一种双压缩系统运行的氢站及其运行方法与流程

一种双压缩系统运行的氢站及其运行方法
1.技术领域
2.本发明涉及加氢站技术领域，尤其涉及一种双压缩系统运行的氢站及其运行方法。


背景技术：

3.目前运营的加氢站大部分采用外购氢，高压管束车运氢模式，平均运输半径以200公里计，使用前压力18mpa左右，使用后压力6mpa左右，剩余30%左右的气量无法使用即被拉回，使用效率低，增加能耗等各项成本。且一般氢站运行模式，加氢车辆从起始压力3mpa左右，加注至35mpa，压力跨度较大，单一压缩机运行增压，随着压差不断变大，工况不断发生变化，压缩机负荷同样不断变化，表现为初期高速运转，后期满负荷较低速运转，长期运行，影响关键设备及部件寿命，不稳定因素增加。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于，针对现有技术的上述不足，提出一种缩小压缩机的工作的压力跨度，缩小了增压压差的双压缩系统运行的氢站及其运行方法。
5.本发明的一种双压缩系统运行的氢站，包括第一压缩机、第二压缩机、第一储罐、第二储罐和第三储罐，所述第三储罐的最小设定压力值不小于所述第二储罐的最大设定压力，所述第二储罐的最小设定压力值不小于第一储罐的最大设定压力；管束车通过第一管路与所述第一压缩机的进气端相连通，所述第一管路上设有第一阀门和第一压力传感器；所述第一储罐通过第二管路与所述第一压缩机的进气端相连通，所述第二管路上设有第二阀门；所述第一储罐通过第三管路与所述第一压缩机的出气端相连通，所述第三管路上设有第三阀门；第二储罐通过第四管路与所述第一压缩机的出气端相连通，所述第四管路上设有第四阀门；所述第二储罐通过第五管路与所述第二压缩机的进气端相连通，所述第五管路设有第五阀门；所述第二储罐通过第六管路与待加氢设备相连通，所述第六管路上设有第六阀门；所述第三储罐通过第七管路与所述第二压缩机的进气端相连通，所述第七管路上设有第七阀门；所述第三储罐通过第八管路与所述第二压缩机的出气端相连通，所述第八管路上设有第八阀门；
所述第三储罐通过第九管路与所述待加氢设备相连通，所述第九管路上设有第九阀门；所述待加氢设备通过第十管路与所述第二压缩机的出气端相连通，所述第十管路上设有第十阀门；所述第一储罐上设有第二压力传感器，所述第二储罐上设有第三压力传感器，所述第三储罐上设有第四压力传感器；所述第六管路、第九管路和第十管路的出气端均并联在充气管的进气端，所述充气管的出气端与所述待加氢设备可拆卸的相连通，所述充气管上设有第五压力传感器。
6.进一步的，氢站还包括控制器，所述第一阀门、第二阀门、第三阀门、第四阀门、第五阀门、第六阀门、第七阀门、第八阀门、第九阀门和第十阀门均为电磁阀，所述控制器与所述第一阀门、第二阀门、第三阀门、第四阀门、第五阀门、第六阀门、第七阀门、第八阀门、第九阀门、第十阀门、第一压力传感器、第二压力传感器、第三压力传感器、第四压力传感器、第五压力传感器、第一压缩机和第二压缩机电连接。
7.进一步的，所述管束车运氢卸氢前的压力为17
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19 mpa，所述第一储罐设定压力范围1
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8mpa，所述第二储罐设定压力范围8
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20mpa，所述第三储罐设定压力范围20
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45mpa。
