基尔中国 压力变送器测量氢气时选型注意事项？

一、氢气测量的特殊挑战

氢脆现象

氢原子尺寸极小（仅0.46nm），在高温高压下易渗透金属膜片

渗透过程：氢气分子→化学吸附→氢原子形成→扩散透过膜片→膜片内侧聚集→膜片鼓包或破裂

后果：导致变送器输出不稳定、零点漂移甚至完全失效，严重时可能引发安全事故

氢气特性

无腐蚀性但渗透性强：氢气本身不腐蚀金属，但能轻易穿透常规金属膜片

高温高压加速渗透：温度和压力越高，氢原子形成和扩散速度越快

氢分子聚集：渗透后的氢原子在膜片内侧结合成氢分子，因体积增大无法"逃逸"，导致膜片变形

二、核心选型注意事项

1. 膜片材质选择

镀金膜片

金具有密晶格结构，氢原子难以渗透，研究表明镀金膜片的氢渗透量仅为非镀金316L膜片的0.01～0.02倍

镀金厚度：常规镀金厚度为3-25μm，厚度越大抗氢渗透能力越强

双层镀层：镀金基础上再镀一层陶瓷膜，可更有效防止氢渗透，但成本更高

哈氏合金

哈氏合金C-276/C-22是测量氢气的选择，抗腐蚀和抗氢脆性能佳

316L不锈钢：可用于要求不高的场合，但长期可靠性不如哈氏合金

特殊合金：如森纳士DG系列采用的"抗氢脆、耐氢透的特殊金属材料"

避免使用材料

普通碳钢、镀锌钢等易发生氢脆的材料

未镀金的316L不锈钢在高浓度氢气环境中长期使用风险大

2. 防爆与安全认证

防爆类型

本质安全型(Ex ia)：最常推荐，通过限制电路能量防止点燃氢气

隔爆型(Ex d)：将可能产生火花的元件密封在坚固外壳内

禁用类型：普通非防爆型变送器不可用于氢气环境

认证要求

氢气属于IIC组别（最易爆气体组别）和Group B，选型时必须核对清楚

中国认证：NEPSI (上海防爆所认证) - Ex ia IIC T4 Ga

国际认证：ATEX - II 1/2G Ex ia IIC T4 Ga/Gb

北美认证：UL, FM - Class I, Division 1, Group B

3. 压力范围与精度

量程选择

工作压力应在量程的1/3～2/3或1/4～3/4范围内，避免长期在满量程或接近零点处使用

过载能力：应具备150% FS或更高的过压保护能力

爆破压力：必须大于系统MAX可能压力（如安全阀起跳压力）

精度要求

氢能相关应用通常要求0.1%FS或0.075%FS的高精度

普通工业应用可选择0.5%FS精度

注意：精度应在实际工况温度范围内保持稳定

4. 过程连接与安装方式

连接方式

优先选择焊接式连接（如半球形焊接法兰），提供最可靠、无泄漏的密封

避免使用螺纹连接，若必须使用，应采用金属面密封结构，杜绝使用生料带

密封材料：应使用氢气专用密封焊膏，避免使用可能被氢脆化的有机材料

安装注意事项

避免振动：安装位置应远离泵、压缩机等振动源

温度控制：确保环境温度在变送器工作范围内，必要时加装冷却或保温装置

导压管设计：应短且直，避免高点或低点，防止氢气积聚或冷凝

三、特殊应用场景选型建议

1. 电解水制氢设备

介质特点：高温、高压的氢氧化钾(KOH)溶液或去离子水，产出高纯度氢气

选型要点：

氢气侧：必须选择抗氢脆材料，哈氏合金C-276是选择

碱液侧：需耐强碱腐蚀，哈氏合金同样适用

氧气侧：需禁油处理，防止氧气与油脂接触引发燃爆

2. 高温氢气环境

温度影响：高温会加速氢原子形成和扩散

选型建议：

选择高温型变送器，工作温度范围应覆盖实际工况

膜片材质：镀金膜片或哈氏合金更适合高温环境

安装方式：考虑加装冷却管或缓冲管，降低变送器实际工作温度

3. 高纯度氢气测量

特殊要求：氢气纯度越高，渗透风险越大

选型建议：

膜片材质：镀金膜片是高纯度氢气测量的NUMBER 1

填充液：选择无填充油或氢气专用填充油的型号

周期更换：对高纯度氢气测量变送器，建议每6年更换一次

四、维护与校准建议

定期检查

检修时：除打压校验外，应解体检查膜片是否有变形

检查频率：建议每3年进行一次全面检查，或按装置检修周期同步

校准要求

校准周期：建议3-6个月进行一次校准，高精度要求场合应更频繁

校准方法：使用标准压力源，对输入和输出同时调试

智能变送器：按厂家要求进行"设定量程"、"重定量程"和"微调

故障预防

膜片变形：是氢脆的早期迹象，发现后应及时更换

输出不稳定：可能是氢渗透导致，应检查膜片状态

零点漂移：可能是氢分子在膜片内侧聚集的信号

五、总结与推荐

测量氢气时，压力变送器选型绝不能简单套用常规标准。应优先选择镀金膜片或哈氏合金材质的产品，严格核对防爆认证，并根据具体工况调整量程和精度。对于高纯度、高温或高压氢气环境，建议咨询专业供应商获取定制化解决方案，虽然成本较高，但这是对人员安全、环境安全和生产安全最重要的投资。记住，不要将用于普通空气、水、氮气等的通用型压力变送器直接用于氢气测量。