氢能应用的阀门、调压器与执行机构选型

氢致脆化（也称氢致开裂）是指氢原子被金属吸收后，金属变脆并最终发生断裂的现象。 管道所输送的氢浓度越高，氢脆的风险就越大。 为控制这一风险，阀门与执行机构在设计与制造时必须充分考虑氢应用因素。 例如，电动执行机构不依赖管道气体作为动力源，从而减少与管道中氢气的接触。

在所有类型的电解槽中，通常都有三类核心阀门应用：超纯水流量调节阀、氢气流量调节阀、氧气流量调节阀。 这些应用都会给调节阀带来挑战，涉及泄漏、气体析、安全性、完整性、可控性等。 如需进一步了解制氢过程中的这些挑战及应对方案，可以联系我们的专家团队。

目前天然气/氢气混输的氢含量一般在 5% - 10%，个别情况下可以做到 20%。

掺氢站的主要组件包括：调节天然气与氢气量及其压力的压力与流量控制装置；测量天然气与注入氢气的流量的流量计；分析掺混后气体组分的气相色谱仪；以及配备可编程逻辑的控制系统。 如果是向配气管网中注入氢气，还可以配置加臭剂注入系统。

在多数 CO2 应用中，由于焦耳–汤姆孙效应，气体在阀门出口处会降温，可能导致固态 CO2（即“干冰”）的形成。 如果这些干冰没有被及时吹扫出去，就会在出口管道中逐渐积聚，限制流动路径，带来危险。 调节阀在超压时仅能排放受保护系统所要求的气量，流量很可能太小，不足以把干冰带出管道。 相反，瞬启式安全阀在每次超压时都会迅速全开并释放全部排量。如此大的流量能够轻易将干冰吹出，避免危险性积聚。 当然，如果系统条件不易生成干冰（例如某些超临界 CO2 应用），则可以优先使用调节安全阀。

在设计中，由于标准化要求、安全裕量以及不同类型的超压工况都要考量到，安全阀通常都会做得偏大，也就是说，其泄放能力往往高于设备在超压时真正需要的量。 但在氢气压缩机上，如果安全阀一次性泄放得太多，一是会造成氢气与能源浪费多，二是可能干扰压缩机的控制系统。 真比例调节先导式安全阀可以根据系统当时的需要，在 0 到最大流量之间按比例泄放。 这样，它只排出为保护设备所必需的最小气量，减少了对压缩机系统的扰动。

氢气要靠近终端使用点供应，就必须同时兼顾安全性和运输效率，目前业界也在持续研发更具经济性、更适合规模化的方案。 目前主要有四种氢气运输/交付方式：1) 管道输送；2) 压缩氢气；3) 液氢；4) 将氢转化为其他化学品，如氨、甲醇或液态有机氢载体 (LOHC)。

氢气可以被压缩到较高压力，如 300bar、500bar、700bar 甚至 1000bar，具体取决于所需的供氢能力。 高压氢气通常储存在专门设计的管束中，由卡车运输。 我们常用隔膜压缩机把气态氢的压力升到目标值， 同时在压缩撬装系统中配置压力调节阀来调节出口压力。

氢气在约 –254°C 时液化，液态氢的体积只有气态氢的 1/800 左右。 因此，液氢适合用真空绝热的深冷储罐进行大批量运输。 氢液化过程需要配置低温控制阀、冷箱用阀以及通用阀门。