CN117588391A - 用于对往复式压缩器进行负载控制的方法和系统 - Google Patents

Abstract

响应于可变传入气体进料而通过以下方式来控制压缩系统的容量：i)通过连续地使第一子集的一个或多个压缩器组的一个或多个往复式压缩器级的一个或多个缸的容量在最大容量和最小容量之间变化来选择性地使所述一个或多个压缩器组的所述第一子集的容量发生变化；和/或ii)通过完全加载或完全卸载第二子集的压缩器组的一个或多个往复式压缩器级的一个或多个缸来选择性地使所述一个或多个压缩器组的所述第二子集的容量发生变化，其中第一子集和第二子集是互斥的。

Description

用于对往复式压缩器进行负载控制的方法和系统

技术领域

本发明涉及一种用于对往复式压缩器进行负载控制的方法和系统。更具体来说，本发明涉及用于在工业气体生产综合体中生产和存储一种或多种工业气体时对往复式压缩器进行负载控制的方法和系统，工业气体生产综合体具有可变输入电源，如可再生电源。

背景技术

工业气体设备综合体可以包括生产气体或参与气体生产的一个或多个工艺设备。在非限制性实例中，这些气体可以包括：气态形式、液化形式或压缩形式的工业气体、商业气体、医用气体、无机气体、有机气体、燃料气体和绿色燃料气体。

人们对利用可再生能源为工业气体设备和工业气体设备综合体供电的方法和系统非常感兴趣。然而，使用可再生能源(如风能、太阳能和潮汐能)的一个显著缺点是这些能源的自然可变性和短暂性质。

一般来说，恒定或基本恒定的电力供应对于工业气体设备或工业气体设备综合体是优选的。这使得工业气体设备综合体中的工艺能够以基本恒定和最优的速率运行，以用于工业设备综合体内的一个或多个工艺。

因此，可再生电源(例如，风能、太阳能和/或潮汐能)的可变性和间歇性质对于工业气体设备的操作而言是成问题的。如果管理不善，传入电力变化可导致电力短缺，这可能导致各种工艺的低效运转率和/或停工。这些在时间、支出、气体生产和失去的机会方面可能是昂贵的。

然而，即使电力得到有效管理，可用电力的变化将导致依靠可再生能源运行的工业气体设备本质上相比于依靠更传统方式供电的工业气体设备具有更大的运行和生产速率范围。

对于许多工业气体来说，有必要将工业气体压缩到期望的压力，以便继续运输和使用，或者现场存储。然而，由可再生能源的使用导致的更大范围的操作条件和生产压力可对压缩器系统的稳定和高效操作提出重大挑战。

迄今为止，已知的用于压缩系统的控制装置不适于高效和可靠地管理压缩器，所述压缩器经受生产进料速率和/或压力的大范围变化。因此，需要对这些技术问题的解决方案，以使工业气体能够在这种装置中被高效且稳定地压缩。

因此，在本领域中需要在压缩器装置中提供更有效的气体压缩管理。

发明内容

下文以简化的形式介绍了一些概念，以便提供对本公开的一些方面的基本理解。下文不是本公开的广泛概述，并且不旨在标识本公开的关键或重要元件或描绘本公开的范围。下文仅概述了本公开其中的一些概念，作为此后提供的更详细说明的序言。

根据本发明的第一方面，提供了一种用于操作压缩系统的方法，所述压缩系统被配置成对可变传入气体进料进行压缩，所述压缩系统包括多个并联的压缩器组，每个压缩器组包括一个或多个往复式压缩器级，所述一个或多个往复式压缩器级各自具有一个或多个缸，所述方法包括：响应于所述可变传入气体进料而通过以下方式来控制所述压缩系统的容量：i)通过连续地使第一子集的一个或多个压缩器组的所述一个或多个往复式压缩器级的一个或多个缸的容量在最大容量和最小容量之间变化来选择性地使所述一个或多个压缩器组的所述第一子集的所述容量发生变化；和/或ii)通过完全加载或完全卸载第二子集的压缩器组中的所述一个或多个往复式压缩器级的一个或多个缸来选择性地使所述一个或多个压缩器组中的所述第二子集的容量发生变化；其中所述第一子集和所述第二子集是互斥的。

在一个实施例中，所述压缩系统的所述容量响应于所述传入气体进料的压力而变化，并且所述方法还包括：确定所述传入气体进料的气体压力。

在一个实施例中，使所述压缩器组的所述第一子集的所述容量发生变化包括同步地使形成所述第一子集的所述压缩器组的每个往复式压缩器级的每个缸的所述容量发生变化并且使所述容量变化相同的量。

在一个实施例中，所述第一子集的所述一个或多个压缩器组的所述一个或多个往复式压缩器级的所述一个或多个缸中的每个缸包括抽吸卸载阀以连续地使所述每个缸的所述容量发生变化。

在一个实施例中，使所述压缩器组的所述第二子集的所述容量发生变化包括每次从所述第二子集的所述压缩器组的每个往复式压缩器级完全加载或完全卸载一个缸。

在一个实施例中，每个压缩器组包括相同数量(n)个压缩器级，其中n>1。

在一个实施例中，每个往复式压缩器级包括多个缸。

在一个实施例中，每个往复式压缩器级具有相同数量个缸。

在一个实施例中，控制所述压缩系统的所述容量的步骤包括：a)在所述压缩系统以所述多个压缩器组的总最大容量和低于所述总最大容量的第一阈值容量之间的流量接收所述传入气体进料的时段期间，响应于所述传入气体进料的流量的变化而连续地使一个或多个压缩器组的所述第一子集的所述容量发生变化。

在一个实施例中，控制所述压缩系统的所述容量的步骤还包括：b)在所述压缩系统以所述多个压缩器组的所述第一阈值容量和低于所述第一阈值容量的第二阈值容量之间的流量接收所述传入气体进料的时段期间，响应于所述传入气体进料的所述流量减少等于一个或多个第一缸的所述容量的量而完全卸载所述一个或多个压缩器组的所述第二子集的一个或多个第一加载缸，或者响应于所述传入气体进料的所述流量增大等于所述一个或多个第一缸的所述容量的量而完全加载所述一个或多个压缩器组的所述第二子集的一个或多个第一卸载缸。

在一个实施例中，步骤b)还包括：c)响应于所述第二子集的一个或多个第一加载缸的所述完全卸载而同步地将所述一个或多个压缩器组的所述第一子集的所述容量增大等于所述一个或多个第一缸的所述容量的量，或者响应于所述第二子集的一个或多个第一卸载缸的所述完全加载而同步地将一个或多个压缩器组的所述第一子集的所述容量减少等于所述一个或多个第一缸的所述容量的量。

在一个实施例中，所述方法还包括对所述第二子集的一个或多个另外的缸重复步骤b)。

在一个实施例中，重复步骤b)，直到所述第二子集的每个组的每个往复式压缩器级中仅剩下单个缸。

在一个实施例中，控制所述压缩系统的所述容量的步骤还包括：d)在所述压缩系统以所述第二阈值容量和总最小容量之间的流量接收所述传入气体进料的时段期间，响应于所述传入气体进料的流量的变化而连续地使一个或多个压缩器组的所述第一子集的所述容量发生变化。

在一个实施例中，每个压缩器组包括连接在所述压缩器组的出口和所述压缩器组的入口之间的局部再循环阀，并且控制所述压缩系统的所述容量的步骤还包括：e)在所述压缩系统以等于或低于所述总最小容量的流量接收所述传入气体进料的时段期间，操作每个压缩器组的所述局部再循环阀以将气体从每个压缩器组的所述出口再循环到每个压缩器组的所述入口。

根据本发明的第二方面，提供一种用于操作压缩系统的控制系统，所述压缩系统被配置成对可变传入气体进料进行压缩，所述压缩系统包括多个并联的压缩器组，每个压缩器组包括一个或多个往复式压缩器级，所述一个或多个往复式压缩器级各自具有一个或多个缸，所述控制器被配置成响应于所述可变传入气体进料而通过以下方式来控制所述压缩系统的容量：i)通过连续地使第一子集的一个或多个压缩器组的所述一个或多个往复式压缩器级的一个或多个缸的容量在最大容量和最小容量之间变化来选择性地使所述一个或多个压缩器组的所述第一子集的所述容量发生变化；和/或ii)通过完全加载或完全卸载第二子集的压缩器组的所述一个或多个往复式压缩器级的一个或多个缸来选择性地使所述一个或多个压缩器组中的所述第二子集的容量发生变化；其中所述第一子集和所述第二子集是互斥的。

在一个实施例中，使所述压缩器组的所述第一子集的所述容量发生变化包括同步地使形成所述第一子集的所述压缩器组的每个往复式压缩器级的每个缸的所述容量发生变化并且使所述容量变化相同的量。

在一个实施例中，所述第一子集的所述一个或多个压缩器组的所述一个或多个往复式压缩器级的所述一个或多个缸中的每个缸包括抽吸卸载阀以连续地使所述每个缸的所述容量发生变化。

在一个实施例中，使所述压缩器组的所述第二子集的所述容量发生变化包括每次从所述第二子集的所述压缩器组的每个往复式压缩器级完全加载或完全卸载一个缸。

根据本发明的第三方面，提供一种对指令的程序进行存储的计算机可读存储介质，所述程序可由机器执行以实行用于操作压缩系统的方法，所述压缩系统被配置成对可变传入气体进料进行压缩，所述压缩系统包括多个并联的压缩器组，每个压缩器组包括一个或多个往复式压缩器级，所述一个或多个往复式压缩器级各自具有一个或多个缸，所述方法包括：响应于所述可变传入气体进料而通过以下方式来控制所述压缩系统的容量：i)通过连续地使第一子集的一个或多个压缩器组的所述一个或多个往复式压缩器级的一个或多个缸的容量在最大容量和最小容量之间变化来选择性地使所述一个或多个压缩器组的所述第一子集的所述容量发生变化；和/或ii)通过完全加载或完全卸载第二子集的压缩器组的所述一个或多个往复式压缩器级的一个或多个缸来选择性地使所述一个或多个压缩器组中的所述第二子集的容量发生变化；其中所述第一子集和所述第二子集是互斥的。

