ტუტე ელექტროლიზის წყლის სისტემის დეტალური ახსნა

ელექტროლიტურიწყალბადიწარმოების ერთეულში შედის წყლის ელექტროლიზის სრული კომპლექტიწყალბადიწარმოების აღჭურვილობა, ძირითადი აღჭურვილობით, მათ შორის:

1. ელექტროლიტური უჯრედი

2. აირისებრი სითხის გამომყოფი მოწყობილობა

3. გაშრობისა და გაწმენდის სისტემა

4. ელექტრო ნაწილი მოიცავს: ტრანსფორმატორს, გასწორების კაბინეტს, PLC მართვის კაბინეტს, ინსტრუმენტის კაბინეტს, გამანაწილებელ კაბინეტს, ზედა კომპიუტერს და ა.შ.

5. დამხმარე სისტემა ძირითადად მოიცავს: ტუტე ხსნარის ავზს, ნედლეულის წყლის ავზს, შემავსებელ წყლის ტუმბოს, აზოტის ცილინდრს/სადენს და ა.შ. 6. აღჭურვილობის საერთო დამხმარე სისტემა მოიცავს: სუფთა წყლის აპარატს, გამაგრილებელ კოშკს, გამაგრილებელს, ჰაერის კომპრესორს და ა.შ.

წყალბადის და ჟანგბადის გამაგრილებლები, ხოლო წყალი გროვდება წვეთოვანი ხაფანგით, სანამ მართვის სისტემის კონტროლის ქვეშ გაიგზავნება; ელექტროლიტი გადისწყალბადიდა ჟანგბადის ტუტე ფილტრები, წყალბადის და ჟანგბადის ტუტე გამაგრილებლები შესაბამისად ცირკულაციის ტუმბოს მოქმედების ქვეშ, შემდეგ კი ელექტროლიტურ უჯრედში ბრუნდება შემდგომი ელექტროლიზისთვის.

სისტემის წნევა რეგულირდება წნევის კონტროლის სისტემით და დიფერენციალური წნევის კონტროლის სისტემით, რათა დააკმაყოფილოს შემდგომი პროცესებისა და შენახვის მოთხოვნები.

წყლის ელექტროლიზით მიღებულ წყალბადს აქვს მაღალი სისუფთავისა და დაბალი მინარევების უპირატესობა. როგორც წესი, წყლის ელექტროლიზით მიღებულ წყალბადის აირში მინარევები მხოლოდ ჟანგბადი და წყალია, სხვა კომპონენტების გარეშე (რაც თავიდან აგაცილებთ გარკვეული კატალიზატორების მოწამვლას). ეს ხელს უწყობს მაღალი სისუფთავის წყალბადის აირის წარმოებას, ხოლო გაწმენდილი აირი აკმაყოფილებს ელექტრონული კლასის სამრეწველო აირების სტანდარტებს.

წყალბადის წარმოების ბლოკის მიერ წარმოებული წყალბადი გადის ბუფერულ ავზში სისტემის სამუშაო წნევის სტაბილიზაციისა და წყალბადიდან თავისუფალი წყლის შემდგომი მოცილების მიზნით.

წყალბადის გამწმენდ მოწყობილობაში მოხვედრის შემდეგ, წყლის ელექტროლიზის შედეგად წარმოქმნილი წყალბადი შემდგომში იწმინდება კატალიზური რეაქციისა და მოლეკულური საცრის ადსორბციის პრინციპების გამოყენებით, წყალბადიდან ჟანგბადის, წყლისა და სხვა მინარევების მოსაშორებლად.

აღჭურვილობას შეუძლია დააყენოს წყალბადის წარმოების ავტომატური რეგულირების სისტემა ფაქტობრივი სიტუაციის შესაბამისად. გაზის დატვირთვის ცვლილებები გამოიწვევს წყალბადის შესანახი ავზის წნევის რყევებს. შესანახ ავზზე დამონტაჟებული წნევის გადამცემი PLC-ს გადასცემს 4-20mA სიგნალს ორიგინალურ დადგენილ მნიშვნელობასთან შესადარებლად და ინვერსიული გარდაქმნისა და PID გამოთვლის შემდეგ, გასწორების კარადას გადასცემს 20-4mA სიგნალს ელექტროლიზის დენის სიდიდის რეგულირებისთვის, რითაც მიიღწევა წყალბადის წარმოების ავტომატური რეგულირების მიზანი წყალბადის დატვირთვის ცვლილებების შესაბამისად.

