QDQ2-1型高原水电解制氢设备的增容

　　0　引言

　　随着我国气象事业的蓬勃发展和国家经济实力的不断增强,国家对气象事业建设的投入不断加大,高空气象台站的基本建设速度也在加快,为加快我国气象事业发展的步伐,提高气象装备整体水平,原气象台站的化学制氢方式,逐步被安全、环保、技术先进的水电解制氢形式所代替。中国船舶重工集团公司第七一八研究所(以下简称七一八研究所)生产的QDQ2-1型水电解制氢设备是同类产品中技术水平较先进的设备,该设备操作简便、维护方便、安全可靠,目前在我国气象高空台站已列装90余套。我国西部气象高空台站有一部分在高海拔地区,空气稀薄,气压相对较低,相应地涉及到电工产品、压力容器等设备的安全问题。高海拔地区的气候特点与制氢设备的增容问题,是急需解决的技术性问题,也是确保设备安全运行所需的必要条件。高原增容型水电解制氢设备按一定原则适当增容,较好地解决了这一矛盾,为高原气象台站的高空探测业务提供了安全的高质量的氢气,从而保障了高原气象台站探空业务的正常开展。

　　1　水电解制氢设备

　　在电解槽体中通入直流电时,水分子在电极上发生电化学反应,分解成氢气和氧气。

　　水电解制氢技术遵循法拉第电解定律,气体产量与电流成正比。NaOH(或KOH)在水中的作用在于增加水的电导,本身不参加反应,理论上是不消耗的。单位气体的电耗取决于电解电压,电解压力的选择主要是根据用氢的需要。气体纯度决定于制氢主机结构和操作情况,在设备完好,操作正常的情况下,纯度是稳定的。QDQ2-1型水电解制氢设备的工作流程如图1所示。

　　2　海拔高度对设备性能的影响

　　2.1　对电工产品性能的影响

　　根据GB 4797.2-1986《电工电子产品自然环境条件海拔与气压、水深与水压》的有关条款,规定了自然界出现的海拔与气压、水深与水压的对应关系,为电工电子产品贮存、运输和使用等应用环境条件标准和产品标准的制订或选用严酷等级时提供依据。其中:A.2.1款产品随着气压的降低,致使电工产品的电晕(起始及消失电晕)电压减小,外绝缘电气强度也降低。一般情况下,电

　　工产品在海拔0~5 000 m范围内,气压每降低12%(相当于海拔增高1 000 m),其电晕电压和外绝缘电气强度降低8%~13%,航空电器和电子产品也有类似现象存在;A.2.2款产品随着气压的降低,空气密度也相应减小,致使散热能力下降,导致以自然对流、强迫通风或空气散热器为主要散热方式的产品温升增高。一般情况下,电工产品在海拔0~5 000 m范围内,气压每降低12%(相当于海拔增高1 000 m),其温升增高3%~10%,航空电器和电子产品也受到不同程度的影响;A.3.1款产品气压降低或增高和水压增大,都会使产品的密封容器内外压力差增大,容易引起气体或液体从密封容器的密封结合处向外泄漏,甚至可能引起容器破裂。0~5 000 m范围内,海拔、平均气压、电器外绝缘电气强度、温升增高对照见表1。从表1可以看出,当海拔高度3 000 m时:外绝缘电气强度降低77.87%~65.85%,温升增高109.3%~133.1%,约占平原的1/3;当海拔高度5 000 m时:外绝缘电气强度降低65.91%~49.84%,温升增高115. 9% ~ 161. 1%,约占平原的1/2还多。