[发明专利]一种电解水产气流量测试系统、测试方法

说明书

本发明公开一种电解水产气流量测试系统，包括电解槽，所述电解槽的氢气/氧气管路上依次串联有氢气/氧气气液处理设备、氢气/氧气背压阀、氢气/氧气升温设备、氢气/氧气流量计；在氢气/氧气升温设备与氢气流量计之间还串联有湿度计、压力计；湿度计、压力计均与控制器通信连接；所述氧气升温设备、氢气升温设备分别对氧气、氢气加热，使水汽保持气态。本发明采取将尾排气体升温至过热状态的工艺方案取代传统的不处理、或者脱水装置干燥方案，避免了传统方案气体中的水汽冷凝形成液态水导致测量不准、甚至损坏后端仪表的情况，也避免了增加脱水装置导致系统过于复杂、及频繁更换吸附剂等问题。

技术领域

本发明涉及电解水制氢技术领域，尤其涉及一种电解水制氢氢气和氧气流量测试系统及测试方法。

背景技术

近年来光伏、风电等可再生能源蓬勃发展，电解水制氢作为电力系统的灵活性资源，一方面可实现可再生能源大规模消纳，另一方面可替代化石能源制氢，助力化工、钢铁等行业的深度脱碳和绿色转型，国内即将建设多个百MW级可再生能源电解水制氢示范工程，亟需对电解水制氢系统及核心设备电解槽的性能进行评价。

产氢量和产氧量是电解水制氢系统及核心设备电解槽计算能效的基础，因此需要精确测量，而电解水产生的氢气和氧气中除含有杂质气体，比如氢气中含有杂质氧气、氧气中含有杂质氢气，此外，氢气和氧气中还含有水汽，这部分水汽不仅影响氢气和氧气流量的测量精度，假如这部分水汽冷凝成液态水，还有可能损坏高精度流量计。因此，电解水气体测试装置中，在被测气体流量计前端，需设置脱水装置对水汽进行脱除，以保证氢气测量的准确性并确保流量计的安全，但脱水装置中的吸附剂(如分子筛等)的水吸附量有限，需要经常再生或者更换以维持吸水性能，操作复杂，成本高。

如图1所示，图1为常用电解水产气流量测试原理图，主要包括电解槽、氢气/氧气气液处理设备、氢气/氧气背压阀及氢气/氧气流量计，当需要测量氢气流量时设置氢气流量计，需要测量氧气流量时设置氧气流量计，如前所述，由于气体中含有水汽，该方法测得的气体流量为湿氢气或湿氧气流量，精度偏差较大，此外，当气体中的水汽冷凝时，液态水还有可能损坏气体流量计。

图2是另一种常用电解水产气流量测试原理图，相较于图1，增加了气体脱水装置，常见气体脱水装置如分子筛干燥塔等，如前所述，由于分子筛等吸附剂的水吸附量有限，脱水装置需要经常再生切换或者采取更换吸附剂等方式确保脱水装置持续运行，由此造成系统复杂，成本较高。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于解决现有技术中测试系统成本高、系统复杂、功能单一的问题。

本发明通过以下技术手段实现解决上述技术问题的：

一种电解水产气流量测试系统，包括电解槽，所述电解槽的氢气管路上依次串联有氢气气液处理设备、氢气背压阀、氢气升温设备、氢气流量计；氧气管路上依次串联有氧气气液处理设备、氧气背压阀、氧气升温设备、氧气流量计；在氢气升温设备与氢气流量计之间还串联有第一湿度计、第一压力计；在氧气升温设备与氧气流量计之间还串联有第二湿度计、第二压力计；所述第一湿度计、第一压力计、第二湿度计、第二压力计均与控制器通信连接；

所述氧气升温设备、氢气升温设备分别对氧气、氢气加热，使水汽保持气态；所述控制器获取第一湿度计、第一压力计、第二湿度计、第二压力计的数据，控制器根据湿度RH、压力P计算氧气/氢气中的水汽含量R，根据水汽含量R和流量Q_d计算出氢气/氧气的实际流量Q_r。

本发明采取将尾排气体升温至过热状态的工艺方案取代传统的不处理、或者脱水装置干燥方案，避免了传统方案气体中的水汽冷凝形成液态水导致测量不准、甚至损坏后端仪表的情况，也避免了增加脱水装置导致系统过于复杂、及频繁更换吸附剂等问题，本发明方案可实现电解水产气流量长时间、高可靠、高精度测量。

进一步的，所述水汽含量R的计算过程为：根据测得的压力P和湿度RH，计算出该温度下水汽饱和蒸气压P_w