附图说明

现在将仅通过实例并参考图来描述本发明的实施例，其中：

图1是根据一实施例的用于生产和供应原料气体的生产和存储设施的示意图。

图2是根据一实施例的压缩系统的示意图。

图3是根据一实施例的图2的压缩系统的一部分的放大示意图。

图4是示出图2的压缩系统的控制方法的部分的示意图。

图5是示出主组操作的控制方法的示意图。

图6是根据另一个实施例的压缩系统的示意图。

图7是生产和存储设施的示意图，该生产和存储设施用于生产和供应作为原料的氢气并且适于利用图1、图2、图3和/或图6的压缩系统。

图8是根据一实施例的工艺的流程图。

图9是本发明适合用作其一部分的工业气体设备的实例。

通过参考以下详细说明，可最好地理解本公开的实施例和它们的优点。应理解，相同的参考编号用于标识一个或多个图中所示的相同元件，其中本文中的图示是为了例示本公开的实施例，而不是为了限制本公开的实施例。

具体实施方式

现在将描述本公开的各种实例和实施例。以下说明提供具体细节，以便透彻理解和能够描述这些实例。然而，相关领域的普通技术人员将理解，本文中描述的一个或多个实施例可在没有许多这些细节的情况下实施。同样，相关领域的技术人员也将理解，本公开的一个或多个实施例可包括本文中未详细描述的其他特征和/或功能。另外，一些众所周知的结构或功能可能未在下文详细示出或描述，以避免不必要地使相关说明模糊。

在实施例中，本公开涉及用于对至少部分使用可再生电力产生的气体进行压缩的压缩器的负载控制。压缩器可采用往复式压缩器的形式。待压缩的气体可采取任何合适的形式。然而，在实施例中，气体是氢气。

气体生产、压缩和存储系统概述

图1示出根据一实施例的气体生产和存储系统100的示例性示意图，该气体生产和存储系统囊括具有控制器250的压缩系统200。

生产和存储系统100包括工业气体生产设施110和气体存储资源120。工业气体生产设施110被布置成生产用于下游工艺单元130的工业气体。工业气体生产设施110可包括如上所述的氢气生产设备或ASU。替代地，工业气体生产设施110可包括任何合适的气体生产设施。技术人员将容易意识到可在本实施例中使用的设施的类型。

用于生产和存储系统100整体的电力可由总线150提供。然而，在本实施例的背景中，从总线150到工业气体生产设施110的电力供应是关键考虑因素。

在实施例中，从总线150提供的电力由至少一个可再生能源产生，该至少一个可再生能源可包括风能152(经由包括多个风力涡轮机的合适的风力农场)和/或太阳能154(经由包括多个太阳能电池的太阳能农场)。然而，这不是限制性的，并且可使用其他可再生能源，如水力发电(未示出)和/或潮汐能发电(未示出)。

由可再生能源152、154供应给总线150的电力的内在时间相关变化对生产和存储系统100的高效和平稳运行提出了挑战。

例如，在一个典型的夏日，太阳能在一天中的大部分时间里可用性很高。风力发电的可用性也很高。因此，从可再生能源产生的电力可在给定的一天的早些时候保持大致恒定的基线和高峰值。在这种情况下，供应的电力充足，并且气体生产和存储系统100的操作不受电力限制，并且仅受气体生产和存储系统100的组件的峰值或最佳操作标准的限制。

然而，在阳光和风水平低的典型冬日，从可再生能源152、154到总线150的所产生的电力在夜间可能为零或接近零，而在中午达到相对较小的峰值。虽然如短期能量存储(例如电池能量存储系统(BESS))等技术可用于补偿短期电力可用性的降低，但是实际上不可能在可再生能量最少的整个时间段内满足气体生产和存储系统100的全部电力需求。

因此，实际上有必要响应于可用电力来改变各种设备的生产速率。反过来，这意味着用于对这些设备中产生的气体进行压缩的压缩级需要能够对输入气体进料中的显著变化进行处理。还需要对压缩器的运行进行管理，以便降低其功耗。

所描述的实施例适用于各种气体生产和/或存储配置。例如，尽管实施例是针对气体生产设施来描述，但这并不是必须的，并且预生产气体可从另一个来源以可变压力来供应。替代地，气体存储器不需要存在，或者可位于其他地方。

可使用任何合适的下游工艺单元130，其利用所生产的气体作为原料。合适的下游工艺单元130的实例可包括炼油厂、钢铁制造设施、氨合成设备或氢液化设备，如下所述。在一些实施例中，可并联使用多个下游工艺单元130。

下游工艺可包括单个工艺或多个并联布置的下游工艺。在所生产的气体包括氢气的实施例中，下游工艺可包括任何可使用“灰色”或“蓝色”氢气的工艺，例如：钢铁制造和炼油操作。

在优选实施例中，至少一些或所有生产的气体是用于生产氨的氢气，如以下实施例中所述。

在替代实施例中，所生产的氢气可用于通过例如CO₂氢化来生产甲醇。在其他替代实施例中，所生产的氢气可通过低温冷却被液化。

上述下游工艺是实例，而不旨在进行限制。此外，可一起使用上述实例的任何合适的组合，所生产的气体的一部分进入一个下游工艺并且另一部分被送到不同的下游工艺(例如，如果所生产的气体是氢气，则下游工艺可包括部分氨生产和部分低温冷却的液化)。

供应进料管线140从气体生产设施110的输出集管延伸到与下游工艺单元130流体连通的供应出口142。

第一低压(LP)压缩系统112设置在供应出口的下游。低压(LP)压缩系统112可操作以将所产生的气体从来自生产设施的第一进料压力压缩到大于该第一进料压力的第二中间压力。在实施例中，LP压缩系统112可包括一个或多个离心式压缩器。离心式压缩器非常适合在相对低的压缩比下处理大量气体。

然而，离心式压缩器的排放压力可根据来自生产设施110的输入压力和/或气体的分子量而变化。

压缩系统200位于沿着LP压缩系统112下游的供应进料管线140的流动路径中。在实施例中，压缩系统200可包括中压(MP)压缩系统。

压缩系统200包括并联布置的三个压缩组202、204、206。尽管在图1中显示为单个单元，但是在实施例中，每个压缩组202、204、206在非限制性实施例中包括三个级。控制器250布置成控制压缩组202、204、206的操作，如下面将参照图2和3所述。

控制器250还包括压力指示器控制器(PIC)252，其可操作以测量通向压缩系统200的入口集管中的LP压缩系统200下游的气体P₁的压力。

压缩系统200的下游是纯化区段114。取决于所讨论的工业气体，可不需要纯化区段114。然而，如果所讨论的气体是氢气，则纯化区段114可包括“脱氧”单元，其中氧气通过氢气的催化燃烧而被去除，以产生水和氧气耗尽的压缩气体氢气，然后可在干燥器(如吸附单元，例如变温吸附(TSA)单元)中对压缩氢气进行干燥。

供应进料管线140的排放集管144位于纯化区段114的下游，并且包括控制阀144a以控制气体流向往下游工艺单元130。

气体存储资源120可包括连接到公共入口集管和公共出口集管的压力容器和/或管段。压力容器可是球体，例如直径约为25m，或者是“子弹”，其是具有大的L/D比(通常高达约12:1)的卧式容器，直径高达约12m。在某些地区，地下洞穴可作为存储系统，以消除与可再生电力相关的季节性变化。

气体存储资源120与压缩系统200和纯化区段114布置在并联的进料回路中。入口进料管线122从排放集管144下游的供应进料管线140延伸到气体存储120的入口集管。控制阀122a位于入口进料管线122中，以控制气体流入气体存储资源120。

出口回流进料管线124从气体存储资源120的出口集管延伸到压缩区段114的入口集管上游的供应进料管线140。来自气体存储资源120的流量由控制阀124a控制，控制阀选择性地使来自存储器的气体能够经由回流管线124馈回入供应进料管线140中并且馈入压缩系统200和纯化区段114中。

在这种布置中，被压缩和纯化的气体可以被无缝地并且适当地从存储或者从生产引导到下游工艺单元130。作为另外一种选择，从下游工艺单元130产生的超过需求的气体可以被直接送到气体存储器120以备后用。

现在将具体参照图2和图3描述压缩系统200。

压缩系统200简介

压缩系统200可操作来对具有可变流量的气体进料进行压缩。在所描述的实施例中，使用至少部分由可再生能源产生的电力来产生这种气体。

压缩系统的目的是接收进料压力(即产生气体的压力)下的输入气体，并且将该气体压缩到高压。压力通常将由下游工艺130的要求决定，使得升高的压力将等于或大于所述下游工艺的进料压力。在实施例中，压缩系统200可操作以进一步对从LP压缩系统112接收的气体进行压缩，以供下游工艺130使用。

压缩系统200的运行至少部分地由使用来自可再生能源的电力产生的气体决定。在实施例中，这可包括由一个或多个电解器产生的氢气，如上文和下文所述。

一般来说，操作气体生产设施100比操作压缩系统200需要多得多的电力。在很少或没有气体从气体生产设施供应的情况下，如上所述，气流可暂时由存储在气体存储资源120中的气体提供，目的是满足或维持下游工艺130的预定供应压力(尽管质量流动速率当然可变化)。

