Электрическая часть электролизной

Однолинейная схема электролизной

Основными потребителями электрической энергии (ЭЭ) в электролизной установке типа ФС-8.25, производства ООО «ИФТИ» являются:

— Электролизёр ФС-525М.

— Циркуляционный насос NM 25/160A/A.

— Дозировочный насос НД-25/40.

— Вентилятор МАВО.

— Низкотемпературный агрегат LSHM015SSC.

— Охладитель жидкости CHG 30R404A.

Вышеперечисленные электроприемники относятся к третьей категории по надежности электроснабжения.

Качество электроэнергии должно соответствовать ГОСТ 32144-2013.

Источником электроснабжения потребителей ЭЭ электролизных установок является панели 220/380 разных секций РУ-0,4 кВ.

Для питания электролизеров предусмотрено применение инверторных выпрямительных агрегатов для преобразования переменного напряжения питающей сети в постоянное напряжение.

Инверторный выпрямительный агрегат ИОН-96-600:

— мощность — 82 кВт;

— питающее напряжение переменное — 380 В;

— выходное напряжение постоянное -96 В.

Питание инверторных выпрямительных агрегатов, также предусматривается от разных секций РУ-0,4 кВ.

Датчики электролизной

Схема автоматизации электролизной установки

Система автоматического контроля, управления и ПАЗ (противоаварийная защита) электролизной типа ФС-8.25 состоит из датчиков и устройств автоматики описанных ниже.

Приборы давления.

Для измерения давления технологических сред используются, установленные по месту манометры избыточного давления показывающие МП4-УУ2- 1,6 МPa — IP40 — П.П.Пас производства ОАО «Манотомь». Монтаж манометров осуществляется в резьбовом присоединительном штуцере, с отключающими вентилями ВТ-5.

Для непрерывного преобразования  избыточного давления применяются преобразователи давления измерительные типа ПД100-1,6-111-0,5 производства ООО «ПО ОВЕН».

Термометры сопротивления.

Для измерения температуры технологических сред применяются термометры сопротивления платиновые с диапазоном измерений от (-60) до 250 °С, класса «А». Термометры сопротивления платиновые ДТС034 РТ100.А3.20/5, производства ООО «ПО ОВЕН». Расположение термометра сопротивления — радиальное.

Для визуального наблюдения за наличием расхода газовой смеси определенной величины, обозначенной тремя рисками, установленные по месту индикаторы расхода ИР ИБЯЛ.418622.003. Монтаж индикаторов осуществляется в резьбовом присоединительном штуцере, с отключающими вентилями ВТ-5. Индикаторы расхода (ИР ИБЯЛ.418622.003), производства ФГУП «СПО «АНАЛИТ — ПРИБОР».

Для непрерывного контроля концентрации водорода и кислорода в рабочей зоне используется стационарный газоанализатор (с измерительным интеллектуальным модулем) с цифровым выходным сигналом и внешней индикацией показаний типа «Сенсон-СМ-9001»  (Водород Н2) и «Сенсон-СМ-9001» производства ООО «НИИИТ». Предел допускаемой основной относительной погрешности ±10 %.

Для непрерывного измерения объемной доли водорода в кислороде и кислорода в водороде используется стационарный газоанализатор (с измерительным интеллектуальным модулем и газовой насадкой) с цифровым и аналоговым выходными сигналами с внешней индикацией типа «Сенсон-СМ-9001» (Водород Н2) и «Сенсон-СМ-9001» (Кислород О2) производства ООО «НИИИТ». Предел допускаемой основной относительной погрешности ±10 %.

Устройства управления и сигнализации.

Для наглядного отображения значений рабочих параметров электролизной установки и оперативного дистанционного управления, в шкафе управления технологическим блоком электролизной установки предусмотрена панель оператора «СП 307-Р», производства ООО «ПО ОВЕН».

Для наглядного отображения значений рабочих параметров электролизной установки и оперативного дистанционного управления, в шкафе управления электролизной установки предусмотрена панель оператора «МТ8121ХЕ», производства Компании «Weintek Labs».

Автоматическое управление и регулирование рабочих параметров электролизной установки осуществляется, расположенным в шкафе управления электролизной установки, промышленным контролером ПЛК110-220.60Р-М (М02), производства ООО «ПО ОВЕН».

