针对爆炸性环境中电气危险的氢能安全解决方案

当前，对净零排放和全球脱碳的追求促使人们对可再生能源的需求急剧增长。氢能正在迅速成为一种前景广阔的解决方案，尤其是因为其兼具能源来源和能源存储介质的双重作用。

由于各国政府及各行各业都希望在 2030 年之前实现雄心勃勃的脱碳目标，氢能的生产、分配和储存设施正在全球范围内不断扩展。然而，随着氢能使用量的增加，一项重要挑战 - 安全也随之而来。尽管是一种清洁高效的能源载体，然而氢能也具有高度爆炸性，在危险环境中使用氢能需要采取强有力的保护措施。

欧洲已规划和运行的水电解项目

绿氢的前景和转型的必要性

氢气具有各种“颜色”，每种颜色代表不同的生产方法，因此对环境的影响也各不相同。氢色谱包括黑氢、灰氢、蓝氢和绿氢，其中绿氢最为环保。

氢气的颜色

_{当前，世界上的大部分氢能均通过蒸汽甲烷重整过程生产，该过程将含有甲烷 CH4 的天然气分解为氢气 H2 和二氧化碳 CO2}

蒸汽甲烷重整反应

CH₄ + H₂O (+ heat) → CO + 3H₂

水煤气变换反应

CO + H₂O → CO₂ + H₂ (+ 少量热能)

该过程本身以及在将蒸汽重整器加热到 800-900 摄氏度时会产生大量的二氧化碳 (CO2)。

若要实现全球净零碳排放目标，则必须更换该种形式的氢气（其通常被称为“黑氢”或“灰氢”）。

另一方面，绿氢则通过电解产生，即利用电力（最好由可再生能源生成）将水 (H2O) 分解为氢 (H2) 和氧 (O2)。尽管具有明显的环境效益，然而当前只有约 5% 的氢能生产属于绿氢。扩大绿氢生产规模对实现低碳经济至关重要，因为它为严重依赖化石燃料的行业提供了一条向清洁能源解决方案过渡的可持续发展途径。

氢的爆炸特性：一项持续的安全挑战

尽管氢具有诸多优势，然而其高度爆炸性亦带来了巨大风险。与液化天然气 (LNG) 等其他传统气体相比，氢气所需的点火能量显然更低，其可燃氢/氧混合物的范围也更为宽泛。这意味着无论在何处生产、储存或使用氢能，爆炸风险本身都会有所提高。

在处理氢气的环境中，会自动产生危险区域（即可能发生爆炸的区域）。为此，需要一个全面的安全框架来预防潜在危险。与氢有关的安全措施遍及整个价值链，从生产设施到运输管道，乃至储罐和最终用户应用。

随着全球计划大幅扩建氢能基础设施，安全考量亦必须与时俱进。该扩展带来了安全方面的问题，尤其是与爆炸性环境中电气危险相关的问题。必须解决这些问题，才能使氢能作为一种安全有效的能源解决方案得到广泛应用。

管理爆炸性氢气环境中的电气危险

富氢环境中最关键的安全问题之一是管理电气危险。即便是电气元件产生的微小火花也可能点燃氢气，因此从事该领域工作的公司必须采用严格的安全协议和技术。

在危险环境中，防爆设备对于防止氢气点燃至关重要。用于氢气处理、储存和运输的电气系统必须遵守特定安全标准，以最大限度降低火花或其他点火源的风险。其中包括使用本质安全 (IS) 设备，其设计为通过限制可用于点火的电能和热能从而在爆炸性环境中安全运行。

例如，在氢气环境中使用本质安全装置可确保电气设备的能量不足以引发氢气爆炸。本质安全设计原则对于测量和控制氢气生产和分配过程中的压力、温度和流量等过程值尤为重要。

PR electronics：值得信赖的氢能安全解决方案合作伙伴

在处理氢气的复杂和高风险环境中，PR electronics 可提供先进的过程值接口解决方案（尤其是在氢气爆炸性环境中）。凭借 50 多年的丰富经验，PR electronics 专注于为危险区域（包括涉及氢气的区域）的仪表开发经济高效的解决方案。我们在防爆仪表方面的专业技术可实现传感器和控制系统的无缝集成，在优化过程效率的同时有效确保安全。

PR electronics 专注于提供符合爆炸性环境严格要求及其 ATEX、IECex、UL、FM 等相关防爆标准的仪表。一系列本质安全装置可对氢气相关过程及其相关信号（如温度、压力、液位、流量、生产、储存和运输）进行准确、安全的监测。由此可确保压力、流量、阀门状态和温度等关键过程值的可靠测量，即使在最具挑战性的条件下亦是如此。

随着氢能在全球能源结构中的作用不断增强，您也更加需要那些了解氢能所带来的独特安全挑战的值得信赖的合作伙伴。PR electronics 是该领域的领导者，其提供的创新解决方案可帮助各行各业从容应对需处理氢气等爆炸性气体的复杂环境。

针对危险区域的本质安全解决方案

PR electronics 可提供专为暴露于氢气的环境设计的一系列本质安全 (IS) 解决方案。这些解决方案易于设计和维护，可确保在持续存在爆炸性氢气的具有不同区域分类（如 Zone 0 / Div 1）的区域中实现可靠的性能。氢气被归类为 Gas Group IIC，需要特别小心，因为即便极小的火花亦可令其点燃。PR electronics 可确保在此类危险区域内安全连接温度传感器和压差变送器等仪表。

区域分类与合规性

PR electronics 的产品符合 EN / IEC 60079 标准，可确保氢环境中的安全性。可为以下不同类别量身定制解决方案：

Zone 0 / Div 1: 持续存在氢气。
Zone 1 / Div 1: 偶尔存在氢气。
Zone 2 / Div 2: 氢气存在的风险较低，但安全措施仍然适用。

氢气设备的温度分类

氢气的自燃温度为 560 °C。

温度等级为 T4-T6（T1 最不严格）的本质安全产品足以避免与环境温度有关的任何危险，但由于其点火能量较低，必须谨慎设计和监测设备。PR electronics 可提供即便在苛刻条件下也能保障安全的各种温度等级解决方案。

了解更多有关本质安全基础的知识

温度监测解决方案示例

鉴定本质安全系统（ATEX 环境）的简单步骤

Zone 0 Exia 等级的变送器/安全区域中 [Ex ia] 等级的安全栅。
氢气要求使用 Gas Group IIC 等级的产品。
确定变送器的 Zone / Division 区域划分 - 在此情况下， Zone 0 / DIV 1 表示持续存在氢气。
确定变送器的工作温度（例如 80°C 环境温度）。氢气的点火温度为 560°C，远高于防爆温度类别 T4 = 135°C 的温度要求。安全栅在安全区域内的环境工作温度最高可达 60°C。
使用相应的实体参数对整个本质安全系统（包括变送器、电缆和安全栅）进行回路计算


PR 5337D 具有 ATEX 防爆等级的温度变送器 PR 5337D：II 1 G Ex ia IIC T6...T4 Ga		PR 9106B 具有 ATEX 防爆等级、用于安全区域安装的安全栅 PR 9106B：II (1) G [Ex ia Ga] IIC/IIB/IIA