Antecedentes de la industria
Impulsada por la implementación de la estrategia de doble carbono, la industria china del hidrógeno verde está entrando en una fase acelerada de desarrollo a gran escala. En 2025, la licitación pública para equipos nacionales de producción de hidrógeno mediante electrólisis del agua alcanzó los 2398,8 MW, un aumento interanual del 69,4%, marcando un récord histórico. El "XV Plan Quinquenal", publicado en marzo de 2026, aboga explícitamente por el "desarrollo vigoroso de la energía del hidrógeno verde" y posiciona al hidrógeno como un nuevo motor de crecimiento para el futuro. Bajo la guía de las políticas gubernamentales, la aplicación a gran escala de la energía del hidrógeno en diversos campos, como el transporte y la industria, continúa expandiéndose. Simultáneamente, gracias a los rápidos avances en la tecnología de electrolizadores y la continua disminución de los costos de las energías renovables, se espera que la participación del hidrógeno verde en la producción total de hidrógeno supere el 30% para 2030, con un mercado que superará los 20 mil millones de yuanes. Impulsada por las políticas y las fuerzas del mercado, la industria de la energía del hidrógeno está entrando en una nueva etapa de desarrollo acelerado.
Durante el proceso de producción de hidrógeno por electrólisis del agua, el control preciso de la presión es clave para garantizar el funcionamiento seguro del sistema. El hidrógeno y el oxígeno se generan simultáneamente dentro del electrolizador. Mantener una presión razonable y estable no solo previene el riesgo de explosión por reflujo debido a las diferencias de presión entre la mezcla de hidrógeno y oxígeno, sino que también garantiza el funcionamiento eficiente de los equipos de separación de gases y un sellado fiable del sistema. La monitorización de la presión en tiempo real y la regulación dinámica son fundamentales para garantizar la seguridad en las operaciones de producción de hidrógeno.
Control de la instrumentación para la producción de hidrógeno por electrólisis del agua
Diagrama esquemático del proceso del sistema de producción de hidrógeno por electrólisis del agua
El electrolizador es el equipo central del sistema de producción de hidrógeno por electrólisis del agua. Utiliza una solución de KOH o NaOH como electrolito y, mediante corriente continua, electroliza el agua para generar hidrógeno y oxígeno. Los gases (H₂, O₂) producidos por la electrólisis contienen líquido alcalino atomizado. Estos gases pasan primero por un separador gas-líquido para eliminar el líquido alcalino. Los gases que salen del separador gas-líquido aún contienen una pequeña cantidad de líquido alcalino atomizado y vapor de agua. Un depurador de gases elimina el líquido residual. El hidrógeno y el oxígeno separados se enfrían, se les eliminan las gotas y, posteriormente, el sistema de control los envía. La presión dentro del separador afecta la eficiencia de la electrólisis. Una presión elevada adecuada reduce el contenido de gas en el electrolito, mejorando su conductividad eléctrica y la eficiencia de la electrólisis. Sin embargo, una presión excesiva aumenta la solubilidad del hidrógeno y el oxígeno en el electrolito, reduciendo la producción.
Los puntos de muestreo de presión del depurador de hidrógeno y del depurador de oxígeno se utilizan para medir la presión diferencial, que refleja la diferencia de presión entre los lados de hidrógeno y oxígeno del electrolizador. Si la diferencia de presión entre los lados de hidrógeno y oxígeno del electrolizador es demasiado grande, puede provocar que el hidrógeno y el oxígeno se mezclen, formando una mezcla gaseosa que presenta un riesgo significativo de explosión. El controlador del sistema regula la válvula de salida en función de la presión diferencial para mantenerla dentro de un rango seguro.
Para la medición del nivel de líquido del separador gas-líquido: Cuando el separador gas-líquido se instala a mayor altura que el electrolizador, el nivel de líquido del separador refleja el nivel de líquido del electrolizador. El hidrógeno y el oxígeno generados durante la electrólisis provocan un descenso gradual del nivel de líquido en el separador gas-líquido. Si el nivel de líquido es demasiado bajo, puede entrar gas en la tubería de salida de líquido. Es fundamental mantener el nivel de líquido del separador gas-líquido dentro de un rango seguro.
En el circuito de circulación del electrolito, se suele utilizar un caudalímetro electromagnético para medir el flujo del electrolito. Dado que el electrolito (por ejemplo, solución de KOH o NaOH) tiene buena conductividad eléctrica, el caudalímetro electromagnético proporciona una medición estable y fiable. El sistema de control ajusta la bomba de circulación en función de la señal de flujo, manteniendo el flujo de electrolito dentro de un rango razonable, lo que garantiza el control de la temperatura del electrolizador y la eficiencia de la reacción.
Soluciones de aplicación para transmisores de presión inteligentes
Medición del nivel de líquido en separadores y depuradores
Medición de la presión en separadores
En los separadores de hidrógeno/oxígeno, el medio medido es hidrógeno u oxígeno, acompañado de condiciones complejas como vapor de agua, niebla alcalina y condensado. Para garantizar un funcionamiento estable a largo plazo, se recomienda utilizar un diafragma de Hastelloy C en las partes en contacto con el fluido del transmisor de presión inteligente, lo que mejora la resistencia a la corrosión y la capacidad anticristalización.La clasificación general de protección contra explosiones del transmisor debe cumplir con la norma Ex d IIC T4 y contar con la certificación de seguridad funcional SIL2. Gracias a su diseño redundante y mecanismos a prueba de fallos, se garantiza un funcionamiento seguro y fiable incluso en condiciones anómalas.