然而，即使在来自存储资源120的附加供应的这些条件下，进入压缩系统200的气体流量在使用中也可能变化很大。在实施例中，压缩系统200必须适于解决这种可变性。

另外，由可再生能源供电的工业工艺设备的目标可是减少或减轻环境影响。因此，存在降低工业气体生产设备的操作组件整体功耗的动力。这包括压缩系统200。因此，在不需要压缩系统200的全部容量的情况下，通过压缩系统200降低电力的技术有助于实现依靠可再生能源运行的工业生产设备的总体目标。

压缩系统200组件

参考图2和3，在实施例中，压缩系统200包括三个并联的压缩组202、204、206。然而，这是非限制性的，并且并联压缩器组的数量n可取任何值，只要n>1。换句话说，至少需要两个并联的压缩器组。

在实施例中，压缩组202、204、206各自包括三个级202-1、202-2、202-3；204-1、204-2、204-3；206-1、206-2、206-3(图2)在组内串联布置。然而，不一定是这种情况，并且任何正整数数量的级都可用于本发明。

在实施例中，每个级202-1、202-2、202-3；204-1、204-2、204-3；206-1、206-2、206-3包括一个或多个往复式压缩器。往复式压缩器是容积式器件，其中缸内的往复式活塞用作压缩和容积式元件，以减少缸内的气体体积并且随之增加其压力。

每个缸在第一端处由缸盖封闭，并且在第二端处由活塞封闭。设置有抽吸入口和排放出口。抽吸入口和排放出口都包括可移动的阀。

在使用中，在膨胀阶段(即，活塞远离第一端移动，从而使缸的容积膨胀)，气体通过抽吸入口被提取(当抽吸入口阀处于打开位置时)。当活塞反向运动时，入口阀关闭并且缸内进入压缩级阶段。当缸压力超过预定压力时，排放出口阀打开，并且加压气体向下游进入排放出口中。

本公开中的术语“往复式压缩器”旨在涵盖这类压缩器的所有合适的形式和配置。例如，往复式压缩器可包括可分离压缩器，其中压缩器缸和活塞装置与其驱动机构(如发动机或电动机)分离，并且通常通过齿轮箱连接到其上。

替代地，往复式压缩器可包括集成压缩器，其中压缩器的电源安装在与缸和活塞压缩单元相同的框架内。多个压缩器缸可位于同一框架内。

往复式压缩器也可包括单作用缸或双作用缸。单作用缸仅包括沿单一行进方向的压缩气体。双作用缸在缸的不同端处以交替的方式在两个行进方向上压缩气体。

实际上，双作用缸可被认为在功能上等同于两个集成的单作用缸。例如，双作用缸的一端可卸载，而不会损害另一端的性能。因此，本文中描述的“缸”可包括双作用缸中的一个缸，或者它可包括单作用缸，或者任何合适的变型。

作为另一种替代，往复式压缩器可采用隔膜压缩器的形式，其中活塞移动隔膜来改变缸的容积，而不是在缸本身内移动。

对每个往复式压缩器组内的缸数量、每个组内的级的数量或并联组的数量没有限制。然而，在实施例中，组的数量是三个，每个组具有三个压缩级，并且每个压缩级具有六个缸。

在LP组下游的中压(MP)组中使用往复式压缩器具有许多优点。例如，往复式压缩器可通过其结构和操作来输送固定的排放压力，与离心式压缩器不同，该压力不受被压缩气体分子量变化的影响。这意味着，一般来说，更高的压缩比可在更少的级中实现。

图2和3更详细地示出了压缩系统200。图2示出了显示三个并联组202、204、206的详细视图，每个组分别包括三个级-1、-2、-3。图3仅示出每个组的单级202-1、204-1、206-1的更详细视图。

如图2所示，每组202、204、206连接到来自气体生产设施110的公共入口集管208。每个往复式压缩器组202、204、206分别包括三个级-1、-2、-3，每个级具有六组缸T1C1-T1C6；T2C1-T2C6；T3C1-T3C6。并联的组202、204、206共享公共的排放集管210。注意，图2纯粹是每个组202、204、206的组件的示意图，并不旨在说明任何结构或流动连接。

每个级的每个缸T1C1-T1C6；T2C1-T2C6；T3C1-T3C6具有连接到入口供应的抽吸入口阀212(为清楚起见，这在图3中示出为与单个缸相关，但是该特征在所有缸上都存在)和连接到排放管的排放出口和排放出口阀214(为清楚起见，这在图3中示出为与单个缸相关，但是该特征在所有缸上都存在)。在单作用缸的情况下，抽吸入口阀212和抽吸入口可形成在缸的与排放出口相同的端处。

第一组202的三个级202-1、202-2、202-3的缸T1C1-T1C6的抽吸入口212均设有抽吸阀卸载器216。抽吸阀卸载器216可操作以防止抽吸入口阀212关闭。通过精确的控制和调节，抽吸阀卸载器216可被修改以控制将在每个压缩循环中被压缩的气体体积。这将在下面更详细地描述。

如果往复式压缩器包括双作用缸，则在活塞的任一侧可有抽吸入口，并且在活塞的任一侧和缸的与入口相对的一侧也可有排放出口。这两个入口可通过其上游的公共增压室连接，并且出口可通过其下游和排放管上游的公共增压室连接。

压缩器还包括出口下游的中间冷却器。为了简洁起见，这里没有示出。当在压缩级的下游时，这被称为“后冷却器”。在“多级”压缩系统中，多级压缩发生在并联和/或串联布置的压缩器之间。为了限制压缩气体温度的升高，每一级的总压力比通常可在大约1.5至大约2.5的范围内。

然后，在相邻的级之间或在一级的末端需要中间冷却器，以从气体的压缩中移除热能。中间冷却器可采用任何合适的冷却装备的形式；例如热交换器。

此外，相分离器也可位于每一级压缩的上游，以去除液态水，并且在实施例中，这可与中间冷却器组合为单个单元，以简化结构。中间冷却器是压缩装备的一部分，并且常常将排气体压力定义为后冷却器的排放凸缘处的压力。

每个往复式压缩器组202、204、206还具有由相应的阀218控制的相关联的局部再循环系统。局部循环系统从排放出口排放压缩气体并且在阀218中适当减压后，将气体回流馈回入抽吸入口212以进行循环。

返回参考图2，如图所示，每个组202、204、206包括三个级-1、-2、-3，每个级具有六组缸T1C1-T1C6；T2C1-T2C6；T3C1-T3C6。现在将描述用于组202、204、206和其中的缸的操作的控制装置。

压缩器控制装置

压缩器系统200包括控制装置250和压力指示器控制器(PIC)252。PIC 252可操作以确定从气体生产设施110输出并且输入到压缩器系统200的输入集管208的进料压力P。

进料压力P可作为每个往复式压缩器抽吸入口的抽吸压力来测量。更具体地，抽吸压力可定义为抽吸过滤器入口凸缘处的压力。抽吸过滤器是可操作的，以确保来自气体生产工艺的灰尘和碎屑不会进入往复式压缩器。

控制器250可操作以根据分程控制策略响应于测量的抽吸压力来调节两个操纵变量。

操纵变量包括可直接控制的设备参数。在本实施例中，控制器使用测量的抽吸压力来调节压缩器系统200的容量控制的操纵变量和通过阀218的再循环流量。

当来自设施110的气体产量由于来自可再生能源152、154的较低电力供应而较低时，容量控制可操作以相应地按比例降低压缩器组202、204、206的运行容量。因此，控制策略降低压缩器以节省能量消耗。容量控制策略由如下所述的主/从控制架构中的混合容量控制方案组成。

分程控制策略

控制器250利用分程控制来控制压缩器组202、204、206的容量和再循环流量控制。换句话说，控制器产生输出控制信号来控制相应的阀门和系统，以实现所述目标。

在高于预定阈值分割值的分程控制的第一范围内，响应于降低的抽吸压力，修改适当的控制以降低压缩器组202、204、206的容量，直到达到分割值阈值并且分程的值进入第二范围。

如果这些值在第二范围内，则控制再循环流量控制阀将气体从压缩器的排放出口再循环到抽吸入口。

控制发生变化时的阈值分割水平可设定为任何技术值。然而，在本实施例中，分割水平是30％。换句话说，如果来自分程区块的输出值具有在100％和30％之间的范围，那么压缩器组202、204、206的容量响应于测量的抽吸压力而被修改。这是以下述方式进行的。

相反，如果来自分程区块的输出值具有30％和0％之间的范围，则再循环控制阀218被操纵以将压缩空气从排放出口214再循环到抽吸入口212。在实施例中，分程控制250使用排他的阀排序，使得存在“非此即彼”的关系。然而，不必如此，也可使用其他策略。

容量控制

在容量控制的范围内，现在将描述容量控制策略。容量控制可旨在于可变的工艺条件下保持来自排放出口的气体的预定压力。压缩器的容量与压缩器能够支持的气体质量流动速率有关。在本发明中，往复式压缩器的容量调节的目的主要是为了节省由可再生能源供应的能量。然而，调节抽吸流量以匹配气体工艺流量也有操作上的益处。

在实施例中，利用主/从架构。在控制方法中，压缩器组202、204、206的第一主子集与其第二从子集不同地被控制。多个压缩器组202、204、206的第一子集在连续容量控制下运行，其中各个压缩器组202、204、206的容量可根据需求连续变化。

相反，多个压缩器组202、204、206的第二子集以逐步且基本不连续的方式运行。在实施例中，连续变化可限制在特定的进料百分比之间。连续控制下的组充当主控制，并且第二子集充当从控制。

第一子集中的压缩器组的数量可取任何正整数n，只要n>1且n<T，其中T是所提供的压缩器组202、204、206的总数。同样的标准也适用于第二子集。换句话说，任何数量的压缩器组可在任一类别中提供，只要每一类别至少有一个。

