气气量和压力均有一定的披动，故增设氢气缓冲罐可使输出氢气的压力波动减少、流量稳定。每个周期内输出的解吸气是不连续的，如果对解吸气有连续性和稳定性的要求，则应增设解吸气缓冲罐。5 视原料气的组成情况，通常提纯氢气后的解吸气热值增高，可通过增压返回到厂区燃料气管网作气体燃料，回收能量。4.0.6 甲醇制氢系统，通常应设有下列装置z1 原料甲醇及脱盐水的储存、输送装置。甲醇裂解制氢的原料是甲醇和脱盐水，甲醇储罐是必不可少的设备。甲醇裂解反应在1.0 MPa、220280C下，在专用催化剂上进行，所以甲醇或脱 55 盐水均需通过泵输送到反应器中;2 甲醇裂解装置的主要设备是甲醇转化反应器，甲醇转化反应

22、在此进行。根据反应温度的要求，外部供热一般采用加热导热油为反应器提供热量;通过增设换热器回收转化器的热量，以达到热量的合理利用。因此，甲醇转化制氢系统应设有甲醇转化反应器及其辅助装置，如加热炉或加热器、热回收设备等;3 甲醇转化反应的转化气组成:Hz为73%74%，O为23%24.5%，CO为01.0%，其余为甲醇及饱和水。为获得纯氢产品应设置变压吸附装置，经分离可获得99%99.999%纯度的氢气。4.0.7 为防止氢气压缩机的吸气管道产生负压和制氢装置出口氢气压力波动，并由此引起制氢装置不能正常运行或发生空气渗入氢气系统形成爆炸棍合气。为此，本条规定氢气压缩机前应设氢气缓冲罐。据调查了解，

23、氢气站内设有多台氢气压缩机时，许多单位都是采用从同一氧气管道吸气，所以本条作了数台氢气压缩机可并联从同一氢气管道暖气的规定。同时为确保安全生产，本条还规定凡数台氢气压缩机经同一根吸气管吸气时，应装设确保氢气保持正压的措施，如设氢气压力报警、回流调节装置、氧气压缩机的进气管与排气管之间设旁通管等措施。为了使中、低压氢气压缩机在开车、调节负荷时，不会发生大量氢气排入大气，提高运行安全度，减少氢气排放量，节约电能。本条规定在中、低压氢气压缩机的进气、排气管之间，应设回流旁通管。回流旁通管上的调节阅在氢气压缩机正常运转时，一般适当开启，氧气回流以减少氢气压缩机的开停次数，有利于氢气站的安全运行。回流旁

24、通管上的调节阀一般采用手动、气动、自力式等。4.0.8 氢气压缩机的安全保护装置的设置，是确保其安全、稳定、可靠运行的重要保证，也是确保氢气站安全运行的重要条件，因此本条为强制性条文。本条第1款的规定，是对氢气压缩机进行超压保护，确保安 56 全、可靠运行的必须具备措施之一。第2款至第5款都是氢气压缩机的安全保护措施。这里特别要强调说明的是z氧气压缩机的进气氢气管应设低压报警和超限停机装置，由于氢气为可燃气体，不允许在氢气压缩机进口氢气压力的不正常降低，若因操作不慎进口压力降低以致吸入空气，形成爆炸混合气，将可能造成严重人身伤亡、设备损坏的事故，所以本条作为强制性条文的规定，设计时必须遵守。第

25、5款规定的进口、出口氢气管路应设有置换吹扫口，这是确保初次投产或氢气压缩机检修前、后的安全保护措施。本条的第2款至第4款的安全保护装置一般是由氢气压缩机制造厂配套提供。4.0.9 本条是对氢气站、供氢站的储气设施提出的要求。1 氢气站、供氢站一般设有-定储量的储气设施，目前氢气储气设施主要有两类z一是高、中、低压氢气罐，氢气罐的储氢压力、储氢能力应按制氢设备(或供氢装置)的压力、氢气用户的用氢压力、用氢量及其负荷变化状况等因素确定。高压氢气罐(压力大于15MPa) ，具有储氢能力大、能满足各类用户的需求;中压(压力大于1.6 MPa)、低压(压力小于或等于1.6 MPa)氢气罐的储氢能力主要根

