让加氢站运营方“无比烦恼”的压缩机

如蓉氢燃料 2024-11-08 03:45:39

近两个月,高工氢电巡回团队对华南加氢站、华东加氢站、华北加氢站进行了实地走访调研。这些地区的加氢站在实际运营中,面临着氢源短缺、加氢需求缩减,效率低、运营,维保成本高等共性问题,导致各地实际运营的加氢站远少于建成数量,加氢站发展进入低谷。

除了应对经营压力,核心装备压缩机的故障问题也在困扰基本每个加氢站。

“因为压缩机出现问题没法给车辆加氢很常见,并且加氢量越大,压缩机暴露的问题就越多。”一位加氢站负责人表示,不少加氢站在走访中对高工氢电表达氢气压缩机设备的真实使用感受、诉求和建议。

加氢站用压缩机运行中

“小错不断”

目前加氢站一般采用长管拖车外供、高压储存气氢的方式,由氢气压缩机将来自长管拖车、管道或缓冲罐的氢气压缩至高压状态,再送往储氢容器或加氢机。各加氢站根据流量、吸气及排气压力,选择合适类型的氢气压缩机。

具体来看,国内加氢站使用的主要有隔膜压缩机、液驱压缩机、离子压缩机等机型。由于隔膜氢气压缩机在国内加氢站中应用占比最高,本轮调研中实际运营的加氢站中隔膜氢气压缩机的应用占比超70%(部分站点隔膜及液驱均有使用)。

氢气压缩机作为加氢站的核心动设备,在当前的日常运行常面临压缩机频繁启停、进气压力和排气压力不恒定等问题,在实际应用中,各类故障案例五花八门:

如案例一:某加氢站采用国产品牌隔膜压缩机,基本满负荷运行5年,压缩机出现过出现缸盖变形的问题,返厂维修后还是有泄漏。压缩机使用期间,诸如O型密封圈失效、膜片损伤/破裂、气阀故障、漏油、缸套活塞磨损等等小问题不断;

案例二:某加氢站采用进口品牌隔膜压缩机,压缩机出现故障时报修时间周期比较长,配件等待替换时间周期长,影响给客商加氢;

案例三:某加氢站采用进口品牌隔膜压缩机,压缩机设备在运行的两年多时间内,发生过一次大事故,膜片全部破损,造成氢气污染,导致核心设备如压缩机、储氢罐等全部进行清洗,加氢业务一度停滞。运营期间压缩机膜片更换几次,整体而言膜片的使用时间还是达不到设计的寿命时间;

案例四:某加氢站在原国产隔膜压缩机出现事故后,更换为进口品牌液驱压缩机,但密封垫、气缸等,需要定时更换,且维修费用较高;

案例五:某站70MPa加氢采用进口品牌离子压缩机,后因政策安全考虑70MPa加氢业务没有对外开放,出现问题售后也无法及时响应,目前压缩机基本荒废;

案例六:某加氢站采用国产品牌液驱压缩机,持续运行时间超8000小时,运行过程中常出现压缩效率不明原因下降,频繁报警等问题;

……

上述氢气压缩机出现的常见问题主要可以划分为气路故障、油路故障、密封故障三大类。其中对于隔膜压缩机来说,主要问题为膜片损伤问题。对于液驱式压缩机来说,在实际应用中,漏油问题关注度最高。

“整体看来,目前无论何种路线,加氢站压缩机的技术成熟度有待进步。”一座加氢站的站长表示。加氢站在商业化运行中对非计划停机是难以接受的,目前压缩机导致的整站非计划停机普遍困扰着加氢站。

一般加氢站设备配置约占加氢站总投资的30-80%,氢气压缩机占比近半,氢气压缩机质保期常见的为两至三年,一旦设备出现故障,质保期内小故障由站点维修,站点修不好的厂家修,而厂家报修时间周期比较长,难免影响加氢站的正常运营。

超出质保期的设备维保成本大部分由加氢站运营方支付,氢气压缩机这种核心动设备每半年或一年进行设备保养及易损件检查更换,对原本就难以盈利的加氢站来说,也是笔不小的支出。

除此之外,加氢站较为严苛的应用环境,以及较高的成本敏感度也对氢气压缩机提出了技术挑战和成本压力。

"国内把压缩机采购价格压得很低,要保证利润,就得在设计上根据价格做响应配比,性能自然会受到影响。"一家压缩机企业的负责人无奈地表示。在当前的市场环境下,降低成本、提高性价比已成为压缩机企业获得订单的关键因素之一,但也不可避免地降低了企业定向研发、配套改进的积极性。

隔膜&液驱&离子,

哪种氢气压缩机更好用?

