氢气也可做清洁能源?FLIR热像仪助力监测氢气火焰研究

2024年05月08日

为了可再生能源的多样化，氢气在世界范围内受到新的和越来越多的关注。例如，在欧洲，氢被认为是实现欧洲绿色协议和清洁能源转型的关键优先事项。它可以用作原料、燃料或能源载体和储存，在工业、运输、旧建筑和电力领域有许多可能的应用。

欧洲成员国已经在试验如何重新利用现有的天然气配送网络，将氢气带给消费者。但氢气是一种高度易燃的气体，因此他们还需要配备正确的工具来检测氢气泄漏并及时发现氢气火焰，其中一种工具就是红外热像仪。

1、可大量长时间储存的绿色能源

尽管氢被视为清洁能源载体，但它并不总是以清洁的方式生产。有几种方法可以产生氢气。灰氢是由化石燃料(甲烷)通过蒸汽重整的过程产生的，其中会导致二氧化碳(CO?) 的排放。蓝色氢气也依赖于这一原理，尽管在此过程中排放的CO?中有80%至90%被捕获并储存在地下。顾名思义，绿色氢气是最环保的制氢方式，这是通过电解完成的，也就意味着使用可再生电力将水分解成氢气和氧气。

从环境和气候的角度来看，氢的优势在于：当在太阳能和风能资源丰富的时候生产时，可再生的“绿色氢”可以支持世界的电力需求，提供长期和大规模的储存。氢气的储存潜力对电网特别有利，因为它不仅可以大量储存可再生能源，而且可以长期保存。

2、氢气被使用的可能性得到验证

尽管氢气具有绿色能源的所有潜力，但问题仍然存在，一旦生产氢气，如何有效地输送到消费者或大量使用?到目前为止，建立专用氢气管道或输送基础设施相关的大量费用一直使市场望而却步。

近年来越来越受到关注的另一种选择是将现有的天然气配送网络改造为氢气的通道。显然，氢气和天然气具有不同的特性：例如在可燃性、密度和易扩散性方面。尽管两种气体的特性不同，但使用天然气的运输管道来运输氢气，经济上是可行的。

通过在英国和荷兰等地的示范项目已经证明：只需进行一些调整，氢气就可以注入现有的天然气管道，并输送到广泛的终点应用中。

3、氢气输送管道的转换过程

在转换为氢气网络期间，如何安全地将现有的天然气输送管道改造成氢气输送管道并投入使用呢?从实际的角度来看，需要对输送管道进行气体清理，需要排出天然气，引入氢气。研究表明，氢气可以用来取代现有天然气管道中的天然气，在天然气被取代后，天然气输送管道可以立即重新投入使用，作为氢气输送管道。

清理管道时常用的一种技术是燃烧，这是在使用氢气的工业环境中经常采用的安全措施，该过程包括以可控的方式燃烧掉多余的氢气。氢气燃烧通常在维护、泄漏检测或其他情况(存在无法以可控方式安全储存或处置的过量氢气)下进行。

虽然氢气无毒，但使用氢气会有特定危险，燃烧氢气会带来一定的风险。就像许多其他气体一样，氢气是高度易燃的，在氧气存在的情况下可以迅速点燃。因此，工作人员应穿戴能够承受高温的防护服，并注意温度条件以免烧烫伤。工作人员还应使用本质安全的工具，以避免火花放电事故。

4、红外热像仪：监测氢气火焰的最佳选择

为了安全地使用氢气，需要对技术人员进行培训并使用适当的工具。在火炬燃烧活动中使用氢气时，肉眼难以观察氢气火焰。并且氢气也非常轻，在露天环境中进行燃烧时，技术人员要警惕由于风吹动氢气而导致的意外火焰烧烫伤事故。

为确保安全，技术人员在氢气火炬燃烧过程中需要更好地观察火焰。通过对比监测氢火炬的传统常用技术：热电偶、紫外线 (UV) 传感器，发现非接触式检测的红外热像仪是理想的监测工具，因为其他手段不能真正的看到氢气火焰。虽然氢气火焰在白天无法看见，但它们确实会发出热辐射。红外热像仪可以检测这些温度变化，使技术人员能够可视化火焰的确切运动并安全地接近氢气火焰。