JTEC Energy 通过维萨拉湿度测量提升余热发电技术的可靠性

在 JTEC 准备将其基于氢气的余热发电技术部署到现场时，维萨拉传感器提供所需的湿度和露点测量，以保护关键部件、简化控制并建立客户信任。

JTEC Energy开发了一项创新技术，能够以比许多其他余热回收技术更高的效率和更低的温度将余热转化为电能。该系统使用氢气作为工作流体，结合热驱动压缩技术和能够将氢气气压转换为电势的电化学堆栈。

严格控制湿度对于这一过程至关重要。电化学堆栈需要加湿氢气以保持膜的良好功能，而用于余热转换子系统的金属氢化反应堆则必须避免暴露于过多湿度。为实现这种平衡，JTEC开发了一套闭环气体管理系统，能够移除并回收系统中引入的超过99.99%的湿度。

为了确保该系统可靠运行，JTEC 需要在从电化学堆的高湿度环境到氢气安全返回反应堆前所需的极低露点水平等多种条件下，进行精确的湿度测量。工业级传感器能够在氢气环境中工作，适应动态气压和流量条件，与控制系统集成，并符合危险区域相关要求，从而完成这些关键测量。

在严苛氢气环境中保护关键系统

JTEC的余热发电转换系统包括对湿度要求不同的两个子系统：电化学堆栈需要湿度以高效运行，而金属氢化反应堆必须防止过高湿度。

在 JTEC 的系统中，余热会被送至余热转换子系统中的其中一座金属氢化反应堆。金属氢化物就像海绵一样吸收氢气。冷却后，它们会吸收氢气。加热时，它们释放与温度相关气压的氢气。JTEC 系统利用这种能力，作为将余热转化为电力过程的一部分来产生氢气气压。

来自金属氢化反应堆的高压氢气随后被送入堆模块，在 JTEC 创新的电化学堆中通过膨胀产生电力。膨胀后，低压氢气离开堆模块，并可被吸收回余热转换模块内的独立金属氢化反应堆，随后可加热、加压并再次使用于发电。通过这一过程，JTEC 开发了一项余热发电技术，在完全闭环中循环使用一次充注的氢气：系统不消耗氢气，余热是 JTEC 唯一需要的“燃料”。

在通过电堆时，氢气会被加湿，以保持电堆中的膜处于理想性能状态。然而，过多的水分会促使氧化层形成，从而损害金属氢化物，限制氢气的吸收并降低反应堆性能。因此，JTEC必须保持足够的湿度以支持电堆的性能，然后在氢气流到达反应堆之前将其干燥。

“从根本上说，湿度测量对 JTEC 非常重要，因为我们的两个子系统分别运行得非常好，但要让它们协同工作，我们必须确保能够严格控制湿度在它们之间传递，”JTEC Energy工程副总裁朱利安·贝尔表示。

在统一采用维萨拉产品之前，JTEC 在实验室和研发工作中使用了传统的相对湿度和露点传感器。这些传感器在应用中并不总是足够可靠，尤其是在遇到冷凝或饱和情况时。

在研发应用中，饱和的湿度探头可能迫使工程师停止实验，干燥设备，清理系统，然后重新开始。有一次，一名工程师花了三天时间才完成一个六小时的实验，因为传感器在测试过程中饱和，系统不得不重置。

在生产系统中，湿度测量不准确或不可靠带来的风险更大，其中余热转换子系统可能占系统总成本的三分之一以上，并且在系统运行期间持续工作。过度暴露于湿度会降低反应器系统的性能，并需要进行离线维护以恢复性能，这会给电力生产基础设施带来不可承受的停机时间。 

贝尔表示：“说实话，在我们投向维萨拉之前，一直没找到合适的传感器。”

统一采用维萨拉湿度和露点测量

JTEC 于 2023 年在内部研发项目中首次试点了维萨拉露点传感器。随着公司推进首套生产系统和现场试点，维萨拉因其低露点性能、校准稳定性、可用性、集成灵活性和技术支持，成为公司的首选。

在JTEC的生产系统架构中，维萨拉传感器支持三个关键的湿度测量区域。

首个测量点是在除湿系统初始阶段后进行的高湿度测量。此时，氢气已离开电化学堆栈，已经移除了大部分湿度。JTEC使用维萨拉 HMP7相对湿度和温度探头来确认系统性能，并防止管线内冷凝。

