電解系統(tǒng)任務(wù)書

1、內(nèi)容提要：本文為電解芯體-水氣分離器壽命考核試驗平臺的研制任務(wù)書，明確了該設(shè)備的功能、使用環(huán)境和技術(shù)指標(biāo)等，提出了研制生產(chǎn)過程要求，規(guī)定了驗收要求和質(zhì)量管理規(guī)定等，適用于該設(shè)備的研制。關(guān)鍵詞： 電解芯體-水氣分離器壽命考核試驗平臺，研制任務(wù)書軟件文檔修改記錄版本號日 期所修改內(nèi)容注 記電解芯體-水氣分離器壽命考核試驗平臺研制任務(wù)書1 適用范圍本文依據(jù)KJZB26000JB001空間站電解制氧系統(tǒng)工程樣機II設(shè)計報告等相關(guān)技術(shù)文件，針對KJZB26100電解芯體組件、KJZB26800電解水氣分離器組件壽命考核試驗的需求明確了電解芯體-水氣分離器壽命考核試驗平臺的主要功能、技術(shù)指標(biāo)、使用環(huán)境等，

2、提出了研制生產(chǎn)過程要求，規(guī)定了驗收要求和質(zhì)量管理規(guī)定，適用于該設(shè)備的研制。2 引用文件KJZB2600FB001 空間站電解制氧系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)實施方案KJZB26000JB001 空間站電解制氧系統(tǒng)工程樣機II設(shè)計報告KJZB26000SB001 空間站電解制氧系統(tǒng)工程樣機I研制總結(jié)報告3 設(shè)備用途及功能空間站電解芯體組件是空間站電解系統(tǒng)的核心產(chǎn)品，其主要功能為電解水產(chǎn)生氧氣（同時副產(chǎn)氫氣）。該產(chǎn)品繼承TGJZ100電解制氧裝置配套的電解芯體組件的基本技術(shù)方案，采用SPE電解技術(shù)。針對TG-1階段設(shè)計的電解芯體使用壽命不滿足空間站任務(wù)需求的問題（已通過試驗驗證，詳見KZJB26000SB00

3、1空間站電解制氧系統(tǒng)工程樣機I研制總結(jié)報告），在空間站電解制氧系統(tǒng)工程樣機I研制階段開展技術(shù)攻關(guān)，從電極材料防腐蝕、流場板防腐蝕、大容量電解芯體流場設(shè)計三個方面采取措施延長產(chǎn)品的使用壽命。水氣分離器組件同樣是空間站電解制氧系統(tǒng)的核心產(chǎn)品，其主要功能為將電解產(chǎn)生的氫氣與未反應(yīng)的電解水進行水氣分離。該產(chǎn)品繼承TGJZ100電解制氧裝置配套的水氣分離器組件的基本技術(shù)方案，采用膜式靜態(tài)水氣分離技術(shù)。針對TG-1階段設(shè)計的水氣分離器使用壽命不滿足空間站任務(wù)需求的問題（已通過試驗驗證，詳見KZJB26000SB001空間站電解制氧系統(tǒng)工程樣機I研制總結(jié)報告），在空間站電解制氧系統(tǒng)工程樣機I研制階段開展技術(shù)

4、攻關(guān)，從提高膜材料與水接觸的穩(wěn)定性、材料抑菌兩個方面采取措施延長產(chǎn)品的使用壽命。目前上述攻關(guān)已完成材料設(shè)備工藝攻關(guān)和結(jié)構(gòu)設(shè)計攻關(guān)，正在進行攻關(guān)狀態(tài)產(chǎn)品樣機的研制。研制完成后必須對電解芯體和水氣分離器進行壽命考核試驗，通過試驗結(jié)果評估各項攻關(guān)措施的實際效果，合理確定電解芯體和水氣分離器的壽命指標(biāo)。電解芯體-水氣分離器壽命考核試驗平臺的主要用途就是提供電解芯體、水氣分離器壽命考核試驗的運行環(huán)境。設(shè)備應(yīng)具備如下功能：a. 提供電解芯體、水氣分離器連續(xù)運行所需的電解水存儲、輸運、循環(huán)以及氣體壓力控制和調(diào)節(jié)的系統(tǒng)回路，該回路在材質(zhì)選用方面應(yīng)盡可能與電解制氧系統(tǒng)實際情況類似并能夠控制系統(tǒng)中雜質(zhì)離子水平，維

