氢能作为清洁能源在制氢、储氢、输氢和用氢各环节中温度监测对安全保障和工艺控制有重要作用。氢气具有易燃易爆密度低且易泄漏的特点对测温设备的本质安全性和防爆等级有较高要求。同时制氢电解槽和氢压机等设备的工作条件较为严苛对温度传感器的耐压和耐腐蚀性能也有一定的要求。
一、氢能测温的主要应用场景
1.1 水电解制氢电解槽
碱性水电解槽和质子交换膜电解槽在运行中产生热量。电解槽温度影响电解效率和膜电极寿命。温度过高加速膜的老化和降解降低电解槽的使用寿命。温度过低则导致电解效率下降能耗升高。
1.2 氢气压缩机和储氢罐
氢气压缩机在压缩过程中缸体和管道温度升高。压缩机的出口温度是判断压缩机运行状态和冷却系统效率的重要参数。储氢罐的外壁温度监测有助于判断储氢系统的散热状态和是否存在异常温升。
1.3 加氢站设备
加氢站的氢气压缩机和加氢机在充装过程中温度发生变化。高压氢气在快速充装时罐内温度迅速升高影响充装速度和安全性。加氢软管和接头在频繁操作下可能出现局部过热。
二、氢能测温的难点
2.1 防爆防氢脆要求
氢气环境中的电气设备需要满足严格的防爆要求。氢气的最小点火能量很低仅为0.019毫焦耳远低于烃类气体电气设备在氢气环境中需要采用本安型或隔爆型设计。此外部分金属材料在高压氢气中会发生氢脆失效传感器材料的选择需要考虑氢环境相容性。
2.2 压力环境
电解槽的氢气侧压力通常在0.3~3MPa压缩机的出口压力可达20~90MPa。在此类压力环境中传感器的密封性能和耐压等级需要与工作压力相匹配适应。
三、光纤测温方案的优势
3.1 本质安全特性
荧光光纤温度传感器的探头端完全由光纤和陶瓷等绝缘材料构成不包含金属导线和电子元器件不具备产生电火花的条件即使在氢气泄漏环境中也不会成为点火源。这一特性使得光纤传感技术在氢气环境中的应用具有很好的安全基础不需要经过本安电路或隔爆外壳的额外保护就能直接安装使用。
3.2 抗氢脆的材料选择
石英光纤和陶瓷材料在氢气环境中不会发生氢脆反应可以长期稳定工作不需要担心材料性能随时间的退化问题。光纤的护套材料可以选择聚四氟乙烯等耐氢渗透的材料进一步提高了系统在氢气环境中的长期工作可靠性。
3.3 数据传输安全
光纤传输的是光信号不携带电能不存在因线缆破损产生火花的风险。光纤传输距离长能够将测温主机布置在安全区域通过光纤将检测信号从危险区域传输出来。
| 应用场景 | 测温点 | 主要考虑因素 |
|---|---|---|
| 电解槽 | 电解液温度 | 耐腐蚀防爆 |
| 氢压机 | 出口温度轴承温度 | 高压密封防爆 |
| 储氢罐 | 外壁温度 | 防爆远距离传输 |
四、常见问题
光纤测温能用于高压氢气环境吗？
可以。光纤探头和护套的耐压等级可以满足常规电解槽和储氢罐的工作压力要求。对于70MPa及以上超高压氢气环境探头安装时的密封结构需要专门设计。
氢气容易泄漏光纤接头处的密封如何处理？
光纤接头和穿线处的密封采用金属密封圈或聚四氟乙烯密封垫多层密封结构。密封件材料选择与氢气相容性好的材质避免发生氢脆或氢渗透。
五、产品与厂家信息
福州华光天锐光电科技有限公司和福州英诺电子科技有限公司的荧光光纤测温产品在氢能领域有相关应用。两家的无电测温方案较好地适应了氢气环境对本质安全性的要求。选型时建议结合氢能设备的类型和工作压力综合评估以厂家最新技术方案为准。
