安全的氢能应用测量技术：哪些方面是关键？

氢极易挥发，同时它的分子体积是最小的， 因此它能够渗透到许多材料中，对密封件和仪表技术提出了特殊的要求。此外，氢气往往需要在极端的条件下进行储存和运输——或是采用高压储罐，或是在极低的温度下将氢气液化。现代化的压力变送器和液位计可以精确监测这些过程，助力整条价值链实现氢能的安全高效利用。

制氢工艺有多种技术路线，在所有生产过程中，测量技术都发挥着核心作用。

蒸汽重整制氢：传统路线
目前，全球生产的大部分氢气都是通过天然气蒸汽重整获取的。在这一过程中，甲烷在约 800 °C 的温度下被水蒸汽转化，产生氢气和二氧化碳。这种技术应用成熟，但是会产生大量的 CO₂ 排放，因此被称作“灰氢”。如果在此过程中将 CO₂ 捕集、封存或利用，那么这样制备的氢则属于“蓝氢”。

电解水制氢：环保的新方案
为了生产出对气候友好的“绿氢”，电解水制氢技术得到了广泛应用。借助该技术，水通过可再生能源电力（如风电、光伏、水电）分解成氢气和氧气。每种电解工艺的技术要求各不相同：

• 碱性电解槽 (AEL)：使用氢氧化钾溶液作为电解液，需要稳定的运行条件。
• PEM 电解槽：采用高分子膜，负荷弹性大，因此非常适合搭配波动的可再生能源电力。
• 高温电解槽 (SOEC)：工作温度超过 1000 °C，因此效率非常高。

为了保障稳定的运行条件，在所有电解水制氢工艺中，精确的电解液液位测量、气体管道压力监测以及限位检测都至关重要。

由于气态氢的能量密度较低，因此需要更高效的氢能储运方案。哪种技术路线更为合适，取决于运输方式、效率和安全要求等因素。

高压储氢
最常见的储氢方式是使用耐高压容器储存压缩氢气。氢气被压缩至最高 700 bar，而后储存到由高性能材料制成的专用容器中。该技术的主要应用场景是燃料电池汽车。
高压储氢的主要技术难点之一是需要精准测量压力，以免出现超压或欠压的情况，另一个难点是氢渗的控制，它会逐渐导致氢气泄漏。用于这一场合的高压压力变送器必须具备抗氢脆性能。

液化储氢
为了实现大量氢气的高效运输，需要将它冷却至 -240 至 -253 °C 使其液化， 这样可以大大减少氢气的体积，但液化过程需要消耗大量能源，约占存储能源本身的三分之一。液氢极低的温度对所使用的压力变送器提出了特殊要求。此外，用于储存液氢的高绝热低温储罐必须持续得到冷却和监测，从而尽可能减少蒸发损耗。

化学储氢
另一种前景广阔的新方案，是将氢与其他元素结合为化合物，形成氨（NH₃）或甲醇等氢能载体。这些载体可以利用现有的基础设施进行运输，在需要用氢时，可将它们重新转变为氢气。在化学储氢中，可靠的压力变送器和液位计同样发挥着关键作用，确保氢能资源得到高效的储存与分配。

氢气渗透能力强，因此对测量技术提出了特殊要求。采用镀金测量元件的仪表可有效防止氢分子渗透，从而确保长期稳定的测量结果。
同时，因为金属部件存在氢脆风险，所以需要采用 316L 不锈钢等坚固材质或使用特殊涂层。此外，VEGA 还使用防渗透的高压连接件，确保仪表即便在极端工况下也能够可靠运行。

VEGA 提供经过特别研发的测量仪表，可满足氢能系统的严苛要求：

• VEGABAR 83：仪表采用干式电阻应变片测量元件，可在高达 1,000 bar 的极端过程压力下实现长期稳定的压力测量。
• VEGABAR 82：仪表采用不含传导油的陶瓷测量元件，能够可靠测量气态氢。此外，这款测量元件耐腐蚀性强，可用于电解槽中的氢氧化钾溶液等介质。 
• VEGAFLEX 系列：即使在介电常数较低的应用中，仪表也能进行可靠的液位测量。
• VEGAPULS 6X：高精度雷达液位计，可用于在制氢过程中测量电解液。
• BASIC 系列仪表：对于要求较低的应用场合，VEGA 提供 BASIC 系列测量仪表，帮助氢能领域实现可靠而经济的压力和物位测量。

在氢能产业迅猛发展的态势下，对可靠的氢能测量仪表的要求也在不断提高。无论是制氢、运氢还是储氢， 高精度的压力变送器和液位计对于氢能的安全高效利用都至关重要。
VEGA 提供量身定制的解决方案，包括金属和陶瓷测量元件、防渗透连接件以及专为氢能领域严苛工况而研发的高压压力变送器。借助 VEGA 测量方案，氢作为未来的能源载体，将得到可靠的充分利用。