Laves phase hydrogen storage alloys for super-high-pressure metal hydride hydrogen compressors

Ti-Cr- and Ti-Mn-based alloys were prepared to be low- and high-pressure stage metals for a double-stage super-high-pressure metal hydride hydrogen compressor. Their crystallographic characteristics and hydrogen storage properties were investigated. The alloy pair Ti0.9Zr0.1Mn1.4- Cr0.35V0.2Fe0.05/TiCr1.55Mn0.2Fe0.2 was optimized based on the comprehensive performance of the studied alloys. The product hydrogen with a pressure of 100 MPa could be produced from 4 MPa feed gas when hot oil was used as a heat reservoir.

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.

考虑安防措施的撬装氢压缩机系统安全性分析

首先对氢压缩机氢安全事故进行了汇总与分析;进而开展基于故障树的撬装氢压缩机氢燃爆事故危险源识别;然后应用事件树分析,研究考虑系统安防措施的氢安全事故后果与发生概率;最后基于FLACS软件,结合人身与建筑物伤害标准,开展考虑安防措施的射流火焰、闪火与燃爆事故的风险量化评价,并提出了安防措施的优化建议。研究表明:氢泄漏主要是由设计缺陷和操作失误所引发,而氢泄漏检测装置的失效对燃爆事故有较大影响;各类氢安全事故发生概率均小于3.3×10^(-3)/年,但氢气泄漏后氢射流火灾事故发生概率较高;对于射流火焰事故,最高温度可达2 329.8℃,最大热流密度可达399.0 kW/m^(2);对于闪火事故,最大损伤半径可达7.7 m,最高温度可达3 069.5℃;对于燃爆事故,其伤害半径最大为5.5 m,最大超压为10 bar。这些事故均会造成严重的人身伤害与集装箱结构损伤,因此压缩机安全距离应设置为7.7 m以上;而提高氢浓度传感器灵敏度、优化氢浓度传感器布局位置、增强排风系统排风量等措施可有效增强系统的安全性。

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。

不同边界条件下掺氢对天然气管网运行工况的影响分析

氢气与天然气在物性参数上的差异会导致掺氢后管道及压缩机等水力元件的运行工况发生改变。目前,多数关于掺氢对管网运行工况影响的研究仅针对特定的边界条件及管网结构,研究的结果不具有普适性,研究结论也不相一致。基于此,本文建立了混合气体在管网系统中的流动仿真模型,逐一研究了不同边界条件组合下,掺氢之后管道沿线压力、流量、热值流量、水力坡降以及压缩机的进出站压力和压比等运行参数的理论变化规律。其中,管道的边界条件包括管道节点的压力、体积流量、质量流量以及热流量4种;压缩机的边界条件包括压力、转速以及压比3种控制条件。算例结果表明:掺氢后管道运行工况的变化情况与边界条件直接相关。当压缩机采用定出口压力或定压比控制时,管网工况参数与掺氢比之间有确定的关系,如随着掺氢比的增大,管道压力以一定的函数关系减小;压缩机在采用定转速控制时,管网工况参数的变化较为复杂,如随着掺氢比的增大,管道压力在某些情况下增加,而在某些情况下又会减小,需要针对具体场景进行分析。文章总结了不同边界条件下掺氢对天然气管网运行工况的普适影响,研究结论适用于任意支状管网,可为掺氢之后管网系统的运行调控提供理论指导。

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。

氢燃料电池用气浮离心空压机实验与模拟研究

气浮轴承离心空压机具有无油、高效、低成本、轻量化和动态响应性好等优点,已成为车载氢燃料电池空压机的最佳选择。本文介绍了自主研发的额定压比2.8、质量流量130g/s、转速88000r/min、功率22kW的两级气浮轴承离心空压机,用于匹配电堆功率130kW的车载氢燃料电池。在离心空压机气动性能试验台上测试了空压机在60000~95000r/min范围内的气动性能,同时构建了离心空压机的泄漏通流模型并对其进行了数值模拟,最后将模拟结果与实验数据进行了对比分析。研究结果表明,该离心空压机在实验时最大转速达95000r/min,最大绝热效率可达77.04%。

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。

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。

压缩机技术在氢能领域的应用

鉴于我国目前的能源结构形式,针对氢能的发展、压缩机在氢能领域的应用进行概述,主要介绍氢液化用氦气螺杆式压缩机、工艺流程用氢气输送压缩机、加氢站用隔膜压缩机、燃料电池空气压缩机等氢能工艺流程中的压缩装备,并分析氢燃料电池技术应用于家用和商用分布式发电的发展前景。

基于温度场的隔膜压缩机气缸的结构优化

为了解决排气温度过高使隔膜压缩机抗氢脆性能降低从而导致寿命降低的问题,提出了一种新型冷却管道的隔膜压缩机结构。以降低隔膜压缩机气缸温度为目标,在高温、高压的工况下,对改进后的气缸结构进行流体力学分析研究,得到温度场云图。仿真结果表明:优化后的隔膜压缩机气缸结构在同样工况下的温度明显降低,可知压缩机气缸的氢脆问题得到缓解,该结构有效提高了隔膜压缩机的使用寿命。