26、据制氢或供氢压力、用氢压力和均衡连续供氢要求确定。二是金属氧化物储氢材料，它是依据金属氧化物在不同压力、不同温度下的吸氢、放氧特性储存氢气。目前一些科研单位正研制储氢性能优良的储氢材料和装置，但由于储氢能力尚不理想，还不能满足实际应用的要求，但是这种储氢方法将是未来氢能应用中具有巨大竞争力的储氢方法。2 在供氢站或燃料电池汽车用加氢站中，为了满足灌充高压氢气或汽车加氢的需要，一般应设置高压(如压力大于40MPa)氢气罐。对这种高压氢气罐升压充氢或接收外部供应的氢气进行升压，需设置增压用氧气压缩机;这种增压氢气压缩机可采用膜式压缩机或气功/液动增压机。4.0.10 本条第1款是氢气罐的超压保护装

27、置，是确保氢气罐安 57 全、可靠运行必须具备的基本技术措施。第2款的规定是氢气站设计、运行的经验教训总结，由于氢气比重仅为.69(空气为1.0时)，在使用氮气吹扫置换时，若系统的最高点或氢气罐的最高点未设放空管，则很难将系统内的氢气吹扫置换干净，有时甚至吹扫数天也不能达到规定值。如某研究所的一座湿式氢气罐，为检修动火，打开氢气罐放空管排放氢气达7d，因未用氮气吹扫置换，仍发生了氢气罐爆炸事故，造成设备损坏，3人死亡。为此，本条规定，在氢气罐顶部最高点必须装设放空管。4.0.11 各种制氢系统的氢气中冷凝水排放过程中将不可避免地有少量氢气同时排出，若操作不当或操作人员未及时关好冷凝水排放阀，使

28、氢气排人房间内或在排水管(沟)中形成爆炸混合物，将会造成爆炸事故等严重后果。据调查，曾在一些工厂多次发生此类事故。如z上海某厂氢气管道积水，在气水分离器处向房间内直接排水，曾在一次排放冷凝水过程中，操作人员违章离开现场，致使氢气排入房间内，氢气浓度达到了爆炸极限，当操作人员开灯时，发生爆炸，塌房2间，烧伤2人;另一工厂，在排放氢气管道积水时，用胶管接至室外，因胶管脱落，氢气泄漏到房间内，形成了爆炸海合气，在操作人员下班关灯时，发生爆炸，炸坏房屋，2人轻伤。鉴于上述情况，为杜绝此类事故的发生，本条规定冷凝水应经疏水装置或排水水封排至室外。这样的装置已在许多工厂使用，做到了在氢气设备及管道内的冷凝

29、水排放过程中，没有氢气泄漏到房间内。水电解制氢系统中的氧气中冷凝水排出时，与氢气一样也有氧气泄漏到房间内的情况，氧气比空气重，又为助燃气体，为了确保安全生产，防止因氧气泄漏、积存引起的着火事故的发生，氧气设备及管道内的冷凝水排放也应经单独设置的疏水装置或氧气排水水封排至室外。这里要强调的是氢气、氧气中冷凝水疏水装置或排水水封应各自设置，不得合用一个疏水装置或排水水封，这是为了避免形成氢气、氧气爆炸混合气。所以，本条规定应经各自的专用疏水装置或排水水封排至室外。4.0.12 按表2所列，各行业对氢气纯度和杂质含量的要求是不相同的。为了采用技术先进、经济合理、操作管理方便、建设投资少的氢气纯化方法