关于第一主子集，可以多种方式实现连续(或无级)容量控制。在实施例中，控制系统250可操作以在连续控制下精确地控制压缩器组的一个或多个抽吸阀卸载器216。

如上所述，抽吸阀卸载器216一般来说，可操作以防止抽吸入口阀212关闭。通过精确的控制和调节，抽吸阀卸载器216可被修改以控制将在每个压缩循环中被压缩的气体的体积。

在每个压缩循环中，抽吸阀在由控制器250确定的特定时间点关闭。这减少了通过抽吸入口吸入的气体，从而降低了特定压缩器组的容量。

换句话说，连续容量系统是一种精确控制和致动的抽吸阀卸载器配置。控制可通过液压或电气系统来实现，以精确地控制和致动抽吸阀卸载器216系统。

在实例中，抽吸阀卸载器可由一个或多个电磁阀致动的液压致动器控制。还需要传感器；例如，可包括上止点传感器的活塞位置传感器。

连续控制系统具有显著的优势，尤其是在快速和连续的响应时间方面。控制器250可操作以控制和协调至少一个选定的压缩器组202、204、206的六个缸的所有抽吸阀卸载器，从而允许压缩器组202、204、206的精确部分加载及其高效运行。

然而，尽管连续控制在效率和精度方面具有优势，但这种系统可能昂贵且复杂。

伴随地，多个压缩器组202、204、206中的至少一个组落在第二从子集内，并且以逐步且基本不连续的方式运行。在实施例中，这可通过缸卸载和加载来实现。因此，基于连续变化，其他组充当主控制的从控制。

在实施例中，也可通过使用抽吸阀卸载器216来实现以逐步方式加载和卸载缸。为此，抽吸阀卸载器216可采取多种形式。在基本形式中，抽吸阀212通过卸载器保持打开，这允许气体在压缩冲程期间返回到抽吸入口。换句话说，抽吸阀卸载器可操作以绕过或至少保持打开相关缸的抽吸入口阀，卸载缸的一端或两端(在双作用的情况下)。在这种情况下，卸载可在50％或0％(总卸载)时实现。

通常，卸载器可采用指型、插头型和港口卸载器的形式。

主/从控制策略

如上所述，组中的第一主子集的一个或多个压缩器组在连续控制下运行，而第二从子集中的一个或多个压缩器组在缸逐步卸载下运行。

考虑图2的实施例。提供了三个组202、204、206，每个组具有三个级。一个组202在第一主子集内，并且在连续的容量控制下运行，而剩余的两个组204、206属于第二从子集内，并且处于逐步式卸载/装载控制下。在这种情况下，每级有六组缸，并且每个组具有三个级。因此，三个组上总共有54个缸提供容量。

为避免负载突然冲击并且确保可控性，有必要采用规定的方式实施降低容量的控制策略。策略如图4和图5中所示，并且描述如下：

首先，从100％进料容量开始，对于预定的初始范围，连续可变组202单独负责压缩器系统200的容量变化。在实施例中，预定义的初始范围是100％-90％。换句话说，总容量变化的第一个10％仅通过连续调节第一主控制(组202的容量)来实现。

初始范围也可替代地定义为分配给连续控制的初始偏移容量。在实施例中，它可避免响应缸卸载动作时可能的失控。虽然在实施例中，10％已经显示出有效益处，但是该值可采用任何合适的值，并且可例如在5％-30％的范围内。

还应注意，在实施例中，10％的偏移值对应于总进料的比例。然而，在实施例中，连续可变组202仅包括压缩器系统200中缸总数的三分之一。因此，为了在所有组202、204、206上实现10％的总容量减少，实际上这意味着组202的每个级-1、-2、-3的每个缸T1C1-T1C6已经连续地将其容量减少高达30％。

当连续可变组202被连续卸载时，抽吸阀卸载器216被配置成同时调节组202的每个级-1、-2、-3的每个缸T1C1-T1C6的抽吸入口阀212的位置。

换句话说，组202的所有级内的所有抽吸阀212被同时操纵。因此，在实施例中，每一级202-1、202-2、202-3的缸T1C1-T1C6的抽吸阀卸载器216和抽吸阀212被连续调节以实现容量的期望减少。在实施例中，容量的减少在每个级202-1、202-2、202-3上是相同的。

如果进料继续减少，则控制策略实施包括组204、206的第二从子集中的一个的至少一个缸的逐步式卸载。假设在压缩系统200中总共有54个缸，一组的每一级中的一个缸(在该实施例中总共有3个缸)在满容量时可能处理压缩系统200容量的5.5％。

因此，当总输入进料进一步下降5.5％时，实施逐步式控制以卸载第二从子集组204、206的每一级的第一缸。当确定输入进料进一步下降5.5％时，则第二从子集组204、206的第二缸被卸载。

换句话说，当进料下降的百分比相当于在满容量条件下缸所支持的容量时，采取行动卸载缸。

缸T2C1-T2C6和T3C1-T3C6由从控制器以受控的顺序连续卸载，以保持组204、206之间容量的良好平衡。

在实施例中，然后卸载来自第二从子集的第一组204的三个级中的每一级的缸T2C1(在该实施例中总共3个缸，组204的每级一个)，接着卸载第二从子集的第二组206的每级的缸T3C1(在该实施例中总共3个缸，组206的每级一个)。然后，卸载第二从子集的第一组204的每一级的缸T2C2，接着卸载每一级的缸T3C2，依此类推。

组204、206的第二从子集的缸的卸载以这种方式继续，直到每个组204、206的每一级中只有单组缸T2C1-T2C6和T3C1-T3C6保持装载(在这种情况下，每个组3个缸保持装载)。换句话说，组204、206的缸的卸载以每级T2C3、T3C3、T2C4、T3C4、T2C5和T3C5的顺序继续，直到达到该条件。

在这一级，在每组204、206的每一级中只有单组缸T2C6和T3C6保持负载的情况下，缸T1C1-T1C6的连续容量控制可用于将容量降低到连续控制的预定最小水平。在实施例中，最小水平是30％(作为单独组202的容量的百分比)。

当达到最低水平时，控制器250的分程控制可操作以接合每组的局部再循环控制阀218，以将压缩空气从相应的最终级的排放出口阀214再循环到每个缸的抽吸入口阀212。

总之，当a)每个第二子集级204、206中除了一组缸之外的所有缸都被卸载，以及b)第一主子集中处于连续控制下的压缩器组202达到其最小容量时，局部再循环阀218可用于容量控制。

在实施例中，跨组同时控制局部再循环阀218，以实现平稳操作和从容量控制到再循环控制的平稳过渡。

连续控制平滑

如上所述，连续控制在总进料容量下降10％的初始级起作用，并且在最后一个可用的逐步式缸已经卸载时在容量的最终下降中起作用。

在这两个点之间，连续控制起到平滑由于缸卸载而产生的负载变化的作用。这在图5中示意性地示出。图5示出了组202(组1)在从最大容量到最小容量的全运行期间的单独容量。

在第一区域R1中，组202的每一级的缸T1C1-T1C6的抽吸卸载阀216平稳且连续地处理总量的10％的初始下降(30％作为组202的减少容量的一部分，该组具有三个级，每级具有六个缸)。换句话说，抽吸卸载阀216用于至少部分地保持抽吸入口阀212打开，以降低相应缸的有效容量。

然而，在第二区域R2中，连续控制用于平滑从卸载第二子集的每一级的各个缸的容量的急剧转变。如图所示，连续控制可操作来暂时吸收第二从子集组的每一级的每个卸载缸T2C1-T2C6的所有损失容量。这是可能的，尤其是因为当第一从缸卸载时，在仅使用连续控制抽取最初10％的进料容量之后，连续控制将在70％的容量下运行。

然后，下一级对应于连续控制的容量的进一步16.5％下降(对应于图4中讨论的所有缸的5.5％下降)。

在这一点上，如图4所示，当每一级中的每一缸被卸载时，连续控制用来填充和平滑缺少的容量。然后，在重新填充以使下一个缸卸载步骤平稳之前，随着总进料量再次减少，进料量减少。这继续进行，直到不再有要卸载的缸，在这种情况下(在第三区域R3)，连续控制接着继续降低组202中的容量，直到达到最小容量。

不同缸配置的调度

参考具有多级的组202、204、206描述了上述实施例，其中每级包括相同数量的缸。实际上，这种配置是有益的，因为在卸载期间(特别是对于逐步控制下的从组)，容量的下降对于每个串联级是相同的。这意味着级间压力(级间压力)保持基本恒定。

然而，可能存在这样的缸配置，其中一组的一个或多个级包括与其他级不同数量的缸。在这种配置中，每级卸载一个缸将使每级的容量发生不同程度的变化，从而可能导致级间压力的不平衡和波动。这需要特定的控制和管理来避免潜在的操作问题。

图6示出了一个示例性实施例。在图6的实施例中，提供了压缩区段300，其包括三个组302、304、306和三个级302-1、302-2、302-3、304-1、304-2、304-3、306-1、306-2、306-3。然而，与关于压缩区段200的图2和图3的实施例相比，压缩区段300包括三个组302、304、306，每一级具有不同数量的缸。每个组的级-1和级-2包括六个缸，而每个组的级-3包括四个缸。提供了再循环阀318。

因此，在进行气体压缩时，至少有一组缸(每级1个)必须保持运行的基础上，级-1和级-2分别有五个缸要卸载，而级-3只有3个缸要卸载。

通过假设，整个方法将跨越每个组同步地卸载三个缸(每个级一个)。然后，级-1和级-2的最后两个缸将被卸载，直到每级只有一个缸保持装载。下面的表1显示了前三组同时卸载一组缸时，与级-3相比，级-1和级-2的容量减少。