第二个测量点是在湿度管理后期阶段进行低露点测量。此时，氢气必须干燥至符合规范，然后再返回金属氢化反应堆。JTEC 在此位置使用维萨拉 DMP370 防爆型传感器。除了 DMP370 的稳定性和准确度之外，与维萨拉合作，探索向适用于危险环境运行的传感器转型，帮助 JTEC 为未来客户在严苛使用环境中的需求做好准备。

第三个测量点位于JTEC的维护歧管，该歧管在系统启动、关闭和维护操作期间调节系统各部分的气体气压。维萨拉 DMT143露点变送器用于确认系统湿区的湿度不会被带入为关键部件供氢气的干区。

实施很容易。传感器作为整个系统的一部分进行安装，并集成到JTEC的控制系统中。对于气压、温度和流量在一个周期内会显著变化的动态批处理流程，测量性能、数据可访问性和技术支持尤为重要。

“维萨拉的自动校准是一个关键特性，能够提升我们对测量结果的信心，这带来了巨大的收益。”贝尔表示。“与此同时，在维萨拉工程师的支持下，我们能够将气压补偿程序集成到露点测量中，这一专业能力得到了充分体现。”

维萨拉的支持不仅限于产品选择。公司为客户提供与维萨拉博士级科学家交流和咨询的机会。他们的持续指导帮助团队评估不同气压和低露点条件下氢气的湿度测量。

这尤为重要，因为在与大气条件有显著差异的气压下，科学界和业界尚未充分理解氢气的湿度测量。维萨拉的技术专长帮助 JTEC 在这些条件下就气压补偿和测量可靠性做出明智决策。

“维萨拉帮助我们了解哪些是已知的，哪些可以明确说明，以及在哪些地方信心不足。”贝尔说道，“正是因为维萨拉拥有这样的专家，并且愿意让客户能够接触到这些专家，我们才能做出明智的测量决策。”

现场部署的测量信心

随着 JTEC 准备首套生产系统在现场试点中部署，维萨拉的测量技术让公司有信心能够密切监测湿度，以保护关键反应堆组件。例如，JTEC 必须严格控制氢气气体返回反应堆时的湿度，使测量的准确度、重复性和稳定性成为现场准备的核心。

“只有在我的湿度测量中拥有充足的信心，我才会放心在现场试点项目中运行如此规模的反应堆系统，而维萨拉正是提供了这种信心。”贝尔说道，“如果你不能百分之百确定投入到反应堆中的湿度含量，那么对反应堆系统的投资就太大了，无法合理运行它。”

维萨拉传感器帮助JTEC：

• 确认气体管理系统的湿度去除性能。
• 避免金属氢化反应堆暴露于有害湿度。
• 可靠且准确地测量低露点。
• 通过稳定可靠的测量简化控制
• 采用防爆认证测量，支持未来的危险区域安装。
• 在研发和生产环境中采用相同的传感器技术。

维萨拉 DMT143变送器现已成为 JTEC 研发中的标准露点传感器，DMT143、HMP7 和 DMP370 是公司生产系统架构中的标准组件。

对于低露点测量，维萨拉 DMP370 通过提供稳定的读数，无需像某些其他测量架构那样频繁处理校准中断，从而带来了控制优势。 

“当我们决定何时从一个除湿柱切换到另一个时，知道我们始终能够直接监测排出气体的湿度，这让我们的工作变得更加轻松了。”贝尔说。

与维萨拉的技术合作关系也影响了 JTEC 评估传感器供应商的方式。贝尔表示，湿度测量是JTEC在与客户、分销商和技术合作伙伴讨论系统时，少数会明确指出传感器供应商的领域之一。

“维萨拉提供了我们整个系统中三大最重要的传感器之一，其中湿度传感器是对我们系统寿命来说最重要的传感器。”贝尔说道，“这是我们非常满意的地方，我们也不再考虑寻找新的传感器。”

开启余热发电新阶段

随着 JTEC 从实验室走向现场，湿度测量将成为验证其闭环气体管理方法性能的关键。维萨拉传感器能够实时量化进入湿度管理过程的高湿度水平和出口处的低露点水平，从而提供验证系统性能所需的实时可见性。

这种可见性有助于JTEC保护反应器运行状态，简化控制，并增强对系统支持现场运行的信心。展望未来，JTEC预计将在其生产系统规模扩大及更多监测需求出现时，继续使用维萨拉传感器。

通过统一采用维萨拉传感器，JTEC 建立了支持现场部署、系统可靠性和未来增长的湿度测量基础。在湿度能够决定反应堆健康、控制可靠性和客户信心的应用中，准确测量是实现新型余热发电技术现场部署的核心推动力。