CN107781154A - 一种隔膜压缩机的压力控制系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种隔膜压缩机的压力控制系统及其控制方法，包括一PID控制装置；一比例调节阀，所述比例调节阀可操作地电联于所述PID控制装置，接收来自所述PID控制装置的开度指令；一压力变送器，所述压力变送器可操作地电联于所述PID控制装置以用于压力数据采集，进而传输到所述PID控制装置，使得所述PID控制装置把压力数据换算成所述比例调节阀的开度指令；一隔膜压缩机，所述比例调节阀被设置于所述隔膜压缩机入口和出口之间的管路结构中，所述压力变送器被设置于所述隔膜压缩机出口管路；以及一加氢机，所述隔膜压缩机和所述加氢机之间的管路通过一盘管连接。

Description

一种隔膜压缩机的压力控制系统及其控制方法

技术领域

本发明属于用于加氢站的隔膜压缩机领域，尤其涉及一种用于加氢站的隔膜压缩机的压力控制系统及其控制方法。

背景技术

全球气候变暖，坏境恶化，石油资源减少，各国都在积极发展新能源，氢能被广泛认可作为清洁能源应用于燃料电池系统，现阶段已批量应用于市场，在国家政策支持下，中国燃料电池汽车和加氢站发展迅速，已经具备商业化运行条件。

目前国内加氢站氢气增压普遍采用隔膜压缩机来实现，但在氢气隔膜压缩机的控制和在加氢站应用上存在诸多不足，主要体现在以下几方面：

(1)现有的隔膜压缩机后端必须设置缓冲罐或储氢瓶组，用来作为氢气加注和增压时缓冲。由于隔膜压缩机后端的加氢机会根据加注时的温度、压力、流量来实时调节加注速度，但从压缩机的作用原理得知，隔膜压缩机也属于容积式压缩机的范畴，容积式压缩机的流量不会由于背压的升高而自动降低，如不进行有效的调节，在有些场合甚至会出现危险事故，若原压缩机继续使用，必须人工更改流量参数，这样会大大增加用户的使用成本。而且隔膜压缩机排量固定，当加氢机加注速度慢的时候，如隔膜压缩机后端不设置缓冲罐或储氢瓶组，会导致隔膜压缩机后端管路氢气升压过快而超压，而且设置一个或多个缓冲罐和储氢瓶组的设备成本很高，这导致加氢站建设投资费用很高。

(2)现阶段大排量的隔膜压缩机的传动飞轮大且重，导致飞轮转动惯量很大，无法通过变频器来控制压缩机转速，这样导致隔膜压缩机只能以最大排量增压氢气，当排气压力达到使用规定值时，必须人工操控停止设备运转，否则排气压力过高会出现安全隐患，造成设备损坏甚至危及到人身安全。当系统压力低于使用值时，必须人工操控及时启动隔膜式压缩机，对气体增压，否则不能满足使用要求，这样，需要操作者一直监护在设备旁，控制设备启动与停止，浪费人力、精力都无法满足自动化生产控制要求。

(3)现有的隔膜压缩机停机后，若要再次启动需等待较长的电机冷却时间，这样影响加氢站的工作效率，不利于加氢站的推广运营。

(4)现有的隔膜压缩机就地操作只有按钮、开关和指示灯，在启动压缩机无法实时看到压缩机的运行状态，出现故障需在控制室查看，对操作监控和故障排除造成很大不便。

(5)现有的隔膜压缩机的压力控制是通过排气实现的，通过排气稳压的控制方法经济性太差，氢气比较贵，而且易燃易爆，排气稳压不适合氢气应用。

综上所述，现有氢气隔膜压缩机压力调节装置及其控制方法，不仅效率低，而且成本高，存在诸多不足，因此，一种用于加氢站隔膜压缩机的压力调节装置及其控制方法亟待被提出，以提高隔膜压缩机的使用效率和安全性，提高加氢站的服务效果及质量。

发明内容

本发明的一目的在于提供一种隔膜压缩机的压力控制系统及其控制方法，通过一压力变送器输出的压力信号至一PID控制装置，所述PID控制装置将所述压力信号值与预设参数比较，并所述PID控制装置控制一比例调节阀的开度大小以对一隔膜压缩机出口压力的控制，得以避免所述隔膜压缩机后端管路氢气升压过快而超压造成安全隐患，能适应更多加氢站的加注工况。

本发明的一目的在于提供一种隔膜压缩机的压力控制系统及其控制方法，通过将所述隔膜压缩机出口与入口相连通，当所述隔膜压缩机入口压力高于供气压力时，所述隔膜压缩机没有气体补充，这时被压缩的气体就回到入口，也就是说所述隔膜压缩机没有进行压缩，压力可以保持稳定，以替代经济效益差和安全性差的排气稳压方法。

