石化燃料(石油、天然气、煤,石油气)均属不可再生资源且储量有限,而人类时刻又离不开能源,随着化石燃料耗量的日益增加,其储量日益减少,新的替代能源迫在眉睫。而氢能是公认的清洁能源,作为低碳和零碳能源正在脱颖而出。因其具备储量最大、可再生、可循环利用;制取途径多样化,氢气可以从天然气、煤炭、生物质、废弃材料(例如塑胶)、水分子中实现零碳排放制取,等一系列清洁、高效、零碳和可持续利用的特性被视为未来清洁能源研究发展的方向。
不论那种制氢方法,要达到使用要求的话,都需要达到一定的纯度,那么如何判断氢气是否达标呢?这就需要用到气体分析仪表,等来检测氢气纯度。
根据一系列国家制氢相关国标,加上氢气的特殊化学性质分子量轻,要完成其痕量杂质(氢纯度)的分析,对其取样、进样、分析的技术要求非常高。
GB/T 19774-2005 水电解制氢系统技术要求
GB/T 29411-2012 水电解氢氧发生器技术要求
GB 32311-2015 水电解制氢系统能效限定值及能效等级
GB/T 37563-2019 压力型水电解制氢系统安全要求
GB/T 37562-2019 压力型水电解制氢系统技术条件
电厂制氢设备都是水电解制氢,产品氢气中的唯一杂质气体是氧气和水蒸气及非常微量的含碳气体(水中溶解)以及非常微量的油污、粉尘等杂质,所以一般现场用到以下分析检测仪器:
气体分析仪及量程选择:
以水电解制氢为例,制氢设备产出的粗氢一般纯度为99.5~99.9之间,粗氢纯度检测选择氢中氧分析仪和氧中氢分析仪,量程均选择0~2%之间即可满足要求,一般选用电化学原理。粗氢经过纯化干燥处理后,纯度可达到4个9或5个9的纯度,此时需要通过微量氧、露点仪来检测高纯氢的纯度是否合格,纯化后的氢气微量氧一般在0~10ppm(与气体流量、压力相关),露点要小于<-50℃。
气路材质及预处理选择:
气体分析仪进气口与气源之间的气路连接,是能够准确检测气体指标极为重要的因素,需要注意取样管材质及气路连接的气密性。
- 气路材质:氢中氧、氧中氢、微量氧可选用聚四氟乙烯软管,露点仪必须采用内壁抛光的不锈钢管
- 预处理:整套制氢系统涉及到各类罐体、管路、阀门等,会导致气体中含有微量的油污、粉尘等杂质,长期的积累会导致气路堵塞、损坏气体分析仪传感器或导致测量不精准,所以有必要对气体进行预处理后再进行检测。
- 过滤器:检测露点时预处理的过滤器,可选择烧结金属过滤器(内部滤径小于10μm)或活性炭过滤器(内部滤径小于20μm-30μm)
- 气密性检查:气路连接的气密性是保证低浓度气体检测是否准确的前提,,如果气密性不佳导致空气进入会影响最终的检测结果。
电源及信号:
氢气易燃易爆,现场的分析仪仪表需具备防爆能力,电源选择24V DC,模拟输出选择标准4-20mA信号连接至PLC。为保证分析仪的检测精度、稳定性等,模拟输出信号线选用屏蔽线,为防止干扰供电不建议与电动机、空调、等大功率设备公用电源。除了电源外还要加装安全隔离栅(隔离栅内部采用限压、限流、隔离等措施。
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