判断好不好用,首先要建立在已经有应用,以及长期验证的基础上。从这些加氢站看,隔膜氢气压缩机的应用占比超70%,相较前几年,隔膜压缩机的市占比有所下降,液驱压缩机在加氢站压缩机设备新采购替换、以及新站建设,尤其是撬装站市场中开始有了后来居上的趋势,而离子压缩机在国内的验证案例太少且不具备持续性,所以目前只有隔膜、液驱氢气压缩机有资格在国内市场上带入“好不好”这个是与非的命题上。

关于隔膜、液驱的对比,各加氢站体感不一。

2015年——2020年期间各地大批建示范站阶段,大部分加氢站选用的是隔膜压缩机,无论进口还是国产的隔膜压缩机厂家在彼时收获了首波市场红利。但随着项目运行,先入为主的隔膜压缩机出现的问题也更为集中突出,如膜片破裂、泄漏量超标、维修等问题,的确伤了一部分加氢站的心,这直接导致在新一轮加氢站建设中,这些客户不愿意再使用隔膜压缩机,转而选择液驱压缩机。

如一座加氢站在2021年9月投运时采用的是某进口品牌的隔膜压缩机。“机器(压缩机)的毛病不少,运行的三年内,膜片快则3-4月就要换,慢也要半年换一次,换一次就要3-4个小时,比较浪费时间。”该加氢站负责人直言。

目前这座加氢站已经更换成另一进口品牌的液驱压缩机。“液驱压缩机用着还行,主要原因是能适应频繁启停,用得也不多,到目前气缸换过一次,感受比原来的隔膜压缩机略好一些。”他表示。

另一家加氢站感受相似,“原来的国产隔膜压缩机我们一直用到2023年,当时出现膜片破裂,进油事故,加氢业务停了3个月,隔膜压缩机的膜片存在猝死的风险,不知道何时会破裂,之后我们更换成了现在的液驱压缩机设备,液驱压缩机的问题就是需要定时更换气缸,有时会出现密封件损坏、机械零部件如活塞、连杆磨损等问题。”

随着液驱压缩机应用运行一段时间后,也有问题暴露,“液驱压缩机压缩量不足,没有达到运行效率的统一,也出现过大问题,液压油从卸气柱出来的,曾对整个管路进行过清洗。”其中一座站点负责人指出。

也有一些加氢站隔膜压缩机已经安全持续运营3-5年时间。“用起来还是隔膜的好,维修成本比较低,目前膜片累计运行已经有超过4000小时的,平时检修维护也比较方便。”一家加氢站负责人员表示。

有加氢站负责人表示,目前国产膜片的综合性价比较进口有比较大的优势,加氢站运营五年多时间里除更换过一次膜头外没有过大修,一年定期换一次膜片,从经济性考虑,符合目前的加氢站生态。

整体看来,压缩机的使用感受,与加氢站建设类型、应用场景、日加注量、投资运营成本等因素强关联。对于加氢不饱和、需要频繁启停的工况,液驱压缩机相对更为适合;随着日均加注负荷走高,日均运行时长较长,隔膜压缩机的运营表现更好。

“时移世易,加氢站在随着产业发展动态波动,接下来国内氢气压缩机行业仍将以技术创新和迭代升级为主旋律,竞争也将更加激烈。谁的产品更加稳定可靠,谁就能赢得市场。”一位资深行业人士指出。

加氢站运营诉求:

压缩机要更稳定、更灵活、更方便、更高效

上述加氢站氢气压缩机的诸多应用问题,本质上是加氢站加注量和设备工况不匹配、加氢站设备应用验证反馈经验不足导致。

按加注量需求的不同,华南、华东、华北在运营的加氢站可以基本归纳为两种情况:

