Общество с ограниченной ответственностью «Институт физико-технологических исследований (ИФТИ)», 119180, г. Москва, 2-й Хвостов переулок, д. 12, помещение V, комната 3.
Общие сведения.
Общество с ограниченной ответственностью «Институт физико-технологических исследований (ИФТИ)» (ООО «ИФТИ») с конца 80х годов занимается разработкой, производством и внедрением на объектах промышленности современных водородных электролизных установок серии ФС-Т.25.
Первая установка серии ФС была установлена на ГРЭС-24 МОСЭНЕРГО в г. Новомичуринск (Рис 1), ныне Рязанская ГРЭС.
Установки серии ФС разработаны и выпускаются по ТУ 3610-002-13151350-08 (до 2007 г. - по ТУ 3610-002-13151350-99) для нужд энергетики (охлаждение водородом обмоток турбогенераторов на ТЭЦ, ГРЭС и АЭС), электроники и других отраслей (металлургия, нефтехимия, стекольная и пищевая промышленности, а также медицина).
Установки защищены патентами РФ, имеют:
- Декларацию соответствия установок ТР ТС 004/2011, 010/2011 и 020/2011,
- Сертификат соответствия и декларацию оборудования установок ТР ТС 032-2013 «О безопасности оборудования, работающего под избыточным давлением»,
Установки соответствуют требованиям:
- Правил безопасности при производстве водорода методом электролиз воды (ПБ 03-598-03),
- Типовой инструкции по эксплуатации электролизных установок для получения водорода и кислорода (РД 34.50.501-96, РАО «ЕЭС России»),
- Федеральному закону РФ от 22 июля 2008 г. № 123-ФЗ "Технический регламент о требованиях пожарной безопасности",
- Общих правил взрывобезопасности для взрывопожароопасных химических, нефтехимических и нефтеперерабатывающих производств (ПБ 09-540-03).
Рис. 1. Установка ФС-6.25 ГРЭС-24, МОСЭНЕРГО, г. Новомичуринск, 1993 г.
На аппараты установок серии ФС не распространяются "Правила промышленной безопасности опасных производственных объектов, на которых используется оборудование, работающее под избыточным давлением", Приказ № 116 Ростехнадзора от 25 марта 2014 г., глава 1, параграф 4, пункт «п».
Основные преимущества электролизных установок серии ФС-Т.25.
Установки серии ФС (Рис. 2) производительностью от 2 до 30 нм3 Н2 в час, удовлетворяют потребностям отечественной энергетики и электроники, т.к. они:
- Полностью адаптированы к традиционным условиям эксплуатации и ремонта на российских электростанциях и других предприятиях, обладают низкими эксплуатационными расходами и простотой всех видов ремонтов, которые возможно выполнять персоналом станции без привлечения завода изготовителя.
- Поставляются Заказчику в собранном виде или отдельными технологическими блоками, которые собираются на месте в готовое к пуску изделие службой ремонта электроцеха.
- Имеют регулировку производительности от 15 % до 115 % от номинального значения.
- При временном отсутствии потребности в водороде переходят на «ждущий режим работы», не требующий согласования включения и выключения.
- Комплектуются оборудованием только отечественных предприятий и изготавливаются из материалов, производимых и широко распространённых в России.
- Имеют технические характеристики, включая габариты и вес, аналогичные западным образцам.
- При размещении двух электролизных установок и более предусмотрен вариант совместного использования вспомогательного оборудования.
- Имеют существенно меньшую стоимость, чем западные аналоги, при лучших технических характеристиках.
- Аппараты установки не требуют регистрации в региональных органах Ростехнадзора (вся установка ставится на учёт одновременно с получением экспертизы промышленно-технической безопасности на технический проект), так как изготовлены из труб малого диаметра (меньше 150 мм).
- Система управления выполнена на современном уровне и по своим функциональным возможностям превосходит отечественные аналоги.
- Помещение электролизной имеет самую низкую из возможной категории по взрывной и пожарной опасности – В4, в нижней части помещения электролизной допускается применять электрооборудование в общетехническом исполнении с маркировкой защиты IP54.
- Установка может быть внесена в существующее помещение электролизной станции отдельными сборочными узлами через стандартный дверной проём шириной 0,8 м, собрана и подготовлена к испытаниям и вводу в эксплуатацию.
- В комплекте с установками ФС поставляются блоки предварительной очистки и осушки производства ИФТИ (точка росы не выше минус 20 ºC).
