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制氢车间仪表自动化配套

来源：基尔普朗克传感器（上海）有限公司

2026-07-06 返回列表

制氢车间仪表自动化全套配套方案（AEL 碱性 / PEM 通用，符合 GB50177、T/CAPID 015-2025）

整套自动化分为现场一次仪表、执行调节阀门、防爆本安配套、控制系统 DCS/PLC+SIS 安全仪表、电气辅材桥架、在线分析、氢气泄漏监测、运维标定系统八大模块，覆盖电解、气分、干燥、压缩、储氢全工艺，兼顾防爆、防腐、氢脆、安全联锁硬性要求。

一、现场一次检测仪表（车间核心采集层）

1. 压力检测仪表（氢 / 氧 / 碱液专用）

1）氢气侧压力变送器

低压≤3MPa：316L 镀金膜片、FFKM 密封、Ex ia IIC T6；AEL 配套哈氏 C276 远传隔膜防碱雾结晶
中高压 25~45MPa 压缩机 / 储氢：干式 Inconel718 无油薄膜氢气专用变送器
附件：不锈钢阻尼缓冲器、疏水 / 碱雾缓冲罐、金属缠绕密封垫片
2）氧气侧压力变送器
316L / 哈氏合金，出厂全脱脂禁油，同量程同精度与氢侧配对，防爆 IIC T6
3）氢氧微差压变送器（联锁核心）
量程 0~10kPa，精度 0.05% FS；氢侧镀金膜片、氧侧哈氏合金，独立 SIS 联锁
4）碱液 / 纯水差压变送器（过滤器、换热器）
AEL 碱液回路：哈氏合金隔膜；纯水冷却回路普通 316L 即可
5）就地压力表（现场巡检）
氢氧侧：不锈钢外壳、镀金弹簧管、FFKM 密封、IIC 防爆外壳；碱液用哈氏隔膜压力表

2. 温度检测仪表

电解槽堆测温：A 级双支 PT100 热电阻，套管区分材质
AEL：哈氏合金 C276；PEM：316L 不锈钢；防爆 Ex ia IIC
气体出口、冷却水、压缩机各级单支 PT100
配套：温度变送器 4~20mA，防爆接线盒

3. 液位仪表（分离器、储罐）

1）音叉液位开关（高低液位联锁）

AEL：哈氏合金探头；PEM：316L；Ex ia IIC T6 FFKM 密封

2）导波雷达液位计（连续远传 DCS）

哈氏探杆，防泡沫、防碱结晶，4~20mA+HART

3）磁翻板就地液位计（现场观察）

内衬 PTFE，哈氏浮球，配套远传磁致伸缩模块

4. 流量仪表

1）纯水进水电磁流量计：PTFE 内衬、316L 电极，精准匹配电解负荷

2）AEL 电解液循环电磁流量计：PFA 内衬 + 哈氏合金电极，耐高温浓 KOH

3）湿氢气产气量计量：镀金探头涡街 / 热式气体质量流量计，IIC 防爆

4）冷却水靶式流量开关：断流联锁停机保护

5. 水质 / 电解液在线分析仪表

1）PEM 纯水回路：电阻率传感器、TOC、硅离子监测

2）AEL 碱性独有：KOH 浓度电导率分析仪（哈氏电极 PVDF 壳体）

3）循环水浊度电极（大型装置可选）

6. 气体在线分析仪表（最高安全等级联锁）

1）氢中氧分析仪（阴极氢气出口）：0~2% O₂，电化学 / 热导，超 0.5% 停机

2）氧中氢分析仪（阳极氧气出口，保命仪表）：0~2% H₂，＞0.2% 紧急放空停机，前置除碱雾疏水过滤器

3）成品氢气露点分析仪（干燥塔后）：监测水分，露点＞-40℃触发分子筛再生

4）氢气纯度热导分析仪（外送总管）

7. 氢气泄漏检测仪表（全域预警）

1）催化燃烧式氢气探测器（车间顶部，氢气上浮）：0~100% LEL，Ex ia IIC T6，20% LEL 联动排风、机组停机

2）电化学微量氢气传感器（撬内阀组、分离器狭小区域）：0~1000ppm，提前捕捉微泄漏

二、执行调节阀门及配套仪表（自动控制输出层）

1. 压力调节回路阀门

1）氧气放空稳压调节阀（核心压差控制）：气动薄膜调节阀，配本安智能阀门定位器 Ex ia IIC T6，氧侧阀门全脱脂

2）氢气放空、超压紧急切断阀、高压储氢紧急泄压阀

3）气水分离器自动排污阀（液位联动开关）

2. 流量调节阀门

纯水进水调节阀、电解液循环旁路调节阀、冷却水流量调节阀

3. 程控阀组（PSA 干燥纯化）

高频切换程控球阀 / 蝶阀，配套电磁阀、阀位反馈开关，防爆 IIC

4. 阀门配套附件

本安型智能阀门定位器（4~20mA+HART/Modbus）
防爆电磁阀 Ex ia IIC T6、气动空气过滤减压阀、阀位回讯开关
气动紧急切断阀配套防爆电磁阀 + 弹簧复位，失气自动关断

三、防爆本安配套隔离辅材（制氢车间强制配套，Zone1 区域必备）

隔离式安全栅（核心防爆配件）
所有 Ex ia 本安变送器、热电阻、分析仪、阀门定位器回路一对一配置隔离安全栅，安装在安全区防爆仪表柜，限流限压杜绝火花窜入车间 Zone1；分 4~20mA 模拟量、PT100 热电阻专用栅
防爆接线盒、防爆格兰头
现场仪表全部 IIC 防爆密封格兰，螺纹缠绕 PTFE 生料带，缝隙防爆密封泥封堵
电缆分类（严格分开敷设，禁止混敷）

