37000cm威尼斯

中压水电解制氢装置的液位控制
中压水电解制氢装置是通过电解KOH 水溶液产生H2 和O2，H2 和O2分别带着KOH 碱液进入氢、氧分离器，在氢、氧分离器内H2，O2 与KOH 碱液进行分离，分离后的碱液通过分离器底部的连通管汇合进入过滤器。从电解水的方程式2H2O＝2H2＋O2
可以看出，电解水产生的H2 量是O2 的2 倍，而且H2 和O2 发生混合时可能引起设备的爆炸，如果氢、氧分离器压差过大，就可能使H2 或O2 从压力大的分离器进入另一个分离器（氢、氧分离器底部连通）见图1。为此系统运行时控制氢、氧分离器的液位使其基本平衡，在系统安全上起着非常重要的作用。

1 氢、氧分离器的液位测量
1．1 氢分离器液位测量
因为氢分离器是密闭容器，所以变送器测量的液体压力除了随液位高度变化外，还受到容器内上部气体压力Pi 的作用，需要将容器上部引出的气体压力和下面取压点的压力进行比较，才能测出液位的高度。所以，测量密闭容器的液位，必须用差压变送器。因为负压室有液体进去，形成液柱压力，就会产生假信号影响测量的精度，因此在负压室灌满与氢分离器浓度相同的碱液即平衡液，碱液的密度为γ，正压室直接与氢分离器的底部取压点相连，液面底部与液面上的压差为ΔP，则容器内液位高度h 为：h＝ΔP／γ
这样，液位测量就变成差压测量。氢分离器液位测量如图2 所示，差压变送器的正压室（以“＋”表示）与氢分离器底部取压点相通，差压变送器的负压室（以“－”表示）与氢分离器上部取压点相通，则可以测量氢分离器的液位。
正压室所受压力为：P1＝γ（h1＋h）＋Pi
负压室所受压力为：P2＝γh2＋Pi
变送器承受压差为：

式中h1 为氢分离器下部液位测压点到变送器的高度；h2 为氢分离器上部测压点到变送器的高度；Pg 为固定压差Pg＝γ（h2－h1）。h1，h2 与液位变化无关，所以为了使变送器输出不受固定压差影响，必须把固定压差平衡，即同时改变差压变送器的上、下限，使压差不变（测量范围不变），对变送器进行负迁移，迁移量为Pg＝γ（h2－h1）。这样压差直接和液位相对应，
加上负迁移，变送器可以正接，输出特性的斜率不变，仅仅平移一个负迁移量。
因为测量的碱液浓度在26％～30％，γ＝1．28g／cm3 左右，氢分离器的上部、下部取压点之间的距离（h2－h1）为780 mm，所以氢分离器的负迁移量Pg＝γ（h2－h1）＝1．28×780＝998 mm 水柱。
所以选用型号为1151DP4E22B2D2M1Fa 迁移为－9．8～0 kPa 的差压变送器，其测量范围是0～（635～3 810）mm 水柱，当h＝0 时变送器输出为4 mA，当h为最高液位时变送器输出为20 mA。
在设计使用变送器时，变送器的正或负迁移量不允许超过所规定的最大量程的100％，否则精度较差，上述所选用变送器负迁移符合要求，不会对精度有太大影响。

1．2 氧分离器液位测量
氧分离器是密闭容器，且压力取样点与氢分离器相同，容器的高度相同，碱液浓度相同，见图3。用同样方法可以测量氧侧变送器差压ΔP＝γh′－Pg，式中h′为氧分离器液位高度，所选用的变送器迁移为9．8～0 kPa。

2 氢、氧液位PLC 控制的过程框图及元件选择
氢、氧液位PLC 控制框图如图4.氢、氧变送器分别将它们输出的4～20 mA液位信号经过输入安全栅至PLC 的模拟量输入板；对氢、氧液位信号进行电平转换、滤波、采样、12 位逐级比较式A／D 转换、内存锁定、光电隔离后进入CPU；在CPU 控制下按照PID 算法进行运算，再经过模拟量输出板光电耦合、D／A 转换、电压或电流放大〔1〕，输出4～20 mA 电流信号给输出安全栅；经过输出安全栅将信号送给电气转换器，调节阀根据气信号的大小来调节氢侧调节阀的开度，从而达到液位控制的目的。