წყლის ელექტროლიზით წყალბადის წარმოების პროცესში ერთადერთი რეაქციაა წყალი (H2O), რომელსაც წყლის შემავსებელი ტუმბოს მეშვეობით უწყვეტად უნდა მიეწოდოს ნედლი წყალი. შემავსებელი პოზიცია მდებარეობს წყალბადის ან ჟანგბადის გამყოფზე. გარდა ამისა, სისტემიდან გასვლისას წყალბადმა და ჟანგბადმა მცირე რაოდენობით წყალი უნდა წაიღონ. წყლის დაბალი მოხმარების მქონე მოწყობილობას შეუძლია მოიხმაროს 1 ლ/ნმ³ H2, ხოლო უფრო დიდი ზომის მოწყობილობას შეუძლია შეამციროს იგი 0.9 ლ/ნმ³ H2-მდე. სისტემა უწყვეტად ავსებს ნედლ წყალს, რაც უზრუნველყოფს ტუტე სითხის დონისა და კონცენტრაციის სტაბილურობას. მას ასევე შეუძლია დროულად შეავსოს რეაქციული წყალი ტუტე ხსნარის კონცენტრაციის შესანარჩუნებლად.

1. ტრანსფორმატორის გასწორების სისტემა

ეს სისტემა ძირითადად ორი მოწყობილობისგან შედგება, ტრანსფორმატორისა და გასწორების კარადისგან. მისი მთავარი ფუნქციაა წინა პანელის მფლობელის მიერ მოწოდებული 10/35 კვ ცვლადი დენის ელექტროლიტური უჯრედისთვის საჭირო მუდმივ დენად გარდაქმნა და ელექტროლიტური უჯრედისთვის მუდმივ დენის მიწოდება. მიწოდებული სიმძლავრის ნაწილი გამოიყენება წყლის მოლეკულების წყალბადად და ჟანგბადად პირდაპირ დაშლისთვის, ხოლო მეორე ნაწილი სითბოს გამომუშავებას ახდენს, რომელსაც ტუტე გამაგრილებელი გამაგრილებელი წყლით გადასცემს.

ტრანსფორმატორების უმეტესობა ზეთის ტიპისაა. თუ შენობაში ან კონტეინერში განთავსდება, შესაძლებელია მშრალი ტიპის ტრანსფორმატორების გამოყენება. ელექტროლიტური წყლის წყალბადის წარმოების აღჭურვილობისთვის გამოყენებული ტრანსფორმატორები სპეციალური ტრანსფორმატორებია, რომლებიც უნდა შეესაბამებოდეს თითოეული ელექტროლიტური უჯრედის მონაცემებს, ამიტომ ისინი მორგებული აღჭურვილობაა.

ამჟამად, ყველაზე ხშირად გამოყენებული გამასწორებელი კარადა არის ტირისტორის ტიპი, რომელსაც აღჭურვილობის მწარმოებლები მხარს უჭერენ მისი ხანგრძლივი გამოყენების ვადის, მაღალი სტაბილურობისა და დაბალი ფასის გამო. თუმცა, მასშტაბური აღჭურვილობის წინა განახლებადი ენერგიისთვის ადაპტაციის საჭიროების გამო, ტირისტორის გამასწორებელი კარადების გარდაქმნის ეფექტურობა შედარებით დაბალია. ამჟამად, სხვადასხვა გამასწორებელი კარადების მწარმოებლები ცდილობენ ახალი IGBT გამასწორებელი კარადების დანერგვას. IGBT უკვე ძალიან გავრცელებულია სხვა ინდუსტრიებში, როგორიცაა ქარის ენერგია, და ითვლება, რომ IGBT გამასწორებელი კარადები მომავალში მნიშვნელოვან განვითარებას განიცდის.

1. განაწილების კარადების სისტემა

გამანაწილებელი კარადა ძირითადად გამოიყენება ელექტროლიტური წყლის წყალბადის წარმოების აღჭურვილობის უკან წყალბადის-ჟანგბადის გამოყოფისა და გაწმენდის სისტემის სხვადასხვა კომპონენტის ძრავებით მიწოდებისთვის, მათ შორის 400 ვოლტიანი ან ჩვეულებრივ 380 ვოლტიანი მოწყობილობებით. აღჭურვილობა მოიცავს წყალბადის-ჟანგბადის გამოყოფის ჩარჩოში არსებულ ტუტე ცირკულაციის ტუმბოს და დამხმარე სისტემაში არსებულ შემავსებელ წყლის ტუმბოს; გაშრობისა და გაწმენდის სისტემაში გათბობის სადენების კვების წყაროს, ასევე მთელი სისტემისთვის საჭირო დამხმარე სისტემებს, როგორიცაა სუფთა წყლის აპარატები, გამაგრილებელი მოწყობილობები, ჰაერის კომპრესორები, გაგრილების კოშკები და წყალბადის უკანა კომპრესორები, ჰიდროგენიზაციის აპარატები და ა.შ., ასევე მოიცავს მთელი სადგურის განათების, მონიტორინგისა და სხვა სისტემების კვების წყაროს.