8.一种如上述的双压缩系统运行的氢站的运行方法，第一压力传感器、第二压力传感器、第三压力传感器、第四压力传感器和第五压力传感器检测到压力分别记作p0，p1，p2、p3和p4；第一储罐、第二储罐和第三储罐的储气流程如下：先打开第一阀门和第四阀门，运行第一压缩机，将管束车内的氢气转移增压至第二储罐，然后打开第八阀门和第五阀门，运行第二压缩机，将第二储罐内的氢气转移增压至第三储罐，当p3到达第三储罐的最大预设压力值时，停止运行第二压缩机，关闭第八阀门和第五阀门；当p2达到第二储罐的最大设定压力值，p0不小于第二储罐的最小设定压力值时，停止运行第一压缩机，关闭第一阀门和第四阀门；当p2达到第二储罐的最大设定压力值，p0小于第二储罐的最小设定压力值时，关闭第四阀门，打开第三阀门，第一压缩机继续运行，将管束车内的氢气转移增压至第一储罐，当p1到达第一罐体的最大预设压力值时，停止运行第一压缩机。
9.进一步的，待加氢设备加氢流程如下：待加氢设备需求压力记作p，第五压力传感器检测的压力p4为待加氢设备内部气压；（1）当p＜p2在待加氢设备的初始压力小于 p2时，且差值＞2mpa时，打开第五阀门和第六阀门，由第二储罐向待加氢设备加氢，监测到p2与 p4差值≤2mpa时，关闭第五阀门和第六阀门，同时打开第九阀门，由第三储罐向待加氢设备加注；p4到达待加氢设备的需求压力p时，第九阀门关闭，加氢结束；（2）当p3≥p≥p2，且p3与p的差值≥2mpa（2.1）待加氢设备的初始压力小于 p2时，且差值＞2mpa时，操作流程与（1）相同；（2.2）待加氢设备的初始压力大于 p2时，打开第九阀门，由第三储罐向待加氢设备加注；p4到达待加氢设备的需求压力p时，第九阀门关闭，加氢结束；
（3）当p3≥p≥p2，且p3与p的差值小于2mpa（3.1）待加氢设备的初始压力小于 p2时，且差值＞2mpa时，打开第五阀门和第六阀门，由第二储罐向待加氢设备加氢，监测到p2与 p4差值≤2mpa时，关闭第五阀门和第六阀门，同时打开第九阀门，由第三储罐向待加氢设备加注，在监测到p3与p4的差值≤2mpa时，关闭第九阀门，打开第七阀门、第二压缩机和第十阀门，由第三储罐通过第二压缩机向待加氢设备加注，第五压力传感器监测到达需求压力p时，关闭第七阀门和第十阀门，加氢结束；（3.2）待加氢设备的初始压力大于p2时，打开第九阀门，由第三储罐向待加氢设备加注，p4到达待加氢设备的需求压力p时，第九阀门关闭，加氢结束；在监测到p3与p4的差值≤2mpa时，关闭第九阀门，打开第七阀门、第二压缩机和第十阀门，由第三储罐通过第二压缩机向待加氢设备加注，第五压力传感器监测到达需求压力p时，关闭第七阀门和第十阀门，加氢结束；在上述两种情况中，在加氢结束的同时，打开第八阀门和第五阀门，第二压缩机继续工作，将所述第二储罐的氢气增压充装至第三储罐，当第三储罐达到最大预设压力值或第二储罐达到最小预设压力值时，第二压缩机停止工作；（4）当p≥p3（4.1）在待加氢设备的初始压力小于p2时，操作流程与（3.1）相同;（4.2）在待加氢设备的初始压力大于p2，不大于p3时，操作流程与（3.2）相同;（4.3）在待加氢设备的初始压力大于p3时，打开第七阀门、第二压缩机和第十阀门，由第三储罐通过第二压缩机向待加氢设备加注，第五压力传感器监测到达需求压力p时，关闭第七阀门和第十阀门，加氢结束；在上述三种情况中，在加氢结束的同时，打开第八阀门和第五阀门，第二压缩机继续工作，将所述第二储罐的氢气增压充装至第三储罐，当第三储罐达到最大预设压力值或第二储罐达到最小预设压力值时，第二压缩机停止工作。
10.进一步的，在向待加氢设备加氢后，在第二储罐的氢气小于其最小设定压力值；在管束车内还有氢气余量，且p0大于第二储罐的最小设定压力值，先打开第一阀门和第四阀门，运行第一压缩机从管束车取气向第二储罐增压；在管束车内无氢气余量，或p0不大于第二储罐的最小设定压力值，打开第二阀门、第一压缩机和第四阀门，第一压缩机将第一储罐内的氢气增压充装至第二储罐，当监测p2达到第二储罐的最大预设压力值，或监测p1达到第一储罐的最小预设压力值时，停止运行第一压缩机。
