Design and Key Technology of Oil-Free Centrifugal Air Compressor for Hydrogen Fuel Cell

For a 120 kW hydrogen fuel cell system,a centrifugal air compressor with fixed power of 22 kW fuel cell is designed.Firstly,the theoretical calculation is carried out for the aerodynamic characteristics of a ultra-high-speed permanent magnet synchronous motor,an air compressor,and an aerodynamic foil bearing.Then,a prototype is trial-produced and a related test bench is built for test verification.Finally,both the simulation and test results indicate that the designed centrifugal air compressor meets the overall requirements of the hydrogen fuel cell system,and the relevant conclusions provide both theoretical and experimental references for the subsequent series development and design of the centrifugal air compressor.

氢气压缩机缓冲罐热电偶接管开裂失效分析

由于承受交变压力载荷的作用,氢气缓冲罐接管易发生开裂失效导致介质泄漏。对开裂部位进行宏观观察、化学成分分析、常规拉伸试验、显微硬度测试、扫描电镜与能谱分析检测后可知,某氢气压缩机缓冲罐热电偶接管开裂是由于裂纹源位于加强筋板与接管焊缝外表面的焊趾处,并伴有夹杂、未熔合等缺陷;连接焊缝的焊缝区与热影响区中存在粗大柱状晶、魏氏体和保持马氏体位相的回火组织,提高了焊缝的淬硬性与裂纹敏感性;加强筋与接管连接焊缝结构处的应力集中程度较高,焊接残余应力以及外加交变载荷为裂纹扩展甚至开裂提供了必要条件。

大规模地下储氢用压缩机现状与发展趋势

地下储氢是实现氢能大规模存储的最具潜力的方式,氢气压缩机是氢气注采过程中的核心设备,其中离心压缩机与往复压缩机是较适应于地下大规模储氢的压缩机类型。本文从压缩机设计配置、流量压比、润滑与排气温度限制、安全与泄漏等多个角度比较了离心与往复压缩机的特点,梳理了这2种压缩机的研究及应用现状。分析了应用于地下储氢时离心与往复压缩机目前还存在的技术问题,这主要为往复圧式缩机难以实现大流量运行,而离心压缩机压缩氢气时不易实现高压比,因此均需做出优化与改进。本文面向氢能领域前沿发展方向,为我国进一步发展大规模地下储氢的地上设备提供建设性意见。

干气回收装置运行问题及对策

对浙江石油化工有限公司干气回收装置的运行情况进行了分析,并提出了相应的优化措施。结果表明:该干气回收装置运行中,存在干气实际产量高于设计值,多出部分只能在饱和干气压缩机入口缓冲罐顶部排放火炬的问题。通过采用将浆态床干气在上游装置改出,装置原料不足部分,由一期装置重整氢变压吸附氢气提纯解析气进行补充的方案,可实现原料气的优化。优化后,在装置总加工量不变的条件下,富乙烷气产量由优化前的62.02 t/h增至70.37 t/h,氢气产量也由优化前的57300 m^(3)/h降至53500 m^(3)/h。

新型膜头环绕式冷却隔膜压缩机特性实验研究

为促进氢燃料电池的发展,设计了一种新型膜头环绕式冷却隔膜压缩机,在隔膜压缩机上膜头内部设置多个贯穿式的第一冷却流道,其与进气管和排气管在平面内相互垂直布置,进气管和排气管位于第一冷却流道之间,其中第一冷却流道包括多个冷却管路,冷却管路之间呈“米”字型排布;在下膜头靠近油腔侧的端部设置第二冷却流道,其冷却管路布置与第一冷却管路类似,从而使得隔膜压缩机膜头内部可以得到充分冷却。通过搭建的新型膜头环绕式冷却隔膜压缩机实验台,对其性能进行测试,分析了压比、进气温度对其性能的影响以及环绕式冷却管路的冷却效果随冷却介质温度的变化规律。测试结果表明:隔膜压缩机的等熵效率和容积效率会随压比的增大而降低,等熵效率和容积效率最高可达65%和64%;在压比一定的工况下,排气温度随进气温度的增大而升高,且在进气温度相近的情况下,压比越大排气温度越高;环绕式冷却管路的冷却效果在压比大的工况下更显著,最高可降低184.5℃。

离心压缩机气体箔片轴承-转子系统设计与试验

氢燃料电池汽车离心空压机采用气体箔片轴承-转子系统,具有超高转速、清洁无油的运行等显著优势。然而,当前气体箔片轴承-转子系统的全面研发设计理论严重匮乏亟待解决。为此,提出了一种气体箔片轴承-转子系统的研发设计方案。基于经验公式和性能试验台,开展了氢燃料电池汽车离心空压机中气体箔片轴承-转子系统的设计与试验研究。结果表明:该设计方案可以有效保证空压机在全转速范围内的性能要求,其最大转速可达90000 r/min,最大压比和质量流量分别为3.53和0.156 kg/s。