1. Cონტროლ სისტემა

მართვის სისტემა იყენებს PLC ავტომატურ მართვას. PLC, როგორც წესი, იყენებს Siemens 1200 ან 1500 მოდელებს და აღჭურვილია ადამიან-მანქანის ურთიერთქმედების ინტერფეისის სენსორული ეკრანით. სენსორულ ეკრანზე რეალიზდება აღჭურვილობის თითოეული სისტემის მუშაობა და პარამეტრების ჩვენება, ასევე მართვის ლოგიკის ჩვენება.

5. ტუტე ხსნარის ცირკულაციის სისტემა

ეს სისტემა ძირითადად მოიცავს შემდეგ ძირითად აღჭურვილობას:

წყალბადის ჟანგბადის გამყოფი – ტუტე ხსნარის ცირკულაციის ტუმბო – სარქველი – ტუტე ხსნარის ფილტრი – ელექტროლიტური ელემენტი

ძირითადი პროცესი შემდეგია: წყალბადის და ჟანგბადის გამყოფში წყალბადთან და ჟანგბადთან შერეული ტუტე ხსნარი გამოიყოფა აირა-თხევადი გამყოფით და უკუქცევად მიეწოდება ტუტე ხსნარის ცირკულაციის ტუმბოს. წყალბადის და ჟანგბადის გამყოფი აქ არის შეერთებული, ხოლო ტუტე ხსნარის ცირკულაციის ტუმბო უკუქცევად ტუტე ხსნარს აწვდის სარქველსა და ტუტე ხსნარის ფილტრს უკანა მხარეს. მას შემდეგ, რაც ფილტრი გაფილტრავს დიდ მინარევებს, ტუტე ხსნარი ცირკულირებს ელექტროლიტური უჯრედის შიგნით.

6. წყალბადის სისტემა

წყალბადის აირი წარმოიქმნება კათოდის ელექტროდის მხრიდან და ტუტე ხსნარის ცირკულაციის სისტემასთან ერთად აღწევს გამყოფამდე. გამყოფის შიგნით, წყალბადის აირი შედარებით მსუბუქია და ბუნებრივად გამოყოფილია ტუტე ხსნარისგან, აღწევს გამყოფის ზედა ნაწილს. შემდეგ ის გადის მილსადენებში შემდგომი გამოყოფისთვის, ცივდება გამაგრილებელი წყლით და გროვდება წვეთოვანი შემკრებით, რათა მიღწეულ იქნას დაახლოებით 99%-იანი სისუფთავე, სანამ უკანა მხარეს გაშრობისა და გაწმენდის სისტემამდე მიაღწევს.

ევაკუაცია: წყალბადის აირის ევაკუაცია ძირითადად გამოიყენება ჩართვისა და გამორთვის პერიოდებში, არანორმალური ოპერაციების დროს ან როდესაც სისუფთავე არ აკმაყოფილებს სტანდარტებს, ასევე პრობლემების მოსაგვარებლად.

7. ჟანგბადის სისტემა

ჟანგბადის გადაადგილების გზა წყალბადის მსგავსია, გარდა იმისა, რომ ის სხვადასხვა გამყოფში ხორციელდება.

დაცლა: ამჟამად, პროექტების უმეტესობა იყენებს ჟანგბადის დაცლის მეთოდს.

გამოყენება: ჟანგბადის გამოყენების ღირებულებას მნიშვნელობა მხოლოდ სპეციალურ პროექტებში აქვს, მაგალითად, ისეთ აპლიკაციებში, სადაც შესაძლებელია როგორც წყალბადის, ასევე მაღალი სისუფთავის ჟანგბადის გამოყენება, მაგალითად, ბოჭკოვანი ოპტიკური მწარმოებლები. ასევე არსებობს რამდენიმე მსხვილი პროექტი, სადაც ჟანგბადის გამოყენებისთვის ადგილია გამოყოფილი. დამატებითი აპლიკაციების სცენარები განკუთვნილია თხევადი ჟანგბადის წარმოებისთვის გაშრობისა და გაწმენდის შემდეგ, ან სამედიცინო ჟანგბადისთვის დისპერსიული სისტემების მეშვეობით. თუმცა, ამ გამოყენების სცენარების სიზუსტე კვლავ დამატებით დადასტურებას საჭიროებს.