表1

如图所示，随着更多组缸同时卸载，级-1、级-2和级-3之间的容量减少不平衡增加。容量最大差异达到25％。发明人已经发现，容量减少的巨大差异导致级-2和级-3之间的级间压力的显著差异。因此，各级之间的压力分布或压力上升分配明显偏离期望的操作分布。这可能会导致操作问题。

特别是，模拟显示，在卸载三组缸后，级-2的压力上升超过了设计时的级-2和级-3的压力上升之和。在极端情况下，这可能导致级-3充当涡轮机而不是压缩器。这对压缩器极为不利，并且应该避免。

因此，在实施例中，实施缸卸载的调度方案以最小化三个级中的每一个之间的容量减少不平衡。

该工艺旨在确定何时卸载级-3以及级-1和级-2中的缸。由于第一级和第二级有更多的缸，这些缸将在逐步过渡期间同时卸载。同时，确定级-3中的缸是否可卸载而不产生容量不平衡。下面的表2展示了在组中卸载缸级-2的智能调度。

表2

参照表2，当对应于缸组1、3和4的三个缸同时卸载时，并且当对应于缸组2的级-1和级-2中只有2个缸(级-3中的所有3个缸在组5处卸载)时，容量减少保持在最小。

还应注意，缸卸载方案仅适用于单个组。然而，这同样适用于附加组。此外，相同的调度方案适用于缸装载和卸载。

集成气体压力控制

已经参照用于控制压缩器系统200或300的控制系统描述了上述控制系统250。然而，现在将描述与气体生产和存储系统100的附加集成。

返回参考图1，提供气体控制系统352来控制系统100内的气体的流量。气体控制系统352包括经由压力指示器控制器(PIC)的气体生产压力控制。

PIC 352可操作以控制阀122a和124a，以便调节生产工艺下游和下游工艺单元130上游的排放集管144中的气体的压力。

PIC 352包括调节分程控制器。PIC 352可操作来通过根据分程调整两个操纵变量来将控制(或工艺)变量保持在恒定的设定点。

操纵变量包括可以直接控制的设备参数。一般来说，控制变量与设备的工艺输出有关，这些输出不能直接控制，但取决于操纵变量的值。在本实施例中，控制变量是排放集管144中的气体P的压力，并且操纵变量对应于控制阀122a、124a。

PIC 352利用对排放集管144压力P的控制变量的比例-积分(PI)控制。然而，也可以使用其他方法，例如比例-积分-微分(PID)控制器。

PIC 352可操作以维持压力P(其为工艺变量PV)的恒定压力设定点SP(P)。换句话说，设定点(SP)是目标值，并且工艺变量(PV)是可能偏离期望设定点的真实世界参数的测量值。与设定点的误差是SP(P)和PV之间的差，定义如下等式1)所示。

设定点的值可以手动、自动或凭经验确定。在实施例中，压力P被设定为用于下游工艺单元130的最佳操作的进料压力。为了实现这一点，PIC 352利用PI控制回路，由此测量的压力P(变量PV(P))和期望的设定点压力SP(P)之间的差首先根据等式1)确定：

1)e(t)＝SP(P)-PV(P)

其中e(t)是作为时间的函数的设定点和工艺变量之间的误差。

值v被送到PIC 352的分程区块，分程区块将值v分成两个操纵变量，即产生输出控制信号来控制控制阀122a、124a。

为了实现这一点，确定v是低于还是高于分程控制器的分割值。在实施例中，分割值是50％，但是可以使用任何其他合适的值。

如果来自分程区块的输出值的范围在100％和50％之间，则控制阀122a被操纵。这可以是连续的方式。相反，如果来自分程区块的输出值的范围在50％和0％之间，则控制阀124a被操纵。在实施例中，分程PIC 352使用排他的阀序列，使得阀122a、124a之间存在“非此即彼”的关系，并且气体流过一个阀或流过另一个阀，但不会同时流过两个阀。

换句话说，当PIC 352输出在50％和100％之间时，控制阀122a逐渐打开以使气体能够流向气体存储资源120。当气体压力P高于设定点时，这种情况可能发生，使得气体生产设施110每单位时间生产的附加气体多于下游工艺单元130所需的气体，并且因此过量气体超过需求。在这种情况下，通过将过量气体转移到气体存储资源120以备后用而降低排放集管144中的气体压力P。

伴随地，如果气体压力P低于设定点SP(P)，则气体生产设施120不能以所需的速率生产气体(可能由于缺乏可用的可再生电力)，并且需要来自气体存储资源120的存储气体来补充所生产的气体，以便维持作为下游工艺单元130的原料的气体P的期望设定点SP(P)压力。因此，如果PIC 352输出在50％和0％之间，则气体从气体存储资源120流动到压缩器区段114的入口，以补充所生产的气体。

增益调度

有效分程控制的一个关键方面是确保工艺的稳定控制，同时提供可接受的控制性能。如可在PIC 352中实施的PI控制器通常以线性方式操作。换句话说，控制阀122a、124a将以相对于PIC 352输出大致相同的线性方式被控制。阀122a、124a可以在打开位置和关闭位置之间连续变化，或者它们可以在空间和/或时间上以逐步方式变化(例如打开占空比/关闭占空比的变化)。

因此，以阀122a为例，此阀将从PIC 352输出为50％时的关闭位置或部分打开位置大致线性地打开，直到PIC 352输出为100％时完全打开。

然而，复杂的气体生产系统经常是非线性的，或者涉及非线性工艺。因此，以相等和纯线性的方式控制这样的系统可能导致系统不稳定。当在不同操作模式的边界操作时(例如，在大约50％的输出下，从气体进料到存储的状态移动到气体从存储进料的状态)，这可能特别严重。

解决这个问题的一个选择是实施“死区”，其中预定的PIC 352输出范围(例如49％至51％)不会导致阀122a、124a的任何移动以减少不稳定性。

一种替代或附加的方式是实施增益调度。增益调度有效地为PIC 352输出的一个或多个值或值的范围实施一个或多个比例因子K_c。K_c值越高，意味着PIC 352输出百分比的单位变化提供的阀响应越大。换句话说，K_c的值是比例误差的倍增因子，并且较高的值本质上导致控制器在响应偏离设定点的误差时更积极。

这种调度可以是不对称的，并且对分程的不同侧实施不同的K_c值。例如，在本实施例中，当打开阀122a以使过量的气体能够被送到存储器时，可能期望实施相对大的每单位％的响应，而当将气体从存储器进料到压缩区段114时，可能期望实施较慢的响应。

增益调度至少需要两组不同的参数。然而，可以根据需要在任何合适数量的范围内实施任何数量的参数。增益调度可以存储在PIC 352的存储器中；例如在合适的查找表中。

当考虑可用可再生电力的可变性时，上述控制方式很重要。随着可用所供应电力的减少，气体生产设施110将需要相应地降低，并且因此，来自设施110的气体生产通量将减少。伴随地，当可用所供应电力增加时，设施110将能够提升，并且可能返回到最佳生产水平。

对于某些气体设施类型，例如产生氢气的电解槽，其需要大量的电源并具有相对快的斜坡速率，气体设施110的生产水平可基本上对应于可用的电力水平。然而，对于某些设施类型，例如那些具有较慢的斜坡速率的设施，可用电力和生产水平之间可能存在不太直接的关系。

然而，当在可变输入电力条件下进行操作时，如在可再生电力供应的情况下，并且其中下游工艺单元130可能具有慢得多的斜坡率并且因此需要避免原料流动速率的快速变化，如上所述的控制系统与气体存储的结合使用是关键的。

压缩系统200和进出存储器120的气体进料之间的上述集成是在可变电力条件下管理操作的另一个关键方面。

实例

图7示出了应用于氢气生产设备和氢气存储器的另一个实施例，氢气生产设备和氢气存储器类似于图1的实施例中公开的并且适合于与图1的实施例一起使用。虽然在该实施例中提到了压缩区段200，但是应当理解，压缩区段300同样可用于该实施例中。

生产和存储系统400包括氢气生产设备410和氢气存储资源420。与第一实施例相同，氢气生产设备410可操作来对水进行电解以形成氢气和氧气。

下游工艺单元430以氨合成设备430的形式提供，该氨合成设备在哈伯-博施工艺上进行操作，并且包括如关于图1的第一实施例所述的氨回路，并且其中讨论的相关细节也适用于此。

供应进料管线440从氢气生产设备410的输出集管延伸到与氨合成设备430流体连通的供应出口442。

氢气生产设备410包括多个电解单元410a、410b…410n或电解池。每个单元或池可被称为“电解槽”410a、410b…410n。可以提供任意数量的电解槽。在实施例中，可以提供大约100个。关于图1的实施例详细描述了合适的电解槽和相关设备的实例，并且这些实例也适用于此。

氢气由氢气生产设备410在大约大气体压力下产生。如此产生的氢气流在稍微升高的压力下从电解槽中排出。在实施例中，提供了压缩区段412和纯化区段414。

在实施例中，压缩系统200对应于图1和图2中所述的压缩系统，并以图3和图4中所述的方式进行控制。根据下游工艺的需要选择最终输出压力。

纯化区段414包括并联的多个“脱氧”单元414a、414b，在每个单元中，通过氢气的催化燃烧除去氧气，以产生水和氧气耗尽的压缩氢气，然后可以在干燥器(例如吸附单元，如变温吸附(TSA)单元)中对压缩氢气进行干燥。

气体存储资源420可包括连接到公共入口集管和公共出口集管的压力容器和/或管段。压力容器可以是球体，例如直径约为25m，或者是“子弹”，其是具有大的L/D比(通常高达约12:1)的卧式容器，直径高达约12m。在某些地区，地下洞穴可以作为存储系统，以消除与可再生电力相关的季节性变化。

