电解系统任务书.doc

内容提要：
本文为电解芯体-水气分离器寿命考核试验平台的研制任务书，明确了该设备的功能、使用环境和技术指标等，提出了研制生产过程要求，规定了验收要求和质量管理规定等，适用于该设备的研制。
关键词： 电解芯体-水气分离器寿命考核试验平台，研制任务书
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电解芯体-水气分离器寿命考核试验平台研制任务书
1 适用范围
本文依据KJZB26000JB001《空间站电解制氧系统工程样机II设计报告》等相关技术文件，针对KJZB26100电解芯体组件、KJZB26800电解水气分离器组件寿命考核试验的需求明确了电解芯体-水气分离器寿命考核试验平台的主要功能、技术指标、使用环境等，提出了研制生产过程要求，规定了验收要求和质量管理规定，适用于该设备的研制。
2 引用文件
KJZB2600FB001 空间站电解制氧系统关键技术攻关实施方案
KJZB26000JB001 空间站电解制氧系统工程样机II设计报告
KJZB26000SB001 空间站电解制氧系统工程样机I研制总结报告
3 设备用途及功能
空间站电解芯体组件是空间站电解系统的核心产品，其主要功能为电解水产生氧气（同时副产氢气）。该产品继承TGJZ100电解制氧装置配套的电解芯体组件的基本技术方案，采用SPE电解技术。针对TG-1阶段设计的电解芯体使用寿命不满足空间站任务需求的问题（已通过试验验证，详见KZJB26000SB001《空间站电解制氧系统工程样机I研制总结报告》），在空间站电解制氧系统工程样机I研制阶段开展技术攻关，从电极材料防腐蚀、流场板防腐蚀、大容量电解芯体流场设计三个方面采取措施延长产品的使用寿命。
水气分离器组件同样是空间站电解制氧系统的核心产品，其主要功能为将电解产生的氢气与未反应的电解水进行水气分离。该产品继承TGJZ100电解制氧装置配套的水气分离器组件的基本技术方案，采用膜式静态水气分离技术。针对TG-1阶段设计的水气分离器使用寿命不满足空间站任务需求的问题（已通过试验验证，详见KZJB26000SB001《空间站电解制氧系统工程样机I研制总结报告》），在空间站电解制氧系统工程样机I研制阶段开展技术攻关，从提高膜材料与水接触的稳定性、材料抑菌两个方面采取措施延长产品的使用寿命。
目前上述攻关已完成材料设备工艺攻关和结构设计攻关，正在进行攻关状态产品样机的研制。研制完成后必须对电解芯体和水气分离器进行寿命考核试验，通过试验结果评估各项攻关措施的实际效果，合理确定电解芯体和水气分离器的寿命指标。
电解芯体-水气分离器寿命考核试验平台的主要用途就是提供电解芯体、水气分离器寿命考核试验的运行环境。设备应具备如下功能：
a. 提供电解芯体、水气分离器连续运行所需的电解水存储、输运、循环以及气体压力控制和调节的系统回路，该回路在材质选用方面应尽可能与电解制氧系统实际情况类似并能够控制系统中杂质离子水平，维持循环水水质稳定；
b. 能够采集、控制并记录系统运行的主要参数并根据这些参数进行简单的判断和控制，主要包括压力、温度、电导率、气体湿度等；
c. 提供电解芯体、循环泵运行所需的恒流源；
d. 具备气体产物（包括氢气和氧气）产量、质量分析功能，包括流量、纯度及湿度等。
4 使用和贮存环境
a. 环境气体成分：空气；
b. 大气压力：常压；
c. 环境温度：+5~50︒C；
d. 环境相对湿度：20%~90%（RH）。
5 设备工作原理及连接关系
设备连接关系见下图所示。