基于振动分析的液驱往复式氢气压缩机压缩周期参数非直接测量方法

针对氢气压缩机的振动信号成分相对复杂、易受噪声干扰以及压缩周期难以自动提取的问题,本文提出了基于变分时域分解、Hilbert变换和自相关函数相结合的液驱往复式氢气压缩机的压缩周期参数非直接测量方法。首先建立了液驱往复式压缩机活塞冲击仿真信号的数学模型,模拟活塞撞击气缸左、右极限位置时的振动信号,利用变分时域分解算法将模拟的活塞冲击信号从整个仿真信号中分离出来,然后利用Hilbert变换对分离的活塞冲击仿真信号进行包络解调并绘制包络谱,对包络谱的幅值序列进行自相关运算,最后自动检索自相关函数曲线最大峰值对应的延迟点数,计算压缩周期参数值。仿真信号分析结果表明:该方法可以自动提取获得正确的压缩周期参数值,当冲击信号受噪声影响时仍然具有高鲁棒性,其对9种不同信噪比仿真信号的提取成功率为88.89%。最后,将该方法应用到真实的液驱往复式氢气压缩机上,分别采集了不同电机转频、进气压力和二级排气压力共12种稳态运行工况下的排气阀振动信号。实验台数据分析结果表明,该方法提取的成功率为100%,与频谱、倒频谱、包络谱以及自相关函数的结果对比表明,该方法在所有5种方法中的提取成功率最高,进而验证了本文所提方法的有效性和优越性,为氢气压缩机状态监测、故障诊断与寿命预测提供了基础运行工况参数。

适用于氢储能及运输的大流量离心压气机进口级优化设计及特性分析

为了提升氢气离心压气机进口级等熵效率,利用自主开发的氢气离心压气机进口级一维优化设计程序,结合BP神经网络与遗传算法,对进口级进行一维优化设计。基于优化结果,采用三维造型软件构建了叶轮模型,并通过NUMECA软件进行了设计工况及变工况下的性能与流场分析。结果表明,优化后的氢气离心压气机进口级在设计工况下压比达1.071,等熵效率高达86.34%,内部气流流动正常,没有明显的气流分离现象,有较大稳定工作范围,气动性能良好。研究结果可为离心压气机进口级的优化设计提供参考。

掺氢天然气管道能耗和碳排放模型优化研究

目的天然气管道掺氢可实现氢气长距离、大规模、低成本运输,但也会带来一系列问题。考虑到掺氢比对压缩机性能、管道能耗和碳排放的影响,创新性地提出了掺氢天然气管道能耗和碳排放优化模型,并对站场运行模式进行全面分析。方法结合模型特点,提出改进霜冰优化算法(IRIME算法),并与其他算法进行对比得出,IRIME算法在收敛速度和收敛精度上准确性较高。结果以某输气管道为例,使用IRIME算法求解模型,结果表明,与实际运行工况相比,总能耗和总碳排放量等均降低;与不掺氢工况相比,掺氢后出口压力和出口温度均增高;压降、燃驱压缩机组效率、电驱压缩机组效率、压缩机组平均效率、天然气碳排放量、电能碳排放量、总碳排放量、耗电量、耗气量、总能耗均降低。结论与不掺氢相比,当掺氢比为5%、10%、15%和20%时,总能耗分别降低了2.00%、4.70%、7.00%和9.83%,总碳排放量分别降低了2.99%、5.36%、8.32%和10.68%,对现场运行具有一定指导意义。

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℃。

加氢站隔膜式氢气压缩机膜片破裂原因分析及发展建议

氢能是一种清洁、高效、安全、可持续的二次能源,推动氢能在交通运输领域的发展,对于构建清洁、可持续发展的交通能源体系具有重要意义。作为重要的氢能基础供应设施,加氢站建设正处于加速期。隔膜式压缩机是加氢站内核心设备,随着运行周期增长,已接连发生多起膜片破裂事件。该文对加氢站常用氢气压缩机进行了对比分析,重点围绕某加氢站隔膜式氢气压缩机膜片破裂事件分析了产生原因,给出了加氢站升级措施,最后针对当前加氢站安全稳定运行和高质量发展面临的关键共性问题提出了相关发展建议。

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。

某石化装置氢气隔膜压缩机异响处理及原因分析

某石化装置氢气隔膜压缩机A于2023年3月9日启机运行期间,出现“咚、咚、咚”异常声响,相比正常运行声音大了很多,运行20 min声响仍未消失,遂安排停机检修。本文针对氢压机异响情况进行分析,从飞轮及键装配松紧度、连杆大头瓦螺栓装配松紧度、补油泵柱塞杆、补油泵进出口单向阀、膜头底部止逆阀、膜头顶部溢流阀、轴承、曲轴、连杆等组件是否损伤等因素,按照由浅入深、由简入难的顺序逐步排查,给出了故障排查方法和需要采取的措施,可为同类设备提供排查思路及解决办法,具有较强的指导意义。