Автоматизация электролизной

Аварийная автоматика электролизной

Электролизная установка (ЭУ) типа ФС-8.25, производства ООО «ИФТИ», оснащается системой автоматического контроля, управления и ПАЗ (противоаварийная защита), позволяющих ей круглосуточно работать в автоматическом режиме — без постоянного обслуживающего персонала.

Основными функциями системы автоматизации электролизной установки ФС-8.25 являются автоматическая защита для предупреждения аварии и информация о ходе технологического процесса.

Для выполнения этих функций предусмотрены:

— технологический контроль параметров;

— автоматическое регулирование;

— автоматическое управление;

— защитные блокировки;

— аварийно-предупредительная сигнализация.

Шкаф управления (ШУ) размещается в помещении электролизной и предназначен для контроля и регулирования всех необходимых параметров системы. В целом ШУ является отдельным законченным устройством и обеспечивает, с помощью своего программируемого логического контроллера, автоматическое управление работой выпрямителей и насоса-дозатора, индикацию аварийных и контролируемых значений технологических параметров, аварийное отключение установки и звуковую сигнализацию при нарушении технологического процесса.

ШУ обеспечивает совместно со шкафом присоединения силовым (ШПС) и питание аппаратов системы, которые приняты в документации.

В состав ШУ входят:

— контроллер с модулями ввода-вывода;

— встроенная в переднюю панель ШУ панель оператора Weintek МТ8121ХЕ;

— релейно-коммутационная аппаратура.

ШУ обеспечивает:

а) ПАЗ и аварийную сигнализацию при:

— давлении электролита до регуляторов давления более 1,15 МПа;

— отклонении от допустимых значений уровней электролита в регуляторах давления водорода и кислорода (при этом максимально допустимый перепад давления между системами водорода и кислорода не превышает 0,002 МПа);

— содержании водорода в кислороде более 2,0 % (об.) после регуляторов давления;

— содержании кислорода в водороде более 1,0 % (об.) после регуляторов давления;

— содержании водорода более 0,5 % (об.) в воздухе производственного помещения электролизного отделения;

— температуре электролизера более 95 °С;

— токе на электролизер более 600 А;

— напряжении на электролизере менее 40 В;

— аварийном отключении электролизера кнопкой «Стоп»;

— срабатывании пожарной сигнализации;

— отклонении от допустимых значений уровней воды в сборнике конденсата, баке питательном, баке дистиллята и уровня жидкого хладагента в расширительном бачке МА-ВО;

— отключении ПАЗ;

б) предаварийную (предупредительную) сигнализацию при:

— содержании водорода в кислороде более 1,6% (об.) после регуляторов давления;

— содержании кислорода в водороде более 0,8% (об.) после регуляторов давления;

— содержании водорода в воздухе более 0,4 % (об.) в воздухе производственного помещения электролизного отделения;

— содержании кислорода менее 19 % (об.) в воздухе производственного помещения электролизного отделения;

— содержании кислорода более 23 % (об.) в воздухе производственного помещения электролизного отделения;

— температуре хладагента после разделительных колонок более 85 °С;

— температуре хладагента после промывательных колонок более 25 °С;

— давлении электролита до регуляторов давления менее 0,95 МПа;

— отключении ПАЗ;

г) аварийное отключение электролизной установки при нарушении технологического процесса и отклонении параметров от заданных значений;

д) регистрацию и отображение всех текущих значений технологических параметров;

е) автоматическое управление насосом-дозатором, а также вентилятором системы воздушного охлаждения;

ж) переход установки в режим уменьшенной производительности при полных ресиверах.

В ШУ устанавливается также блок бесперебойного питания UPS, который позволяет в течение 10… 15 мин контролировать все критические параметры электролизной установки во время отсутствия питающих напряжений на основном и резервном вводах электропитания. В случае отключения электроэнергии производство водорода прекращается, а электролизная установка переводится в ждущий режим. Если электроснабжение не восстанавливается, аккумуляторные батареи UPS позволят контроллеру снять давление в установке и перевести все параметры в безопасное состояние (режим «Остановка»),

На соответствующие табло ГЩУ выводятся с ШУ обобщенные сигналы «Предавария» и «Авария», извещающие о выходе параметров ЭУ за пределы наперед заданных значений и о прекращении ее работы.

Принцип действия электролизной установки

Технологическая схема электролизной установки

Принцип действия современной электролизной установки типа ФС-8.25, производства ООО «ИФТИ».

Электролизная установка предназначена для производства водорода и кислорода методом электролиза воды и реализована на базе симметричного электролизера фильтр-прессного типа.

