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什么是氢气流量计以及它如何工作？
- 氢气流量计是一种技术组件，它不仅测量流量，而且通常还测量流量计处氢气的流动压力和温度。它利用这些压力和温度数据来计算介质的流动密度和/或声速，从而计算出输送的氢气的质量（或体积）流量。因此，这种设备更正确的技术术语是“氢气质量流量计”。
- 氢气流量计用于需要精确测量氢气流量的氢气应用，例如电解器或氢气加注应用。
- 氢气流量计必须采用准确（且可重复）的工作原理才能获得准确的氢气质量流量测量值。
- 安装时必须非常仔细地考虑，在需要时留出足够的上游和下游直管长度。安装必须考虑连接管道和安装表面的刚性。
- 在进行流量计算时，还必须考虑压力和温度对流量计结构材料（刚度和内部尺寸）的影响。
为什么氢气流量测量在氢能经济中很重要？
氢气的使用显然需要精确的测量。
- 氢气是供暖、运输和电力供应的安全、经济、可靠和可预测的燃料来源。需要测量氢气的消耗量。
- 以氢的形式储存过剩的可再生能源被视为一项更高的优先事项，因为每天都会产生越来越多的环境、社会和政治挑战。
- 绿色氢气是利用太阳能和风能产生的绿色电力电解水而产生的。这些可再生能源的生产本身是不可预测的。氢气可以作为能量存储介质，在夜间、风力较小和阳光较少的日子使用。许多氢气存储系统都配有氢气流量计。
为什么氢气流量计对电解槽很重要？
- 电解器的效率会随着时间的推移而降低，因此可靠而准确的流量计是必不可少的工具，它可用于监测实际产量并将其与理论产量进行比较。然后，操作员可以采取行动进行及时维护，以确保实现最大产量，最大限度地降低每公斤氢气的成本。
- 如果没有流量计，或者没有准确可靠的流量计，维护工作可能会出现误时或危害。电解器流量计性能的关键因素是能够在相对较低的压力（低于 35 bar）下运行。因此，拥有一个具有较低永久压降的流量计是此过程的一个重要因素。
氢气流量计在燃料电池汽车加氢中起什么作用？
- 氢气生成后，可以加压并储存，然后用作汽车燃料。用氢气为汽车加燃料的过程与用标准石油产品加燃料的过程截然不同，因为这里燃料是可压缩气体，而不是不可压缩液体。
- 开始加氢时，车辆气罐压力较低（1-2 bar），而加氢系统压力较高（+700 Barg）。加氢过程开始时，氢气在系统压力的驱动下，以相对较高的流速流过加氢喷嘴。它不是由用于传统燃料的恒流泵驱动。因此，随着气罐压力的增加和系统压力的下降，加氢速度会减慢。有时，这会导致需要两阶段加氢，以便在两阶段之间再次建立系统压力。在此过程中，气体的压力和温度不断变化，因此流动密度在气罐加氢时不断变化。
- 整个系统的压力和温度都在变化，这是由于流量控制阀、热交换器和压缩机的原因。因此，流量计需要非常了解流动密度，以便计算出准确的氢气质量流量和总量。如果不了解流动密度，质量流量可能不准确。例如，在 350 Barg 和 20 摄氏度时，气体密度计算中每 1% 的误差将导致气体质量流量中 0.5% 的误差。流量计或监测流量计压力和温度的系统是一项重要要求，这样才能保持准确性。
流量计有哪些不同的类型和工作原理？
流量计的工作原理有很多，但一般来说，最好使用没有移动部件的流量计，这样关键部件的磨损就不会成为测量过程中的误差源。没有移动部件的氢气质量流量计可以根据差压原理运行。或者，它可以是科里奥利质量流量计类型，也可以是超声波流量计类型。
1.差压流量计（DP流量计）
- DP 流量计利用伯努利原理在仪表上产生微小的压差。
- 这种类型的氢气流量计依赖于仪表体内流动面积的变化。通过测量这种尺寸变化的压差以及仪表的流动压力和温度，可以计算出准确的流量并校正密度变化。DP 流量计测量氢气质量和体积流量。
- DP 仪表的压差损失往往为中低。一些压差流量计（例如使用孔板的流量计）需要较长的（19 至 40D）上游和下游直管段。其他流量计（例如 DP 锥形流量计）会进行一定程度的自我调节（消除旋流），从而将安装长度保持在最低限度。一些设计包括所需的直管段，这些直管段已内置在仪表主体中。DP 锥形流量计必须在氢气或其他气体中校准，流量计算必须使用流量计的流动压力和温度。
2.科里奥利流量计（Coriolis Flow Meter）
- 科里奥利流量计采用科里奥利原理，该原理依靠流体通过振动管的运动来直接计算氢气质量流量。如果还使用流动压力和温度来计算流体的密度，则可以获得体积流量。因此，与汽油或柴油的体积相比，氢气通常以质量为单位进行交易。
- 科里奥利质量流量计直接测量质量流量，因此无需了解氢气的密度。科里奥利计依靠振动管来感测流量。在高压或低温下，这些相对较厚壁管的硬度会受到影响，因此科里奥利计必须在流量计算中考虑到这一点。科里奥利计不需要任何直管段，但它在整个仪表上的压差损失最大。科里奥利计必须安装在适当的位置，以避免仪表振动并对进出管道造成压力。科里奥利计往往比其他类型的仪表更昂贵，并且应使用氢气或其他气体进行校准以保持准确性。
有关科里奥利流量计的更多信息，请访问Instrumentationtoolbox.com
3.超声波流量计
- 也可以使用超声波流量计，但这些仍处于早期开发阶段。它们的工作原理是测量超声波信号穿过流体所需的时间。
- 仪表首先测量信号沿流动方向传输时穿过流路所需的时间。然后，仪表反转信号方向，逆着流动方向传输信号，再次测量所需时间。第一次时间小于第二次时间，因为信号随电流流动。然后使用这两个时间测量值之间的差值以及介质的声速来计算流速。随着压力的变化，氢气的密度和声速也会变化。超声波氢气流量计在整个仪表上的压降最低，因为这种设计实际上是一个开放管道。超声波仪表还需要相当长的上游和下游直管长度，以产生调节后的流量（无涡流），否则测量的流速可能会受到不利影响。超声波仪表还应使用氢气或其他气体进行校准，以保持准确性。
有关超声波流量计的更多信息，请访问Instrumentationtoolbox.com
内容由 GM Flow 贡献
GM Flow 是气体流量测量方面的专家，过去主要测量天然气和氮气，但现在我们在氢气和二氧化碳方面更胜一筹。我们的技术是在苏格兰设计和制造的，我们的团队拥有 100 多年的经验。我们的最新产品 Hy-Cone™ 的压力损失小于 1 巴，没有活动部件，专为氢气而设计。Hy-Cone™ 的低压损失可最大限度地提高汽车加油应用中的氢气吞吐量。对于电解槽应用场景，这些设备可监控氢气输出率，从而长期保持最高的电解槽效率。
最后更新：2023.1.15