随着全球对清洁能源需求的不断增长，氢能作为一种高效、清洁且可再生的能源形式逐渐崭露头角。其独特的性质使其成为未来可持续发展的重要组成部分。然而，在制氢过程中确保安全性和效率是至关重要的。本文将探讨热导式氢气传感器在氧中氢分析仪（Hydrogen-in-Oxygen Analyzer）中的应用，特别是在电解水制氢过程中的关键作用。
制氢技术概述
目前，制氢方法主要包括化石燃料重整、甲醇裂解以及水电解等。虽然使用煤或天然气制氢具有成本优势，但这些方法面临不可持续性及环境污染问题。相比之下，电解水制氢由于其原料来源广泛、环保无污染的特点，被视为满足未来大规模氢气需求的理想选择。
氧中氢分析仪的核心作用
- 防爆风险控制：电解水过程中，若氧气侧混入过量氢气（通常超过4%体积浓度），可能形成爆炸性混合物。氧中氢分析仪能够实时监测氢气浓度，及时发出警报或触发联锁停机机制，从而有效预防安全事故的发生。
- 膜故障检测：质子交换膜（PEM）或隔膜破损会导致氢气和氧气互窜，增加安全隐患。通过使用氧中氢传感器，可以快速识别此类故障，避免危险气体混合。
工艺优化与效率提升
- 氧气纯度验证：高效的电解过程要求氧气纯度≥99.5%。氢气杂质过高可能指示电解效率下降，需调整操作参数以优化系统性能。
- 能效分析：监测氢气泄漏有助于评估电解槽的电流效率，并据此优化能耗。
技术选型要点
- 传感器类型：电化学传感器适合短期使用，而热导式传感器则以其高稳定性和长期运行能力著称。
- 量程与精度：典型的测量范围为0-2% H₂，分辨率需达到0.01%，以确保安全阈值监测的准确性。
- 环境适应性：考虑到电解槽出口气体常含饱和水蒸气，需配备气体预处理装置（如冷却、除湿）。
荷兰Xensor的XEN-5320高速响应热导式气体传感器具有系统启动时间短0.3 s、响应时间快（t90响应时间< 3 s）、测量范围宽等特点，能够精确测量100ppm至100%范围内的氢气浓度，准确度 1%FS.适用于医疗、研发和工业环境中的氢气监控和泄露检测。XEN-5320通过测定微型机械加热元件的温度提升确定气体组分。对于各二元气体混合，升高温度与加热功率比取决于气体混合比。为获得更佳精度，传感器已做环境温湿度修正。偏置、测量及修正通过应用XEN-TCG3880热导传感器和温湿度传感器输出的ASIC执行，此ASIC由Xenser设计。
典型应用场景
- PEM电解槽：需要连续监测氧侧氢气，以确保膜的完整性。
- 碱性电解槽：防止隔膜孔隙堵塞导致氢氧交叉污染。
- 可再生能源制氢：针对波动电源（如风电、光伏）引起的电解槽不稳定情况，加强气体监测尤为重要。
标准与合规性
氧中氢分析仪的设计和安装需遵循国际标准（如ISO 22734、IEC 60079），确保在爆炸性环境中使用的安全性。
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