- Затраты на эксплуатацию установки являются самыми низкими из всех представленных на Российском рынке импортных водородных электролизных установок, а их надёжность самой высокой.
Рис. 2. Установка по разделению изотопов водорода для Фукусимской АС ФС-10.25, ФГУП "РосРАО" (ЛСК "Радон"), 2016 г. (электролизный блок)
Основные характеристики электролизной установки ФС-20.25
- Номинальная производительность установки по водороду – 20 нм3/ч;
- Номинальная производительность установки по кислороду – 10 нм3/ч;
- Рабочее давление водорода и кислорода в установке – 1,0 МПа;
- Давление водорода и кислорода на выходе – 0,1 – 0,9 МПа;
- Объемная доля водорода в пересчете на сухой газ на выходе из электролизёра – не менее 99,6 % (О2 не более 0,4 %);
- Объемная доля кислорода в пересчете на сухой газ на выходе из – не менее 99,3 % (H2 не более 0,7 %);
- Объемная доля водорода в пересчете на сухой газ после реактора каталитической очистки – не менее 99,95 % (О2 не более 0,05 %);
- Точка росы водорода – не выше минус 15 °С (минус 60°С при комплектации дополнительным блоком осушки);
- Номинальная общая потребляемая мощность, кВт, не более – 120
- Потребление продуктовой воды, кг/ч – 20
- Программное обеспечение с интерфейсом на русском языке.
- Срок службы технологического оборудования, не менее 20 лет.
Габариты:
- электролизный блок (ШхВхД), мм – 1450х1450х2900
- электролизный блок (ШхВхД), мм – 1450х1450х2900
Рис. 3. Габаритные размеры установки ФС-20.25
Спецификация предлагаемого оборудования.
Основные аппараты и узлы установки приведены ниже.
1. Электролизный блок.
Электролизный блок (Рис. 4) состоит из двух электролизных модуля. Электролизные модули поставляется в собранном виде. В состав электролизного модуля входят следующие аппараты
- Электролизёр ФС-525М - в электролизёре происходит главный технологический процесс установки – электрохимическая реакция разделения молекул воды на водород и кислород, причём оба газа разделены диафрагмой, которая не позволяет им смешиваться, но при этом хорошо проводит ионный ток. Электролизный блок состоит из двух компактных электролизёров.
- Разделительные колонки (водород и кислород) РК - разделение электролита и газа, предварительное удаление основной массы щёлочи в виде капель и тумана из газов, охлаждение электролита в нижней части разделительной колонки, и охлаждение газа - в верхней части, газов в верхней части газоотделители и дополнительную отмывку газов от щелочного тумана за счёт барботажа этих газов через слой воды в промывателях с одинаковой глубиной.
- Регуляторы давления (поплавковые) РД – поддерживают разницу давлений между водородом и кислородом таким образом, чтобы она не превышала 20 см водяного столба.
- Датчики уровня ДУП – предназначены для контроля уровня воды в регуляторах давления и включения (выключения) насоса дозатора.
- Бак дистиллята БД – принимает из системы заказчика дистиллированную воду, и поддерживает запас этой воды в объёме 60 литров, достаточном для автономной работы установки в течение нескольких часов; при ремонте электролизёров заполняется щелочным электролитом из электролизёров и разделительных колонок.
- Фильтр электролита ФЭ – улавливает механические частицы на выходе электролита из разделительных колонок.
Рис. 4. Электролизный блок. Общий вид.
2. Технологический блок (Рис. 5.) (блок регулирования давления и осушки).
Основное назначение технологического блока состоит в том, чтобы поддерживать минимальную разницу давлений в каждой ячейке электролизёров между водородным и кислородным пространствами, т.е. по обе стороны диафрагмы, разделяющей католит и анолит. Эта разница поддерживается в электролизёрах на уровне 1–3 см водяного столба, что препятствует взаимному смешиванию газов через асбестовую диафрагму.
В состав технологического блока входит следующее оборудование:
- Сборник конденсата (влагоотделитель) СК – собирает конденсат из водорода после реактора каталитической очистки и вымораживателей, конденсат удаляется из сборника конденсата либо вручную один раз в сутки, либо автоматически через клапан слива поплавкового типа.
- Реактор каталитической очистки газов – предназначен для очистки продуктовых газов от примесей водорода или кислорода.
