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              氣體分析儀表在氫能源(電解水制氫站)領域的應用

              瀏覽次數:1578發布日期:2021-10-14

              石化燃料(石油、天然氣、煤,石油氣)均屬不可以再生資源且儲量有限,而人類時刻又離不開能源,隨著化石燃料耗量的日益增加,其儲量日益減少,新的替代能源迫在眉睫。而氫能是*的清潔能源,作為低碳和零碳能源正在脫穎而出。因其具備儲量最大、可再生、可循環利用;制取途徑多樣化,氫氣可以從天然氣、煤炭、生物質、廢棄材料(例如塑膠)、水分子中實現零碳排放制取,等一系列清潔、高效、零碳和可持續利用的特性被視為未來清潔能源研究發展的方向。

              全球氫能源主要來源為天然氣,煤炭制氫的占比較低,而國內恰恰相反,煤炭資源豐富天然氣資源缺乏,因此國內氫能源來源主要以煤炭為主,天然氣制氫份額并不高。根據中國煤炭工業協會公開數據顯示,2020年中國氫氣產量超過2500萬噸,其中煤制氫所產氫氣占62%、天然氣制氫占19%,工業副產氣制氫占18%,電解水制氫占1%左右。

              在現有的制氫技術中,使用煤或天然氣制氫具有顯著的成本優勢,我國石化資源豐富,目前煤炭是主要的制氫來源。但使用化石能源作為原料終究不可持續,且制取會產生污染;使用甲醇等化工原料制氫受上游產品約束,產量和價格浮動較大,難以形成穩定有效的供給。使用工業尾氣制氫也存在原料少、來源不穩定的問題。

              目前看來,可以支撐未來巨大氫能需求量,原料來源穩定的制氫方式應為電解水制氫。雖然目前由于成本太高,電解水在氫能制備產業中只占1%左右,與其它方式相比不具備競爭優勢,但長久來看,電解水制氫或許是較好的出路。

              不論那種制氫方法,要達到使用要求的話,都需要達到一定的純度,那么如何判斷氫氣是否達標呢?這就需要用到氣體分析儀表,等來檢測氫氣純度。

               

              根據一系列國家制氫相關國標,加上氫氣的特殊化學性質分子量輕,要完成其痕量雜質(氫純度)的分析,對其取樣進樣分析的技術要求非常高。

              GB/T 19774-2005  水電解制氫系統技術要求

              GB/T 29411-2012  水電解氫氧發生器技術要求

              GB 32311-2015  水電解制氫系統能效限定值及能效等級

              GB/T 37563-2019  壓力型水電解制氫系統安全要求

              GB/T 37562-2019  壓力型水電解制氫系統技術條件

              電廠制氫設備都是水電解制氫,產品氫氣中的雜質氣體是氧氣和水蒸氣及非常微量的含碳氣體(水中溶解)以及非常微量的油污、粉塵等雜質,所以一般現場用到以下分析檢測儀器:


              序號

              儀表名稱

              用途

              量程

              1

              氫中氧分析儀

              粗氫純度檢測

              0-2%

              2

              氧中氫分析儀

              粗氫純度檢測

              0-2%

              3

              露點儀

              純化后氫純度檢測

              -80--20

              4

              微量氧分析儀

              純化后氫純度檢測

              0-1000ppm

              5

              在線式氫氣檢漏儀

              氫氣泄露檢測

              0-1000ppm

              6

              便攜式氫氣檢漏儀

              氫氣泄露檢測

              0-1000ppm

              制氫站分析儀表清單

              氣體分析儀及量程選擇:

              以水電解制氫為例,制氫設備產出的粗氫一般純度為99.5~99.9之間,粗氫純度檢測選擇氫中氧分析儀和氧中氫分析儀,量程均選擇0~2%之間即可滿足要求,一般選用電化學原理。粗氫經過純化干燥處理后,純度可達到4959的純度,此時需要通過微量氧、露點儀來檢測高純氫的純度是否合格,純化后的氫氣微量氧一般在0~10ppm(與氣體流量、壓力相關),露點要小于<-50℃。



              氣路材質及預處理選擇:

              氣體分析儀進氣口與氣源之間的氣路連接,是能夠準確檢測氣體指標極為重要的因素,需要注意取樣管材質及氣路連接的氣密性。

              l  氣路材質:氫中氧、氧中氫、微量氧可選用聚四氟乙烯軟管,露點儀必須采用內壁拋光的不銹鋼管

              l  預處理:整套制氫系統涉及到各類罐體、管路、閥門等,會導致氣體中含有微量的油污、粉塵等雜質,長期的積累會導致氣路堵塞、損壞氣體分析儀傳感器或導致測量不精準,所以有必要對氣體進行預處理后再進行檢測。

              l  過濾器:檢測露點時預處理的過濾器,可選擇燒結金屬過濾器(內部濾徑小于10μm)或活性炭過濾器(內部濾徑小于20μm-30μm

              l  氣密性檢查:氣路連接的氣密性是保證低濃度氣體檢測是否準確的前提,,如果氣密性不佳導致空氣進入會影響最終的檢測結果。

              電源及信號:

              氫氣易燃易爆,現場的分析儀儀表需具備防爆能力,電源選擇24V DC,模擬輸出選擇標準4-20mA信號連接至PLC。為保證分析儀的檢測精度、穩定性等,模擬輸出信號線選用屏蔽線,為防止干擾供電不建議與電動機、空調、等大功率設備公用電源。除了電源外還要加裝安全隔離柵(隔離柵內部采用限壓、限流、隔離等措施。


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