乙烯装置裂解气压缩机段间冷却器腐蚀原因分析

乙烯装置压缩单元三段、四段段间冷却器E-3113、E-3114管束外壁腐蚀严重,影响了装置的长周期、安全运行。采用宏观腐蚀检查、化学成分分析、金相组织分析、腐蚀产物分析等方法对段间冷却器管束进行了腐蚀监检测分析,结果表明:管束进口部位结焦较多,局部管束表面腐蚀坑连接成片,导致管束表面腐蚀减薄严重,段间冷却器管束的腐蚀形式主要是酸腐蚀以湿硫化氢为主,腐蚀介质分压、管束表面结焦及相变区露点腐蚀共同促进了管束的腐蚀。采取了在一至四段段间冷却器壳程入口前加注中和型缓蚀剂的工艺防腐蚀措施,结果表明:段间冷却系统凝液平均pH值由采取措施前的5.23上升至采取措施后的7.91,并稳定控制在7.0~9.0,铁离子质量浓度小于1.0 mg/L,系统酸性腐蚀介质被中和,腐蚀减缓。此外,管束电涡流抽检结果表明,92%的换热管壁厚无明显减薄,且管束自2019年投用至今未发生腐蚀泄漏,系统工艺防腐蚀效果较好。

循环氢压缩机干气密封带液现象分析及应对措施

干气密封带液现象是在加氢装置循环氢压缩机中经常出现的故障之一。这一现象已经成为制约循环氢压缩机长周期稳定运行的重要因素。由于干气密封系统的昂贵价格以及循环氢压缩机在加氢装置中的关键性,减少和避免带液现象对于保护干气密封尤为关键。文章旨在通过对带液故障产生原因的详细分析,提出能够改善此类问题的一些解决方案。文章将分析加氢装置中的工艺条件和操作参数,探究带液现象的根本原因。在此基础上,针对不同的原因,提出了相对应的一系列应对措施,通过采取这些措施可以有效地减少和控制带液现象,保护干气密封的完整性和稳定性。

基于掺氢燃气轮机的综合能源系统热经济学性能研究

为实现燃驱天然气场站的低碳高效运行,构建了一种新型综合能源系统架构,采用蒸汽循环回收燃气轮机的余热,电能用于驱动固体氧化物电解制氢技术产生氢气,进而将氢气通入燃气轮机中实现掺氢燃烧,同时利用压缩空气储能技术将可再生能源转化成稳定的电能输出。计算结果表明,系统在设计工况下的能量效率、(火用)效率和平准化单位能量成本分别为85.66%、41.37%和294.70元/(MW·h)。敏感性分析表明,燃气轮机压比和掺氢比例、蒸汽循环低压锅炉压力和抽汽系数、压缩空气储能技术释能功率对系统热力学性能影响显著,而燃气轮机压比和掺氢比例、蒸汽循环抽汽系数对系统经济学性能影响显著。多目标优化结果表明,系统的最优(火用)效率和平准化单位能量成本分别为42.31%和284.33元/(MW·h)。

加氢装置往复式压缩机状态监测与故障诊断

为了保障加氢装置中往复式压缩机的安全可靠运行,主要是对其状态监测技术进行系统分析,在此基础上,对其故障诊断技术进行全面研究,为及时发现加氢装置往复式压缩机运行故障问题并进行及时处理奠定基础。

重整增压氢压缩机GB302D活塞杆断裂原因分析及对策

针对重整氢压缩机活塞杆断裂的情况,分析其断裂原因,提出改进措施,对比改造前后压缩机组运行可靠性,说明压缩机活塞杆的改造取得了较好效果。

氯碱生产中的节能降耗措施

介绍了某公司对10万t/a烧碱和12万t/a聚氯乙烯生产装置进行的节能降耗改造及达到的效果。

喷气燃料加氢装置与柴油加氢装置用氢流程优化

对喷气燃料加氢装置的用氢流程优化进行了探讨。原设计一次通过流程氢气回收率高,但存在新氢压缩机气阀结盐问题。通过将反应后低分气改去变压吸附(PSA),保障了新氢压缩机的稳定运行。从节能角度考虑,将氢气供应方式由冷氢改为热氢,可节省燃料成本84万元/a。通过新增喷气燃料加氢循环氢压缩机,可降低喷气燃料加氢装置补充氢量,提高柴油加氢装置供氢能力3.0 dam3/h。氢气一次通过流程改为循环氢方式后,喷气燃料加氢反应低分气量减少5.0 dam3/h,可有效降低装置氢气损失。