30、和装置，应根据具体工程原料氢气的条件、技术参数和用氢设备对产品氢气所需的纯度和杂质含量，进行技术经济比较后选用合适的氢气纯化系统。如:常压型水电解制氢装置制取的氢气经加压后，可采用加热再生或无热再生的氢气纯化系统P压力型水电解制氢装置制取的氢气，可采用自身工作气再生或两级氢气纯化系统。对半导体集成电路工厂为制取高纯氢气，可采用催化吸附净化装置作为初级纯化，而以低温吸附或吸气剂型纯化装置为末端氢气纯化。4.0.13 为确保氢气灌装系统安全、可靠的运行，应设置相应的安全装置，这是因为z一是氢气为易燃、易爆和易泄漏的气体F二是灌装系统为高压运行，一般氢气灌装压力大于15MPa;三是氢气灌装容器均为高

31、压气瓶。本条规定，氢气灌装系统应设有超压泄放用安全阀、分组切断阀、压力显示仪表，避免发生超压事故和分组管理灌装气瓶z应设有氢气回流阀、吹扫放空阀;氢气放空管接至室外安全处，正常情况下，氢气回流利用，减少排放大气的氢气量，既有利安全也减少浪费，但在不正常情况或开车、停车时，则应对系统进行放空和吹扫置换。4.0.14 氢气系统中的含尘量与制氢系统的设备选型、设备和管道的材质、氢气纯度等因素有关。据调查测定，未经过滤的氢气系统中粒径大于0.5m的尘粒含量达每升数千到数万粒，因此当用户对氢气中的尘粒粒径和尘粒披度有要求时，应设置不同过滤精度的过滤器。4.0.15 各类制氢系统在检修、开车、停车时，都应

32、进行吹扫置换，将系统中的残留氢气或空气吹除干净，尤要注意死角末端残留气，并分析系统内氢中氧的含量，达到规定值，方可进行检修动火、开车、停车。按现行国家标准氢气使用安全技术规程规定，置换氮气中含氧量不得超过0.5%。 59 5设备选择5.0.1 氢气站设计容量通常是根据用户氢气耗量和使用氢气的特点确定，当氢气用户为三班均匀使用氢气时，设计容量按班平均小时耗量计算。若氢气用户为三班使用氧气，且各班用氢负荷差异较大，或者一班(二班)用氢，可按昼夜平均小时耗量计算。在用氢量高于或低于昼夜平均小时耗量时，以用氢气罐储气进行调节。但是电力部门计算设计容量是按全部氢冷发电机的正常消耗量，以及能在大约7d的时

33、间内积累起相当于最大一台氢冷发电机的一次启动充氢量之和考虑。本条第3款是对外销的商用型氢气站的设计容量的规定，应十分重视对市场需求的调查分析，否则将会因设计容量过大，设备得不到发挥，造成亏损。5.0.2 水电解制氢过程要消耗较多的电能，所以人们都以水电解制氧装置的单位氢气电能消耗(kWh/Nm3 H2)作为此类设备的性能参数、产品质量的主要体现，也是评价这类装置先进性的主要标志。近年来各国的科技工作者、制造厂家经过研究开发，改进制造工艺或槽体结构，使水电解制氢装置的单位氧气电能消耗得到了降低。日本研制的离子膜水电解制氢装置(实验型)，单位氢气电能消耗仅3.8kW h/Nm3 Hz;国内研制的新

34、型压力水电解制氢装置可达4.24. 5kW h/Nm3 H20表3列出文献报道的国内外-些水电解制氢装置的主要性能参数。 60 表3国内外一些制造厂凉的破性水电解栅的性能参数制造公司特性Elec- Brown Sun-国内某|Norsk De Hydro Krebs trolyser Boveri Lurgi shine &. Cie Hydro Nora technik kosmo 公司Corp prOJect 电解池单极双极压双极压双极压双极压双极压双极压双极压结构箱式滤机式滤机式滤机式滤机式滤机式滤机式滤机式滤机压力常压常压常压常压3 2 常压常压3 (MPa) 温度CC) 70 80

35、80 80 90 90-120 80 80 8090 电解液KOH KOH KOH KOH KOH KOH KOH KOH KOH 电解液的浓度28 25 25 29 25 30 25 28 28-301 (wt%) 电流密度1500- 1000-1340 2000 1750 1500 2000 4000 CA/m2) 2500 3000 电解小窒1. 85- 1. 65-1. 90 2.04 1. 75 1. 86 1. 65 1. 9 电压(V)1. 95 1. 9 1. 92 电流效率99.9 99.9 98 98.5 C%) 98. 75 98 99 98.5 99 I 能量效率78