- Регуляторы давления:
- «до себя» мембранные (РД-Т.25 или АР-85) предназначены для регулирования давления в установке и поддерживают его величину постоянной (от 9,5 до 10,5 кгс/см2) независимо от величины давления в ресиверах: при заполненных ресиверах сбрасывают лишний газ в атмосферу в штатном режиме, а при аварийном повышении давления в установке плавно сбрасывают газы в атмосферу, не позволяя водороду и кислороду попадать друг в друга через «U-образные» трубки аппаратов и образовывать «гремучую смесь», а также автоматически поддерживают рабочее давление водорода в ресиверах.
- регулятор равенства давлений РРД-Т.25 – поддерживает разницу давлений между водородом и кислородом в установке.
- Предохранительные клапаны (ПК-Т.25 или АПТ-85) - обеспечивают сброс газов из регуляторов давления (поплавковых) при аварийном превышении давления в них.
- Обратные защитные клапаны (ОЗК-Т.25) – устанавливаются в качестве:
- огнепреградителей на линиях сброса газов из установки в атмосферу;
- обратных клапанов на линиях выхода водорода из установки в ресиверы.
- Краны КИП Ду4, краны шаровые Ду10 и Ду20, клапаны Ду4 – обеспечивают технологические операции при эксплуатации установки, периодический отбор проб газов на химический анализ, непрерывный отбор водорода и кислорода на газоанализаторы, поверку и замену манометров и датчиков давления без отключения установки.
- Соединительные трубки (соединители) Ду10 и Ду25 – обеспечивают потоки газов, циркуляцию электролита, циркуляцию хладагента для охлаждения электролита, водорода и кислорода, подвод к установке азота для продувок, все соединители выполнены на разъёмных соединениях М20х1.5, М39х2 и фланцевых соединениях Ду25, датчики уровня, манометры и датчики давления имеют присоединительные штуцеры М20х1.5.
- Платформа и рама – обеспечивают надёжное крепление аппаратов технологического блока и электролизёров и свободный доступ ко всем элементам установки без демонтажа каких-либо её элементов.
- Манометры, датчики уровня, первичные преобразователи газоанализаторов, термопреозователи – размещены на аппаратах и соединительных трубах технологического блока. Газоанализатор «Водород в помещении» устанавливается вблизи дефлектора на расстоянии не более 200 мм от потолка. Газоанализатор «Кислород в помещении» располагается на стене около технологического модуля или на несущей раме установки.
Рис. 5. Технологический блок. Общий вид.
3. Источник питания электролизёра.
В качестве источника питания электролизёров применены специализированные, серийно выпускаемые инверторные выпрямительные агрегаты ИОН-96V-600A (производство фирмы ООО «Донавтоматика», г. Волгодонск, см. Рис. 6) или аналог.
Рис. 6. Выпрямительные агрегаты ИОН-96-600.
Данный вид инверторных блочно-модульных выпрямителей выпускается серийно, широко применяется в металлургии, строительстве, гальванических производствах и пр.
4. Шкаф управления и шкаф присоединений
В шкафу управления располагается необходимая автоматика, реле, вторичные преобразователи, контроллер. На лицевой панели шкафа размешены элементы управления технологическим процессом, светосигнальная аппаратура, цифровые регуляторы-измерители и панельный компьютер с сенсорным экраном. Предусмотрено управление установкой с панели оператора и реализация двух режимов: автоматический и автоматический пошаговый.
Автоматический режим управления предусматривает пуск, работу и останов установки в автоматическом режиме по средствам нажатия клавиши «Автоматическая работа» на панели оператора. Автоматический пошаговый пуск позволяет производит пуск установки в шаговом режиме: сброс давления-продувка азотом – продувка электролитическими газами-набор давления-работа на потребителя-останов. Данный режи позволяет производить контроль работы установки на каждом этапе. Запуск каждого из режимов производится путём нажатия соответствующей сенсорной клавиши на панели оператора.
Рис. 7. Технологический блок с панелью оператора установки ФС-20.25.
В щит управления заводятся сигналы:
- от газоанализаторов (изготовитель ОАО НПП «Дельта», г. Москва);
- от датчиков уровня (изготовитель СКБ «Приборы и Системы», г. Рязань);
- от термопреобразователей ДТПL-04 (ООО "Овен", г. Москва);
- от преобразователей давления ПД100-ДИ-1,6-0,5М (ООО "Овен", г. Москва);
- от аварийных кнопок «СТОП»;
- со щита пожарной сигнализации;
- со щита охранной сигнализации;
- авария от источника питания 1;
- авария от источника питания 2 (при наличии);
- вызов на сборку 1;
- вызов на сборку 2 (при наличии).