本发明的另一目的在于提供一种隔膜压缩机的压力控制系统及其控制方法，所述隔膜压缩机入口和出口之间管路上所述比例调节阀，所述PID控制装置控制所述比例调节阀开度来调节所述隔膜压缩机出口回流到入口的氢气量，使所述隔膜压缩机维持在一个稳定的压力值而不增压，这样可使所述隔膜压缩机不停机而持续运行，在有增压需求时可立即进入增压模式。

本发明的另一目的在于提供一种隔膜压缩机的压力控制系统及其控制方法，所述压力调节装置使所述隔膜压缩机持续运行但不增压，能够解决所述隔膜压缩机停机到开机需等待电机冷却时间较长的问题，以提供加氢站的工作效率。

本发明的另一目的在于提供一种隔膜压缩机的压力控制系统及其控制方法，所述隔膜压缩机出口后端管路不需要设置缓冲罐或储氢瓶组，通过控制所述隔膜压缩机排量可以用盘管替代缓冲罐或储氢瓶组，而且间接调节了流量，减少加氢站的建设成本。

本发明的另一目的在于提供一种隔膜压缩机的压力控制系统及其控制方法，通过对所述隔膜压缩机就地操作箱具有输入及输出显示功能，用于显示压缩机的运行信息如压力、温度、阀门状态及故障状态，更加方便操作监控和人工快速响应排除故障。

本发明的另一目的在于提供一种隔膜压缩机的压力控制系统及其控制方法，所述压力调节装置结构简单，安装方便，反应迅速，便于推广应用。

为实现以上目的一种或多种，本发明提供一种隔膜压缩机的压力控制系统，其包括：

一PID控制装置；一比例调节阀，所述比例调节阀可操作地电联于所述PID控制装置，接收来自所述PID控制装置的开度指令；一压力变送器，所述压力变送器可操作地电联于所述PID控制装置以用于压力数据采集，进而传输到所述PID控制装置，使得所述PID控制装置把压力数据换算成所述比例调节阀的开度指令；一隔膜压缩机，所述比例调节阀被设置于所述隔膜压缩机入口和出口之间的管路结构中，所述压力变送器被设置于所述隔膜压缩机出口管路；以及一加氢机，所述隔膜压缩机和所述加氢机之间的管路通过一盘管连接。

在一优选实施例中，所述隔膜压缩机出口与入口通过管路连通构成回路，所述隔膜压缩机的入口被设置一进气阀，所述隔膜压缩机的出口被设置一排气阀。

在一优选实施例中，所述比例调节阀回应于所述开度指令以调节阀门开度大小进而调节所述隔膜压缩机出口回到入口的氢气量的增加或减少，从而调节所述隔膜压缩机的排量和维持稳定的出口压力。

在一优选实施例中，所述PID控制装置运用比例、积分或微分控制等方式中的一种来控制所述比例调节阀的开度。

在一优选实施例中，所述PID控制装置以用于采集用户输入的预设参数，用户得以根据需求设定不同的压力参数。

在一优选实施例中，所述压力变送器为电流型压力变送器。

在一优选实施例中，所述隔膜压缩机就地操作箱具有一显示装置，具有输入及输出显示功能得以显示所述隔膜压缩机的运行状态，可显示如所述隔膜压缩机入口压力、出口压力、油温、循环水温、阀门开关状态、故障信息等一种或多种，便于操作人员操作时观察所述隔膜压缩机运行状态，以及当发生故障时查看故障原因并排除故障。

根据本发明的另一目的，本发明提供一种对上述控制系统的控制方法，其包括：

a、使所述隔膜压缩机启动后，打开所述进气阀、所述排气阀和全开所述比例调节阀；

b、通过所述压力变送器实时检测和采集所述隔膜压缩机出口压力数据，并将压力数据反馈至所述PID控制装置；

c、所述PID控制装置把压力数据换算成所述比例调节阀的开度指令，来调节所述隔膜压缩机出口回到入口的氢气量的增加或减少，从而调节所述隔膜压缩机的排量和维持稳定的出口压力。

d、所述隔膜压缩机连接加氢机进行加氢时，所述比例调节阀可根据所述加氢机的加氢需求，实时调节排量以匹配加氢机的加注速度，同时配合盘管做缓冲，可使所述隔膜压缩机后端管路压力稳定上涨不超压。

e、当所述加氢机停止加氢时，所述PID控制装置控制所述比例调节阀全开，使得所述隔膜压缩机进入循环模式，出口压力不会增长，所述隔膜压缩机维持运行不停机并等待下次加氢需求。