36、73 83 75-80 80 89 77 77-89 78-85 %) 耗电量3.9- 4.2-(kW. h/ 4.9 4.9 4.1 4.6 4. 3 4.2 4.9 Nm3 H2) 4.6 鉴于以上情况，在本条中规定选用电耗小、电解小室电压低、价格合理、性能可靠的水电解制氢装置。新建氢气站设置2台及以上水电解制氢装置时，宜选用同一型号、同一规格的水电解制氢装置，以便于操作管理及备品、备件的统一。水电解制氢装置是否设备用，根据用户的用气情况而定。因为水电解槽槽体不易损坏，根据生产实践，常压型一般4年以上才需对槽体进行大修，检修时间根据设备的复杂程度、用户的检修水平和能力确定;压力型水电解制氢

37、装置使用年限2030年。又因各厂在停产后对全厂的经济效益影响也不一样，因此本条规定宜设备用。但当水电解制氢装置检修能与用户检修同步进行，或利用节、假日进行检修，不中断供气，或用户有其他临时氢气源能满足用氢设备的用气，或氢气站内设置有足够大容量的氢气罐储存氢气而不影响用户使用氢气时，则可不设备用。如电力部门采用氢气罐储存氢气，可以满足水电解制氢装置检修时用氢，一般都不设备用。5.0.3 制定本条的依据是z1 水电解制氢所需的原料水实际耗量一般按850 1000 g/Nm3 Hz计，即O.85 1. 00L/Nm3 Hz 0规定原料水制备能力不宜小于4h原料水耗量是能满足生产需要的。规定储水箱容积

38、不宜小于8h原料水消耗量，是考虑制水装置一班或两班生产，供全天使用。2 原料水制取装置、储水箱及其水泵的材质，应采用不污染原料水质和耐腐蚀的材料制作;目前国内采用如下几种:不锈钢、钢板内衬聚乙烯、铜板内涂耐腐蚀漆或全部为聚氯乙烯塑料板。设计时可根据水箱容积、制作条件和经济条件等因素确定。3 据调查，水电解制氢装置是根据水电解槽槽体寿命和实际使用状况，逐台进行检修。检修时都是将水电解槽及其附属设备内的电解液全部返回至碱液收集箱内，待设备检修任务完成后重复使用，所以碱液收集箱的容积应大于每套水电解制氢装置及碱液管道的全部体积之和。目前，国内各种水电解制氢装置电解液充装量差别较大，表4为部分水电解槽

39、电解液充装量。亵4部分水电解楠电解液充装最电解液体积(m3)水电解槽电解液体积 62 续表4水电解槽型号电解液体积(m3)DDQ- THE THE THE DY-DQ-4 DQ-10 10/40 100 150 200 125 氨、氧分离器等电解0.10 0.10 0.70 1. 25 1. 63 1. 64 5.50 液体积合计0.40 0.60 1. 50 2.60 3.45 4. 10 15.00 5.0.4 吸附器组是变压吸附提纯氢系统的主体设备，吸附器的性能参数将决定PSA系统的技术性能一一处理能力、产品氢气纯度和杂质含量、产品氢气产量等。我国在PSA制氢技术的研究开发和设计、制造、

40、实际运行方面的经验表明:吸附器组的规格尺寸、内部构件应以提高氢回收率、减少制造成本为基本原则。吸附器组的吸附器数量，应根据变压吸附提纯氢系统的原料气组成、压力(即吸附压力)、吸附剂的吸附容量、产品氢气的产量和纯度、氢回收率等因素确定。在一定的范围内吸附压力高对吸附有利，吸附剂用量减少;原料气组成不同，吸附剂类型及用量亦不相同;吸附塔数量与工艺时序和氢回收率有关，为满足较高的氢气回收率，应增加工艺过程的均压次数，多次均压需要通过数台吸附器来完成;对用氢要求连续供应的装置，应设多床吸附，以实现在线切换。所以，本条规定:变压吸附提纯氢系统的吸附器组的容量和吸附器数量，应按条文列出的各种因素，经技术经

