制氢机故障分析及解决措施

张德琴 雷爱国

（格尔木市气象局，青海 格尔木 816000）

本文主要是针对QDQ2-1型的水电解制氢机容易出现的故障现象进行详细的分析，并总结出了发生故障的原因以及排除方法和解决措施以及在使用中所需要注意的相关事项，以期望在今后制氢机的使用过程中遇见故障能够及时地排出，从而达到气象探测业务正常运行的目的。

1 氢气和制氢机分析

氢气是高空气象探测站获取高空气象数据资料不可或缺的材料之一。其中水电解制氢设备是我国当前最为常规的气象探测所需要的氢气来源。QDQ2-1型水电解制氢机是我国气象部门专门用来制氢的主要设备，也是我国气象观测业务系统的重要组成。该设备主要是由制氢主机，加水系统、充球系统以及整流控制器和相关辅助配套系统所组成。

2 制氢机故障分析

2.1 制氢机出口压力较低

在制氢期间的工作压力不断缓慢的降低，制氢工作人员需要增压至正常工作压力，只有这样才能够保障正常的制氢工作，从而使减压的进度不断缓慢，导致这种情况的出现主要原因有下面几点；第一是减压阀的阀门没有关紧，一直出现漏气的现象；第二个原因是氢氧平衡阀的膜片的调整是不适合的，在平衡阀的膜片中有较多的裂纹。在一定程度上制氢机出口压力较低，会直接导致制氢机出现自动跳机的情况。其主要的原因是在当氢罐的压力小于电解制氢所运行的最低压力时，氢出口手动球阀的开度过大的所导致的。通常遇到这种情况的出现是需要去调整氢出口的手动球阀的，这样能够让氢出口的手动球阀的压力大于电解制氢设备在实际运行过程中的最低压力。

2.2 气体分离器不保压，氢氧两侧液位差距较大

在一定程度上气体分离器不保压和氢氧两侧液位差距较大的情况出现原因有下面三点：第一是气体的外露，制氢设备内部的气体分离器和电解槽以及冷却器等部件和阀门与管道的连接是通过卡套管的接头所连接的，在o型圈出现老化的情况时是会直接导致气体出现外漏现象，在遇到这种情况时还需要对系统的整体气密性进行实际处理和检查；第二点是制氢机的阀门开度问题，当侧分离器的手动排空阀门开度调节不符合实际情况时，氧气的实际排空流量就会让氧和氢分离器内部的压力差距不断增大，直接导致了氧氢两侧的液位不断增大，造成这两者的差距也在不断拉大，遇见这种情况时还需要缓慢地对氧氢两侧的分离器两个手动排空阀进行相应的优化和调整；第三点就是制氢机内部的气体外泄，气体的外泄是最为常见的故障，气体外泄也是最为常见的电磁阀内漏，制氢机的自动化程度是相对较高的，在机械阀门启动过程中大多数情况下都是通过制氢机的控制系统对多个子系统进行控制液位，这样能够防止内漏的情况出现。

2.3 氧故障现象和原因分析

在某种层面上打开储氢阀门之后，氧液位会出现急剧下降的情况，氢液的位置就会出现快速地上升。其主要的故障原因是包含了氧平衡阀门被堵死或者是其平衡膜片的调整不恰当，还有就是氧分离除雾器的出口被堵塞、最后就是氧管路被直接堵死和氧放空阀门没有及时地打开。

3 制氢机故障的解决对策分析

制氢设备的气体输送连接管密封性要好。检修后的阀门、仪表的气源管道要进行气密性检查，尤其是氢气管道，以防止氢气漏出形成局部爆炸的混合气。连有氢、氧气气源的电器、仪表应选防爆设备或加防爆设施，杜绝一切引起的火源以及制氢设备配套的制氢机的氧气纯度变化的可能。在制氢过程中，氢气的分子小，一旦隔膜出现问题，氢分子向氧室渗透，就会引起氢气纯度下降和制氢设备的极大危险，凡出现氧、氢纯度长时间不佳的状况，必须停产检修，只有这样才能够保障制氢设备的正常运行以及制氢人员的人身安全。

3.1 定期检测电解液的浓度分析

在每间隔六个月有关工作人员必须要对电解液的浓度进行实际地检测，还有就是在发现电解液出现泄露情况之后，还需要及时调整电解液的浓度，在两天之内还需要进行电解液浓度检查，必须要让电解液的浓度在正常范围内。检测电解液的浓度必须要确定在制氢机停止运行之后才能进行氮气吹扫，或者切断系统设备的电源，保证制氢机的系统已经出现冷却的现象。在检测电压过程中，若是发现了有剩余的电压时必须要进行接地工作，用扳手在取样阀中进行检测，并用多余的扳手去拆除堵死的端口。在实际检测过程中还需要将量杯放在地面上，使用硅胶管去连接取样阀的出口，将另外一个端口放在量杯的内部，然后慢慢地打开取样阀，拆除掉硅胶管，使用干净的纸巾去擦拭氢氧化钾液，这样能够安全的将堵头给堵住，将氢氧化钾溶液样品送到化验室中测试相应的比重，其中电解液浓度是必须要进行相应调整，这样才能够保障电解液的浓度达到标准。

