氢能是"双碳"目标下的重要能源方向，电解水制氢、储氢、加氢与燃料电池等环节对氧含量极其敏感，氧中氢/氢中氧监测是产气纯度与防爆安全的红线。
本方案基于 TDLAS 技术，面向氢能典型场景提供定制化解决方案，实现产气纯度监测与本质安全的一体化氧量监测。
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ppb 级 氢中氧检测 |
Ex d 防爆等级 |
在线 连续监测 |
本质安全 防爆联锁 |
一、氢能新能源行业氧量测量背景与需求
1.1 行业工艺背景
氢能产业链涵盖电解水制氢、储氢、加氢与燃料电池应用，氢气纯度与氧含量直接决定系统安全与燃料电池性能。电解制氢的氧中氢、氢中氧监测是防爆与纯度的核心。
1.2 氧量测量的核心价值
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价值维度 |
作用机理 |
典型收益 |
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产气纯度 |
电解槽氧侧 / 氢侧氧量监测 |
保障产气纯度 |
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本质安全 |
氢中氧防爆红线监测 |
杜绝氢爆事故 |
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系统保障 |
加氢站、燃料电池氧量监控 |
系统安全运行 |
1.3 行业挑战与传统技术局限
氢中氧、氧中氢需低至 ppb 级且须防爆、快速联锁，传统传感器精度不足、响应慢、防爆适配弱。
二、典型应用场景与解决方案
2.1 电解水制氢氧量监测
场景背景：电解水制氢的氧侧与氢侧出口分别需监测"氧中氢"与"氢中氧"，既保障产气纯度，又防止氢氧混合进入爆炸范围。
痛点分析：氢中氧监测需 ppb 级且须防爆快速联锁，传统传感器难以满足。
解决方案：在电解槽氧侧、氢侧出口安装激光氧分析仪，在线监测并联动联锁。
图 1 电解水制氢系统氧量监测示意
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要素 |
配置说明 |
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测量方式 |
在线抽取 / 原位， ppb 级 |
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安装位置 |
电解槽氧侧、氢侧出口 |
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系统配置 |
痕量氧仪 + SIS 联锁 + 纯度控制 |
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技术指标 |
ppb 级，防爆 Ex d ，联锁 <2 s |
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应用效益 |
产气纯度保障、本质安全 |
2.2 储氢 / 加氢站安全监测
场景背景：储氢与加氢站涉及高压氢气，任何氧量异常或空气混入都构成安全风险，需全程氧量监控。
痛点分析：加氢站氢气纯度与氧量缺乏在线防爆监测。
解决方案：在储氢、加氢管路关键节点部署激光氧分析仪，实现安全联锁。
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要素 |
配置说明 |
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测量方式 |
在线监测，防爆 |
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安装位置 |
储氢罐、加氢机管路 |
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系统配置 |
防爆探头 + 联锁 + 报警 |
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技术指标 |
Ex d ，快速响应 |
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应用效益 |
加氢安全、纯度保障 |
2.3 燃料电池系统
场景背景：燃料电池对氢气纯度与氧含量敏感，氧气侧与氢气侧的气体纯度影响电堆性能与寿命。
痛点分析：气体纯度缺乏在线精确监测。
解决方案：采用激光氧分析仪监测燃料电池进/排气氧含量。
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要素 |
配置说明 |
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测量方式 |
在线抽取式 |
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安装位置 |
燃料电池进气 / 排气 |
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系统配置 |
痕量氧仪 + 系统联动 |
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技术指标 |
ppb 级，高精度 |
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应用效益 |
电堆性能与寿命提升 |
三、系统集成架构
3.1 四层系统架构
系统采用"感知—传输—控制—应用"四层架构，覆盖从现场测点到上层管控的全链路。
图 2 激光氧分析仪系统集成架构
3.2 与 DCS / SIS 的对接
· DCS 对接：燃烧、过程氧量信号接入 DCS 闭环控制；
· SIS 对接：惰化、防爆等安全场景氧量接入 SIS，实现超限联锁。
3.3 关键工程保障
· 防爆设计：危险区域选用 Ex d / Ex ia 防爆产品；
· 吹扫与防护：高温、粉尘、腐蚀测点配置连续吹扫与防护结构；
· 冗余与诊断：关键测点冗余配置，内建自检与故障报警。
四、技术指标与选型指南
4.1 主要技术指标
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指标项 |
参数 |
备注 |
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测量原理 |
TDLAS 激光吸收光谱 |
非接触、无消耗件 |
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量程 |
0~10 ppm 至 0~100% （可选） |
痕量 ppb 级可选 |
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检测下限 |
ppb 级 |
氢中氧 / 氧中氢适配 |
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响应时间 |
<1 s |
联锁适配 |
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防爆等级 |
Ex d / Ex ia （可选） |
氢气环境适配 |
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输出接口 |
4-20 mA 、 RS-485/Modbus 、以太网 |
DCS/SIS 对接 |
4.2 选型要点速查
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应用场景 |
推荐形态 |
关键考量 |
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电解制氢 |
在线抽取 + 原位 |
ppb 级、 Ex d 、联锁 |
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储氢 / 加氢站 |
在线式 |
Ex d 、快速响应 |
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燃料电池 |
抽取式 |
ppb 级、高精度 |
五、应用效益
5.1 综合应用效益
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效益维度 |
具体表现 |
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安全效益 |
氢中氧防爆联锁、本质安全 |
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质量效益 |
产气纯度保障 |
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系统效益 |
加氢 / 燃料电池稳定运行 |
激光氧含量分析仪以 TDLAS 技术为核心，凭借 ppb 级痕量检测、防爆适配、快速联锁的显著优势，精准契合氢能行业产气纯度与本质安全的氧量测量需求，助力氢能产业安全发展。
