[发明专利]一种制氢加氢站系统的设备选型方法

权利要求书

1.一种制氢加氢站系统的设备选型方法，其特征在于，所述制氢加氢站系统包括依次连接的制氢设备、一级压缩机、二级压缩机与加注设备；所述制氢加氢站系统还包括一级氢气储存设备，所述一级氢气储存设备包括一级低压储罐与一级高压储罐；所述一级压缩机的出口分别与所述一级低压储罐以及所述一级高压储罐相连接，所述二级压缩机的出口与所述一级高压储罐相连接；

所述制氢加氢站系统还包括控制系统，通过监测判断目前工作模式为“加氢高峰期”或“加氢低谷期”；在“加氢高峰期”，所述控制系统控制所述一级压缩机的出口氢气、所述一级低压储罐的氢气与所述一级高压储罐的氢气，经所述二级压缩机进入所述加注设备；在“加氢低谷期”，所述控制系统控制所述一级压缩机的出口氢气分为两部分，一部分分别进入所述一级低压储罐与所述一级高压储罐，另一部分进入所述二级压缩机，所述二级压缩机的出口氢气分为两部分，一部分进入所述一级高压储罐，另一部分进入所述加注设备；

所述制氢加氢站系统的设备选型方法包括如下步骤：

S1：确定制氢加氢站系统的运营基本参数

(1)日加氢量m；

(2)判断加氢时间是否集中，判断方法如下：

如果集中加氢时间在4h以上，则为“加氢高峰期”，“加氢高峰期”的持续时间记为t₁，其余时间即为“加氢低谷期”，记为t₂；

(3)确定一级压缩机的出口压力P₁，确定二级压缩机的进口压力P₂，确定二级压缩机的出口压力P₃，确定一级高压储罐的额定压力P₄，确定一级低压储罐的实际压力P₅，确定一级高压储罐的实际压力P₆，确定氢气加注的压力等级P₀，确定二级压缩机在“加氢高峰期”的最大排量m_max；

(4)敏感因素分析：第一敏感因素是制氢设备的停机，第二敏感因素是二级压缩机的启动；

S2：确定制氢设备的设备选型

将步骤S1所述日加氢量m作为日加氢规模，确定制氢设备数量的计算公式为n₁＝[m/(m₁×24)]；

其中，[]为向上取整数运算符；n₁为制氢设备数量，单位为台；m为日加氢量，单位为kg/d；m₁为单台制氢设备的制氢量，单位为kg/h；

S3：确定一级压缩机的设备选型

一级压缩机的压缩规模为制氢设备的制氢规模，即，步骤S1所述日加氢量m的日加氢规模，确定一级压缩机数量的计算公式为n₂＝[m/(m₂×24)]；

其中，[]为向上取整数运算符；n₂为一级压缩机的数量，单位为台；m为日加氢量，单位为kg/d；m₂为单台一级压缩机的排量，单位为kg/h；

S4：确定二级压缩机的设备选型

基于二级压缩机在“加氢高峰期”的最大排量m_max，确定二级压缩机对应的体积流量Q_实际的计算公式为Q_实际＝m_max/ρ_P2＝m_max×Z×R×T/P₂；

其中，Q_实际为二级压缩机在P₂压力下的实际体积流量，单位为m³/h；m_max为二级压缩机在“加氢高峰期”的最大排量，单位为kg/h；ρ_P2为在P₂压力下的氢气密度，单位为kg/m³；P₂为二级压缩机的进口压力，单位为Pa；Z为氢气的压缩因子；T为二级压缩机的进口温度，单位为K；R为理想气体常数，R＝8.314J/(mol·K)；

基于二级压缩机在“加氢高峰期”的最大排量m_max，确定二级压缩机对应的数量n₃的计算公式为n₃＝[Q_实际/Q_单台]＝[(m_max/ρ_P2)/Q_单台]；

其中，[]为向上取整数运算符；n₃为二级氢气压缩机数量，单位为台；m_max为二级压缩机在“加氢高峰期”的最大排量，单位为kg/h；Q_单台为单台二级压缩机的排量，单位为m³/h；ρ_P2为在入口压力P₂下的氢气密度，单位kg/m³；

S5：确定一级氢气储存设备的设备选型

在“加氢低谷期”，制氢设备的制氢量M₁的计算公式为M₁＝m₁×t₂；

其中，m₁为单台制氢设备的制氢量，单位为kg/h；t₂为“加氢低谷期”的时间，单位为h；

如果(P₁-P₅)/(P₄-P₆)＝0.7～1.35，则设置所述一级低压储罐的数量与所述一级高压储罐的数量比为(1～2):1；

如果(P₁-P₅)/(P₄-P₆)＝1.35～2.0，则设置所述一级低压储罐的数量与所述一级高压储罐的数量比为1:(1～3)；

一级氢气储存设备满足如下条件：M_2-1×n_4-1+M_2-2×n_4-2≥M₁；

其中，M_2-1为单台一级低压储罐的可供氢气量，单位为kg；n_4-1为一级低压储罐的数量，单位为台；M_2-2为单台一级高压储罐的可供氢气量，单位为kg；n_4-2为一级高压储罐的数量，单位为台；

基于一级低压储罐的数量n_4-1和一级高压储罐的数量n_4-2，确定一级储氢装置对应的数量n₄的计算公式为n₄＝n_4-1+n_4-2；

其中，n₄为一级氢气储罐的数量，单位为台；n_4-1为一级低压储罐的数量，单位为台；n_4-2为一级高压储罐的数量，单位为台。