氣體分析儀表在氫能源（電解水制氫站）領域的應用

更新時間：2021-10-14

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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。

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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4個9或5個9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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氣體分析儀表在氫能源（電解水制氫站）領域的應用