一种多线进气加氢装置的制作方法

1.本实用新型涉及加氢相关领域，尤其是一种多线进气加氢装置。


背景技术：

2.随着加氢站以及氢燃料电池汽车应用的推广，加氢站运行工况愈加饱和、需要连续不断进行氢气加注。为了提高加注能力，大部分加氢站都选择了在站点内布置低压、中压、高压三级储氢罐，闲时利用压缩机向储氢罐补充氢气，再利用储氢罐通过加氢机直接向氢燃料电池汽车加氢。在多级储氢罐加氢时，一般都选择变质量平气加氢，即首先低压储氢罐加氢，待氢燃料电池汽车压力与低压储氢罐压力平衡后，再进行中压储罐加注，待氢燃料电池汽车压力与中压储氢罐压力平衡后，最后进行高压储罐加注。该方法在储氢罐与氢燃料电池汽车压力接近平衡时氢气加注效率会大幅降低，加注时间变长；同时，在储氢罐加注过程中压缩机无法同时向储氢罐补充氢气，压缩机启停次数增加、损耗增大。
3.此外，在多级储罐加氢站中用于控制压缩机、多级储氢罐启停功能的由大量电磁阀、气动阀、单向阀和管道组成，一般根据不同加氢站加注能力、加注模式来进行个性化定制，不易进行规模化生产，需要在加氢站施工现场进行集成和调试；且控制阀门动作的控制系统集成在加氢站中控室，无法独立控制。


技术实现要素：

4.本实用新型的目的在于提供一种多线进气加氢装置，以解决上述背景技术中提出的问题。
5.本实用新型解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：
6.一种多线进气加氢装置，包括储氢罐a、储氢罐b、储氢罐c和加注控制系统，所述储氢罐a、储氢罐b、储氢罐c具有相同的压力等级以及相同的水容积，所述储氢罐a、储氢罐b、储氢罐c上分别连接设有压缩机和卸气柱，所述储氢罐a、储氢罐b、储氢罐c上分别连接设有氢气出口a和出口氢气出口b，所述氢气出口a和所述氢气出口b上还连接设有放空系统，所述卸气柱与所述氢气出口a、氢气出口b之间连通，所述压缩机、卸气柱能够分别向所述氢气出口a、氢气出口b提供氢气，所述压缩机能够向所述储氢罐a、储氢罐b、储氢罐c补充氢气，所述储氢罐a、储氢罐b、储氢罐c能够分别向所述氢气出口a、氢气出口b提供氢气，从而能够同时实现两路进气，两路供气，所述储氢罐a、储氢罐b、储氢罐c、氢气出口a、氢气出口b以及压缩机、卸气柱分别带有压力传感器。
7.作为优选，所述储氢罐a管路上连接设有气动阀aa，从而能够对所述储氢罐a进行氢气补充，所述储氢罐a管路上还设有气动阀ab、气动阀ac，从而能够向所述氢气出口a、氢气出口b进行氢气加注，所述储氢罐b管路上连接设有气动阀ba，从而能够对所述储氢罐b进行氢气补充，所述储氢罐b管路上还设有气动阀bb、气动阀bc，从而能够向所述氢气出口a、氢气出口b进行氢气加注，所述储氢罐c管路上连接设有气动阀ca，从而能够对所述储氢罐c进行氢气补充，所述储氢罐c管路上还设有气动阀cb、气动阀cc，从而能够向所述氢气出口
a、氢气出口b进行氢气加注。
8.作为优选，所述储氢罐a分别与所述气动阀aa、气动阀ab、气动阀ac管路之间连接设有单向阀aa、单向阀ab、单向阀ac，所述储氢罐b分别与所述气动阀ba、气动阀bb、气动阀bc管路之间连接设有单向阀ba、单向阀bb、单向阀bc，所述储氢罐c分别与所述气动阀ca、气动阀cb、气动阀cc管路之间连接设有单向阀ca、单向阀cb、单向阀cc。
9.作为优选，所述氢气出口a与所述放空系统之间的管道内设有气动阀da，所述气动阀da并联设有紧急卸荷阀a、手动针阀a，所述氢气出口b与所述之间管道内设有气动阀db，所述气动阀db并联设有紧急卸荷阀b、手动针阀b,所述卸气柱与所述氢气出口a和氢气出口b之间设有气动阀ea、气动阀eb，所述气动阀ea、气动阀eb与所述氢气出口a、氢气出口b之间连接设有单向阀da、单向阀db。
10.作为优选，所述加注控制系统包括处理模块和控制模块，所述处理模块与所述压力传感器相连，所述处理模块与所述压缩机以及卸气柱相连，所述处理模块还与所述氢气出口a、氢气出口b相连，所述控制模块分别与所述气动阀aa、气动阀ab、气动阀ac、气动阀ba、气动阀bb、气动阀bc、气动阀ca、气动阀cb、气动阀cc，以及气动阀ea，气动阀eb，气动阀da,气动阀db相连，所述控制模块还与所述压缩机、卸气柱以及氢气出口a、氢气出口b相连，所述处理模块还与所述控制模块相连，从而所述控制模块能够将所述控制指令结果反馈至所述处理模块。