5、持循環(huán)水水質(zhì)穩(wěn)定；b. 能夠采集、控制并記錄系統(tǒng)運行的主要參數(shù)并根據(jù)這些參數(shù)進行簡單的判斷和控制，主要包括壓力、溫度、電導(dǎo)率、氣體濕度等；c. 提供電解芯體、循環(huán)泵運行所需的恒流源；d. 具備氣體產(chǎn)物（包括氫氣和氧氣）產(chǎn)量、質(zhì)量分析功能，包括流量、純度及濕度等。4 使用和貯存環(huán)境a. 環(huán)境氣體成分：空氣；b. 大氣壓力：常壓；c. 環(huán)境溫度：+550C；d. 環(huán)境相對濕度：20%90%（RH）。5 設(shè)備工作原理及連接關(guān)系設(shè)備連接關(guān)系見下圖所示。如圖所示，設(shè)備的工作原理為：電解原水在循環(huán)泵的作用下通過水凈化器，凈化后的原水供入電解芯體陰極，部分通過電極組件遷移到陽極。在陰極部分水被電解，電解后的

6、水和氫氣的混合物通過換熱器冷卻后進入水氣分離器，分離后的水返回水箱，繼續(xù)進行循環(huán)。分離后的氫氣通過冷凝水收集器除去液態(tài)水、排氧壓力調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)壓力后排出。電解芯體和循環(huán)泵所需的恒流源分別由60V電解電源和28V直流電源提供；氫氣和氧氣的純度分別通過氧濃度分析儀和氫濃度分析儀進行測試、分析；電解芯體的電壓巡檢參數(shù)（共24路）及系統(tǒng)中的其它壓力、溫度、液位、電導(dǎo)率等參數(shù)通過電壓巡檢與自動運行控制模塊進行采集、變送并依據(jù)這些參數(shù)對系統(tǒng)的自動運行進行控制。6 技術(shù)指標(biāo)要求6.1 電解水存儲、凈化及循環(huán)部分技術(shù)指標(biāo)6.1.1 工作介質(zhì)：高純水、氧氣、氫氣其中：高純水指標(biāo)為電導(dǎo)率不大于5s/cm、總有機碳不

7、大于0.5ppm；氧氣和氫氣中含有飽和水蒸汽；6.1.2 流量：循環(huán)水管路：050L/h；氫、水混合物管路：050L/h水、0300L/h氫氣組成的混合物；氧氣管路：0150L/h氧氣（含有飽和水蒸汽）；氫氣管路：0300L/h氫氣（含有飽和水蒸汽）。6.1.3 壓力要求：0300kPa；6.1.4 水箱容量要求：不少于10L；6.1.5 潔凈度要求a. 設(shè)備內(nèi)部不允許產(chǎn)生大于40m剛性粒子及其它多余物；b. 裝置內(nèi)使用的設(shè)備和管路在裝配前應(yīng)進行充分清洗，保證潔凈無多余物。6.1.6 材料相容性要求裝置應(yīng)注意儀器、管路件等與高純水的相容性，與水工質(zhì)接觸的設(shè)備及管路不得造成工質(zhì)污染。6.1.7

8、管路要求設(shè)備內(nèi)部管路可采用塑料軟管連接，出、入口應(yīng)標(biāo)識明確并有必要的流向標(biāo)識；6.1.8 接口要求裝置使用的軟管和接口應(yīng)與電解芯體、水氣分離器匹配良好，便于連接和斷開。6.1.9 氣密性要求系統(tǒng)工作過程中，流路內(nèi)無液體滲、漏；6.2 氣體檢測分析設(shè)備技術(shù)指標(biāo)6.2.1 工作介質(zhì)：氧氣、氫氣；其中：氧氣和氫氣中含有飽和水蒸汽；6.2.2 流量：氧氣管路：0150L/h氧氣；氫氣管路：0300L/h氫氣。6.2.3 壓力要求：0200kPa；6.2.4測量和顯示要求：a. 能夠在線測量和顯示氫氣和氧氣的流量；b. 能夠在線測試和顯示氫氣和氧氣的純度。6.3 供電部分技術(shù)指標(biāo)6.3.1 電解接口要求

9、供電部分供電為220VAC；6.3.2 電解芯體供電技術(shù)要求：電壓：065VDC，可調(diào)；電流：030A，可調(diào)。6.3.3 循環(huán)泵供電技術(shù)要求：電壓：030VDC，可調(diào)；電流：010A，可調(diào)。6.4 電壓巡檢與自動運行控制模塊技術(shù)指標(biāo)6.4.1 電接口要求系統(tǒng)供電為220VAC；6.4.2 參數(shù)及指標(biāo)要求測量參數(shù)見表1。表1 主要測控參數(shù)表序號傳感器參數(shù)名稱測量范圍測量精度要求備注1T1電解芯體入口溫度060C±1%與水接觸的部分應(yīng)考慮材料與高純水的相容性要求2T2電解芯體出口溫度060C±1%3T3換熱器出口溫度060C±1%4P1電解芯體入口壓力0300pKa&

