CN116498889B - 氢气充装系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于氢能源领域，涉及一种氢气充装系统及方法，包括两台压缩机，两充车汇流排及集束格汇流排。两台压缩机出口分别分为两股，第一股通过第一压缩机管线与氢气总管相连，第二股通过第一集束格管线与集束格总管相连；所述氢气总管与充装总管相连，在充装总管上连接两股管线，两股分别连接两充车汇流排，所述集束格总管连接集束格汇流排，在集束格汇流排的末端通过连通管线与第二充车汇流排的末端相连。本发明设置两路总管，实现了分别充装长管车和集束格以及两台不同压力的长管车同时充装，使得集束格能在最短的时间内充满，提高了充集束格的效率；减少了长管车充装的等待时间。比常规改造所用管路少、阀门少，改造成本低，风险小。

Description

氢气充装系统及方法

技术领域

本发明属于氢能源领域，涉及氢气生产，尤其是一种可以提高充装效率的氢气充装系统及方法。

背景技术

来自化工企业的工业副产氢，首先经过氢气提纯装置进行氢气提纯，提纯后的氢气纯度(摩尔分数)可达到99.999％及以上。之后再进入氢气压缩机进行压缩，将氢气的压力压缩最高至20MPa，进入到充装区，为长管车和集装格进行充装，再送至加氢站或其它用户。

氢气压缩机可以设置多台，以两台氢气压缩机为例，如图1所示：第一压缩机1出口通过第一压缩机管线5与氢气总管7相连，在第一压缩机管线5上安装第一压缩机出口阀16，第二压缩机2出口通过第二压缩机管线6与氢气总管7相连，在第二压缩机管线6上安装第二压缩机出口阀17，氢气总管7通过氢气总阀18与充装总管8相连，充装总管上设置有充车总管在线压力表PI1，在充装总管8上连接三股管线，分别为集束格汇流排9、第一充车汇流排11和第二充车回流排12，在第一充车汇流排11上安装第一充车手阀19，在第二充车汇流排上安装第二充车手阀20，在第一充车汇流排11和在第二充车汇流12排上分别连接多个充车软管13的一端，在充车软管13另一端连接长管车4，在每一充车软管上均安装一充车手阀15，在集束格汇流排9上连接多个充集束格软管10的一端，在充集束格软管10的另一端连接集束格3，在每一充集束格软管上均安装一充集束格手阀14。

正常生产时，启动第一压缩机1，将氢气压缩后送至充装总管8，充装总管8再通过第一充车汇流排11、第二充车汇流排12以及集束格汇流排10为长管车以及集束格进行充装，当第一压缩机1的充装气量不足时启动第二压缩机2。

由于充长管车以及充集束格共用一条充装总管，在充装过程中存在以下问题：

1.因集束格水容积较小，长管车的水容积较大，出于充装安全考虑，充装速率不能太大，正常充一组集束格至20MPa时需要1小时左右，充一台长管车至20MPa时需要4小时，由于共用一条充装总管，则在充装过程中有两种形式充装，一种形式为单独充装长管车或集束格，另一种形式为长管车与集束格共同充装，前者单独充装长管车或集束格，则会导致集束格或长管车等待，影响用户使用，后者长管车与集束格共同充装，会导致集束格的充装速度很慢，原本集束格1小时可充装至20MPa，因与长管车并联，则需要4小时才能完成充装，进而导致集束格充装效率低。

2.由于长管车的使用用户不同，导致每台长管车的余压不同，正常充装时，应先开一台压缩机，从压力低的长管车开始充装，等该长管车的压力与另一台长管车压力相同时，才能将另外一台长管车并入，否则两台长管车因压差原因会串压，一方面会使压力高的氢气流入到压力低的长管车内，进而导致压力低的长管车超流速而影响安全，另一方面会使得两台长管车气体混合，存在相互污染的风险。由于单台压缩机的气量可以保证一台长管车的充装效率最高，且充装速率不超流量，所以开始充装时只能先开一台压缩机，待另一台长管车并入后再启动第二台压缩机进行充装。因此第二台压缩机要么开停车次数频繁，要么压缩机自循环，这将导致第二台压缩机开停车频繁，影响压缩机的使用寿命，另外压缩机自循环会导致耗电量增加，成本增加。

