Как выбрать компрессор для водорода: полное руководство

Выбор компрессора для водорода значительно сложнее, чем выбор компрессора для воздуха или большинства других технических газов.

Водород обладает высокой проникающей способностью, работает при широком диапазоне давлений, предъявляет повышенные требования к герметичности оборудования и материалам, а во многих случаях необходимо сохранить высокую чистоту газа.

При этом универсального водородного компрессора не существует.

Что делать в таком случае?

Как правильно выбрать компрессор для водорода?

В этом руководстве я рассказываю про основные моменты и «подводные камни», а также даю пошаговую последовательность того, что нужно проверить.

Из этого руководства вы узнаете:

✔ какие параметры действительно важны

✔ какие ошибки совершают большинство заказчиков

✔ какой тип компрессора выбрать

✔ как подготовить техническое задание

✔ на что обратить внимание при выборе производителя

Один и тот же компрессор может отлично подходить для подачи водорода после электролизера, но оказаться неподходящим для наполнения баллонов или работы в химическом производстве.

Именно поэтому подбор водородного компрессора всегда начинается не с выбора модели, а с анализа условий эксплуатации.

В этом руководстве мы рассмотрим основные параметры, которые необходимо определить перед выбором оборудования, сравним различные типы компрессоров и покажем, в каких случаях применяются мембранные, безмасляные поршневые и маслосмазываемые компрессоры.

Для кого написано это руководство?

✔ Главный инженер / механик и любой другой технический специалист, в чью зону ответственности входит подбор компрессора для водорода

✔ Проектировщик

✔ Технолог

✔ Руководитель проекта

Какие параметры необходимо определить перед выбором компрессора?

Основа основ — все компрессоры имеют три базовых параметра (расчетные точки) и один дополнительный.

Это:

• Давление на входе
• Давление на выходе
• Производительность

+ дополнительный параметр — газ и его чистота.

Любую задачу можно решить, если правильно сформулировать эти данные.

Именно они оказывают наибольшее влияние на конструкцию компрессора, количество ступеней сжатия, мощность привода и стоимость оборудования.

В большинстве случаев этих данных уже достаточно для предварительного подбора компрессора.

Вы сможете оценить примерный бюджет и получить предварительное технико-коммерческое предложение от производителя.

Дальше, если вас заинтересует решение, вы можете собрать и проработать дополнительные параметры (температуры окружающей среды, режим работы, требования к автоматизации, климатическое исполнение и т.д.), что позволит подобрать оптимальную конструкцию значительно точнее.

Шаг 1. Что является источником водорода?

Сформулируйте и сообщите, что является источником водорода.

Мы очень часто встречаем:

• водород после PEM-электролизера;
• водород после щелочного электролизера;
• водород из баллонов;
• водород из трубопровода;
• водород после технологического процесса — рекуперация водорода;
• водород из буферных емкостей;
• водород собственного производства.

Для каждого источника характерны свои параметры давления, влажности, температуры и чистоты газа, однако все компоненты легко подбираются, если понимать вашу технологию и режимы работы.

+ укажите чистоту водорода.

Например, 99.9%.

Или 99.999%.

Водород будет чистый или же будет кая-то смесь с водородом,

Есть ли влага? Примеси?

Шаг 2. Определитесь с давлением на входе

Т.е. сформулируйте, какое давление газа будет на входе.

Значение должно быть одно!

Не нужно говорить:

Давление на входе 8 — 15 бар изб.

или

Давление на входе от 0.5 до 200 бар изб., мы выкачиваем газ откуда-то.

Правильно указать только одно значение!

Например, если вы опустошаете емкость, где у вас остаточное содержание газа 30-40 бар изб, но при этом вам нужно максимально высосать газ из емкости, тогда указывайте входное давление 0.5 бар изб.

При этом не забывайте установить редуктор, чтобы сбросить давление газа с остаточных 40-30-20 и т.д. бар до нужных 0.5 бар изб.

Если у вас электролизер, который даёт 5 — 10 — 15 бар изб., то нужно определиться только с одним значением.

Источник получения водорода оказывает непосредственное влияние на требования к компрессору, системе подготовки газа и конструкции установки.

Это один из ключевых параметров.

Именно давление всасывания определяет степень сжатия, количество ступеней компрессора и его конструкцию.

Например:

* Значение зависит от типа электролизера и конкретной установки.

Мой личный совет:

За последние годы мы десятки раз сталкивались с ситуацией, когда заказчик указывал диапазон давления вместо расчетной точки. Это практически всегда приводит к лишним вопросам и увеличивает время подготовки предложения.

Шаг 3. Определитесь с конечным давлением

До какого давления необходимо сжимать водород?

Этот параметр также определяет конструкцию компрессора.

Например.

• 20 бар
• 50 бар
• 200 бар
• 350 бар
• 450 бар
• 700 бар
• 1000 бар

Все это совершенно разные задачи, которые требуют разную конфигурацию цилиндров, ступеней и т.д.

Например, для водородных заправочных станций обычно применяются давления порядка 350-400 бар изб. для коммерческого транспорта и 700-1000 бар изб. для легкового частного транспорта, а для ряда промышленных процессов требуемые параметры определяются технологией предприятия.