АСУ ТП, реализованная в шкафу управления и программном продукте, включает в себя следующие функции:
- Сбор и обработка данных с датчиков.
- Контроль параметров с регистрацией соответствующих событий и ведением журнала.
- Регистрация событий и хранение их в базе данных.
- Настройка уставок срабатывания предупредительных и аварийных параметров.
- Срабатывание предупредительной световой сигнализации в помещении щита управления электролизными установками с указанием параметра, отклонение которого вызвало срабатывание сигнализации.
- Отключение установки и срабатывание аварийной световой и звуковой сигнализации в помещении щита управления электролизными установками, срабатывание блокировок при отклонении ключевых технологических параметров.
- Схема питания шкафа управления обеспечивает его полноценную работу при кратковременном исчезновении питания на время работы устройства АВР.
- Передача технологических параметров установки на уделённый компьютер (или в сеть предприятия).
- Автоматическая система противоаварийной защиты.
- В шкафу присоединений силовом ШПС располагаются автоматы защиты, электромагнитные контакторы пуска двигателей насоса-дозатора, циркуляционного насоса и вентилятора замкнутой системы охлаждения электролита, компрессоров холодильных агрегатов и охладителя воды.
5. Состав оборудования одной установки по производству водорода и кислорода ФС-20.25.
*Марка, количество и тип могут быть изменены без уведомления Заказчика при условии сохранения основных технических характеристик.
Таблица 1.
№ п/п | Наименование | Марка, тип. | Ед. изм. | Кол- во |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
1 |
Установка по производству водорода и кислорода ФС-20.25 в составе: |
ФС – 20.25 |
компл. |
1 |
1.1 |
Электролизный блок. |
ЭБ |
компл. |
1 |
1.2 |
Технологический блок. |
ТБ |
компл. |
1 |
1.3 |
Комплект автоматики. |
|
|
|
1.4 |
Выпрямительный агрегат инверторный |
|
шт. |
2 |
2 |
Вспомогательное оборудование |
|
|
|
2.1 |
Модульный агрегат воздушного охлаждения, IP 44 |
- |
шт. |
1 |
2.2 |
Циркуляционный насос, IP 54 |
- |
шт. |
1 |
2.3 |
Чиллер для охлаждения аппаратов установки |
- |
шт. |
1 |
3 |
Комплект запорно-регулирующей и предохранительной арматуры. |
- |
комп |
1 |
4 |
ЗИП: комплект: |
|
компл. |
1 |
4.1 |
Комплект ЗИП к НД-25/40К14В |
- |
шт. |
1 |
Гарантийные обязательства.
Гарантийные обязательства на все оборудование, производимое ИФТИ, составляет 24 месяца с момента введения в эксплуатацию, но не более 36 месяцев с момента отгрузки.
Гарантийные обязательства и обслуживание покупных изделий сторонних производителей производят предприятия изготовители или сертифицированные сервисные центры.
Прочее.
- Затраты электроэнергии на производство водорода составляют не более 5,0 кВт*ч/нм3.
- Структура циклов технического обслуживания и ремонта установки ФС-Т.25:
- ТО-1 - на выключенной установке, 1 раз в месяц.
- ТО-2 - на выключенной установке, 1 раз в 6 месяцев.
- ТО-3 - на выключенной установке, 1 раз в год.
- ТО-4 (текущий ремонт) - на выключенной установке, 1 раз в 3 года.
- ТО-5 (капитальный ремонт) - на выключенной установке, 1 раз в 10 (6) лет*.
* В соответствии с п. 6.22.1.3 СТО 70238424.27.100.050-2009 «Электролизные установки электрических станций. Организация эксплуатации и техническое обслуживание. Нормы и требования» капитальный ремонт необходимо производить 1 раз в 6 лет.
Установки серии ФС-Т.25 подлежат капитальному ремонту 1 раз в 10 лет при условии технического обслуживания сервисной службой ООО «ИФТИ».
Показатели надёжности:
- Наработка на отказ, час, не менее – 10000.
- Ресурс до первого капитального ремонта, час – 42 000 + 2 000.
- Период между текущими ремонтами, не менее, час – 8 000.
- Срок службы основного технологического оборудования, лет, не менее – 20.
- Электроснабжение электролизной установки выполняется от существующих распределительных устройств 0,4 кВ в соответствии с требованиями ПУЭ.