可靠的氢能测量仪表：挑战与解决方案

尽管氢的原子结构很简单，只有一个质子和一个电子，但它却具有非常复杂的化学特性。氢最关键的特别之处在于：

• 化学性质活泼：氢气与氧气混合会形成爆炸性混合物，而且它的最小点燃能量约为甲烷的 1/15。
• 渗透性：氢的分子很小，会渗透到金属材料中，从而导致泄漏。例如对于含有传导油的压力变送器，氢渗可能会导致膜片鼓包。
• 氢脆：氢会在金属的晶界处富集，长此以往会导致金属的强度降低甚至突然脆断。

氢能测量仪表的制造商采用特殊材料与创新涂层来应对这些挑战，如 316L 不锈钢和镀金镀铑等。

氢气只能在极高的压力或极低的温度下储存， 这样的工况对测量仪表提出了严峻考验。氢气通常储存在 400 至 700 bar 的压力下，例如高压储罐或者压缩系统， 这带来的挑战是：

• 测量仪表必须能承受极端高压，同时依然保持高精度。
• 氢脆引起的材料疲劳必须得到防范。
• 氢渗会逐渐影响压力变送器的稳定性。

安全是氢能技术领域的核心要素。氢气的爆炸极限范围很宽：它与氧气或空气的混合物在氢气体积占比 4% 到 77% 时都具有爆炸性。而且，氢气的最小点燃能量非常低。为了尽可能降低风险，需要采用多级防护措施：

1. 第一级防爆措施：避免爆炸性混合物产生，例如在电解槽中严格分离氢气和氧气。
2. 第二级防爆措施：使用限制电能的本安型仪表，消除点火源。
3. 第三级防爆措施：采取缓解措施，如果发生燃烧事故可以减轻影响。

VEGA 测量仪表通过了 ATEX、IECEx 和 SIL 认证，可安全地投用于防爆区域或安全相关应用。

数字化如何推动提升过程安全性？
除了单纯的测量以外，现代仪表技术还提供额外的数字功能，有助于提升运行安全性。VEGA 测量仪表具备以下优势：

• 自诊断功能：持续监测仪表状态，以便及早发现异常。
• 数字信号传输：借助 IO-Link 和 HART 协议，仪表可无缝集成至工业 4.0 系统中。
• 通过蓝牙远程访问：在安全距离以外进行维护并设置参数。

此外，VEGA 库存系统还能够预测性监测库存，避免原料短缺并及时规划物料采购。

随着生产过程的数字化和网络化程度不断提高，过程工艺系统越发容易遭到网络攻击， 测量仪表也越来越多地成为黑客的目标。仪表一旦被操纵，不仅数据安全会受到威胁，运行安全也会被严重损害。因此，有效保护运营技术 (OT) 安全至关重要，这样才能保护生产控制和测量系统的完整性免受攻击。VEGA 提供全方位的安全方案以应对此类挑战，并且已经将其应用在了 VEGAPULS 6X 等测量仪表上。这款雷达物位计符合 IEC 62443-4-2 标准，采用了多层安全防护（纵深防御），从而有效防范数据操纵、网络间谍和拒绝服务 (DoS) 攻击， 其主要的安全措施包括：

• 加密数据传输，抵御网络攻击
• 用户身份验证，防止未经授权的访问
• 固件完整性验证，确保只安装经过授权的软件更新
• 事件日志，对操纵尝试进行记录

VEGA 安全战略的另一大核心板块是设立了公司内部的 Product Security Incident Response Team (PSIRT)，即产品安全事件响应团队。该团队持续监控安全状况、开发预防性更新，并快速回应潜在威胁。通过将网络安全、功能安全和数字化保护机制相结合，VEGA 助力氢能系统在互联互通的世界中依然能够实现安全运行。