从制氢、储氢到输氢、用氢,安全监测贯穿氢能产业链的每一个环节。随着加氢站、储氢场站和输氢管网等应用场景不断扩展,企业对泄漏检测设备的要求也从“能够报警”逐步转向更高精度、更快响应和更强环境适应性。中国石油大学(北京)克拉玛依校区“石破天氢”团队面向这一需求,研发基于表面等离激元(SPR)的光学气体传感系统,并围绕工业部署、联网监测和企业试点持续推进工程化验证。
在应用端,团队并未把传感器作为孤立设备来设计,而是将其放入完整的气体安全管理链路中。系统能够采集气体浓度以及温度、压力等相关参数,并将数据传送至中央监控平台;当监测值超过设定阈值时,可触发报警,并进一步与阀门、通风等设备形成联动。针对输氢管道和工业园区的连续监测需求,项目还考虑了与SCADA系统的兼容以及冗余通信路径,使单点检测逐步向网络化安全感知延伸。
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图1 自动化检测机制联网示意图
支撑这套应用能力的,是项目对核心传感结构的持续优化。团队构建MIM共振腔,以钯作为氢敏材料,利用吸氢形变引起的透射光谱峰位变化完成浓度检测,同时通过温度补偿和算法优化降低环境扰动影响。项目资料显示,系统理论检测精度可达0.01 ppm,响应时间为200毫秒,模型识别准确率达到98%,满量程误差控制在±0.3%以内。相比依赖电化学反应或高温工作的传统路线,光学检测方案还具有不产生电火花的特点,更适合涉氢、涉爆等高风险场景。
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图2 传感器产品样品与实物
产业化验证是团队当前推进的重点。项目资料显示,团队已通过克里特集团、拜瑞工业等企业的技术认证,并与龙游特智开展产学研合作。相关试点产品已连续稳定运行6个月以上,试点反馈显示事故发生率得到降低,并产生200余万元综合经济效益。2025年,项目团队还通过工业客户烟气回收系统搭建和局部气体环境监测等业务实现56.53万元营业收入,为后续由技术验证走向商业落地积累了实际经验。
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图3 团队在加氢站开展应用场景调研
按照项目规划,“石破天氢”未来将继续面向加氢站、石油化工、输氢管道、新能源汽车及科研实验等场景拓展产品形态,并通过企业渠道合作、安装调试和后续运维形成更加完整的服务链。对氢能产业而言,一套传感系统的价值并不只是一组参数,而在于能否长期、稳定地守住安全边界。团队希望以高精度光学传感为切入点,把科研成果转化为可部署、可维护、可联网的工业安全基础设施,为氢能规模化应用提供更加可靠的底层感知能力。
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