11.作为优选，所述处理模块与所述控制模块分别与外部中控室的中控模块相连，所述处理模块能够将现场压力传感器、压缩机、卸气柱的信息以及各气动阀、设备的控制情况实时备份至中控模块；同时，处理模块通过心跳线与中控模块相连接，当处理模块故障时由中控模块第一时间接管，直接向控制模块发出相关指令，保障装置正常运行。
12.作为优选，装置中氢气管道规格为9/16英寸，管道与气动阀、单向阀等为螺纹连接，压缩机、卸气柱、储氢罐等装置入口以及氢气出口管道均布置在装置下方，配有标准接口，根据不同类别加氢站的需要，可配备不同类型管道转接头，以适应现场快速安装需求；同时，装置出入口布置在装置下方可便于现场管道安装。处理模块、控制模块安装在装置下方的防爆箱内，与中控室的中控模块仅需1根动力电缆以及3根信号电缆相连，可大幅减少现场电缆敷设工作量，实现装置标准化。
13.作为优选，所述处理模块中设有氢气加注模型，通过实时计算加注压力上升率prr，来时刻修正加注模式，达到最大加注效率的目的，
14.具体方法为：
15.在氢燃料电池汽车加注前，根据加注时间预测模型t＝f(p，t，q)计算出某个气源的期望加注时间t
16.根据加注压力上升率prr计算公式：
[0017][0018]
p
final
为加注最终压力；p
ramp
为计算时的当前气瓶压力；p
startup
为计算时的加氢机加注压力；p
min
为车载气瓶最小初始压力；t0为加氢机已加注时间；t为气源期望加注时间；
[0019]
计算出某个气源对一个确定的车载气瓶加注过程中，加注过程的压力上升率。压力上升率越大，表示加注完成的时间越快。在加注过程中，处理模块通过实时采集到的数
据，每间隔1s计算一次3个储罐以及卸气柱共计4个气源的prr，通过控制模块选取prr最大值的气源进行加注，实现加注效率最大化。
[0020]
本实用新型的优点和积极效果是：
[0021]
1、可实现压缩机、卸气柱气源同时多线进气，并可以同时向两个加氢机进行氢气加注。
[0022]
2、可实现储罐在向加氢机进行氢气加注的同时，由压缩机向储罐内补充氢气。
[0023]
3、模块化设置了加注控制系统，包括处理模块、控制模块，通过实时采集的数据对各个气动阀进行自动控制，实现氢气加注效率最优。
[0024]
4、通过处理模块和控制模块，对加注和冲装过程优化，可实现压缩机不间断工作，对3个储氢罐进行连续补充氢气，并可同时进行氢气加注，提高压缩机工作效率、降低压缩机启停次数、减少压缩机能耗和损耗。
[0025]
5、处理模块、控制模块安装在装置下方的防爆箱内，与中控室的中控模块仅需1根动力电缆以及3根信号电缆相连，可大幅减少现场电缆敷设工作量，实现装置标准化。
附图说明
[0026]
下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。
[0027]
图1为本实用新型一种多线进气加氢装置整体工艺图；
[0028]
图2为本实用新型一种多线进气加氢装置加注控制系统流程图。
[0029]
附图中标记分述如下：001、储氢罐a；002、储氢罐b；003、储氢罐c；004、压缩机；005、卸气柱；01、氢气出口a；02、氢气出口b；03、放空系统；101、气动阀aa；102、气动阀ab；103、气动阀ac；201、气动阀ba；202、气动阀bb；203、气动阀bc；301、气动阀ca；302、气动阀cb；303、气动阀cc；11、单向阀aa；12、单向阀ab；13、单向阀ac；21、单向阀ba；22、单向阀bb；23、单向阀bc；31、单向阀ca；32、单向阀cb；33、单向阀cc；401、气动阀da；402、紧急卸荷阀a；403、手动针阀a；404、气动阀db；405、紧急卸荷阀b；406、手动针阀b；501、气动阀ea；502、气动阀eb；41、单向阀da；42、单向阀db。
具体实施方式
[0030]
现在结合附图对本实用新型作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本实用新型的基本结构，因此其仅显示与本实用新型有关的构成。
[0031]
下面结合图1-2对本实用新型进行详细说明，其中，为叙述方便，现对下文所说的方位规定如下：下文所说的上下左右前后方向与图1视图方向的前后左右上下的方向一致，图1为本实用新型装置的正视图，图1所示方向与本实用新型装置正视方向的前后左右上下方向一致。