本安信号电缆：蓝色专用本安屏蔽电缆，截面≥0.5mm²，仅走变送器、分析仪、阀位信号
非本安控制电缆、动力电缆、220V 供电电缆单独桥架

桥架与穿管规范

本安桥架与动力桥架平行间距≥50mm，中间金属隔板隔离；穿墙楼板独立孔洞封堵
危险区仪表电缆穿镀锌防爆钢管，防爆分线盒转接

接地系统
仪表工作接地、保护接地、防静电接地分开汇总至全厂等电位接地网，接地电阻≤4Ω；所有变送器、阀门、分析仪表金属外壳可靠接地

四、自动化控制系统三层架构（DCS + 独立 SIS 安全仪表系统）

1. 过程控制系统 DCS / 冗余 PLC（常规调节监控）

中小型撬装：西门子 S7-1500 / 国产冗余 PLC；5MW 以上大型制氢站：冗余 DCS 系统

1）硬件配置：冗余 CPU、冗余电源、冗余通讯总线、模拟量 AI/AO、数字量 DI/DO 模块、HART 采集模块

2）操作站：冗余工控机 + HMI 上位画面，本地控制室 + 远程 web 访问，实时曲线、历史曲线、报警记录、产量统计

3）控制功能：

电解恒流 / 恒压负荷闭环控制，适配光伏风电波动负荷
氢氧压力、压差自动稳压调节（氧气放空阀 PID 调节）
分离器液位自动排污、干燥塔分子筛时序再生、冷却水温度调节
产氢产量累计、水质、气体品质数据归档
4）通讯：Modbus RTU/TCP、Profinet、OPC UA 对接厂区能源管理平台

2. SIS 独立安全仪表系统（硬联锁，独立于 DCS，不可替代）

依据 SIL2 功能安全规范，独立 CPU、独立采集回路、独立执行切断回路，不共用 DCS 模块

核心联锁信号（二取二表决逻辑）：

1）氢氧压差＞500Pa → 切断整流电源、氢氧紧急放空

2）氧中氢＞0.2%、氢中氧＞0.5% → 整机停机泄压

3）电解槽超温、系统超压、分离器高低液位、冷却水断流 → 分级报警 / 停机

4）车间氢气泄漏高浓度 → 联动排风、整站停机、切断氢气总管

5）高压储氢超压 → 自动开启紧急泄压阀

3. 远程监控与上位配套

控制室防爆操作台、声光报警灯（分级预警 / 停机红色声光）
防爆本安触摸屏（Zone1 就地撬装防爆面板，Ex ia IIC T6）
历史数据服务器、打印机、报警短信推送模块

五、仪表供电配套

现场本安仪表供电：24V DC 冗余隔离本安电源（安全区仪表柜）
阀门气动气源：无油干燥洁净压缩空气（氧侧阀门严禁带油气源）
控制室 UPS 不间断电源（DCS、SIS、分析仪表、泄漏探测器断电续航≥30min）
防爆仪表箱恒温加热模块（冬季防冻，防止仪表内部结露漂移）

六、标定与运维配套设备

1）便携式压力校准仪（氢气专用，0~100MPa），年度变送器检定

2）标准气体标气钢瓶（氢中氧、氧中氢、露点标气），每 3 个月在线分析仪标定

3）便携式氢气检漏仪、PT100 温度校准器

4）手操器（HART 通讯，现场变送器零点量程校准）

七、AEL 碱性 vs PEM 制氢自动化配套核心差异

表格

配套类别	AEL 碱性电解车间	PEM 质子交换电解车间
压力仪表	全部配哈氏远传隔膜防 KOH 碱雾	仅配疏水缓冲罐，无防腐隔膜
液位 / 测温探头	哈氏合金防强碱腐蚀	316L 不锈钢即可
专属分析仪表	KOH 电解液浓度电导分析仪	纯水电阻率、TOC 监测
维护配套	隔膜排污阀、碱结晶清洗组件	仅冷凝水排污
防爆配置	完全一致，统一 Ex ia IIC T6	统一 IIC 防爆标准

八、车间自动化配套设计红线（合规避坑）

所有氢气介质一次仪表防爆必须IIC T6，IIB 防爆仪表严禁进场；本安仪表必须配套隔离安全栅
氢侧压力变送器膜片必须镀金抗氢脆，AEL 强制哈氏隔膜隔离碱雾结晶
氧气侧阀门、仪表出厂全程脱脂，气源无油，杜绝高压氧自燃风险
SIS 安全系统独立硬件、独立回路，不能借用 DCS 模块做停机联锁
本安电缆与动力电缆桥架物理隔离，禁止同管同槽敷设
密封件氢气回路统一 FFKM 全氟橡胶，禁用 NBR、普通 FKM
联锁测点仪表双路冗余配置，PLC/SIS 二取二逻辑，防止单点仪表失效误停机

九、整套配套交付划分（工程采购分段）

现场一次仪表包：压力 / 温度 / 液位 / 流量 / 分析 / 氢气泄漏探测器
执行器包：调节阀、程控阀、切断阀、阀门定位器、防爆电磁阀
防爆辅材包：安全栅、防爆格兰、接线盒、本安电缆、桥架、密封泥
控制系统包：冗余 PLC/DCS、SIS 安全仪表、HMI 操作站、UPS 电源
标定运维工具包：压力校准仪、标准标气、HART 手操器、检漏仪