《堿性水電解制氫電解槽設(shè)計(jì)與自動(dòng)化技術(shù)要求》編制說(shuō)明

1一、任務(wù)來(lái)源隨著氫能產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，堿性水電解制氫技術(shù)作為重要的制氫手段之一，對(duì)其電解槽的設(shè)計(jì)與自動(dòng)化控制提出了更高的要求，為了規(guī)范和指導(dǎo)行業(yè)發(fā)展，中國(guó)中小企業(yè)協(xié)會(huì)提出了制定本團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)的任務(wù)。目前行業(yè)內(nèi)還沒(méi)有統(tǒng)一規(guī)范的團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)，急需規(guī)定，也是從再生利用科學(xué)流程等層面給出科學(xué)合理的指標(biāo)，指導(dǎo)現(xiàn)階段產(chǎn)業(yè)科學(xué)發(fā)展。經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)起草組及專家組多次調(diào)研論證，根據(jù)《團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)管理規(guī)定》規(guī)定，特立項(xiàng)本標(biāo)準(zhǔn)。二、起草單位本標(biāo)準(zhǔn)由中國(guó)中小企業(yè)協(xié)會(huì)提出并歸口。本標(biāo)準(zhǔn)由西安隆基氫能科技有限公司、江蘇氫瑞科技有限公司、江蘇中信博新能源科技股份有限公司、無(wú)錫隆基氫能科技有限公司、南通安思卓新能源有限公司、氫源嘉創(chuàng)（浙江）新能源科技有限公司、中國(guó)石油天然氣股份有限公司石油化工研究院、金鎧儀器(大連)股份有限公司、國(guó)科綠氫(湖州)科技有限公司、華興中科標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)（北京）有限公司參與起草。三、標(biāo)準(zhǔn)的編制原則標(biāo)準(zhǔn)起草小組在編制標(biāo)準(zhǔn)過(guò)程中，以國(guó)家、行業(yè)現(xiàn)有的標(biāo)準(zhǔn)為制訂基礎(chǔ)，結(jié)合我國(guó)目前氫能源的發(fā)展現(xiàn)狀，按照GB/T1.1—2020《標(biāo)2準(zhǔn)化工作導(dǎo)則第1部分：標(biāo)準(zhǔn)化文件的結(jié)構(gòu)和起草規(guī)則》的規(guī)定及相關(guān)要求編制。四、標(biāo)準(zhǔn)編制過(guò)程2023年8月21日，中國(guó)中小企業(yè)協(xié)會(huì)正式批準(zhǔn)《堿性水電解制氫設(shè)備氣密性測(cè)試方法》團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)立項(xiàng)。本文件規(guī)定了堿性水電解制氫電解槽的總體設(shè)計(jì)原則、技術(shù)要求、本文件適用于堿性水電解制氫電解槽的設(shè)計(jì)與生產(chǎn)。42規(guī)范性引用文件下列文件中的內(nèi)容通過(guò)文中的規(guī)范性引用而構(gòu)成本文件必不可少的條款。其中，注日期的引用文件，僅該日期對(duì)應(yīng)的版本適用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改單）適用于本文件。GB/T629化學(xué)試劑氫氧化鈉碟形彈簧GB/T2306化學(xué)試劑氫氧化鉀作業(yè)場(chǎng)所環(huán)境氣體檢測(cè)報(bào)警儀通用技術(shù)要求可燃?xì)怏w報(bào)警控制器3GB37562壓力型水電解制氫系統(tǒng)技術(shù)條件GB50058爆炸危險(xiǎn)環(huán)境電力裝置設(shè)計(jì)規(guī)范GB50177氫氣站設(shè)計(jì)規(guī)范43術(shù)語(yǔ)和定義本文件沒(méi)有需要界定的術(shù)語(yǔ)和定義。