11.本发明适用不同压差场景下，选用不同功率型号的第一压缩泵和第二压缩泵，气体转移场景中，面对很大气量增压存储到大容积存储装置中，初期的压差小，或者固有压差小的作业场合，对于压缩速度差别不大的压缩泵，更在乎单次压缩冲程下的气体处理量，此时选用压缩比小而单次处理量大的压缩泵或压缩泵组合则效率更高，优先达到气体初步升压，处理大量气体的目的，所以先打开第一阀门、第一压缩机和第四阀门对第二储罐充气，第一压缩机完成大量气体转移及初步升压，然后可以打开第二压缩机和第八阀门，在通过第二压缩机将第二储罐的气体增压至第三储罐，剩余6mpa未使用完的1个或多个管束车，在拉走前，打开第三阀门，通过第一压缩机将剩余气体从管束车里转移到站内空置或低压第一储罐内，此转移过程，气体处理量大，而产生压差小，对应选用单次气体处理量大的第一
压缩机，将灌输车压力抽至1mpa或至相关规定要求，再将空车拉回，这样缩小了第一压缩机和第二压缩机工作的压力跨度，缩小了增压压差，同时进出口压力范围也相应缩小，更多时间运行在相对稳定的工况，更有利于设备延长寿命，减少故障维护，降低成本。
12.在待充气设备进行充氢时，根据待充气设备的需求压力选择合适的充气途径，缩小了第二压缩机工作的压力跨度，缩小了增压压差，同时进出口压力范围也相应缩小，更多时间运行在相对稳定的工况，更有利于设备延长寿命，减少故障维护，降低成本。
附图说明
13.图1为本发明的一种双压缩系统运行的氢站的结构示意图。
14.100、第一压缩机；200、第二压缩机；300、第一储罐；310、第二压力传感器；400、第二储罐；410、第三压力传感器；500、第三储罐；510、第四压力传感器；600、管束车；700、待加氢设备；800、充气管；810
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第五压力传感器；900、控制器；1、第一管路；11、第一阀门；12、第一压力传感器；2、第二管路；21、第二阀门；3、第三管路；31、第三阀门；4、第四管路；41、第四阀门；5、第五管路；51、第五阀门；6、第六管路；61、第六阀门；7、第七管路；71、第七阀门；8、第八管路；81、第八阀门；9、第九管路；91、第九阀门；10、第十管路；101、第十阀门。
具体实施方式
15.以下是本发明的具体实施例并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。
16.如图1所示，本发明的一种双压缩系统运行的氢站，包括第一压缩机100、第二压缩机200、第一储罐300、第二储罐400和第三储罐500，第三储罐500的最小设定压力值不小于第二储罐400的最大设定压力，第二储罐400的最小设定压力值不小于第一储罐300的最大设定压力；管束车600通过第一管路1与第一压缩机100的进气端相连通，第一管路1上设有第一阀门11和第一压力传感器12；第一储罐300通过第二管路2与第一压缩机100的进气端相连通，第二管路2上设有第二阀门21；第一储罐300通过第三管路3与第一压缩机100的出气端相连通，第三管路3上设有第三阀门31；第二储罐400通过第四管路4与第一压缩机100的出气端相连通，第四管路4上设有第四阀门41；第二储罐400通过第五管路5与第二压缩机200的进气端相连通，所述第五管路5设有第五阀门51；第二储罐400通过第六管路6与待加氢设备700相连通，第六管路6上设有第六阀门61；第三储罐500通过第七管路7与第二压缩机200的进气端相连通，第七管路7上设有第七阀门71；第三储罐500通过第八管路8与第二压缩机的出气端相连通，第八管路8上设有第八阀门81；
第三储罐500通过第九管路9与待加氢设备700相连通，第九管路9上设有第九阀门91；待加氢设备700通过第十管路10与第二压缩机200的出气端相连通，第十管路10上设有第十阀门101；第一储罐300上设有第二压力传感器310，第二储罐400上设有第三压力传感器410，第三储罐500上设有第四压力传感器510；第六管路6、第九管路9和第十管路10的出气端均并联在充气管800的进气端，充气管800的出气端与待加氢设备700可拆卸的相连通，充气管800上设有第五压力传感器810。