对于第二实施例，气体存储资源420与压缩区段412和纯化区段414布置在并联进料回路中。入口进料管线422从压缩区段200和纯化区段414下游的供应进料管线440的排放集管444延伸到气体存储器420的入口集管。控制阀422a位于入口进料管线422中，以控制气体流入气体存储资源420中。

出口回流进料管线424从气体存储资源420的出口集管延伸到压缩区段412的入口集管上游的供应进料管线440。来自气体存储资源220的流量由控制阀424a控制，该控制阀选择性地使来自存储器的气体能够通过回流管线424馈回入供应进料管线440中并且馈入压缩区段412和纯化区段414中。

提供气体控制系统450来控制系统200内的气体的流量。气体控制系统450包括两个控制级别——通过压力指示器控制器(PIC)452进行的氢气生产压力控制和用于通过流量指示器控制器(FIC)454控制通向下游工艺单元430的氢气进料流量的生产速率控制。

对于图1的第二实施例，PIC 452可操作来控制阀422a和424a，以便调节生产工艺下游和氨生产设备430上游的排放集管444中的气体的压力。

PIC 452包括调节分程控制器，并且利用对排放集管444下游的供应进料管线440压力P的控制变量的比例-积分(PI)控制。

PIC 452可操作以维持流向氨生产设备430的氢气的压力P的恒定压力设定点SP(P)。这可以手动、自动或凭经验确定。在实施例中，压力设定点SP(P)设定在用于氨生产设备430的最佳操作的进料压力下。

PIC 452利用PI控制回路，由此确定测量的压力P和用于向氨设备430供应氢气的期望设定点压力SP(P)之间的差误差。

如果来自分程区块的输出值的范围在100％和50％之间，则控制阀422a被操纵。相反，如果来自分程区块的输出值的范围在50％和0％之间，则控制阀424a被操纵。在实施例中，分程PIC 452使用排他的阀序列，使得阀422a、424a之间存在“非此即彼”的关系，并且气体流过一个阀或流过另一个阀，但不会同时流过两个阀。

换句话说，当PIC 452输出在50％和100％之间时，控制阀422a逐渐打开以使氢气能够流向氢气存储资源420。当气体压力P高于设定点SP(P)时，这种情况可能发生，使得氢气生产设备410每单位时间生产的气体多于氨生产设备230所需的气体，并且因此过量气体超过需求。在这种情况下，通过将过量气体转移到气体存储资源420中用于存储和以后使用来降低供应进料管线240的排放集管444中的气体压力P。

伴随地，如果氢气压力P低于设定点SP(P)，则氢气生产设备410不能在所需压力下生产气体(可能由于缺乏可用的可再生电力)，并且需要来自气体存储资源420的存储氢气来补充所生产的气体，以便维持作为氨生产设备430的原料的气体P的期望设定点SP(P)压力。因此，如果PIC 452输出在50％和0％之间，则气体从气体存储资源420流动到压缩器区段412的入口，以补充所生产的气体。

在实施例中，在峰值氢气生产时，产生大约25％的过剩氢气，然后使用分程控制器将过剩氢气引导至氢气存储资源420。当可再生电力减少时，氢气产量减少，并且PIC 452将减少通向氢气存储器420的流量。最终，当可用电力进一步下降时，通向氢气存储器420的流动将关闭，并且从存储器420到压缩区段412的流动将开始。这种控制是由分程PIC 454自动完成的，其目的是保持氨设备230的进料流量基本恒定。

增益调度是控制系统的有利部分。在此实施例中，增益调度在两个离散区中实施：

1)如果PIC 452的输出>＝50％，Kc＝2.5，否则，Kc＝0.5

其中Kc是PIC控制器452的增益。

对氨设备430的流量控制也是必要的。在这点上，控制系统450实施生产速率控制，用于通过流量指示器控制器(FIC)454来控制通向氨设备430的进料流量。

FIC 454利用监督控制系统来控制原料集管444中的阀444a，从而向氨设备430提供气体。FIC 454实施比例积分(PI)控制系统，以控制对应于排放集管444下游的供应进料管线440中的流动速率F的控制变量PV(F)。

在实施例中，FIC 454通过至少部分地根据存储资源420中的氢气压力和/或存储资源420中的氢气压力的变化率设定流量设定点SP(F)来控制原料流动速率F。

在实施例中，FIC 454根据气体存储资源420的气体压力来控制原料流动速率F。换句话说，通向氨设备的流量的FIC 430的目标设定点SP(F)可以由氢气存储器中的压力水平设定。在实施例中，这可以通过借助于查找表或其他实施方案利用与预定阈值水平相比较的测量压力值来设定新的流量设定点SP(F)来实现。

下面的表3示出了调度SF(F)值的简化方案：

指标	P(bara)		目标SP(F)
				1	26		SP(F0)
2	21		85％SP(F0)
				3	16		70％SP(F0)
4	11		50％SP(F0)
				5	7		25％SP(F0)

表3

注意，在表3中，在设计条件下氢气存储资源420中的标准操作压力是26 bara(26bar绝对)。然而，这不旨在进行限制，并且根据存储资源420的性质，可以使用任何合适的压力值。

此外，在设计条件下用于氨设备流量控制的FIC 454的设定点SP(F)是SF(F0)。随着氢气存储资源420中的压力降低，设定点SP(F)随之降低到设计条件设定点值SP(F0)的百分比。

上表说明了氢气存储资源420中氢气的压力的压力带，在该压力带下实施特定的设定点流动速率SP(F)。例如，指标1示出了从>21bara到26bar的压力带，在该压力带下设计流动速率SP(F0)是适用的。

还应注意，上述条件和参数是说明性的而非限制性的。所描述的实施例可以使用其他配置或参数。

当氢气存储资源420中的压力从一个指标下降到另一个(例如，指标1到指标2)时，有必要提供这种变化。

总之，所公开的实施例是可操作的，以1)经由如上所述的分程控制回路实现在高水平的可用可再生电力下将过量产生的氢气送到氢气存储器，并且在低水平的可用可再生电力下从氢气存储器中提取氢气；以及2)根据氢气存储存量调节氨设备的进料。

这种方式确保1)氨设备的生产速率以受控方式调节，具有可接受的、安全的和稳健的变化率；以及2)氨设备可以按照可接受的进料流量继续运行，而没有由于存储的氢气耗尽和从电解槽完全卸载氢气产品而停工的风险。

最后，在从可再生电力中卸载氢气生产的情况下，控制方案中的序列包括：

1)按照从电解槽中卸载氢气生产的速率一致的速率减少向氢气存储器的流量，并且当卸载达到一定水平时停止向存储器的流动；

2)一旦向存储器的流动停止，从存储器提取氢气，以维持流向氨设备的特定流量设定电；

当电解槽的氢气生产被充分卸载并且氢气存量变低时，可以按照允许的速率(例如，3％/分钟)减少流向氨设备的流量，直到存储器耗尽。

注意，上述1)和2)是由分程控制器完成的。此外，由于过程动态的显著变化，增益调度嵌入在分程控制器中。

方法

图8示出了根据一实施例的方法。在实施例中，提供了一种用于操作压缩系统的方法，压缩系统被配置成对可变传入气体进料进行压缩，压缩系统包括多个并联的压缩器组，每个压缩器组包括一个或多个往复式压缩器级，一个或多个往复式压缩器级各自具有一个或多个缸。

在步骤500处，接收传入气体进料。传入气体进料是可变的，因为气体进料的流动速率、压力和/或其它物理参数可作为时间的函数而变化。在实施例中，传入气体进料可从工业气体生产设备接收。在实施例中，传入气体进料也可通过另一个压缩系统(如低压(LP)压缩系统)压缩到高于生产压力的压力。

在步骤510处，确定传入气体进料的气体压力，并且在随后的步骤中使用，以响应于此而控制压缩系统。压力可通过测量或基于其他参数的计算来确定。替代地或附加地，可确定传入气体的流动速率。这可用来确定容量。替代地或附加地，可使用气体的通量。

在步骤520处，响应于可变进气进料而通过以下方式来控制压缩系统的容量：i)通过连续地使第一子集的一个或多个压缩器组的一个或多个往复式压缩器级的一个或多个缸的容量在最大容量和最小容量之间变化来选择性地使一个或多个压缩器组第一子集的容量发生变化；和/或ii)通过完全加载或完全卸载第二子集的压缩器组的一个或多个往复式压缩器级的一个或多个缸来选择性地使一个或多个压缩器组的第二子集的容量发生变化。第一子集和第二子集是互斥的。

连续变化意味着容量可在任何两个期望的水平之间以无级方式变化，并且在每个水平之间平滑过渡。完全加载和完全卸载意指在完全加载和完全卸载之间具有离散过渡的单一逐步操作中加载或卸载缸。虽然由于实际和工程原因，装载或卸载不是瞬时的，并且在状态之间需要短的过渡时期，但是过渡可被视为基本上不连续的和逐步的。

压缩系统的控制包括各种操作方式，这取决于传入气体进料的压力、流量或其它物理参数与压缩系统最大容量之间的关系。这些操作方式在下面的步骤中列出。下面的步骤是连续的，用于减少传入气体进料的流量，并且代表不同方式下的操作行为。对于增加的输入气流，步骤可颠倒。

在步骤530处，在压缩系统以多个压缩器组的总最大容量和低于总最大容量的第一阈值容量之间的流量接收传入气体进料的时段期间，响应于传入气体进料的流量的变化而连续地使一个或多个压缩器组的第一子集的容量发生变化。

在步骤540处，在压缩系统以多个压缩器组的第一阈值容量和低于第一阈值容量的第二阈值容量之间的流量接收传入气体进料的时段期间，响应于传入气体进料的流量减少等于一个或多个第一缸的容量的量而完全卸载一个或多个压缩器组的第二子集的一个或多个第一加载缸，或者响应于传入气体进料的流量增大等于一个或多个第一缸的容量的量而完全加载一个或多个压缩器组的第二子集的一个或多个第一卸载缸。

