一种氢气加注系统及加氢站

技术领域

本发明涉及氢能技术领域，尤其涉及一种氢气加注系统及加氢站。

背景技术

固定式的加氢站一般由压缩机系统、氢储罐系统、加氢机系统组成。固定式加氢站的加氢能力以氢气压缩机的压缩能力来表示，例如加氢能力200kg/d的加氢站，其氢气压缩机的压缩能力一般为20kg/h(压缩机日工作时间10h计)。

压缩机是加氢站主要的设备投资，占项目投资成本的20-40％，在固定式加氢站建设过程中，一般不会设置备用压缩机，在压缩机检修或者出现故障时，加氢站需要停业进行检修。此外加氢站压缩机的入口压力最低仅能到5MPa左右，甚至部分压缩机只能到7MPa，导致运输氢气的长管拖车内剩余的氢气压力较高，严重影响氢气的运输效率，使单位氢气的运输成本增加。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种氢气加注系统及加氢站，能够有效提高氢气的运输效率，极大降低加氢能耗。

本发明提供的氢气加注系统，包括：依次连接的卸氢单元、压缩单元、储氢单元以及加注单元；

所述压缩单元对氢气增压后输送至储氢单元，并通过加注单元对终端车辆加注氢气；

所述压缩单元包括与所述卸氢单元并联连接的主压缩机及辅压缩机，所述主压缩机包括并联的高压主压缩机和中压主压缩机，所述辅压缩机包括低压及中压两种输出压力的工作模式。

进一步，所述辅压缩机还包括高压的输出压力的工作模式。

进一步，所述卸氢单元连接有输送氢气的长管拖车，所述辅压缩机在低压输出时，其最小入口压力大于等于所述长管拖车的最小工作压力。

进一步，所述储氢单元包括高压储氢罐，中压储氢罐及低压储氢罐；

其中，所述高压储氢罐与所述高压主压缩机连接，所述中压储氢罐与所述中压主压缩机连接，所述低压储氢罐与所述辅压缩机连接。

进一步，所述低压储氢罐与所述中压主压缩机的进气口之间设置有中压进气支路，用于使中压主压缩机能够将低压储氢罐中的氢气增压后输送至所述中压储氢罐。

进一步，所述中压储氢罐与所述高压主压缩机的进气口之间设置有高压进气支路，用于使高压主压缩机能够将中压储氢罐中的氢气增压后输送至所述高压储氢罐。

进一步，所述辅压缩机的出气口与所述中压储氢罐及高压储氢罐分别连接有中压出气旁路及高压出气旁路。

进一步，所述中压储氢罐包括不同压力等级的两个。

进一步，所述加注单元包括低压加氢机及高压加氢机，所述低压加氢机及高压加氢机分别与所述高压储氢罐、中压储氢罐和低压储氢罐连通。

一种加氢站，包括上述氢气加注系统。

通过本发明氢气加注系统中的具有不同工作模式的辅压缩机，使其兼具卸氢增压以及提压储存的双重功能，一方面能够更加充分地将长管拖车中的氢气输送出来，降低长管拖车内的氢气余压，提高长管拖车的运输效率，另一方面还可实现辅压缩机的备用功能，在主压缩机出现故障和停运检修时，通过辅压缩机的高压输出，以维持加氢站的正常运行。

附图说明

在下文中将基于实施例并参考附图来对本发明进行更详细的描述。其中：

图1为本发明氢气加注系统的系统示意图。

图中：1-卸车柱，2-长管拖车，3-终端车辆，41-高压主压缩机，42-中压主压缩机，5-辅压缩机，51-中压出气旁路，52-高压出气旁路，61-高压储氢罐，62-中压储氢罐，63-低压储氢罐，64-中压进气支路，65-高压进气支路，71-低压加氢机，72-高压加氢机。