17.本发明适用不同压差场景下，选用不同功率型号的第一压缩机100和第二压缩机200，气体转移场景中，面对很大气量增压存储到大容积存储装置中，初期的压差小，或者固有压差小的作业场合，对于压缩速度差别不大的压缩泵，更在乎单次压缩冲程下的气体处理量，此时选用压缩比小而单次处理量大的压缩机或压缩机组合则效率更高，优先达到气体初步升压，处理大量气体的目的，所以先打开第一阀门11、第一压缩机100和第四阀门41对第二储罐400充气，第一压缩机100完成大量气体转移及初步升压，然后可以打开第二压缩机200和第八阀门81，再通过第二压缩机200将第二储罐400的气体增压至第三储罐500，剩余6mpa未使用完的1个或多个管束车600，在拉走前，打开第三阀门31，通过第一压缩机100将剩余气体从管束车600里转移到站内空置或低压第一储罐300内，此转移过程，气体处理量大，而产生压差小，对应选用单次气体处理量大的第一压缩机100，将管束车600压力抽至1mpa或至相关规定要求，再将空车拉回，这样缩小了第一压缩机100和第二压缩机200工作的压力跨度，缩小了增压压差，同时进出口压力范围也相应缩小，更多时间运行在相对稳定的工况，更有利于设备延长寿命，减少故障维护，降低成本。
18.在待充气设备进行充氢时，根据待充气设备的需求压力选择合适的充气途径，缩小了第二压缩机200工作的压力跨度，缩小了增压压差，同时进出口压力范围也相应缩小，更多时间运行在相对稳定的工况，更有利于设备延长寿命，减少故障维护，降低成本。
19.氢站还可以包括控制器900，第一阀门11、第二阀门21、第三阀门31、第四阀门41、第五阀门51、第六阀门61、第七阀门71、第八阀门81、第九阀门91和第十阀门101均为电磁阀，控制器900与第一阀门11、第二阀门21、第三阀门31、第四阀门41、第五阀门51、第六阀门61、第七阀门71、第八阀门81、第九阀门91、第十阀门101、第一压力传感器12、第二压力传感器310、第三压力传感器410、第四压力传感器510、第五压力传感器810、第一压缩机100和第二压缩机200电连接，控制器900根据第一压力传感器12、第二压力传感器310、第三压力传感器410和第四压力传感器510检测到的压力值来控制各个阀门的开关。
20.管束车600运氢卸氢前的压力可以为17
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19mpa，第一储罐300设定压力范围1
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8mpa，第二储罐400设定压力范围8
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20mpa，第三储罐500设定压力范围20
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45mpa。
21.例如：一辆装载18mpa气体的管束车600送达氢站，此时若无加氢车辆前来加氢，控制器900打开第一阀门11、第一压缩机100和第四阀门41，通过第一压缩机100将管束车600的气体转移增压到第二储罐400设定压力范围8
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20mpa，第二储罐400安装有第三压力传感器410，当第一压力传感器12监测到第一压缩机100的进气端的压力p0＜8mpa时，控制器900控制第四阀门41关闭，打开第三阀门31，停止向第二储罐400增压，切换到向第一储罐300转移增压气体储罐1设定压力范围1
