Официальный дистрибьютор в России и странах СНГ
Дожимающие компрессоры HII для подачи водорода H2
Технические характеристики и рекомендации для подбора дожимающих компрессоров HII для подачи водорода
Особенности перекачки водорода.
При подборе оборудования и арматуры для работы на водороде необходимо учитывать его следующие особенности:
- Водород обладает высокой текучестью, проникающими способностями за счет малого размера молекул. Необходимо применение специальных уплотнений для работы на водороде.
- В смеси с кислородом водород образует гремучий газ. Необходим отвод возможных утечек газа.
- При эксплуатации необходимо учитывать водородное охрупчивание всех углеродистых сталей, включая нержавеющие, под высоким давлением и при повышенных температурах. Рекомендуемый срок эксплуатации газовой части, работающей на водороде - не более 7 лет.
Общие рекомендации по подбору компрессоров HII для дожима водорода H2.
Для подачи водорода применимы практически все базовые модели газовых компрессоров HII в водородном исполнении за исключением единичных моделей.
Специальное исполнение уплотняющих элементов для работы на водороде: модификация "-H2"
Специальное исполнение для отвода опасных газов в безопасную область: модификация "P" для моделей с одной газовой секцией, модификация "P-P1" для моделей с двумя газовыми секциями.
Все модели дожимающих компрессоров HII являются несмазываемыми: газовая часть работает без какой-либо смазки (сухое трение). Загрязнение газа смазкой физически невозможно.
Для дожима водорода сверхвысокой чистоты рекомендуем также предусмотреть модификацию для подачи кислорода "-O2". На заводе-изготовителе будет произведена дополнительная очистка газовой части по стандартам ASTM G93-96 и CGA-4.1.
ВНИМАНИЕ: на данной странице модели указаны с учетом модификаций для подачи водорода, на страницах с техническими характеристиками базовых моделей указаны наименования в базовом исполнении.
Подача водорода в изделие/процесс от баллона с начальным давлением 150 кгс/см2
Особенностью данной задачи является постоянное снижение давления газа на входе в процессе разрядки баллона.
Оптимальный тип компрессора, количество последовательно и/или параллельно подключенных компрессоров будет, прежде всего, определяться минимальным давлением на входе с учетом требуемой производительности.
Нижняя граница разрядки будет определяться прежде всего экономическими, а также технической целесообразностью и временными факторами.
Несколько лет назад практически любые технические газы было экономически не оправданным раскачивать ниже 30...50 бар. Ресурсные расчеты показывали более высокую себестоимость замены уплотнений компрессора относительно стоимости потерянного газа. На текущий момент ситуация резко изменилась, и ресурсные расчеты показывают приемлемую окупаемость при давлениях раскачки вплоть до 5 бар и даже ниже.
| Модель | Диапазон давлений нагнетания PН | Диапазон давлений на входе PВХ | |
|---|---|---|---|
| Начало разрядки | Окончание разрядки | ||
| Одноступенчатые компрессоры одностороннего действия серии 5G-SS с одинарным пневматическим приводом Степень сжатия: 1...6 |
|||
| 5G-SS-30-P-H2 | PВХ ... 300 бар | 150 бар | 30...50 бар |
| 5G-SS-50-P-H2 | PВХ ... 500 бар | 150 бар | 50...100 бар |
| 5G-SS-75-P-H2 | PВХ ... 750 бар | 150 бар | 75...100 бар |
| Одноступенчатые компрессоры одностороннего действия серии 5G-SD с двойным пневматическим приводом Степень сжатия: 1...6 |
|||
| 5G-SD-60-P-H2 | PВХ ... 600 бар | 150 бар | 75 ... 100 бар |
| 5G-SD-100-P-H2 | PВХ ... 1000 бар | 150 ... 300 бар | 150 ... 300 бар |
| 5G-SD-150-P-H2 | PВХ ... 1500 бар | 150 ... 300 бар | 150 ... 300 бар |
| Одноступенчатые компрессоры двухстороннего действия серии 5G-DS с одинарным пневматическим приводом | |||
| 5G-DS-30-P-P1-H2 | PВХ ... 450 бар | 150 бар | 30 ... 50 бар |
| 5G-DS-50-P-P1-H2 | PВХ ... 650 бар | 150 бар | 50 ... 100 бар |
| 5G-DS-75-P-P1-H2 | PВХ ... 900 бар | 150 бар | 75 ... 100 бар |
| Одноступенчатые компрессоры двухстороннего действия серии 5G-DD с двойным пневматическим приводом | |||
| 5G-DD-28-P-P1-H2 | PВХ ... 400 бар | 150 бар | 30 ... 50 бар |
| 5G-DD-60-P-P1-H2 | PВХ ... 750 бар | 150 бар | 50 ... 75 бар |
| 5G-DD-100-P-P1-H2 | PВХ ... 1034 бар | 150 бар | 100 ... 150 бар |
| 5G-DD-150-P-P1-H2 | PВХ ... 2068 бар | 150 ... 500 бар | 150 ... 500 бар |
Важное правило при подборе одноступенчатых компрессоров: на одну ступень дожатия (компрессии) степень сжатия газа PН:PВХ не должна превышать 6...8, оптимальный диапазон: 1...6.