3.由于集束格的用户需求不同，集束格分为两种形式，一种充20MPa，另外一种充15Mpa，因此在充装15MPa的集束格时，可能存在操作人员误操作导致集束格超压的情况发生，严重影响生产安全。

4.由于加氢母站主要应用于加氢站，集束格业务并不饱满，导致集束格汇流排经常闲置，造成不必要的浪费。

解决上述问题的常规方法如图2所示，将两台压缩机分别通过第一氢气总管701与第一充车汇流排11连接；将两台压缩机分别通过第二氢气总管702与第二充车汇流排12连接；将两台压缩机分别通过第三氢气总管703与集束格汇流排连接。该种解决方案在原方案基础上增加了两路氢气总管，每一路总管上都需要设计多个阀门，增加了泄露的风险。且改造占地面积大，投资成本高。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种氢气充装系统及方法，在原方案基础上仅增加一路总管，即可实现可以同时充装不同压力下的两台长管车或同时充装长管车及集束格，保证两者不相互影响，提高充装效率。

实现本发明目的的技术方案为：

一种氢气充装系统，包括两台压缩机，两充车汇流排及集束格汇流排。

第一压缩机出口分为两股，第一股通过第一压缩机管线与氢气总管相连，第二股通过第一集束格管线与集束格总管相连；

第二压缩机出口也分为两股，第一股通过第二压缩机管线与氢气总管相连，第二股通过第二集束格管线与集束格总管相连；

所述氢气总管与充装总管相连，在充装总管上连接两股管线，一股连接第一充车汇流排，另一股连接第二充车回流排；

所述集束格总管连接集束格汇流排，在集束格汇流排的末端通过连通管线与第二充车汇流排的末端相连。

进一步地，所述氢气总管通过长管车切断阀与充装总管相连，充装总管上设置充车总管在线压力表PI1。

进一步地，在第一充车汇流排上安装第一充车汇流排在线压力表PI2，在第二充车汇流排上安装第二充车汇流排在线压力表PI3，第一充车汇流排在线压力表PI2以及第二充车汇流排在线压力表PI3分别与长管车切断阀设置报警和联锁。

进一步地，所述集束格总管通过集束格切断阀连接集束格汇流排，在集束格汇流排上安装集束格在线压力表PI4，集束格在线压力表PI4与集束格切断阀设置报警和联锁。

当需要同时充装集束格和长管车时，控制阀门使一台压缩机通过氢气总管为长管车充装；另一台压缩机通过集束格总管为集束格充装。

当需要同时充装压力不同的两台长管车时，将两台长管车分别与第一充车汇流排、第二充车汇流排连接，控制阀门使一台压缩机通过氢气总管为第一台长管车充装；另一台压缩机通过集束格总管及连通管线为第二台长管车充装。

本发明的优点和积极效果是：

1、本发明设置两路总管，分别为充车总管和充集束格总管，在集束格总管与第二汇流排之间增加一连通管线，实现了分别充装长管车和集束格以及两台不同压力的长管车同时充装，使得集束格能在最短的时间内充满，提高了充集束格的效率；减少了长管车充装的等待时间。比常规改造所用管路少、阀门少，改造成本低，风险小。

2、本发明分别在压缩机出口增加集束格手阀，使得每台压缩机都可以在充车总管和充集束格总管之间互切，有效防止因某台压缩机故障而影响充装，提高了装置的稳定性。

3、本发明通过实现了两台不同压力的长管车同时充装，减少了压缩机的开停车次数，延长了压缩机的使用寿命，同时减少了压缩机的自循环时间，降低了压缩机的耗电量，有效节约了运行成本。