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8mpa，当第一压力传感器12监测到第一压缩机100的进气
端的压力＜1mpa时，停止从管束车600取气管束车600可准备拖走，或是在第二压力传感器310检测到第一储罐300内的压力p1为8mpa时，控制器900控制第一阀门11、第一压缩机100和第三阀门31关闭，停止向第一储罐300增压。
22.即管束车600的压力＞8mpa时，由第一压缩机100向第二储罐400增压；管束车600压力1~8mpa时，由第一压缩机100向第一储罐300增压。
23.同时，控制器900控制第二压缩机200、第五阀门51和第八阀门81打开，第二压缩机200从第二储罐400取气，向第三储罐500转移增压储罐3设定压力20
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45mpa，在第四压力传感器510检测到第三储罐500内的压力p3=45mpa时，控制器900关闭第五阀门51、第二压缩机200和第八阀门81；在第三压力传感器410检测到第二储罐400内的压力p2≤8mpa时，控制器900优先启动第一压缩机100，打开第一阀门11和第三阀门31，优先从管束车600取气向第二储罐400增压，此条件不触发时，切换到关闭第一阀门11、打开第二阀门21，从第一储罐300取气向第二储罐400增压。
24.管束车600和第一储罐300的压力，即p0、p1均＜1mpa时，控制器900控制第一压缩机100联锁停机保护；第二储罐400的压力p2≥20mpa时，控制器900控制第一压缩机100联锁停机；管束车600的压力值p0＜8mpa，第一压缩机100从第一储罐300取气向第二储罐400增压时，p1达到最小预设压力值时， p2到达最大预设压力值时，控制器900控制第一压缩机100联锁停机。
25.一种如上述的双压缩系统运行的氢站的运行方法，第一压力传感器12、第二压力传感器310、第三压力传感器410、第四压力传感器510和第五压力传感器810检测到压力分别记作p0，p1，p2、p3和p4。
26.第一储罐300、第二储罐400和第三储罐500的储气流程如下：先打开第一阀门11和第四阀门41，运行第一压缩机100，将管束车600内的氢气转移增压至第二储罐400，然后打开第五阀门51和第八阀门81，运行第二压缩机200，将第二储罐400内的氢气转移增压至第三储罐500，当p3到达第三储罐的最大预设压力值时，停止运行第二压缩机200，关闭第五阀门51和第八阀门81。
27.当p2达到第二储罐400的最大设定压力值，p0不小于第二储罐400的最小设定压力值时，停止运行第一压缩机100，关闭第一阀门11和第四阀门41。
28.当p2达到第二储罐400的最大设定压力值，p0小于第二储罐400的最小设定压力值时，关闭第四阀门41，打开第三阀门31，第一压缩机100继续运行，将管束车600内的氢气转移增压至第一储罐300，当p1到达第一罐体的最大预设压力值时，停止运行第一压缩机100。
29.待加氢设备700加氢流程如下：待加氢设备700需求压力记作p，第五压力传感器检测的压力p4为待加氢设备700内部气压；（1）当p＜p2在待加氢设备700的初始压力小于 p2时，且差值＞2mpa时，打开第五阀门51和第六阀门61，由第二储罐400向待加氢设备700加氢，监测到p2与 p4差值≤2mpa时，关闭第五阀门51和第六阀门61，同时打开第九阀门91，由第三储罐500向待加氢设备700加注；p4到达待加氢设备700的需求压力p时，第九阀门91关闭，加氢结束；（2）当p3≥p≥p2，且p3与p的差值≥2mpa（2.1）待加氢设备700的初始压力小于 p2时，且差值＞2mpa时，操作流程与（1）相