Из таблицы с учетом данного правила видно, что для многих моделей высокого давления требуемое минимальное давление газа на входе равно или превышает давление в баллоне. В этом случае необходима последовательная установка двух (и более) одноступенчатых компрессоров или применение двуступенчатых моделей (см. "двуступенчатые компрессоры" далее).
Какую модель выбрать при одной ступени дожатия?
При выборе между компрессорами с одной и двумя газовыми частями (модели SS и SD и модели DS и DD соответственно) следует учитывать следующее:
- Модели с одной газовой частью значительно дешевле.
- Модели с одной газовой частью можно настроить на поддержание постоянного давления нагнетания независимо от давления на входе. Все остальные типы компрессоров этого не позволяют - в некоторых случаях приходится устанавливать редуктор на нагнетании.
- Модели с одной газовой частью крайне неэффективно используют давление газа на входе, их производительность значительно ниже всех остальных моделей (DS, DD, а также TS, TD), а потребление воздуха значительно выше.
- Одноступенчатые модели с двумя газовыми частями (модели DS и особенно модели DD) - самые эффективные среди всей линейки компрессоров HII. Они обеспечивают максимальную возможную производительность и минимальное потребление воздуха в широком диапазоне давлений на входе.
Для разовых работ по зарядке сосудов малых и сверхмалых объемов оптимальными будут недорогие модели SS или SD.
Для высоконагруженных режимов работы необходимо применять модели DS, DD
| Модель | Диапазон давлений нагнетания PН | Диапазон давлений на входе PВХ | |
|---|---|---|---|
| Максимальное редуцированное давление на входе (давление блокировки штока) |
Минимальное давление газа на входе. | ||
| Двухступенчатые компрессоры серии 5G-TS с одинарным пневматическим приводом Степень сжатия: 6...40 |
|||
| 5G-TS-7/30-P-P1-H2 | PВХ ... 380 бар | 21 бар | 3,4 бар |
| 5G-TS-7/50-P-P1-H2 | PВХ ... 400 бар | 10 бар | 3,4 бар |
| 5G-TS-14/30-P-P1-H2 | PВХ ... 580 бар | 130 бар | 7 бар |
| 5G-TS-14/50-P-P1-H2 | PВХ ... 700 бар | 55 бар | 7 бар |
| 5G-TS-14/75-P-P1-H2 | PВХ ... 900 бар | 30 бар | 5 бар |
| 5G-TS-30/50-P-P1-H2 | PВХ ... 1034 бар | 490 бар | 10 бар |
| 5G-TS-30/75-P-P1-H2 | PВХ ... 1275 бар | 210 бар | 7 бар |
| 5G-TS-30/92-P-P1-H2 | PВХ ... 1380 бар | 150 бар | 7 бар |
| 5G-TS-50/92-P-P1-H2 | PВХ ... 2068 бар | 650 бар | 10 бар |
| Двухступенчатые компрессоры серии 5G-TD с двойным пневмоприводом Степень сжатия: 6...40 |
|||
| 5G-TD-14/28-P-P1-H2 | PВХ ... 310 бар | 145 бар | 17 бар |
| 5G-TD-14/60-P-P1-H2 | PВХ ... 620 бар | 41 бар | 5 бар |
| 5G-TD-28/60-P-P1-H2 | PВХ ... 620 бар | 262 бар | 10 бар |
| 5G-TD-28/100-P-P1-H2 | PВХ ... 1034 бар | 110 бар | 20 бар |
| 5G-TD-28/150-P-P1-H2 | PВХ ... 1830 бар | 62 бар | 20 бар |
| 5G-TD-60/100-P-P1-H2 | PВХ ... 1034 бар | 206 бар | 41 бар |
| 5G-TD-60/150-P-P1-H2 | PВХ ... 2068 бар | 440 бар | 35 бар |
Правило №1: на две ступени дожатия (компрессии) степень сжатия газа PН:PВХ не должна превышать 36...64, оптимальный диапазон: 6...40.
