必看！帶你了解氫能關(guān)鍵設(shè)備—氫氣壓縮機(jī)

氫能觀察 · 2023-06-25 13:27:40

健全加氫站等氫能基礎(chǔ)設(shè)施至關(guān)重要，這關(guān)乎能否盡早打通制氫端和應(yīng)用端之間的橋梁。而氫氣壓縮機(jī)是加氫站的關(guān)鍵單體設(shè)備，關(guān)系著加氫站建設(shè)的核心技術(shù)。......

在上游制氫端項(xiàng)目紛紛落地實(shí)施、下游氫能應(yīng)用端逐步拓展的市場環(huán)境下，氫能產(chǎn)業(yè)鏈中游儲(chǔ)運(yùn)端似乎還在“摸爬滾打”。

健全加氫站等氫能基礎(chǔ)設(shè)施至關(guān)重要，這關(guān)乎能否盡早打通制氫端和應(yīng)用端之間的橋梁，能否發(fā)揮紐帶作用。

加氫站由卸氫系統(tǒng)、增壓系統(tǒng)、儲(chǔ)氫系統(tǒng)和加氫系統(tǒng)組成。卸氣系統(tǒng)主要是由運(yùn)輸氫氣的長管拖車和卸氣柱組成，通過卸氣柱將長管拖車上的氫氣卸載。在整個(gè)加氫站中，最核心的設(shè)備是氫氣壓縮機(jī)、高壓儲(chǔ)氫罐、氫氣加注機(jī)。其中，氫氣壓縮機(jī)作為實(shí)現(xiàn)氫氣增壓的設(shè)備，其性能和耐久性直接決定著加氫站的規(guī)模和后期維護(hù)成本。

氫氣壓縮機(jī)是加氫站的關(guān)鍵單體設(shè)備，關(guān)系著加氫站建設(shè)的核心技術(shù)。氫氣壓縮機(jī)目前占建設(shè)總成本的30%，是加氫站建設(shè)降低成本的關(guān)鍵。由于氫氣具有密度低、能量密度小的特點(diǎn)，氫氣壓縮機(jī)必須要具備承壓大、流量大、安全和密封性好的特質(zhì)，盡可能的追求較少的能源損耗，目前國內(nèi)加氫站較多采用的是活塞式和隔膜式壓縮機(jī)。

氫氣壓縮機(jī)分類

根據(jù)工作原理及內(nèi)部結(jié)構(gòu)的不同，壓縮機(jī)可分為機(jī)械式壓縮機(jī)和非機(jī)械式壓縮機(jī)兩類。機(jī)械式壓縮機(jī)又分為液驅(qū)式壓縮機(jī)、隔膜式壓縮機(jī)、線性壓縮機(jī)和離子液體壓縮機(jī)四類。非機(jī)械式壓縮機(jī)分為低溫液體泵、金屬氫化物壓縮機(jī)、電化學(xué)氫氣壓縮機(jī)和吸附型壓縮機(jī)四類。

由于氫氣具有密度低、體積能量密度小的特點(diǎn)，氫氣壓縮機(jī)必須要具備承壓大、流量大、安全和密封性好的特質(zhì)，在防止氫脆現(xiàn)象發(fā)生的同時(shí)，盡可能地追求較少的能源損耗。目前國內(nèi)加氫站較多采用的是液驅(qū)式壓縮機(jī)、隔膜式壓縮機(jī)。離子液壓縮機(jī)主要在國外應(yīng)用得比較多，且一般用在具有較高儲(chǔ)氫壓力（一般為 90 MPa 左右）的加氫站中。

利用離子液本身的不可壓縮性制成的離子液壓縮機(jī)，幾乎不會(huì)產(chǎn)生蒸氣壓，該特點(diǎn)要比一般氫氣壓縮機(jī)因?yàn)榻饘僭诘葴貤l件下所產(chǎn)生的高壓具有很大優(yōu)勢，能長期運(yùn)行，減少維護(hù)成本，且節(jié)省能耗。離子液壓縮機(jī)的構(gòu)造簡單，相比普通壓縮機(jī)的零件大大減少，因此維護(hù)方便。對于離子液壓縮機(jī)，目前國外有好多天然氣加氣站和部分加氫站在用，國內(nèi)還處于產(chǎn)品研發(fā)階段。

各類氫氣壓縮機(jī)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

液驅(qū)式壓縮機(jī)是由液壓油作為驅(qū)動(dòng)介質(zhì)，通過驅(qū)動(dòng)側(cè)活塞帶動(dòng)氣體加壓活塞運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)氣體的吸入和推出，氣體側(cè)缸筒上安裝了單向閥，當(dāng)活塞回程時(shí)氣體壓力打開吸入側(cè)單向閥，輸出側(cè)單向閥處于關(guān)閉狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)吸氣。當(dāng)活塞推程時(shí)，吸入側(cè)單向閥關(guān)閉，輸出側(cè)單向閥打開實(shí)現(xiàn)氣體輸出。壓縮機(jī)為雙頭，活塞一個(gè)往復(fù)循環(huán)可以實(shí)現(xiàn) 2 次加壓，加壓效率高。其優(yōu)點(diǎn)是技術(shù)成熟、積累了大量的工業(yè)經(jīng)驗(yàn)、壓力范圍大，同時(shí)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，工作過程中氣體和潤滑油不接觸，保證了氫氣中混入“碳”，避免下游應(yīng)用中膜電極與“碳”反應(yīng)出現(xiàn)故障。但其受自身結(jié)構(gòu)限制，僅適用于中小排量和高壓的工況。該產(chǎn)品適用于非連續(xù)運(yùn)營的試驗(yàn)性加氫站和移動(dòng)式加氫站。

隔膜式壓縮機(jī)的工作原理是由電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)曲軸轉(zhuǎn)動(dòng)，曲軸推動(dòng)連桿，由連桿推動(dòng)活塞做往復(fù)運(yùn)動(dòng)，從而活塞利用液壓油對隔膜進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，隔膜沿周邊由兩限制板夾緊并組成氣缸，隔膜由液壓驅(qū)動(dòng)在氣缸內(nèi)往復(fù)運(yùn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)對氣體的壓縮和輸送。其與液驅(qū)式壓縮機(jī)的不同點(diǎn)主要是活塞和氣體之間加入了液油和隔膜，增加了密封性好，進(jìn)一步降低了“碳”與氣的接觸，潔凈度極高。而其缺點(diǎn)與活塞式類似，也僅用于中小排量和高壓的工況。較先進(jìn)的壓縮機(jī)排氣壓力可達(dá) 100 MPa，流量為 200 Nm3/h~700Nm3/h，效率可達(dá)80%～85%。其中三層金屬隔膜結(jié)構(gòu)壓縮機(jī)輸出壓力超過85 MPa，多級(jí)壓縮最高排氣壓力可達(dá) 400 MPa。該產(chǎn)品適用于平均日加氫量較大且需要連續(xù)運(yùn)營的加氫站。

各類氫氣壓縮機(jī)特點(diǎn)對比

從價(jià)格和后期維護(hù)來看，隔膜式壓縮機(jī)單機(jī)費(fèi)用較高較高，且遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于國產(chǎn)設(shè)備。隨著未來國產(chǎn)化率的提高會(huì)降低，液驅(qū)式壓縮機(jī)單機(jī)設(shè)備價(jià)格較低，但能耗高，備品備件更換和維護(hù)維修費(fèi)用高。