44設(shè)計(jì)原則電解槽是制氫系統(tǒng)的主體設(shè)備，它的性能參數(shù)將決定水電解制氫的技術(shù)性能，其設(shè)計(jì)中應(yīng)考慮下列方面的要求：——電解槽的性能參數(shù)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)以降低單位氫氣制取的電能消耗、減少制造成本、延長(zhǎng)使用壽命為基本要求；——應(yīng)合理選擇電解槽的結(jié)構(gòu)形式、電解小室及隔膜的構(gòu)造、涂層和材質(zhì)以實(shí)現(xiàn)降低單位氫氣制取的電能消耗、減少制造成本、延長(zhǎng)使用。45技術(shù)要求45.4.1系統(tǒng)應(yīng)在下述環(huán)境中使用：——制氫系統(tǒng)工作環(huán)境溫度5℃~40℃;——相對(duì)濕度≤75%RH；——堿性水電解制氫系統(tǒng)電解槽的工作溫度宜為75℃~85℃;4——制氫系統(tǒng)所處的場(chǎng)所屬于有爆炸危險(xiǎn)環(huán)境，其爆炸危險(xiǎn)區(qū)域等級(jí)范圍劃分應(yīng)符合GB50058的要求，電氣設(shè)施的設(shè)防等級(jí)應(yīng)為——供電電源輸出側(cè)應(yīng)能將外部交流電力系統(tǒng)輸入的交流電能轉(zhuǎn)換成堿性水電解制氫系統(tǒng)需要的直流電能，并可工作在穩(wěn)功率控制模式、穩(wěn)壓控制模式以及穩(wěn)流控制模式。45.4.2堿性水電解槽要求原料水品質(zhì)應(yīng)符合表1的規(guī)定。堿性水電解槽原料水水質(zhì)電導(dǎo)率/25℃(mS/m)氯離子含量/(mg/L)45.4.3小型制氫系統(tǒng)需配備冷卻系統(tǒng)以保證電解槽的工作溫度，循環(huán)冷卻水的水壓宜為0.15MPa～0.35MPa，水質(zhì)應(yīng)符合表2的要求。循環(huán)冷卻水水質(zhì)PH值6.5～8.0氯離子含量（mg/L）硫酸根含量（mg/L）5鈣離子含量（mg/L）鐵離子含量（mg/L）銨離子含量（mg/L）溶解硅酸含量（mg/L）45.4.4堿性水電解槽采用的氫氧化鉀或氫氧化鈉應(yīng)符合GB/T2306、GB/T629的規(guī)定。45.4.5堿性水電解槽運(yùn)行中,電解液質(zhì)量要求應(yīng)符合表3的規(guī)定。堿性KOH水電解制氫系統(tǒng)電解液品質(zhì)要求濃度（%）27～32CO32-含量（mg/L）（mg/L）（mg/L）此濃度為采用KOH水溶液時(shí)。45.5.1端壓板表面應(yīng)光滑整潔，無(wú)毛刺、裂痕、銳邊和表面粗糙不平45.5.2端壓板應(yīng)具有良好的耐腐蝕性能，能夠長(zhǎng)時(shí)間承受電解液和生成氣體的沖擊，且結(jié)構(gòu)不被破壞。45.5.3端壓板應(yīng)具有足夠的機(jī)械強(qiáng)度，以承受電解槽在運(yùn)行過(guò)程中可能產(chǎn)生的壓力和沖擊。645.5.4端壓板的尺寸和形狀應(yīng)滿足設(shè)計(jì)要求，能夠與電解槽的其他部件精確配合。電解槽密封墊應(yīng)符合表4的要求密封墊品質(zhì)要求邵氏硬度（度）>60壓縮率（%）蠕變率(%)厚度公差(mm)45.7極板45.7.1極板應(yīng)進(jìn)行防腐處理。45.7.2極板的尺寸應(yīng)根據(jù)電解槽的具體設(shè)計(jì)進(jìn)行定制，與電解槽的其他部件精確配合。45.8隔膜45.8.1隔膜應(yīng)耐高濃度堿液腐蝕且具有較好的機(jī)械強(qiáng)度。45.8.2隔膜孔隙率應(yīng)盡可能高。45.8.3在電解溫度和堿液條件下應(yīng)保持化學(xué)穩(wěn)定。745.8.4隔膜原料應(yīng)符合易得、無(wú)毒、無(wú)污染，廢棄物易處理的原則。45.9電極45.9.1電極應(yīng)具有良好的電催化性能，包括較低的過(guò)電位、合適的塔菲爾斜率和足夠的工作電流密度。45.9.2電極的電化學(xué)活性比表面積應(yīng)盡可能大，以提高電解效率。45.9.3電極應(yīng)具有良好的穩(wěn)定性，包括電流保持率和耐啟停性能，以保證長(zhǎng)期連續(xù)運(yùn)行。45.9.4電極材料應(yīng)耐高溫、耐堿，在高濃度堿液中長(zhǎng)期穩(wěn)定工作。45.10.1應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)電流密度及有效電解區(qū)域直徑計(jì)算出電解槽電流，確定所需的電解小室數(shù)量。45.10.2電解小室的設(shè)計(jì)應(yīng)滿足電解槽的總電壓和總電流，符合預(yù)期的45.10.3設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)計(jì)算電解槽的耗水量，保證有足夠的水供應(yīng)來(lái)維持電解反應(yīng)。