Правило №2: давление на входе не должно превышать давление блокировки штока.
Значение давления блокировки штока зависит от давления в пневмосети, указано максимальное возможное значение.
Если давление блокировки штока ниже максимального возможного давления в баллоне - необходима установка редуктора.
Если давление блокировки штока превышает максимальное возможное давление в баллоне - установка редуктора не требуется.
Максимальное допустимое давление на входе, лимитируемое прочностью корпуса, как правило, значительно превышает давление блокировки штока. Превышение давления на входе над давлением блокировки штока приведет только к остановке компрессора и не приведет к аварии и выходу из строя. Компрессор разблокируется при соответственном снижении давления на входе.
Какую схему выбрать при двух ступенях дожатия?
Двуступенчатые компрессоры дешевле и проще в обвязке двух одноступенчатых компрессоров, установленных последовательно.
Но два последовательно установленных компрессора моделей DS; DD дадут значительный выигрыш в производительности (от 2 раз минимум) по сравнению с моделями TS; TD. Разница особенно ощутима при питании от заряженного баллона с газом.
Кроме того, два последовательно установленных компрессора моделей DS; DD потребуют значительно меньшего количества воздуха для питания пневматического привода за счет более эффективного использования энергии сжатого газа (выигрыш может составить от 2 до 10 и более раз). Это не только снизит энергоэффективность, но прежде всего, капитальные затраты на приобретение дорогостоящего воздушного компрессора.
Для задач, требующих малых и сверхмалых производительностей по водороду, оптимальным будет выбор двуступенчатой модели TS или TD.
Для задач, требующих относительно высоких производительностей по водороду, необходима разбивка по ступеням.
Подача водорода в изделие/процесс от генератора водорода или источника низкого давления менее 10 бар.
Мы не сможем предложить компрессоры HII при давлении газа на входе ниже 3,5 бар, необходим питающий компрессор низкого давления на базе электропривода других производителей.
При высокой требуемой производительности по газу и при давлении газа на входе ниже 10 бар настоятельно рекомендуем подобрать питающий компрессор низкого давления с электрическим приводом других производителей (первая ступень дожатия). В этом случае желательно обеспечить максимально возможное давление после компрессора первой ступени.
При малой требуемой производительности по газу и давлении в диапазоне 5...10 бар технически и экономически оправдано применение двуступенчатых и/или последовательно установленных одноступенчатых компрессоров HII.
Компрессоры HII покажут наилучшую экономическую и техническую эффективность при давлениях газа на входе более 10 бар
С учетом ограничений по степени сжатия на ступень, для решения большинства задач требуется от 2 до 5 и более ступеней дожатия.