在步骤550处，并且基本上与步骤540同步，响应于第二子集的一个或多个第一加载缸的完全卸载，该方法包括将一个或多个压缩器组的第一子集的容量增大等于一个或多个第一缸的容量的量，或者响应于第二子集的一个或多个第一加载缸的完全卸载而同步地将一个或多个压缩器组的第一子集的容量减少等于一个或多个第一缸的容量的量。

在步骤560处，可对第二子集的一个或多个另外的缸重复步骤540和550，直到第二子集的每个组的每个往复式压缩器级中只剩下单个缸。

在步骤570处，在压缩系统以第二阈值容量和总最小容量之间的流量接收传入气体进料的时段期间，响应于传入气体进料的流量的变化而连续地使一个或多个压缩器组的第一子集的容量发生变化。

每个压缩器组包括连接在压缩器组的出口和相应压缩器组的入口之间的局部再循环阀。在步骤580处，在压缩系统以等于或低于总最小容量的流量接收传入气体进料期间，该方法包括操作每个压缩器组的局部再循环阀，以将气体从每个压缩器组的出口再循环到每个压缩器组的入口。

合成氨生产设备的应用示例性应用

图9示出了氨设备综合体10形式的示例性工业气体设备综合体10的示意图。

工业气体设备复合体10包括氢气生产设备20、氢气存储单元30、空气分离单元(ASU)40、氨合成设备50和氨存储单元60。氨存储单元60连接到外部供应链S，用于氨的向前分配。

氢气生产设备20、ASU 40和氨合成设备50中的任何一个都可能需要气体压缩。在这点上，本发明的上述实施例可应用于这些应用。

由本地电网(未示出)供应的主总线70为工业气体设备综合体10供电。用于工业气体设备复合体10的电力至少部分由可再生能源产生，如风72(通过包括多个风力涡轮机的合适的风力农场)和/或太阳能74(通过包括多个太阳能电池的太阳能农场)，但可选地可利用其他来源，如柴油、汽油或氢动力发电机(未示出)。元件72、74馈入主总线70，如图9中箭头所示。

虽然上述可再生电力的实例是针对风能和太阳能给出的，但这并不是限制性的。例如，可使用其他可再生能源，如水力发电(未示出)和/或潮汐能发电(未示出)。

现在将详细描述工业气体设备综合体10的工业气体生产组件。

氢气生产设备20

氢气生产设备20可操作来对水进行电解以形成氢气和氧气。可以使用任何合适的水源。然而，在其中使用海水生产用于电解的水的实施例中，该装备还包括用于处理海水的至少一个脱盐和脱矿质设备。

氢生产设备20包括多个电解单元22a、22b…22n或电解池。每个单元或池可被称为“电解槽”22a、22b…22n。可以提供任意数量的电解槽。在实施例中，可以提供大约100个。电解槽可使氢气生产设备20具有至少1GW的总容量。在实施例中，容量可以超过2GW；例如2.2GW。然而，氢气生产设备20的最终容量仅受到例如电力供应等实际考虑的限制。

可以使用任何合适类型的电解槽。在实施例中，该多个电解槽常常由组合成“模块”的多个单独的池组成，该模块还包括工艺设备，例如泵、冷却器和/或分离器。可以使用数百个池，并且可以将数百个池分组在单独的建筑物中。每个模块通常具有大于10MW的最大容量，但是这不旨在进行限制。

本发明可以使用任何合适类型的电解槽。一般来说，使用三种传统类型的电解槽——碱性电解槽；PEM电解槽；和固体氧化物电解槽。这些类型中的任何一种都可以用于本发明。

碱性电解槽通过电解质将氢氧离子(OH^-)从阴极输送到阳极，在阴极侧上产生氢气。通常，氢氧化钠或氢氧化钾的液体碱性溶液被用作电解质。

PEM电解槽利用固体塑料材料作为电解质，并且水在阳极处发生反应以形成氧气和带正电的氢离子。电子流过外部电路，并且氢离子选择性地穿过PEM到达阴极。在阴极处，氢离子与来自外部电路的电子结合形成氢气。

固体氧化物电解槽使用固体陶瓷材料作为电解质，在高温下选择性地传导带负电的氧离子(O^2-)。阴极处的水与来自外部电路的电子结合，以形成氢气和带负电的氧离子。氧离子穿过固体陶瓷膜并且在阳极处发生反应以形成氧气并且为外部电路产生电子。

电解槽可以任何合适的群组排列。例如，它们可以并联排列。

氢气由氢气生产设备20在大约大气压下产生。如此产生的氢气流在稍微升高的压力下从电解槽中排出。

在实施例中，氢气生产设备20还包括以下所述氢压缩级200和纯化级28。

在实施例中，压缩级200对应于上面参考图2、3和6描述的压缩级。

在图9的实施例中，提供纯化区段28。在例如任何下游工艺需要更高纯度的氢气(即电解产生的压缩氢气中固有的水和/或氧气含量降低)的情况下，可能需要纯化区段28。然而，这不是必须的，如果不需要的话，此区段可以省略。

如果提供的话，纯化区段28包括可操作来去除氧气的“脱氧”单元。脱氧单元通过氢气的催化燃烧产生其中氧气已经被去除的水压缩氢气。

纯化区段28可以还包括干燥器。在此实施例中，干燥器包括变温吸附(TSA)单元，以产生用于下游工艺的干燥压缩氢气。然而，此处可以使用其他合适的干燥器和/或吸附技术。在实施例中，干燥器位于脱氧单元的下游。

下游处理单元可以是任何利用氢气作为原料的单元。在实施例中，下游处理单元是或包括氨合成设备。然而，这不必是限制性的。

氢存储单元30

任何超出即时需求的氢气可以存储在氢气存储单元30中。存储单元30可包括任何合适的多个短期和长期存储选项，这些选项具有不同的尺寸、填充/排放速率和往返效率。

典型的存储系统可包括连接到公共入口/出口集管的压力容器和/或管段。压力容器可以是球体，例如直径约为25m，或者是“子弹”，其是具有大的L/D比(通常高达约12:1)的卧式容器，直径高达约12m。在某些地区，地下洞穴可以作为存储系统，以消除与可再生电力相关的季节性变化。

在本实施例的背景中，所存储氢气可以用作氨合成设备50的贮存器，以确保足够的供应。此将在下文进一步详细讨论。

空气分离单元40

在非限制性实施例中，氨生产所需的氮气通过在空气分离单元(ASU)40中对空气进行低温蒸馏来生产。通常，ASU 40具有在不同压力下运行的不同级。例如，高压(HP)塔在大约10.5bar g下操作，并且低压(LP)塔在大约5bar g下操作。气态氮由ASU 40在超过25bar g的压力下产生。然后降低压力以在被布置成将氮输送到氨合成设备40的一个或多个管道中提供氮气流。然而，如果需要，可以使用其他氮源，例如液氮存储器42。

液氮存储单元42可包括任何合适的液氮存储器、蒸发和分配(LIN SVD)装置。存储单元42可包括多个短期和长期存储选项，这些选项具有不同的尺寸、填充/排放速率和往返效率。

典型的液氮存储系统可包括连接到公共入口/出口集管的多个压力容器和/或管段。压力容器可包括低压平底存储罐(FBT)。此外或替代地，压力容器可以是球体，例如直径约为25m，或者是“子弹”，其是具有大的L/D比(通常高达约12:1)的卧式容器，直径高达约12m。

优选地，由ASU 40产生的氮气被压缩器压缩并冷却，以液态形式存储在氮气存储单元40中。然而，也可以提供气态氮存储器。存储单元40可用作氨合成设备50的贮存器，该氨合成设备可通过连接管进料。

氨合成设备50

氨合成设备50根据哈伯-博施工艺操作并且包括氨回路。氨回路是一个单一的单元平衡反应系统，该单一的单元平衡反应系统处理氮和气的合成气体以生产氨。

氮气由来自ASU 40(或存储器42)的一个或多个管提供，在实施例中，其可以连续运行以提供氮气。氢气从氢气生产设备20的一个或多个管直接提供(如果在给定情况下基于可再生电力的可用性运行)或者从氢气存储器30提供。

合成气体的化学计量组成由合成气体压力缩器系统(未示出)处理，并且所得氨产品由另一组压缩器(未示出)冷却，并且如果需要的话被送至存储器60。氨回路的性能由放热反应的平衡转化率控制。这方面的参数将在下文讨论。

尽管压缩系统200已在氢气生产设备20的上下文中进行了描述和说明，但不必如此。例如，压缩系统200可用于压缩ASU 40中的氮气或设备50中的氨。可以考虑其他合适的应用，并且将在下面进行描述。

尽管已经参照附图中描述的优选实施例描述了本发明，但是应理解，在如以下权利要求所限定的本发明的精神或范围内，各种修改是可能的。

例如，尽管本实施例已经关于作为下游终端工艺的氨设备进行了描述，但是本发明适用于至少部分利用可再生电力的任何其他合适形式的工业气体设备。例如，工业气体设备或气体综合体可以是甲醇生产设施。对于本领域普通技术人员来说，其他替代方案将是显而易见的。

在说明书和权利要求中，术语“工业气体设备”是指生产或涉及生产气态、液化或压缩形式的工业气体、商业气体、医用气体、无机气体、有机气体、燃料气体和绿色燃料气体的工艺设备。