В электролизёре установки, состоящем из ячеек, под действием постоянного электрического тока происходит электролитическое разложение воды с выделением на катоде водорода, а на аноде – кислорода. Смешению газов препятствует диафрагма между катодным и анодным пространствами в ячейках.

Далее смесь водорода и электролита поступает в газлифт разделительной колонки водорода, а смесь кислорода и электролита поступает в газлифт разделительной колонки кислорода. Там электролит охлаждается и отделяется от пузырьков водорода или кислорода. Охлаждённый электролит из нижней части разделительных колонок возвращается в электролизеры через фильтр электролита и теплообменник.

В дальнейшем водород поступает через барботер в нижнюю часть промывательной колонки водорода, охлаждается и промывается от щёлочи, затем по коллектору проходит в верхнюю часть регулятора давления, а оттуда — в фильтр предварительной очистки.

Затем водород может поступать: в вымораживатели; на сбросную свечу через электромагнитный клапан; через клапаны, краны и фильтры — на автоматический газоанализатор. Осушенный водород через регулятор давления «до себя», обратный клапан и вентиль подаётся потребителю.

«Путь» кислорода через свою промывательную колонку и далее — в целом аналогичен.

Ключевое оборудование ЭУ, электролизер типа ФС-525М, представляет собой сборный аппарат, который состоит из ячеек, зажатых шпильками между двумя крайними торцевыми плитами (являющимися одновременно монополярными электродами — катодами, соединёнными с «минусом» выпрямителя). Количество ячеек в электролизёре — по 32 в каждую сторону от центрального анода (являющегося монополярным электродом, соединённым с «плюсом» выпрямителя) к торцевым плитам (являющимися катодами, соединёнными с «минусом» выпрямителя). Электролизер заполнен щелочным электролитом, при этом гидроокись калия в процессе не участвует и предназначена для создания оптимальной электропроводности электролита. Для охлаждения электролита предусмотрен теплообменник с подачей охлаждающей жидкости циркуляционным насосом.

Электролизная установка оснащается системой автоматического контроля, управления и ПАЗ, позволяющих круглосуточно работать в автоматическом режиме — без постоянного обслуживающего персонала.

Состав электролизной установки

Чертеж электролизной установки ФС-8.25

Состав современной электролизной установки (ЭУ) производства водорода для ТЭС и ТЭЦ, на примере ЭУ типа ФС-8.25, производства ООО «ИФТИ».

Данная электролизная установка включает в себя технологический комплект, который содержит следующее основное оборудование:

Аппараты электролизного блока:

  • электролизер типа ФС-525М;
  • разделительная колонка кислорода;
  • разделительная колонка водорода;
  • промывательная колонка кислорода;
  • промывательная колонка водорода;
  • поплавковый регулятор давления кислорода;
  • поплавковый регулятор давления водорода;
  • фильтр электролита от механических примесей;
  • теплообменник электролита;
  • указатели уровня для визуальной индикации;
  • датчики уровня кондуктометрические;
  • бак дистиллята на 60 л;
  • рама электролизного блока со шкафом управления ЭБ.

Аппараты технологического блока:

  • фильтр № 1 капель дистиллята;
  • фильтр № 2 остатков капель дистиллята;
  • блок осушки водорода, содержащий вымораживатели газов с теплообменниками и конденсатоотводчиками;
  • огнепреградители для предотвращения «проскока пламени» в систему ЭУ;
  • рама технологического блока со шкафом управления ТБ.

Запорно-регулирующая арматура:

  • регуляторы давления до себя для всей ЭУ и в вымораживателях;
  • предохранительные клапаны для сброса водорода из поплавковых регуляторов давления;
  • регулирующий клапан в линии подачи водорода в ресиверы;
  • регуляторы перепада давления по водороду и кислороду после поплавковых регуляторов давления;
  • обратные клапаны на продуктовой линии водорода и на линии подачи азота;
  • краны игольчатые Ду4 и краны шаровые Ду10 для отбора проб и др.;
  • запорные шаровые приварные краны Ду20 в линии циркуляции электролита.

Внешнее вспомогательное оборудование:

  • насос дозатор для автоматической подпитки электролизной установки питающей водой;
  • холодильный низкотемпературный агрегат для вымораживания влаги в вымораживателях;
  • промышленный охладитель жидкости (чиллер);
  • насос циркуляционный для циркуляции охлаждающей жидкости в контуре охлаждения электролита.