附图说明

图1为本发明一优选实施例的结构示意图。

图2为本发明一优选实施例的所述隔膜压缩机就地操作箱的结构示意图。

具体实施方式

下面将通过结合附图和实施例对本发明作进一步说明，以使任何所属领域的技术人员能够制造和使用本发明。在下面的描述中的实施例仅作为例子和修改物对该领域熟练的技术人员将是显而易见的。在下面的描述中定义的一般原理将适用于其它实施例，替代物，修改物，等效实施和应用中，而不脱离本发明的精神和范围。

如图1和图2所示，本发明提供一种用于加氢站的隔膜压缩机的压力控制系统及其控制方法，其包括：

一PID控制装置10，所述PID控制装置10依据基于在不同工作状况时的隔膜压缩机20出口压力特征来操作；一比例调节阀11，所述比例调节阀11可操作地电联于所述PID控制装置10，接收来自所述PID控制装置10的开度指令；一压力变送器12，所述压力变送器12可操作地电联于所述PID控制装置10，以用于压力数据采集，进而传输到所述PID控制装置10，使得所述PID控制装置10把压力数据换算成所述比例调节阀11的开度指令；一隔膜压缩机20，所述比例调节阀11被设置于所述隔膜压缩机20入口和出口之间的管路，所述压力变送器12被设置于所述隔膜压缩机20出口管路，所述PID控制装置10得以智能完成对所述隔膜压缩机20排量控制，得以避免所述隔膜压缩机20后端管路氢气升压过快而超压造成安全隐患，能适应更多加氢站的加注工况；以及一加氢机30，所述隔膜压缩机20和所述加氢机30之间的管路通过一盘管21连接。所述隔膜压缩机20出口后端管路不需要设置缓冲罐或储氢瓶组，通过控制所述隔膜压缩机20排量用所述盘管21替代缓冲罐或储氢瓶组，而且间接调节了流量，减少加氢站的建设成本。所述隔膜压缩机20压力控制系统结构简单、便于安装，调压反应迅速，使得充气过程简便同时具有更好的压力控制精度，增加可控性及安全性，便于制造和推广。

具体地，所述隔膜压缩机20出口与入口通过管路连通构成回路，所述隔膜压缩机20的入口连通于一进气阀22，所述隔膜压缩机20的出口连通于一排气阀23。通过将所述隔膜压缩机20出口与入口相连通，所述隔膜压缩机20入口压力高于供气压力时，所述隔膜压缩机20没有气体补充，这时被压缩的气体就回到入口，也就是说所述隔膜压缩机20没有进行压缩，压力可以保持稳定，以替代经济效益差和安全性差的传统工艺中通过电磁泄气阀排气稳压方法。

具体地，所述比例调节阀11回应于所述开度指令以调节阀门开度大小进而调节所述隔膜压缩机20出口回到入口的氢气量的增加或减少，从而调节所述隔膜压缩机20的排量，同时使所述隔膜压缩机20维持在一个稳定的压力值而不增压，这样可使所述隔膜压缩机20不停机而持续运行，能够解决所述隔膜压缩机20停机到开机需等待电机冷却时间较长的问题，以提供加氢站的工作效率，在有增压需求时可立即进入增压模式。

具体地，所述PID控制装置10运用比例、积分或微分控制等方式中的一种来控制所述比例调节阀11的开度，PLC控制技术具有响应时间快，控制稳定的特点。所述PID控制装置10以用于采集用户输入的预设参数，用户得以根据需求设定不同的压力参数，所述参数可以是理论计算和经验值结合出来的目标压力值。假定目标设定压力是35MPa，此时所述隔膜压缩机20出口压力是20MPa那所述比例调节阀11全开；到所述隔膜压缩机20出口压力快接近35MPa的时候，所述比例调节阀11开度逐渐减少，因存在压力波动，所以需要所述PID控制装置10实时调节所述比例调节阀11开度以最快速度稳定出口压力在35MPa,如果没有所述PID控制装置10控制，出口压力在35MPa左右波动导致出口压力稳定的很慢。

具体地，所述压力变送器12为电流型压力变送器12。

具体地，所述隔膜压缩机20就地操作箱具有一显示装置24，具有输入及输出显示功能得以显示所述隔膜压缩机20的运行状态，可显示如所述隔膜压缩机20入口压力、出口压力、油温、循环水温、阀门开关状态、故障信息等一种或多种，便于操作人员操作时观察所述隔膜压缩机20运行状态，以及当发生故障时查看故障原因并排除故障。

