碱性（AEL）水电解制氢全套仪表完整方案

一、压力类仪表（系统安全核心，分三路介质）

1. 阴极氢气侧压力变送器（电解槽氢出口、氢分离器、缓冲罐）

工况难点：高压湿氢 + 碱雾、氢渗透氢脆、碱液结晶腐蚀

1. 接液材质

• ≤3MPa 常规碱性槽：316L 不锈钢 + 5~10μm 镀金膜片，阻隔氢渗透、耐碱雾腐蚀

• 高压 3~5MPa 压力型 AEL：蒙乃尔 400 合金一体化膜片，无硅油薄膜结构，杜绝碱雾、氢气双重侵蚀

2. 密封：FFKM 全氟橡胶，耐高温湿氢 + 强碱蒸汽；禁用 NBR、普通 FKM

3. 防爆强制：Ex ia IIC T6（本安）/Ex d IIC T6（隔爆），IIB 防爆仪表禁止进场

4. 精度：联锁测点 0.1% FS，普通管路 0.2~0.5% FS

5. 配套附件：前置远传隔膜隔离器（哈氏合金 C），阻挡碱雾结晶堵塞取压孔；加装不锈钢阻尼缓冲器吸收气流冲击

6. 输出：4~20mA+HART / RS485 Modbus

2. 阳极氧气侧压力变送器（氧出口、氧分离器）

1. 材质：316L / 哈氏合金 C，全流程禁油脱脂处理，高压氧遇油脂自燃

2. 密封 FFKM，防爆 IIC T6，与氢侧变送器同批次、同精度标定，保证压差计算精准

3. 同样配套哈氏合金远传隔膜，隔绝碱雾结晶

3. 氢氧微差压变送器（电解槽最高优先级联锁仪表）

1. 量程：0~10kPa 微差压，精度 0.05% FS

2. 双侧隔离膜片：氢侧镀金 316L，氧侧哈氏 C 合金，双侧配 PTFE 隔离层防碱雾窜入芯体

3. 联锁阈值（国标 GB/T37563）：压差＞300Pa 预警，＞500Pa 紧急停机切断整流电源；氢气侧微正压运行，禁止氧压高于氢压，防止隔膜破损氢氧混爆

4. 大型制氢站冗余方案：独立差压变送器 + 两路氢氧压力变送器二取二联锁，单点故障只报警，双信号超标停机

4. 辅助压差变送器

• 电解液循环过滤器压差：监测滤芯堵塞，材质哈氏合金隔膜

• 氢气干燥塔前后压差：判断分子筛饱和再生

• 冷却水换热器压差：监测换热板结垢堵塞

二、液位仪表（强碱 KOH 工况，腐蚀是最大痛点）

1. 气水分离器氢 / 氧侧液位开关（高低液位联锁）

• 探头材质：哈氏合金 C276，耐受 80℃浓 KOH 长期浸泡

• 防爆 Ex ia IIC T6，密封 FFKM；高液位报警联动自动排污阀，低液位联锁停循环泵防止干转

• 禁止 316L 探头长期接触碱液，易应力腐蚀开裂

2. 分离器连续液位远传（DCS 实时监控）

• 探杆：哈氏合金 C，防气泡、防碱液挂壁结晶

• 过程连接 PVDF/PTFE 防腐内衬，无需接触碱液的非接触雷达仅适用于顶部气相空间监测

• 输出 4~20mA，IP67 防护，适配大量泡沫产气工况

3. 电解液储罐、循环水箱液位

1. 静压投入式液位变送器：膜片哈氏合金，PTFE 防腐护套

2. 磁翻板液位计：内衬 PTFE，浮球哈氏合金，现场就地观察

3. 配碱罐专用：雷达连续液位 + 电导浓度一体化仪表，自动控制补碱稀释

三、温度仪表（PT100 热电阻为主，高温强碱套管）

1. 电解槽堆本体测温（核心闭环）

• 套管材质：哈氏合金 C（绝对禁止 316L 长期高温碱液）

• A 级双支 PT100 冗余测温，运行区间 70~90℃；超 90℃联锁降负荷、启动冷却

2. 电解液循环进出口温度：判断换热效率，温差异常预警换热器堵塞

3. 氢 / 氧出口气体温度：预判碱雾夹带量，保护后端干燥、分析仪

4. 冷却水路测温：316L 套管即可，无强碱腐蚀风险

   通用要求：防爆型热电阻，三线制 4~20mA 变送输出，Ex ia IIC 防爆等级

四、流量仪表（分电解液强碱、纯水、氢气三路）

1. KOH 电解液循环流量（核心联锁，流量过低停泵）

• 内衬：PFA/PTFE 全四氟，耐高温浓碱

• 电极：哈氏合金 C22，适配 20~30% KOH 高温导电介质

• 无阻挡流件，防碱结晶堵塞；流量低于设定值联锁停循环泵，避免槽体过热、极板腐蚀

2. 纯水补水流量（补水计量、负荷闭环）