如图所示，设备的工作原理为：电解原水在循环泵的作用下通过水净化器，净化后的原水供入电解芯体阴极，部分通过电极组件迁移到阳极。在阴极部分水被电解，电解后的水和氢气的混合物通过换热器冷却后进入水气分离器，分离后的水返回水箱，继续进行循环。分离后的氢气通过冷凝水收集器除去液态水、排氧压力调节器调节压力后排出。
电解芯体和循环泵所需的恒流源分别由60V电解电源和28V直流电源提供；氢气和氧气的纯度分别通过氧浓度分析仪和氢浓度分析仪进行测试、分析；电解芯体的电压巡检参数（共24路）及系统中的其它压力、温度、液位、电导率等参数通过电压巡检与自动运行控制模块进行采集、变送并依据这些参数对系统的自动运行进行控制。
6 技术指标要求
6.1 电解水存储、净化及循环部分技术指标
6.1.1 工作介质：高纯水、氧气、氢气
其中：高纯水指标为电导率不大于5μs/cm、总有机碳不大于0.5ppm；氧气和氢气中含有饱和水蒸汽；
6.1.2 流量：
循环水管路：0~50L/h；
氢、水混合物管路：0~50L/h水、0~300L/h氢气组成的混合物；
氧气管路：0~150L/h氧气（含有饱和水蒸汽）；
氢气管路：0~300L/h氢气（含有饱和水蒸汽）。
6.1.3 压力要求：0~300kPa；
6.1.4 水箱容量要求：不少于10L；
6.1.5 洁净度要求
a. 设备内部不允许产生大于40μm刚性粒子及其它多余物；
b. 装置内使用的设备和管路在装配前应进行充分清洗，保证洁净无多余物。
6.1.6 材料相容性要求
装置应注意仪器、管路件等与高纯水的相容性，与水工质接触的设备及管路不得造成工质污染。
6.1.7 管路要求
设备内部管路可采用塑料软管连接，出、入口应标识明确并有必要的流向标识；
6.1.8 接口要求
装置使用的软管和接口应与电解芯体、水气分离器匹配良好，便于连接和断开。
6.1.9 气密性要求
系统工作过程中，流路内无液体渗、漏；
6.2 气体检测分析设备技术指标
6.2.1 工作介质：氧气、氢气；
其中：氧气和氢气中含有饱和水蒸汽；
6.2.2 流量：
氧气管路：0~150L/h氧气；
氢气管路：0~300L/h氢气。
6.2.3 压力要求：0~200kPa；
6.2.4测量和显示要求：
a. 能够在线测量和显示氢气和氧气的流量；
b. 能够在线测试和显示氢气和氧气的纯度。
6.3 供电部分技术指标
6.3.1 电解接口要求
供电部分供电为220VAC；
6.3.2 电解芯体供电技术要求：
电压：0~65VDC，可调；
电流：0~30A，可调。
6.3.3 循环泵供电技术要求：
电压：0~30VDC，可调；
电流：0~10A，可调。
6.4 电压巡检与自动运行控制模块技术指标
6.4.1 电接口要求
系统供电为220VAC；
6.4.2 参数及指标要求
测量参数见表1。
表1 主要测控参数表
序号
传感器
参数名称
测量范围
测量精度
要求
备注
1
T1
电解芯体入口温度
0~60︒C
±1%
与水接触的部分应考虑材料与高纯水的相容性要求
2
T2
电解芯体出口温度
0~60︒C
±1%
3
T3
换热器出口温度
0~60︒C
±1%
4
P1
电解芯体入口压力
0~300pKa
±1%
5
P2
电解芯体出口压力
0~300pKa
±1%
6
P3
水气分离器入口压力
0~300pKa
±1%
7
P4
水气分离器出口压力
0~300pKa
±1%
8
P5
排氧压力
0~300pKa
±1%
9
P6
排氢压力
0~300pKa
±1%
10
Q1
供水流量
0~50L/h（水）
±1%
11
Q2
氢气流量
0~300L/h（氢气）
±1%
12
Q3
氧气流量
0~150L/h（氧气）
±1%
13
L
水箱液位传感器
0~100%
±1%
14
D1
水箱电导传感器
0~30us
±1%
15
D2
供水电导传感器
0~30us
±1%
16
H/T1
排氧温湿度传感器
0~100%（RH）
±1%
17
H/T2
排氢温湿度传感器
0~100%（RH）
±1%
18

电池电压
1.5~2.5V
±1%
共24路
19

总电解电压
35~65V
±1%

20

总电解电流
5~30A
±1%

6.4.3 数据显示、存储和报警要求
a. 实时数据显示：显示全部参数的实时采集值（电流值）和物理量。其中电池电压显示到小数后3位（毫伏级），其它要求数据小数点后保留2位，并在正常值范围内显示为绿色；显示时间参数（包括系统当前时间、试验开始时间、试验进行时间）；
b. 趋势图显示：显示全部参数物理量的趋势图；
c. 报警要求：控制参数超出设定范围后应控制系统自动停止运行；过程包括：一次关闭恒流源、关闭循环泵，并将超出正常值范围的数据红色闪烁显示；
6.4.4 数据存储
a. 能够存储试验期间（包括自动停机后一段时间内）全部参数的实时采集值和物理量数据，存储时间间隔可设定；
b. 存储引发系统自动停止运行的参数。
6.4.5 数据查询
要求能够通过测试时间、参数名称进行历史数据查询，以表格和历史趋势图的形式显示，并可以Excel文档形式显示和保存数据。
6.4.6传感器配套要求
提供满足表1测试指标的传感器，传感器应该留有备份，交付时传感器应该完成计量。
6.4.7 电缆配套要求
提供电解芯体、电解循环泵供电电缆和传感器与测控平台间电缆各1套。
6.5 其它要求
6.5.1 工作寿命要求
要求试验平台在满足全部指标要求的前提下，连续稳定工作时间不小于30天，累计工作寿命不少于5年。
6.5.2 结构及标识要求
试验平台可分模块设计，供电和测控部分可采用标准机柜安装，应考虑与其它模块配合工作的情况；
电缆长度应由足够的余量，电连接器接插方便，连接可靠；要求连接传感器端的电连接器有保护帽；
要求标识清楚，包括管路走向、电缆和电连接器标识、设备名称标识等。
6.5.3 安全性可靠性要求
有防误操作措施，如电源开关。
7 质量控制要求
a. 承制方应在方案设计阶段进行由委托方参加的方案设计评审；
b. 承制方在验收时应提交专检设备检定合格证书，并在设备上标识。
8 文件要求
应交付以下文件（包括书面文件和电子文档）：
a. 研制总结报告一份；
b. 试验平台使用说明书（包括硬件和软件）1份；
c. 电缆接点说明书1份（可包括在使用说明书中）；
d. 试验平台检定规范1份；
e. 试验平台检定合格书（证书和标识）1份；
f. 试验平台软件安装程序或可执行程序1份。
9 验收要求
9.1 验收要求
承制方应该配合委托方完成预试验后才能申请试验平台验收，预试验前试验平台应该具有如下条件：试验平台齐套，检定计量合格，并完成规定的全部文件；
9.2 验收规则
验收工作由承制方组织，按本任务书进行验收。
10 技术服务
设备在交付后的试用期间，承制方有义务到现场处理技术问题，提供必要的技术支持。
11 备注
本任务书经双方会签后自动生效。如有条款需完善或变更，应双方协商，并报委托方主任设计师审批。补充内容及条款与本任务书具有同等效力。