Medición del nivel de líquido en separadores
Para la medición del nivel de líquido en separadores de hidrógeno y oxígeno, se suele utilizar un transmisor de presión diferencial capilar remoto. El medio medido es una mezcla de líquido alcalino y gas (hidrógeno/oxígeno), donde el lado de alta presión está en contacto con el líquido alcalino y el de baja presión con la fase gaseosa (que contiene vapor de agua y niebla alcalina). Para adaptarse a estas condiciones altamente corrosivas y de fácil cristalización, se recomienda utilizar diafragmas de Hastelloy C tanto en el lado de alta como en el de baja presión, lo que garantiza una excelente resistencia a la corrosión alcalina y una estabilidad de medición a largo plazo. La clasificación general de protección contra explosiones del transmisor de nivel de presión diferencial también debe cumplir con la norma Ex d IIC T4 para cumplir con las normas de seguridad para atmósferas de gas explosivas. Además, se recomienda instalar puntos de monitorización en línea de la concentración de hidrógeno en el sistema para mejorar aún más la seguridad operativa.
Medición de presión y nivel de líquido en depuradores
La medición de presión y nivel de líquido en depuradores también utiliza una estructura de brida con diafragma. El medio interno no es simplemente agua, sino un complejo sistema multifásico compuesto por agua o líquido alcalino diluido (posiblemente con KOH), hidrógeno/oxígeno, niebla alcalina y condensado. Esta condición se caracteriza por una fuerte corrosividad, alta humedad y tendencia a la cristalización. Por lo tanto, se recomienda utilizar Hastelloy C como material para el diafragma, con el fin de mejorar la resistencia a la corrosión y las propiedades antiadherentes, garantizando así la estabilidad y fiabilidad del instrumento a largo plazo.
Medición de presión de salida y almacenamiento de gas
Durante la etapa de salida del sistema de control, el hidrógeno y el oxígeno ingresan a las tuberías de almacenamiento o transmisión. La medición de presión en esta etapa es crucial para la seguridad del sistema y la calidad del gas. El transmisor de presión del lado del hidrógeno utiliza un diafragma de acero inoxidable 316L y adopta un diseño intrínsecamente seguro. Partiendo de la seguridad intrínseca del circuito, esto reduce eficazmente el riesgo de fuentes de ignición, controlando el riesgo de explosión en la etapa de diseño para garantizar un funcionamiento seguro y fiable del sistema. El transmisor de presión del lado del oxígeno también utiliza un diafragma de acero inoxidable 316L. El fluido de llenado es un medio inerte, y el diafragma se somete a un estricto tratamiento de desengrase y eliminación de aceite para evitar riesgos de combustión o explosión en un entorno enriquecido con oxígeno, garantizando además que la pureza del oxígeno cumpla con los requisitos del proceso. Mediante una selección precisa y un diseño de seguridad, se logra un funcionamiento estable y seguro del sistema de producción de hidrógeno por agua electrolítica durante la etapa de salida de gas.
Productos recomendados
Transmisor de presión inteligente MDM7000
Alta precisión: La tecnología permite mediciones sin límites. Incorpora un sensor compuesto de monosilicio de segunda generación, que alcanza una precisión básica de ±0,075 % y ±0,05 % para obtener datos precisos y fiables.
Alta estabilidad: Rendimiento constante y excelente. Ofrece una relación de modulación de 100:1, una estabilidad a largo plazo de ±0,1 % SPAN cada 10 años y una alta capacidad de presión estática de hasta 42 MPa. Combinado con un sistema de diafragma integrado, garantiza un funcionamiento estable a largo plazo y reduce los costes de mantenimiento.
Alta fiabilidad: Diseño ingenioso, seguridad garantizada. Utiliza una arquitectura de producto modular y un diseño de doble cámara. Para procesos de corrosión y cristalización, se selecciona un diafragma de Hastelloy C para eliminar por completo los riesgos de corrosión y cristalización.
Alto nivel de protección: Múltiples certificaciones, seguridad sólida como una roca. Obtuvo la certificación de seguridad funcional TÜV SIL2 y cumple con las normas NEPSI, ATEX, IECEx y otras normas internacionales a prueba de explosiones. La tecnología de sellado por soldadura láser elimina las vías de fuga, con un grado de protección IP67, lo que garantiza un funcionamiento estable incluso en entornos extremos.
Caudalímetro electromagnético MFE600-E
Datos estables y fiables: Adecuado para mediciones continuas por lotes.
Fácil instalación y mantenimiento: Sin piezas frágiles, bajo coste de mantenimiento.
Garantía de suministro nacional: Plazos de entrega controlables, suministro estable a largo plazo.
Solución consolidada: Ampliamente adaptada para escenarios de aplicación en la producción de hidrógeno mediante electrólisis del agua.