例如，术语“工业气体设备”可包括用于制造气体的工艺设备，该气体是如在NACE分类20.11中描述的气体，并且包括但不限于：元素气体；液体或压缩空气；制冷剂气体；混合工业气体；惰性气体，如二氧化碳；以及隔离气体。此外，术语“工业气体设备”还可包括用于制造NACE分类20.15中的工业气体(如氨)的工艺设备、用于提取和/或制造甲烷、乙烷、丁烷或丙烷(NACE分类06.20和19.20)的工艺设备、以及NACE分类35.21中定义的气体燃料的制造。上文已经针对欧洲NACE系统进行了描述，但是旨在涵盖北美分类SIC和NAICS下的等效类别。此外，上述列表是非限制性的和非穷举的。

在本说明书中，除非明确指出，否则词语“或”用于表示当满足所述条件中的一个或两个时返回真值的运算符，与仅要求满足条件之一的运算符“异或”相反。“包括”一词是在“包括”的意义上使用的，而不是指“由…组成”。

在本发明实施例的讨论中，除非另有说明，否则给出的压力是绝对压力。

以上所有先前的教导在此引入作为参考。此处对任何先前出版的文献的认可不应被视为承认或表示该文献的教导在澳大利亚或其他地方是公知常识。

在适用的情况下，本公开提供的各种实施例可以使用硬件、软件或硬件和软件的组合来实现。此外，在适用的情况下，本文阐述的各种硬件组件和/或软件组件可以组合成包括软件、硬件和/或两者的复合组件，而不背离本公开的精神。在适用的情况下，本文阐述的各种硬件组件和/或软件组件可以分成包括软件、硬件或两者的子组件，而不脱离本公开的范围。此外，在适用的情况下，设想软件组件可以被实施为硬件组件，反之亦然。

根据本公开，例如程序代码和/或数据的软件可以存储在一个或多个计算机可读介质上。还可以设想，可以使用联网的和/或其他方式的一个或多个通用或专用计算机和/或计算机系统来实施本文所标识的软件。在适用的情况下，本文中描述的各种步骤的次序可以变化，组合成复合步骤，和/或分成子步骤，以提供本文中描述的特征。

尽管本文中已经按照“区段”、“设施”、“模块”、“单元”或“组件”描述了各种操作，但是应注意，这些术语不限于单个单元或功能。此外，归因于本文中描述的区段、设施、模块或组件中的一些的功能可以被组合并归因于更少的模块或组件。此外，尽管已经参照具体的实例描述了本发明，但是这些实例仅仅是例示性的，而不是要限制本发明。对于本领域普通技术人员来说，显而易见的是，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以对所公开的实施例进行变化、添加或删除。例如，上述方法的一个或多个部分可以按照不同的次序(或同时)执行，并且仍然获得期望的结果。

Claims (20)

1.一种用于操作压缩系统的方法，所述压缩系统被配置成对可变传入气体进料进行压缩，所述压缩系统包括多个并联的压缩器组，每个压缩器组包括一个或多个往复式压缩器级，所述一个或多个往复式压缩器级各自具有一个或多个缸，所述方法包括：

响应于所述可变传入气体进料而通过以下方式来控制所述压缩系统的容量：

i)通过连续地使第一子集的一个或多个压缩器组的所述一个或多个往复式压缩器级的一个或多个缸的容量在最大容量和最小容量之间变化来选择性地使所述压缩器组中的一个或多个的所述第一子集的所述容量发生变化；和/或

ii)通过完全加载或完全卸载第二子集的压缩器组中的所述一个或多个往复式压缩器级的一个或多个缸来选择性地使所述压缩器组中的一个或多个的所述第二子集的容量发生变化；

其中所述第一子集和所述第二子集是互斥的。

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述压缩系统的所述容量响应于所述传入气体进料的压力而变化，并且所述方法还包括：

确定所述传入气体进料的气体压力。

3.根据权利要求1所述的方法，其中使所述压缩器组的所述第一子集的所述容量发生变化包括同步地使形成所述第一子集的所述压缩器组的每个往复式压缩器级的每个缸的所述容量发生变化并且使所述容量变化相同的量。

4.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一子集的所述一个或多个压缩器组的所述一个或多个往复式压缩器级的所述一个或多个缸中的每个缸包括抽吸卸载阀以连续地使所述每个缸的所述容量发生变化。

5.根据权利要求1所述的方法，其中使所述压缩器组的所述第二子集的所述容量发生变化包括每次从所述第二子集的所述压缩器组的每个往复式压缩器级完全加载或完全卸载一个缸。

6.根据权利要求1所述的方法，其中每个压缩器组包括相同数量(n)个压缩器级，其中n>1。

7.根据权利要求1所述的方法，其中每个往复式压缩器级包括多个缸。

8.根据权利要求7所述的方法，其中每个往复式压缩器级具有相同数量个缸。

9.根据权利要求1所述的方法，其中控制所述压缩系统的所述容量的步骤包括：

a)在所述压缩系统以所述多个压缩器组的总最大容量和低于所述总最大容量的第一阈值容量之间的流量接收所述传入气体进料的时段期间，响应于所述传入气体进料的流量的变化而连续地使一个或多个压缩器组的所述第一子集的所述容量发生变化。

10.根据权利要求9所述的方法，其中控制所述压缩系统的所述容量的步骤还包括：

b)在所述压缩系统以所述多个压缩器组的所述第一阈值容量和低于所述第一阈值容量的第二阈值容量之间的流量接收所述传入气体进料的时段期间，响应于所述传入气体进料的所述流量减少等于一个或多个第一缸的所述容量的量而完全卸载所述一个或多个压缩器组的所述第二子集的一个或多个第一加载缸，或者响应于所述传入气体进料的所述流量增大等于所述一个或多个第一缸的所述容量的量而完全加载所述一个或多个压缩器组的所述第二子集的一个或多个第一卸载缸。

11.根据权利要求10所述的方法，其中步骤b)还包括：

c)响应于所述第二子集的一个或多个第一加载缸的所述完全卸载而同步地将所述一个或多个压缩器组的所述第一子集的所述容量增大等于所述一个或多个第一缸的所述容量的量，或者响应于所述第二子集的一个或多个第一卸载缸的所述完全加载而同步地将一个或多个压缩器组的所述第一子集的所述容量减少等于所述一个或多个第一缸的所述容量的量。

12.根据权利要求10所述的方法，所述方法还包括对所述第二子集的一个或多个另外的缸重复步骤b)。

13.根据权利要求12所述的方法，其中重复步骤b)，直到所述第二子集的每个组的每个往复式压缩器级中仅剩下单个缸。

14.根据权利要求10所述的方法，其中控制所述压缩系统的所述容量的步骤还包括：

d)在所述压缩系统以所述第二阈值容量和总最小容量之间的流量接收所述传入气体进料的时段期间，响应于所述传入气体进料的流量的变化而连续地使一个或多个压缩器组的所述第一子集的所述容量发生变化。

15.根据权利要求14所述的方法，其中每个压缩器组包括连接在所述压缩器组的出口和所述压缩器组的入口之间的局部再循环阀，并且控制所述压缩系统的所述容量的步骤还包括：

e)在所述压缩系统以等于或低于所述总最小容量的流量接收所述传入气体进料的时段期间，操作每个压缩器组的所述局部再循环阀以将气体从每个压缩器组的所述出口再循环到每个压缩器组的所述入口。

16.一种用于操作压缩系统的控制系统，所述压缩系统被配置成对可变传入气体进料进行压缩，所述压缩系统包括多个并联的压缩器组，每个压缩器组包括一个或多个往复式压缩器级，所述一个或多个往复式压缩器级各自具有一个或多个缸，所述控制器被配置成响应于所述可变传入气体进料而通过以下方式来控制所述压缩系统的容量：

i)通过连续地使第一子集的一个或多个压缩器组的所述一个或多个往复式压缩器级的一个或多个缸的容量在最大容量和最小容量之间变化来选择性地使所述压缩器组中的一个或多个的所述第一子集的所述容量发生变化；和/或

ii)通过完全加载或完全卸载第二子集的压缩器组的所述一个或多个往复式压缩器级的一个或多个缸来选择性地使所述压缩器组中的一个或多个的所述第二子集的容量发生变化；

其中所述第一子集和所述第二子集是互斥的。

17.根据权利要求16所述的控制系统，其中使所述压缩器组的所述第一子集的所述容量发生变化包括同步地使形成所述第一子集的所述压缩器组的每个往复式压缩器级的每个缸的所述容量发生变化并且使所述容量变化相同的量。

18.根据权利要求16所述的控制系统，其中所述第一子集的所述一个或多个压缩器组的所述一个或多个往复式压缩器级的所述一个或多个缸中的每个缸包括抽吸卸载阀以连续地使所述每个缸的所述容量发生变化。

19.根据权利要求16所述的控制系统，其中使所述压缩器组的所述第二子集的所述容量发生变化包括每次从所述第二子集的所述压缩器组的每个往复式压缩器级完全加载或完全卸载一个缸。

20.一种对指令的程序进行存储的计算机可读存储介质，所述程序可由机器执行以实行用于操作压缩系统的方法，所述压缩系统被配置成对可变传入气体进料进行压缩，所述压缩系统包括多个并联的压缩器组，每个压缩器组包括一个或多个往复式压缩器级，所述一个或多个往复式压缩器级各自具有一个或多个缸，所述方法包括：

响应于所述可变传入气体进料而通过以下方式来控制所述压缩系统的容量：

i)通过连续地使第一子集的一个或多个压缩器组的所述一个或多个往复式压缩器级的一个或多个缸的容量在最大容量和最小容量之间变化来选择性地使所述压缩器组中的一个或多个的所述第一子集的所述容量发生变化；和/或

ii)通过完全加载或完全卸载第二子集的压缩器组的所述一个或多个往复式压缩器级的一个或多个缸来选择性地使所述压缩器组中的一个或多个的所述第二子集的容量发生变化；

其中所述第一子集和所述第二子集是互斥的。