3.2 电解水制氢和矿物燃料制氢分析

第一，电解水制氢分析：水电解制氢是目前应用较广且比较成熟的方法之一。其工艺过程简单、无污染，效率可达75%～85%，但其缺点就是消耗电量大。主要应用在小型电解制氢设备，气象台站应用电解水制氢比较广泛，还有实验室氢气发生器也属于此类。原来气象上用得比较多的化学制氢，利用苛性钠、矽铁粉、水，进行化学反应得到氢气，由于其对环境造成污染，而且危险系数大，所以现在逐渐被淘汰了，此文中不再赘述。第二，矿物燃料制氢分析：该技术要是以煤、石油及天然气为原料制取氢气，是当今制取氢气主要的方法。煤制氢主要是煤焦化、气化制氢，城市用的“水煤气”就属于此类氢气；石油天然气制氢主要是催化裂解或者加水蒸气反应，如合成氨、合成甲醇工厂中采用此工艺制氢气。煤、石油及天然气制氢是目前工业用氢气的主要方法。在我国已经有了非常成熟的工艺，建有很多工厂。

3.3 传统能源制氢和新能源制氢技术比较优化

传统能源制氢。比如水煤气制氢，目前已经进行工业生产，技术相对成熟，但能量的产出大于投入，用1千克煤生产出来氢气的能量必然小于原来1千克煤本身的能量，因此传统能源制氢并非理想的制氢技术。新能源制氢。目前比较主流的是光-电解水制氢和光催化分解水制氢。其中光-电分解水制氢分为两个步骤：太阳能发电，电解水。太阳能发电过程对光能的利用率，实验室能够做到30%，大规模应用也能够接近20%；而电解水过程对电能的利用率超过80%。因此总体光-电解水的能量转换效率在20%×80%≈16%左右，虽然也有能量损失，但这种对太阳能发电就地利用的方式，解决了“太阳能所发的电多为不稳定的垃圾电，电网拒绝接受光电并网”的问题，所以大家比较看好光-电解水的实际应用。另一方面从学术研究来讲，硅太阳能电池的理论效率极限在50%出头，电解水的理论效率虽然能达到100%但80%左右已非常可观，所以光电制氢的学术价值更多集中在太阳能电池的研究上，不属于制氢技术的范畴了。光催化分解制氢 只有一个过程：光照分解水，但实际能量转化效率不足2%，有资历的学者所给出的说法是：光催化制氢的理论效率是可以和光电的20%媲美的，但是我们实际只有1%、2%，意味着理论和实际当中仍有着巨大的提升空间，这也就是我们做光催化研究的难点所在。就在于找到一种能够高效地进行光催化分解水制氢的催化剂。

3.4 增加氢气压缩系统与整流控制器

在气象台站中增加氢气压缩系统，并且还需要制氢业务人员进行现场相关操作技术的培训，必须要合格的员工才能够持证上岗。在日常工作中可以利用氢气压缩系统去压缩储备一定数量的氢气，这样能够防止突发情况时氢气的应急使用。在增加整流控制器过程中，还需要根据气象台站所使用的制氢机的型号去统一的购买相应的电源整流控制系统，这样能够充分的使用电源开关，做到每一台设备的轮换使用，从而直接降低了电源整流控制器的实际运作负荷，避免其符合过重而出现故障，这样也能够提升制氢设备的安全性。

3.5 定期解决测量电解槽的电压问题

对测定电解槽小室电压时，还需要按照所规定在每一次制氢机开机之后和制氢的过程中，以及制氢机关机之前，每间隔一个小时去测量一次小室电压，其小室电压的正常数值如果大于3.0伏，应立即停机检修。小室电压除去和总电压有着极为密切的关系之外，还和室内的温度以及制氢机正常运行的温度有着极大的关联，制氢机室内温度越高，那么小室的电压就会越低。所以在制氢机正常运转情况下，那么刚刚开机的小室电压自然就会不断升高了，并且在最后两个小时小室电压大多数情况下都是要比之前的小室电压要高很多。

还有就是需要检查电源的控制柜的报警系统和正常的电压数值。在一定程度上额定的直流电压大多数都是在60到80伏之间的，但是在实际工作期间有可能会直接超过该范围，通过电压检测，还需要结合制氢机内部气体的浓度变化适时而定的，还可以根据判断电解槽当中所出现的异常情况及时地做出针对性的解决措施，从而保障制氢机电解槽内的安全性。

4 结语

本文主要是针对制氢机的常见故障和故障出现的原因进行详细的分析，在制氢期间工作压力不断下滑的主要原因和解决方法是氧氢液面差过大是较为常见的故障之一。本文同时对各种制氢方法进行了分析，例如：电解水制氢和矿物燃料制氢分析、传统能源制氢和新能源制氢技术相比较，提出了一些比较实用的制氢机常见故障的解决办法，例如：增加氢气压缩系统与整流控制器、定期测量电解槽的电压等方法。与此同时，通过上述解决措施能够为制氢工作人员提供更为熟练的故障解决对策，从而保障制氢工作安全、顺利地进行。