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AIP会议录[作者：SolarPACES 2017：国际聚光太阳能与化学能源系统大会 - 智利圣地亚哥（2017年9月26-29日）] - 抛物线槽式集热器膨胀水箱用氢气传感器

DOI：10.1063/1.5067022 出版年份：2018 更新时间：2025-09-04 15:30:14
摘要： 美国国家可再生能源实验室与阿本戈能源北美公司正在研发并实施一项工艺，以解决抛物面槽式光热电站的氢气积聚问题。我们采用选择性去除电站膨胀罐内氢气的方法来控制循环传热流体中的氢气含量。作为该研究的一部分，我们正在开发一种测量膨胀罐顶部空间气体中氢分压的传感器。前期工作表明，该传感器设计能在1.33毫巴至0.003毫巴的宽分压范围内测量氢气浓度，精度达±20%——这些结果是在仅测量氢氮混合气体的有限条件下获得的。 本文报道了最新研究成果：我们在含氢、氮、联苯和二苯醚的混合气体中测量氢分压，其结果与纯氢氮混合气体基本一致，同样保持±20%的精度。该精度足以评估氢气减排工艺性能，因为当减排工艺运行时，膨胀罐内氢分压会下降超过一个数量级。完成测量后检查钯银膜，未发现405°C下接触联苯和二苯醚导致的膜劣化或污染迹象（测试膜厚25微米）。2018年开发的新型传感器采用127微米厚膜，该厚度可承受实际膨胀罐顶部气体通过时产生的150psi压降。初步测试显示，127微米厚的钯合金膜在400°C和150psi压降下无失效或泄漏迹象。 最后我们建立了考虑传感器测量时氢传输机制的瞬态模型，该模型包含氢气通过膜邻近边界层的扩散过程，以及氢气透过膜进入渗透体积的渗透过程。当假设边界层厚度为0.2厘米时（该数值处于该气体组分、温度和最小流量压力条件下的预期范围），模型结果与实验数据高度吻合。研究表明：测量氢分压时，氢气通过膜邻近边界层的扩散是决定瞬态压力响应速率的关键步骤。
作者： Greg C. Glatzmaier
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研究概述 实验方案 设备清单

研究目的

制定并实施一项流程，通过选择性去除膨胀罐中的氢气并控制循环传热流体中的氢气水平，来解决抛物线槽式发电厂中氢气积聚的问题。

研究成果

所开发的传感器即使在含有HTF组分的气体混合物中，也能以±20%的精度测量大范围氢分压。Pd/Ag膜在高温HTF蒸汽暴露后未出现劣化或污染迹象。测试了更厚的膜（127微米），发现其能承受膨胀罐传感器的工作条件。所建立的瞬态模型准确预测了传感器的动态响应，确定氢通过边界层的扩散为速率决定步骤。

研究不足

初步测试仅限于使用氢气和氮气的气体混合物。该传感器的精度为±20%，虽然足以评估氢气减排过程的性能，但对于所有应用来说可能不够精确。Pd/Ag膜在操作条件下的耐用性和长期可靠性需要进一步测试。

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