4、本发明在充车总管和充集束格总管上分别增加紧急切断阀，并设置联锁，有效防止充装区因误操作而导致超压情况发生，提高了充装区的安全性。

附图说明

图1为背景技术的原充装流程图；

图2为背景技术常规改造后充装流程图；

图3为本申请实施例1中的流程图；

图4为本申请实施例2中的流程图。

图中标示如下：

1-第一压缩机、2-第二压缩机、3-集束格、4-长管车、5-第一压缩机管线、6-第二压缩机管线、7-氢气总管、701-第一氢气总管、702-第二氢气总管、703-第三氢气总管、8-充装总管、9-集束格汇流排、10-充集束格软管、11-第一充车汇流排、12-第二充车汇流排、13-充车软管、14-充集束格手阀、15-充车手阀、16-第一压缩机出口阀、17-第二压缩机出口阀、18-氢气总阀、19-第一充车手阀、20-第二充车手阀、21-集束格总管、22-第一集束格管线、23-第二集束格管线、24-连通管线、25-连通阀、26-第一集束格手阀、27-第二集束格手阀、28-长管车切断阀、29-集束格切断阀、PI1-充车总管在线压力表、PI2-第一充车汇流排在线压力表、PI3-第二充车汇流排在线压力表、PI4-集束格在线压力表。

具体实施方式

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。需要指出的是，除非另有指明，本申请使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

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或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

本发明氢气充装系统，如图3、图4所示，第一压缩机1出口分为两股，第一股通过第一压缩机管线5与氢气总管7相连，在第一压缩机管线5上安装第一压缩机出口阀16，第二股通过第一集束格管线22与集束格总管21相连，在第一集束格管线22上安装第一集束格手阀26；同理第二压缩机2出口也分为两股，第一股通过第二压缩机管线6与氢气总管7相连，在第二压缩机管线6上安装第二压缩机出口阀17，第二股通过第二集束格管线23与集束格总管21相连，在第二集束格管线23上安装第二集束格手阀27，氢气总管7通过长管车切断阀28与充装总管8相连，充装总管8上设置充车总管在线压力表PI1，在充装总管8上连接两股管线，一股通过第一充车手阀19连接第一充车汇流排11，在第一充车汇流排11上安装第一充车汇流排在线压力表PI2，另一股通过第二充车手阀20连接第二充车回流排12，在第二充车汇流排12上安装第二充车汇流排在线压力表PI3，在第一充车汇流排11和在第二充车汇流排12上分别连接多个充车软管13的一端，在每一充车软管13另一端均连接长管车4，在每一充车软管上均安装一充车手阀15，集束格总管21通过集束格切断阀29连接集束格汇流排9，在集束格汇流排9上安装集束格在线压力表PI4，所述集束格汇流排9上连接多个充集束格软管10的一端，在每一充集束格软管10的另一端均连接集束格3，在充集束格软管10上安装充集束格手阀14，在集束格汇流排9的末端通过连通管线24与第二充车汇流排12的末端相连，在连通管线24上安装连通阀25。

为了避免长管车超过充装压力，第一充车汇流排在线压力表PI2以及第二充车汇流排在线压力表PI3分别与长管车切断阀28设置报警和联锁。

为了避免集束格超过充装压力，集束格在线压力表PI4与集束格切断阀29设置报警和联锁，该联锁值可手动输入。报警值低于联锁值0.5MPa。

实施例1：同时充装集束格和长管车。

以第一压缩机1充装长管车，第二压缩机2充装集束格为例，关闭第一集束格手阀26，第二压缩机出口阀17，连通阀25，打开第一压缩机出口阀16、长管车切断阀28，打开第一充车手阀19，一台长管车连接第一充车汇流排11的充车软管13上，打开充车手阀15通过第一压缩机1即可充装长管车，当第一充车汇流排在线压力表PI2达到19.5MPa时，发出报警信号，当无人操作，第一充车汇流排在线压力表PI2达到20MPa时，触发联锁，长管车切断阀28关闭，防止长管车超充。