在附图中，相同的部件使用相同的附图标记，附图并未按照实际的比例。

具体实施方式

为清楚说明本发明的发明内容，下面结合实施例对本发明进行说明。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“水平”、“顶”、“底”等指示的方位或位置关系均为基于附图所示的方位或位置关系，仅仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

如图1所示，本发明中的氢气加注系统，包括由管道依次连接的卸氢单元、压缩单元、储氢单元以及加注单元；卸氢单元包括卸车柱1，卸车柱1上接有输送氢气的长管拖车2，压缩单元对长管拖车2内的氢气增压后输送至储氢单元，并通过加注单元对终端车辆3加注氢气。

当充装有氢气的长管拖车2进场后，通过输送软管与卸车柱1上的接口对接，实现长管拖车2与卸车柱1之间的连接，准备就位后打开长管拖车2上的阀门，使氢气从长管拖车2中输出并进入卸车柱1，同时开启压缩单元中的压缩机，对氢气进行增压。

压缩单元包括并联设置的高压主压缩机41、中压主压缩机42及辅压缩机5，辅压缩机5的压缩能力小于两个主压缩机的压缩能力，高压主压缩机41、中压主压缩机42及辅压缩机5并联连接在卸车柱1上，能够实现卸车或者增压时主压缩机及辅压缩机5的可选择性，满足在不同工况下氢气的增压需求，辅压缩机5至少包括两种不同输出压力的工作模式，即辅压缩机5至少包括低压(20MPa)以及中压(45MPa)输出压力的工作模式。

在正常工况下，辅压缩机5进行氢气的低压输出，将长管拖车2中的氢气增压，当主压缩机故障时，辅压缩机5可以按照中压主压缩机42的输出压力下运行，将长管拖车2中的氢气增压至中压后送至储氢单元，维持加氢站的正常运营。

在其中一个实施例中，辅压缩机5还包括高压的输出压力的工作模式，能够使辅压缩机5同时满足高压、中压以及低压不同输出压力的工况需求，本发明中对于压力等级的界定为在氢气储运领域中的常规选择，具体地，本发明中所指出的高压为87.5MPa，中压为45MPa，低压为20MPa，这里不再赘述。

当辅压缩机5在正常低压输出的工作模式中，其最小入口压力大于等于长管拖车2的最小工作压力，且在该工况下，由于辅压缩机5压缩前后的压差较小，能够使其在正常运行的同时维持相对较高的输出流量，即辅压缩机5在低压输出时具有低入口压力、高输出流量的功能，本发明中的辅压缩机5正常运行时，其入口压力可低至1MPa，能够极大降低长管拖车2中氢气的余压，更加充分地将氢气从长管拖车2中输送出来；并且辅压缩机5在低压输出时，通过相对较高的输出流量，能够快速将进入卸车柱1中的氢气增压转移至储氢单元中，有效提高了长管拖车2的卸车效率。

在其中一个优选的实施例中，储氢单元包括多个储氢罐，储氢罐包括高压储氢罐61、中压储氢罐62(优选为并联的两个不同压力等级的中压储氢罐)以及低压储氢罐63，其中，高压储氢罐61与高压主压缩机41连接，中压储氢罐62与中压主压缩机42连接，低压储氢罐63与辅压缩机5连接。在对长管拖车2中的氢气增压时，首先通过高压主压缩机41对氢气进行增压存储到高压储氢罐61中；随着氢气的输出，当长管拖车2中的压力降低后，切断高压主压缩机41的进气通道并关闭高压主压缩机41，通过中压主压缩机42对氢气进行增压存储到中压储氢罐62中；随着氢气的输出，当长管拖车2中的压力进一步降低后，切断中压主压缩机42的进气通道并关闭中压主压缩机42，通过辅压缩机5对氢气进行增压存储到低压储氢罐63中。