同；（2.2）待加氢设备700的初始压力大于 p2时，打开第九阀门91，由第三储罐500向待加氢设备700加注；p4到达待加氢设备700的需求压力p时，第九阀门91关闭，加氢结束；（3）当p3≥p≥p2，且p3与p的差值小于2mpa（3.1）待加氢设备700的初始压力小于 p2时，且差值＞2mpa时，打开第五阀门51和第六阀门61，由第二储罐400向待加氢设备700加氢，监测到p2与 p4差值≤2mpa时，关闭第五阀门51和第六阀门61，同时打开第九阀门91，由第三储罐500向待加氢设备700加注，在监测到p3与p4的差值≤2mpa时，关闭第九阀门，打开第七阀门71、第二压缩机200和第十阀门101，由第三储罐500通过第二压缩机向待加氢设备700加注，第五压力传感器810监测到达需求压力p时，关闭第七阀门71和第十阀门101，加氢结束；（3.2）待加氢设备700的初始压力大于p2时，打开第九阀门91，由第三储罐500向待加氢设备700加注，p4到达待加氢设备700的需求压力p时，第九阀门91关闭，加氢结束；在监测到p3与p4的差值≤2mpa时，关闭第九阀门，打开第七阀门71、第二压缩机200和第十阀门101，由第三储罐500通过第二压缩机向待加氢设备700加注，第五压力传感器810监测到达需求压力p时，关闭第七阀门71和第十阀门101，加氢结束；在上述两种情况中，在加氢结束的同时，打开第八阀门81和第五阀门51，第二压缩机200继续工作，将所述第二储罐400的氢气增压充装至第三储罐500，当第三储罐500达到最大预设压力值或第二储罐400达到最小预设压力值时，第二压缩机200停止工作；（4）当p≥p3（4.1）在待加氢设备700的初始压力小于p2时，操作流程与（3.1）相同;（4.2）在待加氢设备700的初始压力大于p2，不大于p3时，操作流程与（3.2）相同;（4.3）在待加氢设备700的初始压力大于p3时，打开第七阀门71、第二压缩机200和第十阀门101，由第三储罐500通过第二压缩机200向待加氢设备700加注，第五压力传感器810监测到达需求压力p时，关闭第七阀门71和第十阀门101，加氢结束；在上述三种情况中，在加氢结束的同时，打开第八阀门81和第五阀门51，第二压缩机200继续工作，将所述第二储罐400的氢气增压充装至第三储罐500，当第三储罐500达到最大预设压力值或第二储罐400达到最小预设压力值时，第二压缩机200停止工作。
30.在向待加氢设备700加氢后，在第二储罐400的氢气小于其最小设定压力值；在管束车600内还有氢气余量，且p0大于第二储罐400的最小设定压力值，先打开第一阀门11和第四阀门41，运行第一压缩机100从管束车600取气向第二储罐400增压；在管束车600内无氢气余量，或p0不大于第二储罐400的最小设定压力值，打开第二阀门21、第一压缩机100和第四阀门41，第一压缩机100将第一储罐300内的氢气增压充装至第二储罐400，当p2达到第二储罐400的最大预设压力值，或p1达到第一储罐300的最小预设压力值时，停止运行第一压缩机100。
31.发明的运行方法，缩小了第一压缩机100和第二压缩机200工作的压力跨度，缩小了增压压差，同时进出口压力范围也相应缩小，更多时间运行在相对稳定的工况，更有利于设备延长寿命，减少故障维护，降低成本。
32.以上未涉及之处，适用于现有技术。
33.虽然已经通过示例对本发明的一些特定实施例进行了详细说明，但是本领域的技
术人员应该理解，以上示例仅是为了进行说明，而不是为了限制本发明的范围，本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例来做出各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的方向或者超越所附权利要求书所定义的范围。本领域的技术人员应该理解，凡是依据本发明的技术实质对以上实施方式所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围。