氫氣是一種頗有價值的并被廣泛測量的工業氣體,具有很重要的作用。在石油化工、食品糧油加工、半導體電子工業、燃料電池制造、醫藥化工、電力生產等,氫氣都有重要的應用。由于氫氣價值是非常高的,貿易交接計量是氫氣流量測量的一個非常重要特性。
氫氣的特性
氫氣(化學式H2)由兩個氫原子組成,無色、無味、無臭、無毒、易燃。分子重量為2,比重為0.0695,氫氣被認定為是最輕的氣體,比空氣(mv=28.8)輕14倍多。
氫氣非常易燃。在常壓狀態下,氫氣含量達到4.0%~74%的混合物狀態即可易燃。由于氫氣最小著火能量(0.02mJ—比碳氫化合物的最小著火能量小一個數量級)很小,因此必須嚴密的防范措施來防止泄漏現象。
其他關注事項
1、氫脆化
由于氫分子體積小,因此它能夠擴散進入許多金屬晶體格的空隙里,從而可能導致拉伸延展性(強度)的降低。這種效應被稱為氫脆化,它主要影響高強度鋼鐵,而不是不銹鋼。奧氏不銹鋼,如304L和316L實際上對氫脆化有抵抗性的。這是由于鎳基合金C-22的Ni-Cr-Mo結構。
2、工藝連接件
在相同氣壓下,即使系統對于空氣或其他普通氣體的氣體來說是密不透風,但氫氣依然可能會從系統中泄漏出來。因此,美國壓縮氣體協會(CGA)的指南CGA G-5.4-1992是這樣規定:管道系統和管道的接頭最好通過焊接來防漏和防火。不允許使用軟焊料接頭。螺紋接頭可以應用氫氣管道系統,但必須確保將泄漏可能性減少到最小。用于氫氣管道系統的法蘭接頭應具有金屬對金屬的密封或襯墊,墊圈應選擇阻燃型材料。
可靠的、精確的流量測量是提高產品質量和產量的關鍵所在。差壓流量計、渦輪流量計和渦街流量計等現有體積測量技術受到精確度的限制,使用這些技術測量氫氣時,測得的精確度通常等于±3%~8%。另外,量程范圍也受到了限制。而渦輪流量計的可動部件還危害到了可靠性。目前氫氣流量測量應用最多、可靠性最好的還是采用科里奧利質量流量計和熱式氣體質量流量計。這兩種都屬于直接式測量質量流量的流量計,并且都沒有可動部件,量程范圍大。流體接觸面材質都是采用316L,提高了現場應用的持久性和安全性。科里奧利質量流量計和熱式氣體質量流量計的傳感器是全焊接式的,因為不要求通過壓力傳感器接口和溫度傳感器將流量讀數修正為標準狀態下的體積流量,因此使用的系統管道接頭被減少到最少。傳感器連接方式有法蘭連接,法蘭對夾連接,熱式氣體質量流量計還能提供大管道插入式連接。科里奧利質量流量計和熱式氣體質量流量計由于具有優異的檢測技術,可以提供高達0.5%的精確度,在貿易結算計量有著巨大的優勢。這兩者類型流量計測量技術先進,長期應用穩定性好,現場維護成本極低,是非常受歡迎的計量器具。
科里奧利質量流量計的不足之處:大管徑體積笨重,安裝不便,且采購成本極高。在小流量測量特性上不如熱式氣體質量流量計。
熱式氣體質量流量計的不足之處:高流速范圍不如科里奧利質量流量計。為了準確測量氫氣流量,需要對流量計標定采用實流標定,而這一限制使得大多數廠家生產的產品達不到要求。目前國際上具備這個能力的品牌商有SIERRA、KURZ、FCI等少數幾家。對工作壓力有限制,一般在3.4MPa以下,KURZ是不超過2MPa。
下面就是SIERRA熱式氣體質量流量計在各行業中的應用。特別說明的是這些流量計都已經應用年限長達8年以上。