41、济比较后确定。5.0.5 甲醇转化制氢系统的容量和配置与氢气的纯度及消耗量有关，根据用户用氢量的要求，甲醇转化制氢系统的容量可以从几十标方到几千标方。氢气的纯度越高，同样产氢量装置的容量就越小。甲醇转化制氢反应的压力通常为1.0 MPa，若用氢压力超出1. 0 MPa，则必须设置氢气增压系统。如氢气用于灌充钢瓶，则需在变压吸附装置后面设氢气压缩机。甲醇转化制氢系统所需热量与现场工作条件有关，如现场有中压蒸气供应可直接用于加热。对没有热源的场合可通过设置加热炉进行加热，视现场条件选择油、煤、天然气作为燃料来加热热载体导热油。甲醇转化制氢系统的容量确定时，还应根据现场工作条件，拟建中的甲醇转化制氢

42、系统及其甲醇的储存、输送应符合相关的国家标准，如建筑设计防火规范、石油化工设计防火规范等。5.0.7 氢气罐的形式有湿式和固定容积两种，根据所储存氢气压力和所需储存容量选择。常压水电解制氢装置供氢压力都小于6 kPa，一般采用湿式氢气罐。固定容积氢气罐有筒形、球形和长管钢瓶三类，由于球形储罐最小结构容积为300m3，储存压力为1. 6 MPa，储存容量为5000Nm3，所以氢气压力为中、低压，容量大于或等于5000Nm3，宜采用球形储罐。氧气压力为高压(压力大于20MPa)时，一般可采用长管钢瓶等储存高压氢气。5.0.8 中、低压氢气压缩机的选择是根据进气压力、工艺用氢压力、氢气纯度要求和最大

43、小时耗量确定的。若对要求不中断供氢设保安储气者，则根据储气压力、吸气压力选择压缩机。纯化后的氢气压缩要考虑压缩后气体不受油的污染和避免纯度降低等因素，应采用无油润滑压缩机或膜式压缩机。如某厂纯化后氢气需设保安储气，氢气压缩机采用无油润滑氢气压缩机，吸气压力。.15MPa，储气压力1.2 MPa。由于活塞式压缩机运动部件易出故障，设置备用是目前常用的习惯做法，以保证不中断供气。5.0.9 高压氢气压缩机作为氢气灌瓶用，因瓶装氢主要是外供，因此，一般不设备用。据调查，各单位亦是这样配置的。但专业气体厂，为保证连续对外供气，均设备用机组。5.0.10 纯化氢气灌瓶，为防止压缩过程中对氢气的污染，规定

44、采用膜式压缩机。据调查，各单位亦是这样配置的。设置空钢瓶抽真空设备和钢瓶加热装置，在灌充纯化氢气时是对钢瓶灌充前的预处理，以确保纯化氢气在钢瓶中纯度不会降 64 低;对普氢钢瓶的空钢瓶进行抽真空，则是从安全生产出发，避免空钢瓶余气压力过低或余气不纯时的一种安全措施，并应认真进行余气纯度的分析。5.0.11 氢气灌装用充灌台的氢气充装过程包括钢瓶倒换(卸下、装上空瓶)、充装氢气，由于钢瓶倒换时间因具体条件、操作人员的熟练程度不同而不同，一般氢气钢瓶充装时间为515min(仅为充装氢气的时间，不包括钢瓶倒换时间)。长管钢瓶拖车的充装时间与此类似，-般长管钢瓶拖车的充装时间不少于30min，也没有包

