氫氣測試的目的及工業現場測試儀器的選擇

Mondo 科學 更新 2024-02-03

氫氣的特性:

氫(氫)是世界上的已知最輕的氣體。它的密度非常小,只有空氣的 1 14 倍。

氫氣就是其中之一還原劑氫氣在室溫下的反應性較低,因此氫氣的還原作用需要在高溫條件下進行,並且有強氧化劑、催化劑和相對較高濃度的氫氣。

氫氣就是其中之一無色,無色無毒、易燃易爆易於壓縮氣體與氟、氯、氧、一氧化碳和空氣中混雜有**的危險,其中氫氟的混合在低溫和黑暗的環境中可自發發生**,當與氯的混合比例為1:1時,也可在光照**下發生。 氫氣是無毒的它對人體具有生理惰性,但如果空氣中的氫含量增加,則會引起缺氧性窒息。 氫氣是一種高度易燃氣體,閃點僅為 574,在空氣中的體積分數為 4% 至 75%。

氫氣是最高導熱係數該氣體具有優良的導熱性,具有高導熱性的物質。

氫脆在金屬凝固過程中,如果未及時釋放的氫原子能夠滲透到金屬內部,它們會在缺陷附近積聚,並在室溫下轉化為氫原子(H),從而進一步聚集形成氫分子(H2)。 氫原子在金屬中的積累降低了金屬裂紋形成和擴充套件所需的應力,使金屬更加脆弱。 這種效應通常在應力下出現,稱為氫誘導開裂 (HIC)。

氫氣的用途:

1、化工原料:氫氣是良好的化工原料,氫氣消耗量最大的是合成氨,全球約60%的氫氣用於合成氨,我國的比例甚至更高。 第二種是從合成氣(H2 CO2)生產甲醇。 可合成氫氣和氯氣,生成鹽酸。 [13] 氫氣除氨的產生和鹽酸的合成外,還可以將有機物的硝基還原為氨基,如硝基苯基加氫還原可生成苯胺。

2.金屬冶煉:由於氫氣具有良好的還原性能,無汙染,氫氣可以代替碳作為金屬冶煉和金屬焊接的還原劑。

3、工業燃料:液態氫是一種優良的火箭燃料,其密度小,易燃,無汙染,可作為穿梭機的推進劑,燃氣公司將氫氣摻雜成天然氣。

4.充氣:氫氣密度小,在相同條件下密度最低的氣體,氫氣氣球和飛艇充氣的氫氣密度較低,但由於氫氣的易燃性和易爆性,現在多採用氦氣作為充氣氣體。

5、石油石化加氫:加氫也利用氫氣的還原性,煉油廠中石油產品的加氫主要分為加氫精製和加氫裂化。 加氫精製主要是對餾分油進行脫硫、脫硝、脫氧、脫金屬和烯烴芳烴的飽和處理,以改善油品的氣味、色澤和穩定性,提高油品質量,滿足油品使用環保要求。 加氫裂化是烴類和非烴類化合物在催化劑作用下加氫轉化,烷烴和烯烴的裂解、異構化和少量環化反應; 多環化合物最終轉化為單環化合物,工藝使用不同的原料,採用不同的工藝流程和操作條件,根據市場需求靈活生產重整原料、噴氣燃料、柴油、乙烯裝置原料和液化石油氣。

6、食品加氫:食品加氫可以保證食品口感的穩定,也是氫氣使用的減少。

7、儲能應用:汽車行業(新能源)、燃料電池、電池等。

8、半導體行業應用:在半導體、電真空材料、矽片、光纖生產等領域。 在電子工業中,氫氣和氧氣被廣泛用作熱處理氣體和工藝氣體。 這些氣體的純度對產品的質量有很大的影響,需要高純度的氫氣和氧氣。 一般來說,氫氣是通過鹽電解或石化精煉副產氣的一次性提純,然後高壓充注到鋼瓶中等方式供應的。 由於這些生產方法產生的氫氣中的氮氣、二氧化碳、一氧化碳、碳氫化合物等雜質無法完全去除,因此半導體工廠還設定了每小時幾十立方公尺的終端淨化裝置,經過兩次終端淨化後才能使用。