Принцип действия электролизной установки описан в следующей статье.

Среды для электролизных установок

Помещение электролизной установки

Для технологических нужд электролизных установок водорода на ТЭЦ используются следующие виды сред и ресурсов:

— электроэнергия 380/220 В 50 Гц;

— питающая вода — качеством не хуже, чем дистиллированная вода по ГОСТ Р 58144-2018 «Вода дистиллированная. Технические условия». Для продления сроков эксплуатации и увеличения интервалов между капитальными ремонтами в НТД принято использование химически очищенной воды;

— электролит — 30-процентный водный раствор гидроокиси калия технической высшего сорта по ГОСТ 9285-78 или гидроксид калия лучшего качества.

— хладагент в контурах охлаждения электролита, разделительных и промывательных колонок (водный раствор 55-% пропиленгликоля);

— хладагент в контурах охлаждения вымораживателей (фреон R404A);

— азот технологический в баллонах, для продувки.

Электролизер СЭУ-10

Электролизер СЭУ-10

Электролизер водорода СЭУ-10 производства п/о «Уралхиммаш» г. Свердловск.

Характеристики электролизера СЭУ-10:

Рабочая среда – щёлочь, водород, кислород.

Объем – 0,35 м3.

Рабочее давление – 10 кг/см2.

Пробное давление – 10 кг/см2.

Рабочая температура – от +30 ⸰С до +85 ⸰С.

Назначенный ресурс заводом изготовителем – 20 лет.

Замена электролизных установок

Электролизная установка

Причина замены электролизных установок на теплоэлектростанциях.

Существующие электролизные установки (ЭУ) на ТЭС и ТЭЦ – это произведенное в советские годы предприятием Уралхиммаш оборудование марки СЭУ-10. В основном данные электролизеры введены в эксплуата­цию в 70-80-ые годы и характеризуются;

— истекшим сроком эксплуатации,

— физическим износом;

— недостаточной производительностью для резервирования;

— устаревшей системой релейной защиты и автоматики;

— несоответствие КИПиА требованиям НТД;

— высокое потребление ресурсов, необходимых для функционирования ЭУ.

Данный тип СЭУ более не выпускается, в связи с чем, нет возможности заказа запасных частей.

Оборудование относится к первому классу пожароопасности и при аварийном выходе его из строя может привести к останову генераторов. Наличие щелочи в оборудовании в случае возникновения аварийной ситуации, вызывает риск получения травм персоналом.

Поэтому необходимы следующие конструктивно-технологические решения с обеспечением требований норм промышленной безопасности:

— замена электролизной установки СЭУ-10 на установку ФС-10.25 производства ООО «ИФТИ» с номинальной производительностью по водороду 10 нм3/ч при давлении до 10- ти кгс/см2 с чистотой по водороду не ниже 99,5 % и чистотой по кислороду не ниже 99,5 %;

— оснащение электролизной установки (ЭУ) устройствами релейной защиты и автома­тики (РЗА) и КИПиА в соответствии с требованиями НТД и вывод сигнала срабатывания устройств РЗА на главный щит управления (ГЩУ).

ОРУ-110 кВ ТЭЦ

Фото ОРУ 110 ТЭЦ

Основные объекты ОРУ-110 кВ ТЭЦ:

— Секции шин 110 кВ – ОСШ 110, I СШ 110, II СШ 110.

— Трансформаторы генерирующих источников Т – типа ТД-80000/110, 3 шт.

— Трансформаторы связи ТС – типа ТДТНГ-40500-110/35/6,3, 4 шт.

— Трансформатор собственных нужд РТСН – типа ТРДН-25000/110/6,6, 1 шт.

— Трансформатор резервный – типа ТДНГУ-40500/110, 1 шт.

— Воздушные и кабельные линии к потребителям.

— Отходящие линии на ГРУ-6 кВ и ОРУ-35 кВ.

Ремонт стоек УСО

Ведомость ремонта стойки УСО

При возможности установки измерительных трансформаторов (ТТ и ТН) на существующие стойки, очень часто требуется провести их ремонт.

При конструкционном ремонте железобетонных стоек, например, УСО, рекомендуется применять современный материал MasterEmaco S 5400 (EMACO Nanocrete R4), производства BASF.

Ведомость ремонта ЖБ стойки представлена на чертеже сверху.

Работы и приемку производить в соответствии с СП 71.13330.2017 «Изоляционные и отделочные покрытия» и инструкцией завода-изготовителя.