В таблице приведены модели компрессоров, предназначенные для дожатия газов при низком давлении на входе (первая ступень). Компрессоры второй и последующих ступеней приведены в предыдущих таблицах.
| Модель | Диапазон давлений нагнетания PН | Диапазон давлений газа на входе PВХ | |
|---|---|---|---|
| Минимальное допустимое давление газа на входе |
Максимальное допустимое давление газа на входе. |
||
| Одноступенчатые компрессоры одностороннего действия серии 5G-SS с одинарным пневмоприводом Степень сжатия: 4...6 |
|||
| 5G-SS-7-P-H2 | PВХ ... 70 бар | 4 бар | 70 бар |
| 5G-SS-14-P-H2 | PВХ ...140 бар | 21 бар | 140 бар |
| Одноступенчатые компрессоры двухстороннего действия серии 5G-DS с одинарным пневмоприводом Степень сжатия: 4...6 |
|||
| 5G-DS-7-P-P1-H2 | PВХ ... 172 бар | 7 бар | 172 бар |
| 5G-DS-14-P-P1-H2 | PВХ ... 310 бар | 21 бар | 310 бар |
| Двухступенчатые компрессоры серии 5G-TS с одинарным пневмоприводом Степень сжатия: 6...40 |
|||
| 5G-TS-7/14-P-P1-H2 | PВХ ... 280 бар | 2,75 бар | 70 бар |
| 5G-TS-7/30-P-P1-H2 | PВХ ... 380 бар | 3,4 бар | 21 бар |
| 5G-TS-7/50-P-P1-H2 | PВХ ... 570 бар | 3,4 бар | 10 бар |
| Двухступенчатые компрессоры серии 5G-TD с двойным пневмоприводом Степень сжатия: 6...40 |
|||
| 5G-TD-14/28-P-P1-H2 | PВХ ... 310 бар | 17 бар | 145 бар |
| 5G-TD-14/60-P-P1-H2 | PВХ ... 620 бар | 5 бар | 41 бар |
Примеры подбора компрессоров HII для подачи водорода
Пример 1: зарядка баллона водородом давлением до 150 бар от источника низкого давления 10 бар:
Начальные условия:
- Давление газа на входе: 10 бар
- Требуемое давление зарядки баллона: 150 бар
- Давление воздуха в питающей пневмосети: 8 бар
- Производительность питающего воздушного компрессора: 1000 нл/мин
Результаты расчетов представлены в таблице подбора компрессоров.
Рассмотрено 6 вариантов:
- Вариант 1: Компрессор 5G-TS-7/14-P-P1-H2 - 2 ступени сжатия
- Вариант 2: Компрессор 5G-TS-7/30-P-P1-H2 - 2 ступени сжатия
- Вариант 3: Компрессор 5G-TD-14/28-P-P1-H2 - 2 ступени сжатия
- Вариант 4: Компрессор 5G-SS-30-P-H2 - 1 ступень сжатия
- Вариант 5: Компрессор 5G-DS-7-P-P1-H2 - первая ступень сжатия; компрессор 5G-SS-30-P-H2 - вторая ступень сжатия
- Вариант 6: Компрессор 5G-DS-7-P-P1-H2 - первая ступень сжатия; компрессор 5G-DD-14-P-P1-H2 - вторая ступень сжатия
Время зарядки для вариантов с первого по 4-й разбито на диапазоны 10 бар. Суммарное время зарядки и другие суммируемые величины выделены жирным шрифтом.
Средние величины выделены курсивом.
Из таблицы видно, насколько номинальные значения, приведенные для моделей отличаются от расчетных значений для конкретной задачи.
Вариант №1 не проходит по давлению нагнетания.
Давление питания в пневмосети недостаточное, компрессор не сможет создать требуемые 150 бар, а остановится на давлении примерно 132 бар.
Вариант 2 - оптимальный для задачи.
Вариант 3 - переразмеренный относительно задачи.
Увеличение мощности компрессора в 2 раза в данном конкретном случае не приводит к выигрышу в производительности, только к большему расходу воздуха, что снижает скорость компрессора и его производительность.
Вариант 4 наглядно показывает, как компрессор работать не должен.
Увеличение степени сжатия более 6 (до 13,73) приводит к резкому снижению объемного КПД и производительности компрессора. Фактические результаты подобной эксплуатации, скорее всего будут гораздо плачевнее расчетных.
Вариант 5 демонстрирует, как малоэффективный компрессор 5G-SS-30-P-H2 поглощает ограниченный условиями задачи ресурс (воздух) и сводит на нет общую эффективность системы.