[0032]
以下结合附图对本实用新型实施例做进一步详述：
[0033]
请参阅图1-2，本实用新型提供的一种实施例：一种多线进气加氢装置，包括储氢罐a001、储氢罐b002、储氢罐c003和加注控制系统，所述储氢罐a001、储氢罐b002、储氢罐c003具有相同的压力等级以及相同的水容积，所述储氢罐a001、储氢罐b002、储氢罐c003上分别连接设有压缩机004和卸气柱005，所述储氢罐a001、储氢罐b002、储氢罐c003上分别连接设有氢气出口a01和出口氢气出口b02，所述氢气出口a01和所述氢气出口b02上还连接设
有放空系统03，所述卸气柱005与所述氢气出口a01、氢气出口b02之间连通，所述压缩机004能够分别向所述氢气出口a01、氢气出口b02提供氢气，所述压缩机004能够向所述储氢罐a001、储氢罐b002、储氢罐c003补充氢气，所述储氢罐a001、储氢罐b002、储氢罐c003能够分别向所述氢气出口a01、氢气出口b02提供氢气，从而能够同时实现两路进气，两路供气，所述储氢罐a001、储氢罐b002、储氢罐c003、氢气出口a01、氢气出口b02以及压缩机004、卸气柱005分别带有压力传感器。
[0034]
另外，在一种实施例中，所述储氢罐a001管路上连接设有气动阀aa101，从而能够对所述储氢罐a001进行氢气补充，所述储氢罐a001管路上还设有气动阀ab102、气动阀ac103，从而能够向所述氢气出口a01、氢气出口b02进行氢气加注，所述储氢罐b002管路上连接设有气动阀ba201，从而能够对所述储氢罐b002进行氢气补充，所述储氢罐b002管路上还设有气动阀bb202、气动阀bc203，从而能够向所述氢气出口a01、氢气出口b02进行氢气加注，所述储氢罐c003管路上连接设有气动阀ca301，从而能够对所述储氢罐c003进行氢气补充，所述储氢罐c003管路上还设有气动阀cb302、气动阀cc303，从而能够向所述氢气出口a01、氢气出口b02进行氢气加注。
[0035]
另外，在一种实施例中，所述储氢罐a001分别与所述气动阀aa101、气动阀ab102、气动阀ac103管路之间连接设有单向阀aa11、单向阀ab12、单向阀ac13，所述储氢罐b002分别与所述气动阀ba201、气动阀bb202、气动阀bc203管路之间连接设有单向阀ba21、单向阀bb22、单向阀bc23，所述储氢罐c003分别与所述气动阀ca301、气动阀cb302、气动阀cc303管路之间连接设有单向阀ca31、单向阀cb32、单向阀cc33。
[0036]
另外，在一种实施例中，所述氢气出口a01与所述放空系统03之间的管道内设有气动阀da401，所述气动阀da401并联设有紧急卸荷阀a402、手动针阀a403，所述氢气出口b02与所述03之间管道内设有气动阀db404，所述气动阀db404并联设有紧急卸荷阀b405、手动针阀b406，所述卸气柱005与所述氢气出口a01和氢气出口b02之间设有气动阀ea501、气动阀eb502，所述气动阀ea501、气动阀eb502与所述氢气出口a01、氢气出口b02之间连接设有单向阀da41、单向阀db42。
[0037]
另外，在一种实施例中，所述加注控制系统包括处理模块和控制模块，所述处理模块与所述压力传感器相连，所述处理模块与所述压缩机004以及卸气柱005相连，所述处理模块还与所述氢气出口a01、氢气出口b02相连，所述控制模块分别与所述气动阀aa101、气动阀ab102、气动阀ac103、气动阀ba201、气动阀bb202、气动阀bc203、气动阀ca301、气动阀cb302、气动阀cc303、以及气动阀ea501，气动阀eb502，气动阀da401,气动阀db404相连，所述控制模块还与所述压缩机004、卸气柱005以及氢气出口a01、氢气出口b02相连，所述处理模块还与所述控制模块相连，从而所述控制模块能够将所述控制指令结果反馈至所述处理模块。
[0038]
另外，在一种实施例中，所述处理模块与所述控制模块分别与外部中控室的中控模块相连，所述处理模块能够将现场压力传感器、压缩机、卸气柱的信息以及各气动阀、设备的控制情况实时备份至中控模块；同时，处理模块通过心跳线与中控模块相连接，当处理模块故障时可由中控模块第一时间接管，直接向控制模块发出相关指令，保障装置正常运行。