渣油加氢装置循环氢压缩机轴承温度异常的分析和处理

渣油加氢装置循环氢压缩机随着气动负荷的增加,压缩机两侧径向轴承温度均出现异常波动情况,即温度值蓄势后上升,然后快速下降,且高点温度在不断地攀升,时间周期在几个小时不等。通过对此种现象的分析和讨论,最终将压缩机径向轴承改为新型式偏置轴承,问题得到了解决。

降低氯乙烯单体中氯化氢含量的措施

分析了氯乙烯单体中氯化氢含量高的原因,采取了一系列措施降低氯化氢含量,包括提高净化工序的处理能力、降低压缩机后氯乙烯气体温度、单独处理回收氯乙烯、减少氯乙烯单体中的水含量等。

加氢站压缩机发展现状与展望

氢作为一种清洁能源载体,在实现“双碳”战略目标中将发挥重要作用。氢气可以通过生物能、太阳能和风能等可再生能源产生,并利用燃料电池或氢发动机将其直接转化为电能,不产生任何污染。虽然氢能和燃料电池技术在多个领域取得突破,但作为氢能基础设施的加氢站,目前仍存在产业化不足、商业模式欠缺等问题,成为氢能在交通领域大规模应用的重要瓶颈之一。压缩机作为加氢站的核心动设备,其发展水平直接影响加氢站商业化进程。围绕加氢站应用,剖析了隔膜压缩机、液驱活塞压缩机、离子液体压缩机和往复活塞压缩机等典型加氢站压缩机的主要特点、发展现状,针对存在的主要问题与挑战,分析了加氢站压缩机技术发展趋势,给出了行业发展建议。

新氢压缩机电机转轴开裂失效分析

某新氢压缩机电动机服役过程中转轴轴伸端出现多处不同程度的裂纹。通过对含裂纹断轴进行宏观形貌检查、微观检查、化学成分分析、力学性能检测和金相组织观察,分析其开裂失效的原因。结果表明:轴肩底部圆角部位存在加工刀痕,且转轴调质处理工艺不当,未得到正常调质后的金相组织,转轴材料的强度和韧性低,导致转轴在高速运转过程中和交变载荷的作用下产生疲劳开裂失效,失效类型为高周疲劳。

加氢循环压缩机活塞杆断裂失效分析

加氢循环压缩机是加氢装置中关键的动力设备,加氢循环氢压缩机运行过程中最容易出现的故障是活塞杆断裂,而其断裂原因往往各不相同,针对不同情况下活塞杆的失效原因,避免其失效对加氢装置机组的安全运行具有重要意义。针对某氢循环压缩机活塞杆发生断裂失效问题,通过对断裂后的活塞杆进行宏观和微观组织形貌观察、化学成分分析、金相组织分析、断面硬度测试,研究活塞杆断裂失效的原因。结果表明:活塞杆组织成分符合标准,断口无疲劳断裂的典型特征和应力腐蚀断裂的典型特征,而是由于氢渗入金属内部引起的氢致破坏断裂。

西气东输一线管道掺氢输送压缩机运行工况适应性分析

目的将氢气掺入天然气管网会改变气体的组成和物性参数,使离心式压缩机运行工况点发生偏移,影响压缩机进出口压力、功率和能耗。为此,需对掺氢输送压缩机的运行工况进行适应性分析。方法以西气东输一线管道为研究对象,考虑氢气掺入对天然气物性参数的影响,建立了基于相似换算方法的掺氢天然气离心压缩机特性计算模型、掺氢量为0%~20%条件下的掺氢天然气输送管道仿真模型;分析了掺氢前后在同等输量和同等发热量两种状态下,管道沿线压力、温度、离心式压缩机工况点与性能参数的变化规律。结果对于同等输量工况,在输量为(2800~4500)×10^(4)m^(3)/d,掺氢量为0%~20%时,掺氢量每增加5%,典型R-R型压缩机进口压力、出口压力和压头平均增加3.34%、1.60%和0.39%,压缩机自耗气、功率和压比平均减少0.35%、4.11%和1.64%;对于同等发热量工况,在输量为(2800~3500)×10^(4)m^(3)/d、掺氢量为0%~20%时,掺氢量每增加5%,典型R-R型压缩机进口压力、出口压力、自耗气和功率平均增加7.31%、5.37%、4.78%和0.84%,压头和压比平均减少0.11%和1.72%。结论西气东输一线管道压缩机适用于掺氢输送工况。