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中壓水電解制氫裝置的液位控制
中壓水電解制氫裝置是通過電解KOH 水溶液產(chǎn)生H2 和O2，H2 和O2分別帶著KOH 堿液進(jìn)入氫、氧分離器，在氫、氧分離器內(nèi)H2，O2 與KOH 堿液進(jìn)行分離，分離后的堿液通過分離器底部的連通管匯合進(jìn)入過濾器。從電解水的方程式2H2O＝2H2＋O2
可以看出，電解水產(chǎn)生的H2 量是O2 的2 倍，而且H2 和O2 發(fā)生混合時(shí)可能引起設(shè)備的爆炸，如果氫、氧分離器壓差過大，就可能使H2 或O2 從壓力大的分離器進(jìn)入另一個(gè)分離器（氫、氧分離器底部連通）見圖1。為此系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)控制氫、氧分離器的液位使其基本平衡，在系統(tǒng)安全上起著非常重要的作用。

1 氫、氧分離器的液位測量
1．1 氫分離器液位測量
因?yàn)闅浞蛛x器是密閉容器，所以變送器測量的液體壓力除了隨液位高度變化外，還受到容器內(nèi)上部氣體壓力Pi 的作用，需要將容器上部引出的氣體壓力和下面取壓點(diǎn)的壓力進(jìn)行比較，才能測出液位的高度。所以，測量密閉容器的液位，必須用差壓變送器。因?yàn)樨?fù)壓室有液體進(jìn)去，形成液柱壓力，就會(huì)產(chǎn)生假信號(hào)影響測量的精度，因此在負(fù)壓室灌滿與氫分離器濃度相同的堿液即平衡液，堿液的密度為γ，正壓室直接與氫分離器的底部取壓點(diǎn)相連，液面底部與液面上的壓差為ΔP，則容器內(nèi)液位高度h 為：h＝ΔP／γ
這樣，液位測量就變成差壓測量。氫分離器液位測量如圖2 所示，差壓變送器的正壓室（以“＋”表示）與氫分離器底部取壓點(diǎn)相通，差壓變送器的負(fù)壓室（以“－”表示）與氫分離器上部取壓點(diǎn)相通，則可以測量氫分離器的液位。
正壓室所受壓力為：P1＝γ（h1＋h）＋Pi
負(fù)壓室所受壓力為：P2＝γh2＋Pi
變送器承受壓差為：

式中h1 為氫分離器下部液位測壓點(diǎn)到變送器的高度；h2 為氫分離器上部測壓點(diǎn)到變送器的高度；Pg 為固定壓差Pg＝γ（h2－h(huán)1）。h1，h2 與液位變化無關(guān)，所以為了使變送器輸出不受固定壓差影響，必須把固定壓差平衡，即同時(shí)改變差壓變送器的上、下限，使壓差不變（測量范圍不變），對(duì)變送器進(jìn)行負(fù)遷移，遷移量為Pg＝γ（h2－h(huán)1）。這樣壓差直接和液位相對(duì)應(yīng)，
加上負(fù)遷移，變送器可以正接，輸出特性的斜率不變，僅僅平移一個(gè)負(fù)遷移量。
因?yàn)闇y量的堿液濃度在26％～30％，γ＝1．28g／cm3 左右，氫分離器的上部、下部取壓點(diǎn)之間的距離（h2－h(huán)1）為780 mm，所以氫分離器的負(fù)遷移量Pg＝γ（h2－h(huán)1）＝1．28×780＝998 mm 水柱。
所以選用型號(hào)為1151DP4E22B2D2M1Fa 遷移為－9．8～0 kPa 的差壓變送器，其測量范圍是0～（635～3 810）mm 水柱，當(dāng)h＝0 時(shí)變送器輸出為4 mA，當(dāng)h為最高液位時(shí)變送器輸出為20 mA。
在設(shè)計(jì)使用變送器時(shí)，變送器的正或負(fù)遷移量不允許超過所規(guī)定的最大量程的100％，否則精度較差，上述所選用變送器負(fù)遷移符合要求，不會(huì)對(duì)精度有太大影響。

1．2 氧分離器液位測量
氧分離器是密閉容器，且壓力取樣點(diǎn)與氫分離器相同，容器的高度相同，堿液濃度相同，見圖3。用同樣方法可以測量氧側(cè)變送器差壓ΔP＝γh′－Pg，式中h′為氧分離器液位高度，所選用的變送器遷移為9．8～0 kPa。

2 氫、氧液位PLC 控制的過程框圖及元件選擇
氫、氧液位PLC 控制框圖如圖4.氫、氧變送器分別將它們輸出的4～20 mA液位信號(hào)經(jīng)過輸入安全柵至PLC 的模擬量輸入板；對(duì)氫、氧液位信號(hào)進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換、濾波、采樣、12 位逐級(jí)比較式A／D 轉(zhuǎn)換、內(nèi)存鎖定、光電隔離后進(jìn)入CPU；在CPU 控制下按照PID 算法進(jìn)行運(yùn)算，再經(jīng)過模擬量輸出板光電耦合、D／A 轉(zhuǎn)換、電壓或電流放大〔1〕，輸出4～20 mA 電流信號(hào)給輸出安全柵；經(jīng)過輸出安全柵將信號(hào)送給電氣轉(zhuǎn)換器，調(diào)節(jié)閥根據(jù)氣信號(hào)的大小來調(diào)節(jié)氫側(cè)調(diào)節(jié)閥的開度，從而達(dá)到液位控制的目的。