必看！带你了解氢能关键设备—氢气压缩机

氢能观察 · 2023-06-25 13:27:40

健全加氢站等氢能基础设施至关重要，这关乎能否尽早打通制氢端和应用端之间的桥梁。而氢气压缩机是加氢站的关键单体设备，关系着加氢站建设的核心技术。......

在上游制氢端项目纷纷落地实施、下游氢能应用端逐步拓展的市场环境下，氢能产业链中游储运端似乎还在“摸爬滚打”。

健全加氢站等氢能基础设施至关重要，这关乎能否尽早打通制氢端和应用端之间的桥梁，能否发挥纽带作用。

加氢站由卸氢系统、增压系统、储氢系统和加氢系统组成。卸气系统主要是由运输氢气的长管拖车和卸气柱组成，通过卸气柱将长管拖车上的氢气卸载。在整个加氢站中，最核心的设备是氢气压缩机、高压储氢罐、氢气加注机。其中，氢气压缩机作为实现氢气增压的设备，其性能和耐久性直接决定着加氢站的规模和后期维护成本。

氢气压缩机是加氢站的关键单体设备，关系着加氢站建设的核心技术。氢气压缩机目前占建设总成本的30%，是加氢站建设降低成本的关键。由于氢气具有密度低、能量密度小的特点，氢气压缩机必须要具备承压大、流量大、安全和密封性好的特质，尽可能的追求较少的能源损耗，目前国内加氢站较多采用的是活塞式和隔膜式压缩机。

氢气压缩机分类

根据工作原理及内部结构的不同，压缩机可分为机械式压缩机和非机械式压缩机两类。机械式压缩机又分为液驱式压缩机、隔膜式压缩机、线性压缩机和离子液体压缩机四类。非机械式压缩机分为低温液体泵、金属氢化物压缩机、电化学氢气压缩机和吸附型压缩机四类。

由于氢气具有密度低、体积能量密度小的特点，氢气压缩机必须要具备承压大、流量大、安全和密封性好的特质，在防止氢脆现象发生的同时，尽可能地追求较少的能源损耗。目前国内加氢站较多采用的是液驱式压缩机、隔膜式压缩机。离子液压缩机主要在国外应用得比较多，且一般用在具有较高储氢压力（一般为 90 MPa 左右）的加氢站中。

利用离子液本身的不可压缩性制成的离子液压缩机，几乎不会产生蒸气压，该特点要比一般氢气压缩机因为金属在等温条件下所产生的高压具有很大优势，能长期运行，减少维护成本，且节省能耗。离子液压缩机的构造简单，相比普通压缩机的零件大大减少，因此维护方便。对于离子液压缩机，目前国外有好多天然气加气站和部分加氢站在用，国内还处于产品研发阶段。

各类氢气压缩机结构特点

液驱式压缩机是由液压油作为驱动介质，通过驱动侧活塞带动气体加压活塞运动实现气体的吸入和推出，气体侧缸筒上安装了单向阀，当活塞回程时气体压力打开吸入侧单向阀，输出侧单向阀处于关闭状态，实现吸气。当活塞推程时，吸入侧单向阀关闭，输出侧单向阀打开实现气体输出。压缩机为双头，活塞一个往复循环可以实现 2 次加压，加压效率高。其优点是技术成熟、积累了大量的工业经验、压力范围大，同时系统结构简单，工作过程中气体和润滑油不接触，保证了氢气中混入“碳”，避免下游应用中膜电极与“碳”反应出现故障。但其受自身结构限制，仅适用于中小排量和高压的工况。该产品适用于非连续运营的试验性加氢站和移动式加氢站。

隔膜式压缩机的工作原理是由电动机驱动曲轴转动，曲轴推动连杆，由连杆推动活塞做往复运动，从而活塞利用液压油对隔膜进行驱动，隔膜沿周边由两限制板夹紧并组成气缸，隔膜由液压驱动在气缸内往复运动，从而实现对气体的压缩和输送。其与液驱式压缩机的不同点主要是活塞和气体之间加入了液油和隔膜，增加了密封性好，进一步降低了“碳”与气的接触，洁净度极高。而其缺点与活塞式类似，也仅用于中小排量和高压的工况。较先进的压缩机排气压力可达 100 MPa，流量为 200 Nm³/h~700Nm³/h，效率可达80%～85%。其中三层金属隔膜结构压缩机输出压力超过85 MPa，多级压缩最高排气压力可达 400 MPa。该产品适用于平均日加氢量较大且需要连续运营的加氢站。