45、括更换拖车充装用卡具和吹扫置换时间。5.0.13 氢气站设置起吊设施是为了便于站内需要吊装重量重或外形尺寸大的设备安装、维修时使用。另据调查，采用钢瓶集装格进行氢气灌充、储运的氢气站、供氢站内均设有起吊设施。为此本条规定，具有两种情况之一的宜设起吊设施。 65 6工艺布置6.0.1、6.0.2这两条制定的依据是:1 设有各类制氢装置的氢气站的生产过程、化工单元设备与各种化工产品生产过程相似，因此参照国家标准石油化工企业设计防火规范的规定，当氧气站内的制氢装置、储氢装置等设备室外布置时，可将氢气站内的建筑物、构筑物和室外布置的单元设备视为一套工艺装置。2 在氢气站工艺装置内的设备、建筑物平面布置

46、的防火间距，是参照国家标准石油化工企业设计防火规范)GB50160中表4.2.1的有关规定，并结合氢气站的特点制定的。现将该标准的表4.2.1摘录于表50表5设备、建筑物平面布置的防火间距(m)液项目介质温度化控制等于或高经室、变明介质温度低于自燃点的工艺设备于自燃点可和配电的工艺设燃可室、化火备验室、设内隔其他办公可燃气体热衬工艺室、生备压缩机或装置储罐其他工艺设备里反设备活间压缩机房或其房间应设或其备房间甲A甲B、乙B、乙A丙A甲甲B、乙B、A乙A丙A甲乙甲乙一甲乙控制室、变配电室、化验室、办公室、生活问明火设备15 66 续表5液项目介质温度化控制等于或商怪室、变明介质温度低于自燃点的工

47、艺设备于自燃点可和配电的工艺设燃可室、化火备气燃验室、设内隔其他办公可燃气体热衬工艺室、生备压缩机或装置储罐其他工艺设备里反设备活间压缩机房或其房间应设或其备房间甲A甲B、乙B、甲A甲B、乙8、乙A丙A乙A丙A甲乙甲乙甲乙可燃气体甲15 22.5 压缩机或压缩机房乙9 9 甲A22.5 22.5 15 9 介质温度装置储罐甲B、甲15 15 9 7.5 乙A低于自燃点的工艺乙B、乙9 9 7.5 7.5 设备丙A甲A15 22.5 9 7.5 9 9 7.5 其他工艺甲B、设备或其甲15 15 9 9 9 7.5 房间乙A乙8、乙9 9 7.5 7.5 7.5 丙A6.0.5 制定本条的依据是

48、:1 在现行国家标准建筑设计防火规范中规定有爆炸危险的甲、乙类生产部位，宜设在单层厂房靠外墙或多层厂房的最上一层靠外墙处。若必须在甲、乙类厂房内贴邻设置办公、休息室、控制室时，应采用耐火极限不低于3h的非燃烧体防护墙隔开。为此，本条规定，有爆炸危险房间不应与无爆炸危险房间直接相通。根据既要确保安全，又要适应生产要求的原则，若工艺布置确 67 实需要时，有爆炸危险房间与无爆炸危险房间之间，应以走廊相连或设置双门斗隔开。实际使用中，经常保持一撞门处于关闭状态，避免氢气窜入无爆炸危险房间。2 据调查，现正运行的各种规模的氢气站中，有爆炸危险房间一-水电解制氢间、氢气纯化间、氢气压缩机间等，与无爆炸危

49、险房间一一碱液间、储存间、配电间、控制室、直流电源室及其变电站等均布置在同一建筑物内，有爆炸危险房间与无爆炸危险房间之间不直接相通，以防护墙相隔或经走廊或以双门斗相通。经多年的实际生产运行，证明这是可行的。6.0.7 制定本条的依据是:1 氢气灌瓶间、实瓶间、空瓶间与氧气灌瓶间、实瓶间、空瓶间鉴于下列因素应分别设置:(1)氢气灌瓶间、实瓶间、空瓶间属于有爆炸危险房间;(2)采用水电解制氢的氢气站灌充的电解氢气钢瓶或电解氧气钢瓶在使用中，时有事故发生。为确保安全生产，严格管理，避免氢气钢瓶、氧气钢瓶的错灌和实瓶、空瓶的混杂，防止事故的发生(3)氢气、氧气灌充过程中，时有事故发生。例如，北京某厂高压高纯氢气管破裂，发生着火事故，将铝板地面烧毁;宝鸡某厂，氢