Вариант 6 демонстрирует последовательную работу двух высокоэффективных компрессоров. Они были бы лучшими среди всех вариантов, но им не хватает питающего воздуха. В комбинации 3 компрессора 5G-DS-7-P-P1-H2 первой ступени, питающих 1 компрессор 5G-DD-14-P-P1-H2 второй ступени при наличии 6 кубов воздуха они заправили бы баллон за 2,3 минуты, что соответствовало бы работе 7 компрессоров 5G-TS-7/30-P-P1-H2, установленных в параллель при пиковом потреблении воздуха до 10 куб.м./мин. Это было бы лучшим решением, но они переразмерены относительно задачи.
Скорость штока 7,2 цикла в минуту наглядно это демонстрирует.
Вывод: вариант 2 является наилучшим решением данной задачи.
Ограничивающим фактором является количество доступного воздуха. Без его увеличения оптимизация схемы подключения компрессоров бесполезна.
Есть вопросы, замечания, хотите оставить комментарий к данному примеру?
Открыто обсуждение на нашей странице в Facebook:
Пример 2: Подача водорода под давлением 700 бар в линию заправки баллонов объемом 10 литров для питания топливных элементов автомобилей.
По условию, водород подается под постоянным давлением 100 бар от компрессорной установки низкого давления. Подобная задача рассмотрена выше.
Требуется определить оптимальную комплектацию для обеспечения максимальной производительности на единицу оборудования (на 1 компрессор).
Начальные условия:
- Давление газа на входе: 100 бар
- Требуемое давление газа на нагнетании: 700 бар
- Давление воздуха в питающей пневмосети: 6 бар
- Производительность питающего воздушного компрессора: не ограничена
Результаты расчетов представлены в таблице подбора компрессоров.
В качестве первого варианта рассмотрена совместная работа компрессоров 5G-DD-28-P-P1-H2 (1-я ступень) и 5G-DD-100-P-P1-H2 (2-я ступень)
Из расчета видно, что ограничивающими факторами при работе системы компрессоров будет производительность второго компрессора и давление нагнетания первого компрессора. Давление нагнетания первого компрессора Х принимаем равным 300 бар (максимально допустимое для этой модели).
В результате получаем производительность по газу 630 нл/мин на 2 единицы оборудования.
В качестве второго варианта рассмотрены все подходящие по условиям модели двухступенчатых компрессоров.
Из расчета видно, что первые 4 модели не проходят по давлению питания пневматического привода, их не рассматриваем.
Модели 5G-TS-30/92, 5G-TD-28/100, 5G-TD-28/150 требуют установки понижающего редуктора для снижения давления на входе во избежание режима блокировки штока.
Модель 5G-TD-28/100-P-P1-H2 можно было бы назвать полным эквивалентом варианту 1: газовые части идентичны по типу и количеству, параллельная установка двух компрессоров 5G-TD-28/100-P-P1-H2 должна была дать абсолютно идентичные результаты по производительности, но сработало ограничение по максимальному давлению на входе при давлении 6 бар в пневмосети - в результате производительность двух компрессоров, установленных параллельно, составит 590 нл/мин.
Все остальные модели варианта 2 значительно уступающие варианту 1 по производительности.
В качестве третьего варианта рассмотрена последовательная работа компрессоров 5G-DS-30-P-P1-H2 и 5G-DS-75-P-P1-H2
Из расчета видно, что данная комбинация уступает варианту 1 по производительности примерно в 2 раза.
Вывод: вариант 1 является наилучшим решением данной задачи.
Кратное увеличение производительности можно обеспечить увеличением количества компрессоров каждой ступени.
Есть вопросы, замечания, хотите оставить комментарий к данному примеру?
Открыто обсуждение на нашей странице в Facebook:
Внимание: информация на сайте является авторским контентом, любое копирование, тиражирование без разрешения автора запрещено.
Техническая информация, представленная на сайте носит ознакомительный характер. Самостоятельный подбор оборудования на основании предоставленной информации запрещен.
Подбор оборудования проводится строго специалистом с обязательным согласованием с заводом-изготовителем на стадии размещения заказа.