打开第二集束格手阀27、集束格切断阀29，集束格连接充集束格软管10上，打开充集束格手阀14，启动第二压缩机即可充装集束格。当充装的集束格压力等级为15MPa时，手动输入集束格切断阀29的联锁值15MPa，则报警值自动变为14.5MPa，当充装压力达到14.5MPa时，发出报警，若无人操作，继续充装，当集束格在线压力表PI4达到15MPa时，触发联锁，集束格切断阀29关闭；同理当充装的集束格压力等级为20MPa时，手动输入联锁值20MPa，则报警值自动变为19.5MPa，当集束格在线压力表PI4充装压力达到19.5MPa时，发出报警，若无人操作，继续充装，当集束格在线压力表PI4达到20MPa时，触发联锁，集束格切断阀29关闭，防止集束格超充。

实施例2：同时充装压力不同的长管车。

以第一压缩机1充装第一充车汇流排11处的长管车，第二压缩机2充装第二充车汇流排12处的长管车为例，关闭第一集束格手阀26，关闭第二压缩机出口阀17，打开第一压缩机出口阀16、长管车切断阀28，打开第一充车手阀19，一台长管车连接第一充车汇流排11的充车软管13上，打开充车手阀15通过第一压缩机1即可充装第一充车汇流排11处的长管车；关闭第二充车手阀20，打开第二集束格手阀27、打开集束格切断阀29，打开连通阀25，一台长管车连接第二充车汇流排12的充车软管13上，打开该充车手阀15通过第二压缩机1即可充装第二充车汇流排12处的长管车，手动输入集束格切断阀29的联锁值20MPa，当第一充车汇流排在线压力表PI2达到19.5MPa时，发出报警信号，当无人操作，第一充车汇流排在线压力表PI2达到20MPa时，触发联锁，长管车切断阀28关闭，防止第一充车汇流排11处的长管车超充；当集束格在线压力表PI4充装压力达到19.5MPa时，发出报警，若无人操作，继续充装，当集束格在线压力表PI4达到20MPa时，触发联锁，集束格切断阀29关闭，防止第二充车汇流排12处的长管车超充。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，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之内。

Claims (1)

1.一种氢气充装系统，包括两台压缩机，两充车汇流排及集束格汇流排，其特征在于，

第一压缩机出口分为两股，第一股通过第一压缩机管线与氢气总管相连，第二股通过第一集束格管线与集束格总管相连；

第二压缩机出口也分为两股，第一股通过第二压缩机管线与氢气总管相连，第二股通过第二集束格管线与集束格总管相连；

所述氢气总管与充装总管相连，在充装总管上连接两股管线，一股连接第一充车汇流排，另一股连接第二充车回流排；

所述集束格总管连接集束格汇流排，在集束格汇流排的末端通过连通管线与第二充车汇流排的末端相连；

所述氢气总管通过长管车切断阀与充装总管相连，充装总管上设置充车总管在线压力表（PI1）；

在第一充车汇流排上安装第一充车汇流排在线压力表（PI2），在第二充车汇流排上安装第二充车汇流排在线压力表（PI3），第一充车汇流排在线压力表（PI2）以及第二充车汇流排在线压力表（PI3）分别与长管车切断阀设置报警和联锁；

所述集束格总管通过集束格切断阀连接集束格汇流排，在集束格汇流排上安装集束格在线压力表（PI4），集束格在线压力表（PI4）与集束格切断阀设置报警和联锁；

当需要同时充装集束格和长管车时，控制阀门使一台压缩机通过氢气总管为长管车充装；另一台压缩机通过集束格总管为集束格充装；

当需要同时充装压力不同的两台长管车时，将两台长管车分别与第一充车汇流排、第二充车汇流排连接，控制阀门使一台压缩机通过氢气总管为第一台长管车充装；另一台压缩机通过集束格总管及连通管线为第二台长管车充装。