3. 湿氢气产气量计量（分离器后）

1. 涡街流量计：探头镀金 316L 抗氢渗透，FFKM 密封，IIC 防爆，测瞬时产氢量

2. 热式气体质量流量计：无需温压补偿，标况体积精准统计总产量

3. 贸易结算级选用科里奥利质量流量计，高精度计量

4. 冷却水流量开关

五、电解液在线分析仪表（碱性槽独有，PEM 无此需求）

1. KOH 浓度电导率分析仪（最关键水质仪表）

1. 电极：哈氏合金电极 + PVDF 壳体，耐 70~90℃浓强碱

2. 测量区间：20%~30% KOH，浓度偏高腐蚀极板、降低产氢效率；浓度偏低能耗上升

3. 联动加药系统：自动补浓碱 / 纯水稀释，维持浓度稳定

4. 流通式安装，带自清洗功能，防止碱结晶包覆电极

2. 电解液浊度 / 杂质监测（可选大型装置）

六、气体纯度分析仪表（防爆联锁最高优先级）

1. 氢中氧分析仪（氢气出口）

2. 氧中氢分析仪（氧气出口，安全红线仪表）

3. 成品氢气露点分析仪（干燥塔后）

4. 氢气总纯度分析仪（外送总管）

七、氢气泄漏检测仪表（厂房全域预警）

1. 催化燃烧式氢气探测器（车间顶部）

   量程 0~100% LEL，Ex ia IIC T6 防爆；氢气上浮，安装于屋顶下方，报警阈值 20% LEL，联动厂房排风、整机组停机

2. 电化学微量氢气传感器（撬装内部阀组、分离器周边）

   0~1000ppm 高精度，捕捉微小阀门、法兰微量泄漏，提前预警，防止碱雾伴随氢气泄漏腐蚀设备

八、AEL 碱性槽 vs PEM 槽仪表核心材质差异对照表

九、通用硬性选型红线（采购必查，直接规避失效）

1. 防爆统一标准：所有接触氢气、氧气的仪表防爆必须标注Ex ia IIC T6 / Ex d IIC T6，IIB 仪表严禁入场站

2. 氢气回路材质：压力膜片必须镀金阻隔层，密封统一 FFKM 全氟橡胶，禁止 NBR、普通 FKM

3. 强碱回路硬性材质：所有浸泡 KOH 碱液的探头、套管、电极，必须哈氏合金 C 系列；316L 仅短期低温稀碱可用，长期高温浓碱快速腐蚀开裂

4. 氧气侧强制脱脂：氧侧变送器、流量计、分析仪全部出厂脱脂处理，严禁带油脂部件

5. 碱雾防护必备：氢氧侧压力变送器必须配套哈氏合金远传隔膜隔离器，防止碱盐结晶堵塞取压管路、腐蚀芯体

6. 联锁冗余要求：5MW 以上大型碱性制氢装置，氢氧压力、压差、氢中氧、氧中氢联锁测点双路独立仪表，二取二安全联锁

7. 过程垫片：碱液、高压氢气螺纹连接处只用 PTFE 垫片、金属缠绕垫，禁用普通橡胶垫片

十、安装与运维校准规范

安装要点

1. 氢氧压力变送器垂直安装，膜片朝下；隔膜隔离器低点设置排污口，定期排出冷凝碱水

2. 电解液仪表取压口避开循环泵冲击区域，加装缓冲罐减缓碱液脉动结晶

3. 本安仪表单独敷设本安电缆，与动力电缆分桥架，防爆格兰完全密封，防止氢气、碱蒸汽窜入接线腔

校准周期

1. 压力 / 差压变送器：联锁测点每 6 个月离线检定，普通监测仪表每年校准

2. 氢中氧、氧中氢分析仪：每 3 个月标准气标定，电化学探头 2~3 年更换

3. KOH 浓度电导电极：每月清水冲洗，每半年标准 KOH 溶液校准

4. 氢气泄漏探测器：每季度标气校验灵敏度

5. 哈氏合金碱液探头：年度拆检腐蚀、结晶附着情况

十一、高频故障、成因与解决办法

1. 压力零点持续漂移、数值跳变

   原因：无镀金膜片、普通硅油填充；碱雾结晶堵塞取压口；无隔膜隔离器

   解决：更换镀金膜片 + 哈氏远传隔膜 FFKM 密封变送器，定期排污

2. 液位探头半年腐蚀穿孔失效

   原因：误用 316L 不锈钢探头接触高温浓 KOH

   解决：全部更换哈氏合金 C 音叉 / 雷达探杆

3. 电解液流量测量偏低、波动大

   原因：电磁流量计内衬破损、电极碱结晶包覆

   解决：选用 PFA 内衬哈氏电极，增加在线清洗阀定期冲洗

4. 氧中氢分析仪频繁误报警、传感器快速损坏

   原因：未加装除碱雾过滤装置，强碱蒸汽腐蚀传感元件

   解决：前置多级疏水 + PTFE 滤膜除碱雾预处理单元