70MPa加氢站多级加注系统组成结构的制作方法

70mpa加氢站多级加注系统组成结构
技术领域
1.本实用新型涉及一种可以降低设备投资及制造难度的加氢站多级加注系统结构。


背景技术：

2.氢能是未来能源发展的重要领域，也是各大能源公司的必争之地。加氢站是为燃料电池汽车及其他氢能利用装置提供氢源的重要基础设施。
3.近年来，全球范围内加氢站建设取得快速发展。目前全球加氢站数量排名前三的国家分别为日本、德国和美国。其中日本加氢站数量最多，有108座；德国位居其次，为76座；美国排名第三，有61座。我国氢能产业目前也处于飞速发展阶段，截止2019年10月，我国国内各地建成和在建的加氢站共有68座，其中建成加氢站35座，在建33座。其中加注压力以35mpa为主，逐步向70mpa过渡，且随着规模化应用，加氢技术将不断集成化、管理网络化、设备智能化。但就现有情况来看，我国在加氢站工艺技术、设备制造上与国外相比还有较大差距。
4.70mpa加氢站也可包含35mpa加注能力，因此70mpa加氢站同样包含35mpa加注设备，包括氢气压缩机，储氢罐，35mpa加氢机及相应程序控制等。
5.加氢站使用长管拖车站外供氢，长管拖车的氢气经过卸气柱卸车后一部分经45mpa氢气压缩机增压至45mpa后储存于储氢罐；另一部分直接作为35mpa加氢机的低级气源，还有一部分经高压氢气压缩机增压至90mpa后储存于高压储氢罐中。储氢罐作为70mpa加氢机的低级和中级压力等级气源，高压储氢罐作为70mpa加氢机的高压力等级气源，其中储氢罐和高压储氢罐的分级配比值使氢气利用率在现有配置基础上达到最优。
6.如图1所示，是现有70mpa加氢站的结构示意图，加氢站使用长管拖车站外供氢，长管拖车的氢气经过卸气柱卸车后，一部分经45mpa氢气压缩机增压至45mpa后储存于储氢罐；另一部分直接作为35mpa加氢机的低级气源，还有一部分经高压氢气压缩机增压至90mpa后储存于高压储氢罐中。储氢罐作为70mpa加氢机的低级和中级压力等级气源，高压储氢罐作为70mpa加氢机的高压力等级气源。其中储氢罐和高压储氢罐的分级配比值使氢气利用率在现有配置基础上达到最优。
7.现有70mpa加氢站系统的运行模式有：
8.1)站上有车来加注时，储氢罐、高压储氢罐依次给车加气，
9.2)当达到条件时氢气压缩机和高压氢气压缩机将长管拖车中的氢气依次增压至储氢罐和高压储氢罐中。
10.3)站内没有车辆加注且储氢罐/高压储氢罐不满时，氢气压缩机/高压氢气压缩机依次将储氢罐/高压储氢罐增压。
11.4)站内没有车辆加注且储氢罐/高压储氢罐满时，氢气压缩机/高压氢气压缩机不工作。
12.其中，氢气加注过程为分级加注，储氢罐和高压储氢罐分别作为高中低三个加注压力等级，其中高压储氢罐设计压力为98mpa，操作压力为45
‑
90mpa，加氢时需多次充装，操
作压差为45mpa，因此为疲劳设备，一方面对设备本质安全要求较高，同时为高压固定钢带缠绕式容器，筒体较厚，设计与制造工艺非常复杂，设备造价高，其仅为一种典型的构造型式，其他比如还有多层包扎型式的。