[0039]
另外，在一种实施例中，装置中氢气管道规格为9/16英寸，管道与气动阀、单向阀
等为螺纹连接，压缩机、卸气柱、储氢罐等装置入口以及氢气出口管道均布置在装置下方，配有标准接口，根据不同类别加氢站的需要，可配备不同类型管道转接头，以适应现场快速安装需求；同时，装置出入口布置在装置下方可便于现场管道安装。处理模块、控制模块安装在装置下方的防爆箱内，与中控室的中控模块仅需1根动力电缆以及3根信号电缆相连，可大幅减少现场电缆敷设工作量，实现装置标准化。
[0040]
另外，在一种实施例中，所述处理模块中设有氢气加注模型，通过实时计算加注压力上升率prr，来时刻修正加注模式，达到最大加注效率的目的，
[0041]
具体方法为：
[0042]
在氢燃料电池汽车加注前，根据加注时间预测模型t＝f(p，t，q)计算出某个气源的期望加注时间t
[0043]
根据加注压力上升率prr计算公式：
[0044][0045]
p
final
为加注最终压力；p
ramp
为计算时的当前气瓶压力；p
startup
为计算时的加氢机加注压力；p
min
为车载气瓶最小初始压力；t0为加氢机已加注时间；t为气源期望加注时间；
[0046]
计算出某个气源对一个确定的车载气瓶加注过程中，加注过程的压力上升率。压力上升率越大，表示加注完成的时间越快。在加注过程中，处理模块通过实时采集到的数据，每间隔1s计算一次3个储罐以及卸气柱共计4个气源的prr，通过控制模块选取prr最大值的气源进行加注，实现加注效率最大化。
[0047]
具体实施时，开始加注前，处理模块采集储氢罐a001、储氢罐b002、储氢罐c003、卸气柱005气源压力数据，计算出卸气柱005气源prr最大，处理模块发出指令，控制模块打开气动阀501，卸气柱005气源向氢气出口a01进行氢气加注，在加注过程中，处理模块每间隔1s计算3个储氢罐以及卸气柱005共计4个气源的prr，在加注到30s时刻，卸气柱气源prr值下降，储氢罐a001prr值最大，处理模块发出指令，控制模块打开气动阀ab102、关闭气动阀ea501，储氢罐a001气源向氢气出口a01进行氢气加注，在加注到60s时刻，储氢罐a001prr值下降，储氢罐b002prr值最大，处理模块发出指令，控制模块打开气动阀bb202、关闭气动阀ab102，储氢罐b002气源向氢气出口a01进行氢气加注；
[0048]
在储氢罐b002向氢气出口a01进行氢气加注的过程中；当储氢罐b002压力下降至第一设定值(储氢罐a001至储氢罐c003气源下降至一定压力时，压缩机启动进行补气)，处理模块发出指令，控制模块打开气动阀ba201，压缩机004向储氢罐b002补充氢气、同时通过气动阀bb202向氢气出口a01进行氢气加注，氢气出口b02出现新的氢气加注需求，处理模块通过实时采集的数据进行计算，储氢罐b002prr值最大，处理模块发出指令，控制模块打开气动阀bc203，储氢罐b002向氢气出口b02进行氢气加注，此时储氢罐b002同时向氢气出口a01、氢气出口b02进行氢气加注；
[0049]
当氢气出口b02氢气加注到40s，储氢罐c003prr最大，处理模块发出指令，控制模块打开气动阀cc303、关闭气动阀bc203，储氢罐c003向氢气出口b02进行氢气加注，此时储氢罐b002向氢气出口a01进行氢气加注、储氢罐c003向氢气出口b02进行氢气加注；
[0050]
当储氢罐b002压力上升至第二设定值(储气罐设定的最大储气压力)，处理模块通过收集到的数据，当储氢罐a001、储氢罐b002压力小于第二设定值时，控制模块打开相应储
氢罐补气气动阀，实现压缩机不停机，先向压力值较低的储罐补充氢气，直到3个储氢罐压力值均达到第二设定值为止；
[0051]
当储氢罐b002完成向氢气出口a01的氢气加注任务、没有后续加氢计划时，处理模块发出指令，控制模块打开气动阀da401，管路中剩余氢气向放空系统进行排空。
[0052]
需要强调的是，本实用新型所述的实施例是说明性的，而不是限定性的，因此本实用新型并不限于具体实施方式中所述的实施例，凡是由本领域技术人员根据本实用新型的技术方案得出的其他实施方式，同样属于本实用新型保护的范围。