8. გაგრილების წყლის სისტემა

წყლის ელექტროლიზის პროცესი ენდოთერმული რეაქციაა და წყალბადის წარმოების პროცესი უნდა მომარაგდეს ელექტროენერგიით. თუმცა, წყლის ელექტროლიზის პროცესში მოხმარებული ელექტროენერგია აღემატება წყლის ელექტროლიზის რეაქციის თეორიულ სითბოს შთანთქმას. სხვა სიტყვებით რომ ვთქვათ, ელექტროლიზის უჯრედში გამოყენებული ელექტროენერგიის ნაწილი გარდაიქმნება სითბოდ, რომელიც ძირითადად გამოიყენება ტუტე ხსნარის ცირკულაციის სისტემის გასათბობად დასაწყისში, ტუტე ხსნარის ტემპერატურის აწევით აღჭურვილობისთვის საჭირო 90 ± 5 ℃ ტემპერატურულ დიაპაზონამდე. თუ ელექტროლიზის უჯრედი გააგრძელებს მუშაობას ნომინალური ტემპერატურის მიღწევის შემდეგ, გენერირებული სითბო უნდა გადაეცეს გამაგრილებელ წყალს ელექტროლიზის რეაქციის ზონის ნორმალური ტემპერატურის შესანარჩუნებლად. ელექტროლიზის რეაქციის ზონაში მაღალმა ტემპერატურამ შეიძლება შეამციროს ენერგიის მოხმარება, მაგრამ თუ ტემპერატურა ძალიან მაღალია, ელექტროლიზის კამერის დიაფრაგმა დაზიანდება, რაც ასევე საზიანო იქნება აღჭურვილობის ხანგრძლივი მუშაობისთვის.

ამ მოწყობილობის ოპტიმალური სამუშაო ტემპერატურა უნდა შენარჩუნდეს არაუმეტეს 95 ℃-ისა. გარდა ამისა, წარმოქმნილი წყალბადი და ჟანგბადი ასევე უნდა გაცივდეს და გამოშრეს, ხოლო წყლით გაცივებული თირისტორული გასწორების მოწყობილობა ასევე აღჭურვილია საჭირო გამაგრილებელი მილსადენებით.

დიდი აღჭურვილობის ტუმბოს კორპუსი ასევე მოითხოვს გამაგრილებელი წყლის მონაწილეობას.

1. აზოტის შევსებისა და აზოტის გაწმენდის სისტემა

მოწყობილობის გამართვამდე და ექსპლუატაციაში გაშვებამდე, სისტემაზე უნდა ჩატარდეს აზოტისადმი ჰერმეტულობის ტესტი. ნორმალური გაშვების წინ, ასევე საჭიროა სისტემის აირისებრი ფაზის აზოტით გაწმენდა, რათა უზრუნველყოფილი იყოს, რომ წყალბადისა და ჟანგბადის ორივე მხარეს აირისებრი ფაზის სივრცეში არსებული აირი შორს იყოს აალებადი და ასაფეთქებელი დიაპაზონიდან.

აღჭურვილობის გამორთვის შემდეგ, მართვის სისტემა ავტომატურად შეინარჩუნებს წნევას და წყალბადისა და ჟანგბადის გარკვეულ რაოდენობას სისტემაში. თუ ჩართვის დროს წნევა კვლავ არსებობს, გაწმენდის მოქმედება საჭირო არ არის. თუმცა, თუ წნევა მთლიანად მოიხსნება, აზოტით გაწმენდის მოქმედება ხელახლა უნდა შესრულდეს.

1. წყალბადის გაშრობის (გაწმენდის) სისტემა (არასავალდებულო)

წყლის ელექტროლიზით მიღებული წყალბადის აირი აშრობს პარალელური საშრობით და ბოლოს იწმინდება სინტერირებული ნიკელის მილისებრი ფილტრით მშრალი წყალბადის აირის მისაღებად. პროდუქტის წყალბადის მომხმარებლის მოთხოვნების შესაბამისად, სისტემას შეუძლია დაამატოს გამწმენდი მოწყობილობა, რომელიც გაწმენდისთვის იყენებს პალადიუმ-პლატინის ბიმეტალურ კატალიზურ დეოქსიგენაციას.

წყლის ელექტროლიზის წყალბადის წარმოების ბლოკის მიერ წარმოებული წყალბადი ბუფერული ავზის საშუალებით წყალბადის გამწმენდ ბლოკში იგზავნება.

წყალბადის აირი თავდაპირველად გადის დეჟანგბადის კოშკში და კატალიზატორის მოქმედებით, წყალბადის აირში შემავალი ჟანგბადი რეაგირებს წყალბადის აირთან წყლის წარმოსაქმნელად.

რეაქციის ფორმულა: 2H2+O2 2H2O.

შემდეგ, წყალბადის აირი გადის წყალბადის კონდენსატორში (რომელიც აცივებს გაზს წყლის ორთქლის წყლად კონდენსირებისთვის, რომელიც ავტომატურად გამოიყოფა სისტემის გარეთ კოლექტორის მეშვეობით) და შედის ადსორბციის კოშკში.