通过上述分阶段的增压储存，能够有效降低压缩机的功耗，避免出现“大马拉小车”的工况，且通过相匹配的增压操作，能够使各压缩机保持相对较高的输出流量，提高长管拖车2的卸氢效率。需要重点指出，当长管拖车2中氢气的压力降低到较小水平时，通过辅压缩机5的增压操作有效降低长管拖车2中氢气的余压，本实施例中辅压缩机5的入口压力可低至1MPa，能够使长管拖车2中的氢气更加充分地得到输出，极大提高了氢气的输送效率。

在另一个优选的实施例中，在低压储氢罐63与中压主压缩机42的进气口之间设置有中压进气支路64，能够使中压主压缩机42将低压储氢罐63中的氢气增压后输送至中压储氢罐62；在中压储氢罐62与高压主压缩机41的进气口之间还设置有高压进气支路65，用于使高压主压缩机41能够将中压储氢罐62中的氢气增压后输送至高压储氢罐61。

通过上述进气支路的设置，构成了阶梯状的逐步增压的状态，即辅压缩机5将氢气增压存储到低压储氢罐63，中压主压缩机42将低压储氢罐63中的氢气增压存储到中压储氢罐62，以及使高压主压缩机41将中压储氢罐62中的氢气增压存储到高压储氢罐61。进一步兼顾了不同压力等级压缩机的压缩比及运行功耗，能够从根本上降低氢气加注系统增压存储方面的综合耗能。

本实施例中辅压缩机5具有的备用功能具体是通过将其与中压储氢罐62及高压储氢罐61分别连通实现的，具体地，辅压缩机5除了与低压储氢罐63连通，在其出气管线上，还分别设置有与中压储氢罐62连通的中压出气旁路51，与高压储氢罐61连通的高压出气旁路52，当中压主压缩机42或高压主压缩机41故障时，辅压缩机5可以按照主压缩机的输出压力下工作，即按照中压或者高压输出压力的工作模式，将长管拖车2内的氢气增压至中压(45MPa)或者高压(87.5MPa)，实现中压主压缩机42或者高压主压缩机41故障状态下，维持加氢站低负荷运行要求。

在其他优选的技术方案中，中压储氢罐62包括介于低压及高压之间的储氢罐，具体包括30MPa和45MPa两个压力等级的中压储氢罐62，且两个中压储氢罐62并联设置。加注单元包括加注压力为35MPa的低压加氢机71及70MPa的高压加氢机72，且低压加氢机71及高压加氢机72分别与上述20MPa低压储氢罐63、30MPa中压储氢罐62、45MPa中压储氢罐62以及87.5MPa高压储氢罐61相连通。

在加氢操作时，加氢机根据终端车辆储罐的压力与不同压力等级储氢罐之间的压力差，按照设定程序进行加注，当加注速度小于等于设定加注速度时，切换至更高等级的储氢罐，直到终端车辆的充满度满足加注要求。

通过设置不同压力等级的高压加氢机及低压加氢机，能够根据终端车辆储罐的实际压力选择加氢机，充分利用储氢罐与终端车辆储罐之间的压力差来进行加注；通过设置不同压力等级的储氢罐，能够在两者压力差的基础上适时地针对性选择压力更高的储氢罐对终端车辆进行加注，在提高加注效率的前提下，充分利用压力差所构成的静势能来降低加氢能耗，达到降低氢气加注系统终端加注方面的综合耗能。

本发明还提供了一种包括上述氢气加注系统的加氢站，能够在有效保证加氢站的正常运营的前提下，降低加氢站的设备投入成本以及综合运行成本。

需要说明的有，主压缩机除了设置高压主压缩机及中压主压缩机，也可仅设置一台中压主压缩机，通过具有两种不同输出压力(低压及中压)的工作模式的辅压缩机及中压主压缩机之间的配合，同样能够达到本发明中的提高氢气的运输效率，降低氢气加注系统能耗的技术效果；当然，为了拓宽加注单元对储氢罐的选择性，储氢罐的数量以及压力等级还可根据实际需要进行调整，不再赘述。

最后，可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域普通技术人员而言，在不脱离本发明的原理和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。