單個(gè)電解小室的反應(yīng)水耗量也應(yīng)計(jì)算在內(nèi)。電解槽組裝時(shí)：——應(yīng)使用絕緣螺栓固定，密封墊片的選擇應(yīng)保證水電解槽在工作狀態(tài)不滲漏，并承受槽體開(kāi)、停車時(shí)的工作狀態(tài)變化；——碟形彈簧的制造要求應(yīng)符合GB/T1972的規(guī)定；——焊縫不得有氣孔、夾渣和裂紋等缺陷；——電解槽的安裝應(yīng)采用單端固定。8其他電解槽連接相關(guān)組件應(yīng)符合GB37562的規(guī)定。應(yīng)在電解槽出口氫側(cè)、純化設(shè)備出口管路、氫氣輸出口進(jìn)末端設(shè)置壓力傳感器，壓力傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電解過(guò)程中壓力變化，與相應(yīng)的報(bào)警設(shè)置相關(guān)聯(lián)。應(yīng)在電解槽氫氣、氧氣出口及電解槽進(jìn)水口處設(shè)置溫度傳感器，系統(tǒng)通過(guò)溫度傳感器點(diǎn)位的信號(hào)輸入對(duì)電解槽的工作溫度進(jìn)行控制。應(yīng)在氫氣、氧氣出氣管線上設(shè)置氫中氧、氧中氫在線分析儀。氫氣純化單元的出氣管線上，應(yīng)設(shè)置微量氧分析儀和露點(diǎn)分析儀。應(yīng)設(shè)置在線水質(zhì)監(jiān)測(cè)儀表，在參數(shù)超標(biāo)時(shí)報(bào)警聯(lián)鎖。在水電解制氫系統(tǒng)的房間內(nèi)，應(yīng)在最高處或最易積聚氫氣處設(shè)置氫濃度檢測(cè)、報(bào)警裝置，應(yīng)符合GB16808、GB12358的要求。9自控、監(jiān)測(cè)裝置在報(bào)警后應(yīng)立刻檢查故障源，并作出相應(yīng)調(diào)整。當(dāng)發(fā)生下列情況之一時(shí)，應(yīng)啟動(dòng)聯(lián)鎖停機(jī)：——當(dāng)氫氣或氧氣純度低于設(shè)計(jì)下限時(shí)；——分離器液位低于設(shè)計(jì)下限時(shí)；——系統(tǒng)壓力高于設(shè)計(jì)上限時(shí)；——水循環(huán)量低于設(shè)計(jì)下限時(shí)；——發(fā)生電力故障時(shí)；——監(jiān)測(cè)的空氣中氫濃度超過(guò)1%（體積分?jǐn)?shù)）時(shí)。六、標(biāo)準(zhǔn)水平分析6.1采用國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)和國(guó)外先進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)的程度。經(jīng)查，暫無(wú)相同類型的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)與國(guó)外標(biāo)準(zhǔn)，故沒(méi)有相應(yīng)的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)、國(guó)外標(biāo)準(zhǔn)可采用。6.2與國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)及國(guó)外標(biāo)準(zhǔn)水平對(duì)比本標(biāo)準(zhǔn)達(dá)到國(guó)內(nèi)先進(jìn)水平。6.3與現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)及制定中的標(biāo)準(zhǔn)協(xié)調(diào)配套情況本標(biāo)準(zhǔn)的制定與現(xiàn)有的標(biāo)準(zhǔn)及制定中的標(biāo)準(zhǔn)協(xié)調(diào)配套，無(wú)重復(fù)交叉現(xiàn)象。6.4設(shè)計(jì)國(guó)內(nèi)外專利及處置情況經(jīng)查，本標(biāo)準(zhǔn)沒(méi)有涉及國(guó)內(nèi)外專利。七、與有關(guān)的現(xiàn)行法律法規(guī)和強(qiáng)制性國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)及相關(guān)標(biāo)