一类是加氢站日加注量少,需求不稳定,频繁启动成为常态。隔膜压缩机因为有良好的密封性能而应用广泛,但是它以膜片往复压缩气体的特点使它不适合加氢站频繁启停的工况,频繁启停带去的油气压差过大容易导致膜片破裂。液驱压缩机需定时更换气缸,也会出现密封件损坏、机械零部件如活塞、连杆磨损的问题。

另一类是加氢站短期内集中大量的加注需求。如有些地区氢车示范运行数量较多而站点较少,或短期内燃料电池汽车为了跑公里数,需要集中大量地加注,这类情况下,加氢站本身加氢效率比较低,氢能车辆在加氢时普遍面临加氢难、加氢排长队的现象。

“随着往车里加的氢气越多,车上氢罐内的压力越大,站内的压力就不足,所以需要打压。而一打压就得三四十分钟,而且是加几辆车就得打压,导致加氢排队时间更长,有时甚至要等1-2小时。”一位业内人士表示。

同时超负荷的加注,长管拖车要不停的切换,进气压力和排气压力不恒定等工况交变对设备的稳定性形成考验,从根本上还是要从设备上解决问题。

加氢站正在期盼运行稳定、调动灵活、运维方便、高效压缩的压缩机设备。

一、运行稳定。压缩机需要在各种工况下稳定运行,不出现压力异常、电气故障、氢气泄漏、振动、噪音过大、过热等问题。

有加氢站运营方指出,国产压缩机在使用感受上已经和国外品牌差距不大,在质量精密度、使用契合度上还需进一步精进,同时加氢站运营中已经暴露出来的问题需要压缩机厂家重视解决,比如易损件的质量管理问题。

以隔膜压缩机的膜片为例,在日均加注量较少的情况下,膜片的寿命范围集中在1200-1700小时的区间。在日均加注负荷较高的情况下,氢气压缩机的启停次数相对较少,部分国产膜片更换前累计运行时长能达到4000小时及以上,但整体表现较设计寿命还有距离。

这需要压缩机厂家加强标准制定,细化压缩机生产制造过程中工艺、流程、检测、测试等各个环节的相关技术标准、质量标准。

二、调动灵活。压缩机需要能够适应不同来源、不同压力和不同流量的氢气,以及具备快速启动和停机功能,以便在加氢低峰、高峰时段或紧急情况下及时响应,这对加氢站运行管理系统,以及装备灵活度提出了进一步考验。

这种加氢站需求特点下,许多企业在推进“小而精”的撬装加氢站项目,绝大多数应用有模块化设计、体积相对小的压缩机,这种设计提高了设备的灵活性,降低重量,缩小体积,优化块设计便于拆卸、检修,确保压缩机能够实现高效的调动和利用。

三、易于维护。加氢站对氢气压缩机的维护要求较高,压缩机导致的整站非计划停机普遍困扰着加氢站。不少加氢站压缩机在交付投用一年后开始陆续出现问题,导致已经有运营方在招标时要求质保期延长至5年。

这要求压缩机1、需要易于拆卸和维修,以便在出现故障时能够及时修复;2、压缩机的维护成本也应相对较低,以降低加氢站的运营成本;3、维修响应更及时,区域设点加快响应速度。

四、高效压缩。氢气压缩机需要具备高效的压缩能力,能够将氢气压缩至所需的压力级别,以满足加氢站的储存和加注需求。同时,压缩机在压缩过程中应尽量减少能量损失,提高压缩效率。

提升加氢效率问题已经刻不容缓,氢能车辆在集中加氢时普遍面临加氢难、加氢排长队的现象这不仅影响了业主的使用体验,也制约了氢能汽车行业的进一步发展。

结语

行业常称氢燃料电池车进入寒潮,迎来洗牌期,加氢站和压缩机装备同样如此,只是来得更为沉默无声。

但大浪淘沙之下,往往孕育着新的生机与变革。氢燃料电池车及其配套设施,包括加氢站和压缩机装备,虽然目前正经历一段相对沉寂的调整期,这却是行业洗牌、优胜劣汰、资源重新配置的必然过程。

在这一阶段,具备核心竞争力、能够持续创新、顺应市场需求的企业和产品终将脱颖而出,引领行业的未来发展。

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