測量氫氣濃度的目的

在了解了氫氣的特性和氫氣的用途後,我們遇到了要求進行氫氣測試的客戶,首先,我們要了解客戶進行氫氣濃度測量的目的,這其實很簡單。

首先詢問客戶是否要在環境中或管道或裝置中測試氫氣。

如果要測量環境空氣中的氫氣,就必須測量氫氣的可燃性和易爆性。 濃度0-1000ppm或下限0-100%lel(0-40000ppm)。

如果是測量管道或裝置中的氫氣,應根據工藝背景和裝置用途進行分析。 如果是以儲氫裝置為原料,一般需要測量其純度,範圍為0-100%vol,有客戶會問儀器能測量多少個9,即999%vol,99.99%vol,如氫能和半導體行業,對氫純度要求極高。 還有用於過程控制的氫氣濃度測量管道,如高爐煤氣氫氣測量,雖然氫氣濃度達到4%vol會造成爐內氫氣的風險,但高爐煤氣氫氣的氫氣測量不僅是為了防止爐膛,也是為了分析爐膛的運輸情況, 爐體有無漏水現象,原料含水量是否過高,電極是否軟碎等。 例如,天然氣可以與氫氣混合,因為氫氣更易燃,而且天然氣也可以在一定限度內(在相同質量下)提高熱效率。 但是,氫氣混合的濃度也應嚴格控制,因為氫氣容易導致金屬氫脆,因此還應考慮管道和運輸裝置的公差。

如何選擇氫氣檢測儀器

知道了氫氣的用途,我們就可以大致判斷氫氣的測量範圍,不管氫氣是用在什麼樣的裝置上,只要是用來測量環境中氫氣的濃度,就是測量氫氣洩漏,防止其爆炸。

如果客戶是要測量氫氣洩漏,想在洩漏的早期階段找出洩漏源,便於攜帶,那麼建議選擇電化學原理的感測器,範圍在0-1000ppm,如果客戶想被固定24小時**檢測,那麼選擇催化燃燒原理的感測器, 範圍為0-100%LEL(4%vol氫氣對應100%LEL),解像度為1%LEL也就是說,當儀器有值時,環境中的氫氣濃度已經得到400ppm,並且測量在一定的空間內,所以如果客戶想更早、更準確地找出洩漏源,建議使用基於幫浦吸電化學原理的氫氣檢測儀。

只要工廠內有氫氣或工藝產生氫氣,生產車間就必須按要求安排一定數量的氫氣報警器,並可選擇具有固定催化燃燒原理的可燃氣體檢測儀。

如果客戶說是要測量管道中的氫氣。

首先,要了解客戶要測量的氫氣濃度,如果超過70%vol,可以理解為客戶需要測量氫氣的純度。

假設客戶要測的氫氣純度在70%-99%的範圍內,根據客戶氣體的成分,除了氫氣,背景氣體中還有哪些其他氣體,如果是二元氣體,而背景氣體是導熱係數差異較大的氣體, 那麼就可以考慮使用基於熱導率原理的檢測器進行分析。

假設客戶要測量的氫氣純度達到 999%vol,這個純度的氫氣,客戶對純度有一定的要求,但不是很高,而且煉氫的背景氣體雜質成分主要是氧氣和氮氣,氫氣的純度可以通過測量氧氣的濃度來判斷。

假設客戶要測量的氫氣純度達到 99999%vol,說明客戶對氫氣的純度有極高的要求,所以這裡要測量氫氣的純度,就需要對氫氣提純過程中可能出現的雜質進行逐一測量,計算雜質的總含量,然後反轉氫氣的純度。 這裡需要色譜儀,檢測器必須具有超高精度,並且對雜質成分選擇具有適當原理的檢測器。

假設客戶要測量的氫氣濃度在0-70%vol範圍內,那麼就意味著這不是乙個製氫或提純專案。 客戶想要測量的氣體成分會比較複雜,這時候就要弄清楚客戶的背景氣體成分是什麼,每個成分的濃度範圍是多少,以及客戶的預算。 如果客戶的預算不高,那麼色譜儀就不能考慮,色譜儀不適合製作最好的分析儀器。 對於濃度較高的氫氣,價效比高的檢測方法是熱導檢測器,但熱導檢測器不僅對氫氣有反應,還對其他氣體有反應,所以這時,如果想更準確地測量混合物中氫氣的含量,還需要測量背景氣體中其他氣體的成分, 每種氣體都有自己合適的檢測器,用合適的檢測器逐一測量背景氣體成分。然後根據其他氣體的濃度校正氫氣測量值。 這種方法也不是很準確,與色譜法的區別在於沒有分離氣體混合物。 因此,被測氣體成分之間存在一定的交叉干擾。 因此,這種方法雖然不能達到色譜的效果,但分析速度快,可以作為解釋趨勢的最佳定性分析。

最後要注意的一點。

測量管道裝置中的氫氣濃度,除了考慮其測量需求和測量濃度外,還需要選擇具有適當原理的檢測方法。 同時,還需要考慮管道的壓力、溫度和背景氣體特性、雜質等,並結合工況製作預處理系統,使分析儀器能夠長期有效、安全地執行。

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