10、#177;1%5P2電解芯體出口壓力0300pKa±1%6P3水氣分離器入口壓力0300pKa±1%7P4水氣分離器出口壓力0300pKa±1%8P5排氧壓力0300pKa±1%9P6排氫壓力0300pKa±1%10Q1供水流量050L/h（水）±1%11Q2氫氣流量0300L/h（氫氣）±1%12Q3氧氣流量0150L/h（氧氣）±1%13L水箱液位傳感器0100%±1%14D1水箱電導(dǎo)傳感器030us±1%15D2供水電導(dǎo)傳感器030us±1%16H/T1排氧溫濕度傳感器0100%

11、（RH）±1%17H/T2排氫溫濕度傳感器0100%（RH）±1%18電池電壓1.52.5V±1%共24路19總電解電壓3565V±1%20總電解電流530A±1%6.4.3 數(shù)據(jù)顯示、存儲和報警要求a. 實時數(shù)據(jù)顯示：顯示全部參數(shù)的實時采集值（電流值）和物理量。其中電池電壓顯示到小數(shù)后3位（毫伏級），其它要求數(shù)據(jù)小數(shù)點后保留2位，并在正常值范圍內(nèi)顯示為綠色；顯示時間參數(shù)（包括系統(tǒng)當(dāng)前時間、試驗開始時間、試驗進行時間）；b. 趨勢圖顯示：顯示全部參數(shù)物理量的趨勢圖；c. 報警要求：控制參數(shù)超出設(shè)定范圍后應(yīng)控制系統(tǒng)自動停止運行；過程包括：一次關(guān)閉

12、恒流源、關(guān)閉循環(huán)泵，并將超出正常值范圍的數(shù)據(jù)紅色閃爍顯示；6.4.4 數(shù)據(jù)存儲a. 能夠存儲試驗期間（包括自動停機后一段時間內(nèi)）全部參數(shù)的實時采集值和物理量數(shù)據(jù)，存儲時間間隔可設(shè)定；b. 存儲引發(fā)系統(tǒng)自動停止運行的參數(shù)。6.4.5 數(shù)據(jù)查詢要求能夠通過測試時間、參數(shù)名稱進行歷史數(shù)據(jù)查詢，以表格和歷史趨勢圖的形式顯示，并可以Excel文檔形式顯示和保存數(shù)據(jù)。6.4.6傳感器配套要求提供滿足表1測試指標(biāo)的傳感器，傳感器應(yīng)該留有備份，交付時傳感器應(yīng)該完成計量。6.4.7 電纜配套要求提供電解芯體、電解循環(huán)泵供電電纜和傳感器與測控平臺間電纜各1套。6.5 其它要求6.5.1 工作壽命要求要求試驗平臺在

13、滿足全部指標(biāo)要求的前提下，連續(xù)穩(wěn)定工作時間不小于30天，累計工作壽命不少于5年。6.5.2 結(jié)構(gòu)及標(biāo)識要求試驗平臺可分模塊設(shè)計，供電和測控部分可采用標(biāo)準(zhǔn)機柜安裝，應(yīng)考慮與其它模塊配合工作的情況；電纜長度應(yīng)由足夠的余量，電連接器接插方便，連接可靠；要求連接傳感器端的電連接器有保護帽；要求標(biāo)識清楚，包括管路走向、電纜和電連接器標(biāo)識、設(shè)備名稱標(biāo)識等。6.5.3 安全性可靠性要求有防誤操作措施，如電源開關(guān)。7 質(zhì)量控制要求a. 承制方應(yīng)在方案設(shè)計階段進行由委托方參加的方案設(shè)計評審；b. 承制方在驗收時應(yīng)提交專檢設(shè)備檢定合格證書，并在設(shè)備上標(biāo)識。8 文件要求應(yīng)交付以下文件（包括書面文件和電子文檔）：a. 研制總結(jié)報告一份；b. 試驗平臺使用說明書（包括硬件和軟件）1份；c. 電纜接點說明書1份（可包括在使用說明書中）；d. 試驗平臺檢定規(guī)范1份；e. 試驗平臺檢定合格書（證書和標(biāo)識）1份；f. 試驗平臺軟件安裝程序或可執(zhí)行程序1份。9 驗收要求9.1 驗收要求