寻找可替代油、气的新能源载体，是当今各国能源发展的重要目标。氢能作为一种洁净、高效的二次能源且具有丰富的来源和可再生性、容易输送的特点，正被广泛的开发和研究。碱性电解槽制氢是相对成熟的制氢方法之一，它制得的氢气纯度高，是目前大规模生产氢气的重要手段，其可以大量采用风能、光伏发电来制氢，是重要的绿色氢能技术。
碱性电解槽主要由极框、阴极、阳极、隔膜、密封垫片及电解液组成，每一组阳极、阴极、隔膜及密封垫片组成一个电解小室，电解槽工作温度一般为75℃～95℃，工作压力一般为1bar～30bar，小室电压2V左右，电流密度在2000A/m2左右[1]。具体案例以制造厂家数据为准。
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碱性电解槽典型工况
温度：75-80℃；
介质：氧气、氢气、30%氢氧化钾；
操作压力：10~30bar；
典型尺寸：OD2000mm；
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密封面临挑战
密封垫片是电解槽密封的主要部件，由于需要密封的是易泄漏的氢气、氧气以及腐蚀性强的氢氧化钾液体，工况要求垫片除了很好的耐腐蚀性外，还需具有良好的压缩回弹性、紧密的密封性和长期抗蠕变性及尺寸稳定性。
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为什么是GYLON?
1967年，Garlock发明了改性聚四氟乙烯GYLON®，多年来深耕GYLON®的配方设计及持续改进的制造经验，使得GYLON®具有优秀的密封性能及最小化的冷流松弛性能，广泛引用于化工、生物领域、核电、造纸等苛刻工况，获得工业客户一致好评。
以下是GYLON®（左图）和一般改性PTFE（右图）的微观结构示意图对比。
GYLON®采用精选的硫酸钡颗粒和聚四氟乙烯树脂（简称PTFE），在专有的搅拌工艺和辊压工艺中，刚性的硫酸钡粒子在PTFE树脂分子链中得到微观级的均匀分散，在特殊的烧结工艺后得到各向同性的致密的高强度板材，在GYLON®板材的任意位置裁切垫片其物性都相同，其在使用过程中均能体现出优异的密封性和优秀的螺栓保持能力。
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超低泄漏、超低松弛的高性能GYLON®3510垫片材料
GYLON®3510是填充硫酸钡的改性PTFE垫片材料，对于强腐蚀的氢氧化钾和易泄漏小分子氢气及氧气都有很好的密封效果。
★ GYLON®3510
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泄漏数据（EN13555测试标准，压力40bar的面压和泄漏等级）
以GYLON® 3510（2mm）为例，考虑到目前中国市场中碱性电解槽压力一般为16～18公斤，最高目标为30公斤，我们查看内压为40bar的氦气的测试数据。
其达到密封等級L0.01（参考德国清洁空气法TA-LUFT的排放限量，1秒钟1米单位周长的垫片泄漏0.01mg）时最小面压是15MPa，垫片卸载状态下最低7MPa就能保持L0.01的密封等级。GYLON®3510垫片强度非常高，最大面压可高达160MPa。安装时密封面压最低20MPa就可达到L0.0001（1秒钟1米单位周长的垫片泄漏0.0001mg）超级低泄漏等级。
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应力松弛因子 PQR
碱性电解槽运营时需要每日开启，存在压力循环和温度循环。密封垫片长期使用的可靠性需要综合考虑密封性和应力松弛。PQR 松弛因子为稳定状态时（垫片充分蠕变后）的垫片表面应力与安装阶段初始应力的比例。这个松弛因子越接近1(=100%)代表垫片的蠕变越低性能越优异。测试时关键的参数包括垫片厚度、面压和温度。温度越高，垫片 PQR 更低，垫片更容易松弛。测试面压QSmax越高，垫片更能抗松弛，在操作温度下垫片保持刚性要求时能达到的最大载荷越大则垫片越能抗松弛。GYLON®3510松弛数据非常齐全，测试最高温度250℃，也有常温和150℃的数据。其在面压10MPa和30MPa及更高的面压下均有松弛因子数据供电解槽厂家根据使用工况参考。
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应力应变数据
垫片在安装面压下的应变数据方便碱性电解槽工程师计算累计变形总数据
在面压30MPa时，2mm的GYLON®3510垫片的压缩变形为0.1mm，如果温度是150℃，压缩变形量为0.33mm。安装时如果热紧对于垫片变形较常温安装有一定影响， 垫片材料的在不同温度的应力应变数据将对工程师了解整个电堆随着温度或者安装面压变化时的间隙变化非常有帮助。我们也可以配合客户做更有针对性的应力应变测试，我们也可以提供更多面压或更高温度下的应力应变数据方便电解槽工程师参考。
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超大尺寸整体垫片
Garlock开发了热焊接GYLON®的专利工艺，专利工艺中不添加任何其它物质，完全杜绝了燕尾槽式泄漏途径和隐患，使得GYLON® 垫片的尺寸在制造和使用中不受限，也避免了大尺寸拼接垫片在实际使用容易产生薄弱点易吹出的问题。特殊的热焊接工艺让大尺寸GYLON®垫片尺寸精确且保持了GYLON®本体材料的强度和优秀的密封性，每个焊接处有Garlock专利信息的防伪图章保证原厂工艺和质量的可追溯性。在化工市场已获得广泛使用和好评，可以用于大尺寸碱性电解槽中。
★ 专利的焊接GYLON®工艺
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更低泄漏更低面压的新一代GYLON EPIX®
2018年Garlock向全球客户发布了GYLON EPIX® 新一代材料。采用与传统GYLON®完全一致的配方，具有双面突起的正六边形结构，是一款具备高度优化结构和密封性能的材料。GYLON EPIX®3510的压缩率高达43%（ASTM F36, 34.5MPa），对于法兰不平度和划痕有着优异的补偿，泄漏率更加优秀，30MPa的面压下就能达到泄漏率低于0.0001mg/(s.m)的紧密密封，密封40公斤氦气下达到0.01mg/(s.m)泄漏率的面压仅需5MPa，其松弛因子 PQR 优秀，100℃运行时20MPa安装面压下螺栓保持因子高达0.72。总之GYLON EPIX®让碱性电解槽的密封更简单容易。
★ GYLON EPIX®3510想了解更多详情，请访问：www.garlock.com.cn
客服热线：400 894 1288
邮箱：sales.china@garlock.com
参考文献：
[1]GB/T 37562-2019压力型水电解制氢系统技术条件
[3]卓越密封│高补偿的GYLON EPIX®低泄漏垫片材料
[4]案例分享：GYLON EPIX® 3500-氯气加工装置
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原文始发于微信公众号（Garlock领先密封技术）：碱性电解槽的密封挑战和超低泄漏的密封方案
艾邦氢能产业链通讯录，目前有2200人加入，如亿华通、清极能源、氢蓝时代、雄韬、氢牛、氢璞、爱德曼、氢晨、喜马拉雅、明天氢能、康明斯、新源动力、巴拉德、现代汽车、神力科技、中船712等等，可以按照标签筛选，请点击下方关键词试试
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