根据本发明的另一目的，本发明提供一种对上述控制系统的控制方法，其包括：

a、使所述隔膜压缩机20启动后，打开所述进气阀、所述排气阀和全开所述比例调节阀11；

b、通过所述压力变送器12实时检测和采集所述隔膜压缩机20出口压力数据，并将压力数据反馈至所述PID控制装置10；

c、所述PID控制装置10把压力数据换算成所述比例调节阀11的开度，来调节所述隔膜压缩机20出口回到入口的氢气量的增加或减少，从而调节所述隔膜压缩机20的排量和维持稳定的出口压力。

d、所述隔膜压缩机20连接加氢机30进行加氢时，所述比例调节阀11可根据所述加氢机30的加氢需求，实时调节排量以匹配加氢机30的加注速度，同时配合盘管21做缓冲，可使所述隔膜压缩机20后端管路压力稳定上涨不超压。

e、当所述加氢机30停止加氢时，所述PID控制装置10控制所述比例调节阀11全开，使得所述隔膜压缩机20进入循环模式，出口压力不会增长，所述隔膜压缩机20维持运行不停机并等待下次加氢需求。

本领域的技术人员应理解，上述描述及附图中所示的本发明的实施例只作为举例而并不限制本发明。本发明的目的已经完整并有效地实现，对于其中未详尽描述的设备和结构，应当理解为采取本领域已有的通用设备及通用方法来予以实施。本发明的功能及结构原理已在实施例中展示和说明，在没有背离所述原理下，本发明的实施方式可以有任何变形或修改。

Claims (7)

1.一种隔膜压缩机的压力控制系统，其特征在于，包括：

一PID控制装置；一比例调节阀，所述比例调节阀可操作地电联于所述PID控制装置，接收来自所述PID控制装置的开度指令；一压力变送器，所述压力变送器可操作地电联于所述PID控制装置以用于压力数据采集，进而传输到所述PID控制装置，使得所述PID控制装置把压力数据换算成所述比例调节阀的开度指令；一隔膜压缩机，所述比例调节阀被设置于所述隔膜压缩机入口和出口之间的管路结构中，所述压力变送器被设置于所述隔膜压缩机出口管路；以及一加氢机，所述隔膜压缩机和所述加氢机之间的管路通过一盘管连接。

2.根据权利要求1所述的一种隔膜压缩机压力控制系统，其特征在于，所述隔膜压缩机出口与入口通过管路连通构成回路，所述隔膜压缩机的入口被设置一进气阀，所述隔膜压缩机的出口被设置一排气阀。

3.根据权利要求2所述的一种隔膜压缩机压力控制系统，其特征在于，所述比例调节阀回应于所述开度指令以调节阀门开度大小进而调节所述隔膜压缩机出口回到入口的氢气量的增加或减少，从而调节所述隔膜压缩机的排量和维持稳定的出口压力。

4.根据权利要求3所述的一种隔膜压缩机压力控制系统，其特征在于，所述PID控制装置运用比例、积分或微分控制方式中的一种来控制所述比例调节阀的开度。

5.根据权利要求4所述的一种隔膜压缩机压力控制系统，其特征在于，所述PID控制装置以用于采集用户输入的预设参数，用户得以根据需求设定不同的压力参数。

6.根据权利要求1所述的一种隔膜压缩机压力控制系统，其特征在于，所述隔膜压缩机就地操作箱具有一显示装置，具有输入及输出显示功能得以显示所述隔膜压缩机的运行状态，可显示如所述隔膜压缩机入口压力、出口压力、油温、循环水温、阀门开关状态、故障信息等一种或多种，便于操作人员操作时观察所述隔膜压缩机运行状态，以及当发生故障时查看故障原因并排除故障。

7.一种隔膜压缩机压力控制系统的控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

a、使所述隔膜压缩机启动后，打开所述进气阀、所述排气阀和全开所述比例调节阀；

b、通过所述压力变送器实时检测和采集所述隔膜压缩机出口压力数据，并将压力数据反馈至所述PID控制装置；

c、所述PID控制装置把压力数据换算成所述比例调节阀的开度指令，来调节所述隔膜压缩机出口回到入口的氢气量的增加或减少，从而调节所述隔膜压缩机的排量和维持稳定的出口压力。

d、所述隔膜压缩机连接加氢机进行加氢时，所述比例调节阀可根据所述加氢机的加氢需求，实时调节排量以匹配加氢机的加注速度，同时配合盘管做缓冲，可使所述隔膜压缩机后端管路压力稳定上涨不超压。

e、当所述加氢机停止加氢时，所述PID控制装置控制所述比例调节阀全开，使得所述隔膜压缩机进入循环模式，出口压力不会增长，所述隔膜压缩机维持运行不停机并等待下次加氢需求。