技术实现要素：

13.本实用新型的发明目的在于，提供一种70mpa加氢站多级加注系统组成结构，解决现有70mpa加氢站中高压储氢罐的设计与制造工艺复杂、设备造价高的问题。
14.为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是：
15.一种70mpa加氢站多级加注系统组成结构，其特征在于：
16.在高压氢气压缩机下游连接有至少三个高压储氢罐，每个所述高压储氢罐的压力等级的上下极限值之差不超过高压储氢罐的设计压力的20％，且所述至少三个高压储氢罐的压力等级呈阶梯状依次相接或者部分重叠地相接，使所述至少三个高压储氢罐的总体压力等级至少涵盖40
‑
90mpa；
17.每个所述高压储氢罐与所述高压氢气压缩机之间设有一个入口控制阀，每个所述高压储氢罐内设有一个压力传感器，所述压力传感器以及相应的入口控制阀连接至plc控制系统，所述plc控制系统能够依据压力传感器传递的信号来控制所述入口控制阀的启闭。
18.所述的70mpa加氢站多级加注系统组成结构，其中：所述高压储氢罐的设计压力为90
‑
106mpa。
19.所述的70mpa加氢站多级加注系统组成结构，其中：具有三个高压储氢罐，所述三个高压储氢罐的压力等级分别为90
‑
72mpa，72
‑
56mpa，56
‑
40mpa。
20.所述的70mpa加氢站多级加注系统组成结构，其中：还包括能够与长管拖车相接的卸气柱，所述高压氢气压缩机连接在所述卸气柱的下游。
21.所述的70mpa加氢站多级加注系统组成结构，其中：所述卸气柱的下游还设有氢气压缩机，所述氢气压缩机能够将氢气压缩至45mpa后送入储氢罐中储存，作为中压力等级气源。
22.所述的70mpa加氢站多级加注系统组成结构，其中：所述卸气柱的下游还有一部分氢气作为低压力等级气源。
23.所述的70mpa加氢站多级加注系统组成结构，其中：所述至少三个高压储氢罐的下游连接至加氢机，所述加氢机用于向待加注车辆提供高压氢气。
24.与现有技术相比较，采用上述技术方案的本实用新型具有的优点在于：本实用新型减小了高压储氢罐的壁厚，降低了设备制造难度和成本，优化了加氢站工艺流程，能够降低加氢站设备投资，并优化装置能耗。
附图说明
25.图1是现有70mpa加氢站的结构示意图；
26.图2是本实用新型提供的70mpa加氢站的结构示意图。
27.附图标记说明：pt
‑
压力传感器；d
‑
入口控制阀。
具体实施方式
28.如图2所示，本实用新型提供一种70mpa加氢站多级加注系统组成结构，长管拖车供应的氢气经过卸气柱后，一部分氢气经过氢气压缩机的压缩至45mpa后进入储氢罐中储存，作为中压力等级气源；另一部分氢气经过高压氢气压缩机的压缩后分为三路并分别进入三个高压储氢罐，作为高压力等级气源所述至少三个高压储氢罐的下游连接至加氢机，通过所述加氢机向待加注车辆提供高压氢气；卸气柱还有一部分下游气体连接至所述加氢机，作为低压力等级气源。
29.其中，所述三个高压储氢罐分为三个不同的压力等级，优选情况下可分别为90
‑
72mpa，72
‑
56mpa，56
‑
40mpa，由于每个高压储氢罐的压力变化范围均未超过高压储氢罐设计压力98mpa的20％，因此不属于疲劳设备，可不按疲劳设备进行设计。
30.为了便于控制，每个所述高压储氢罐与所述高压氢气压缩机之间设有一个入口控制阀d，每个所述高压储氢罐内设有一个压力传感器pt，所述压力传感器pt以及相应的入口控制阀d连接至plc控制系统，所述plc控制系统能够依据压力传感器pt传递的信号来控制所述入口控制阀d的启闭。
31.当所对应高压储氢罐中的压力低于设定充压最低压力时，plc控制系统传送信号至对应高压储氢罐的入口控制阀d，使其打开而对高压储氢罐进行充压；当充压到该高压储氢罐的设定充压最高压力时，plc控制系统传送信号至对应的入口控制阀d，使其关闭而对高压储氢罐停止充压，以保证所述高压储氢罐内的压力始终维持在对应的压力等级内。
32.现有技术中的高压储氢罐采用的形式为钢带错绕式，且设计压力较高，压差变化范围大，缠绕钢带层数多，壁厚较厚，设备制造工艺复杂，成本高(其仅为一种典型的构造型式，其他比如还有多层包扎型式的)。而采用本实用新型的三个高压储氢罐方案，每个高压储氢罐的体积变为原一个高压储氢罐的容量的1/3(例如由原来进入两台2m3的高压储氢罐改为进入三个0.67m3的高压储氢罐)，虽然增加了1～2台设备，但是由于不属于疲劳设备，设备设计、制造难度大为下降，总体的生产成本(投资)反而降低了，而且，本实用新型采用分级加注，会显著降低加注能耗。
33.综上所述，本实用新型减小了高压储氢罐的壁厚，降低了设备制造难度和成本，优化了加氢站工艺流程，能够降低加氢站设备投资，并优化装置能耗。