Для циркуляционных компрессоров достаточно, например, 35 бар изб. на входе и 37 бар изб. не выходе.

В общем, всё зависит от технологии.

Шаг 4. Определите требуемую производительность

Последний основной параметр.

Именно производительность чаще всего определяет тип компрессора.

Например.

Небольшая лабораторная установка.

5 Нм³/ч.

И промышленная установка.

500 Нм³/ч.

Это будут совершенно разные машины.

В большинстве случаев водород используется для заправки баллонов, поэтому выбирать производительность следует из того, какой объем и как быстро нужно заправить.

На эту тему у меня есть отличное видео.

Записывал в 2016 году и оно до сих пор актуально.

Какой тип компрессора выбрать?

Это вопрос, который задают практически все заказчики, но на практике универсального ответа не существует.

Выбор зависит от требуемого давления, производительности, требований к чистоте газа и особенностей технологического процесса.

Условно можно выделить три основные группы решений.

Маслосмазываемые поршневые компрессоры

Обычно применяются в тех случаях, когда требуется высокая производительность, а наличие системы последующей очистки газа допустимо.

Например, потребитель допускает наличие примесей масла до 0.01 мг/м³.

Преимущества:

• высокая производительность;
• сравнительно невысокая стоимость;
• возможность получения высоких давлений;
• хорошо подходят для ряда промышленных процессов.

Вот один из таких проектов на предприятии Роскосмоса.

Поршневой маслосмазываемый компрессор с системой осушки и фильтрации водорода.

400 бар изб.

350 Нм3/ч

Безмасляные поршневые компрессоры

Используются в случаях, когда необходимо исключить контакт газа с маслом, но рабочие параметры позволяют применять поршневую конструкцию.

Такие компрессоры применяются в различных технологических процессах, где требуется безмасляное сжатие газа.

Мембранные компрессоры

Мои любимые 🙂

Очень простые и сложные одновременно.

За последние годы именно они стали самым интересным направлением нашей работы. Они кажутся простыми, но на самом деле являются одним из самых сложных типов компрессоров с точки зрения проектирования.

И уникальные!

или

Мембранные компрессоры чаще всего выбирают для работы с водородом высокой чистоты, а также с токсичными, взрывоопасными, дорогостоящими и химически активными газами.

Основные преимущества:

• отсутствие контакта газа с маслом;
• высокая герметичность;
• сохранение высокой чистоты водорода;
• возможность получения высокого давления.

Почему мембранный компрессор является оптимальным решением для водорода → смотрите на нашем отдельном сайте про мембранные компрессоры Компрессоры мембранные для водорода (водородные)

Центробежные компрессоры

Применяются для больших расходов от 5000 Нм3/ч и более и относительно низких давлений.

Центробежные компрессоры — это отдельное направление компрессорной техники, которое применяется при очень больших расходах газа и сравнительно невысоких давлениях. Поскольку я и мои коллеги специализируемся на поршневых и мембранных компрессорах высокого давления, в этом руководстве мы подробно их рассматривать не будем.

Типичные ошибки при выборе компрессора

За годы работы можно выделить несколько ошибок, которые встречаются наиболее часто:

• выбор компрессора только по конечному давлению;
• отсутствие информации о давлении на входе или неправильный выбор расчетного значения;
• неверно определенная производительность;
• отсутствие данных о составе газа;
• игнорирование режима работы (периодический или непрерывный);
• недооценка требований к чистоте водорода.

Любая из этих ошибок может привести к неправильному выбору оборудования.

Как подобрать компрессор?

Для предварительного подбора обычно достаточно предоставить:

• газ;
• давление на входе;
• давление на выходе;
• производительность.

После анализа этих параметров можно определить оптимальный тип компрессора, количество ступеней сжатия и основные характеристики установки.

После того, как вы получили предварительные материалы, оценили поставкщика /-ов, следует проработать решение более детально.

• какие датчики/реле установлены?
• в каких местах?
• как и в каких точках контролируется температура?
• степень взрывозащиты?
• панель управления — есть/нет?
• функционал панели управления
• возможность удаленного управления с АСУТП верхего уровня
• тип охлаждения
• наличие запорной арматуры
• наличие предохранительной арматуры
• требования по электрическим компонентам
• заземление

и другие вопросы.

Конечно, когда у нас действовали ПБ 03-598-03 «ПРАВИЛА БЕЗОПАСНОСТИ ПРИ ПРОИЗВОДСТВЕ ВОДОРОДА МЕТОДОМ ЭЛЕКТРОЛИЗА ВОДЫ», было намного проще.

Есть ПБ — есть четкие требования к тому, что должно входить в поставку.

Говоришь поставщику — хочу по ПБ 03-598-03.

И он обязан это выполнить.

Сейчас ПБ 03-598-03 не действуют, у поставщиков развязаны руки и они могут создавать комплектации только с одним умыслом — дешевле-дешевле-дешевле.

Порой в ущерб качеству.

Отсюда совет — никому не верьте!

Проверяйте всё, фиксируйте в технических заданиях — договорах и т.д.

Заключение

Правильный выбор водородного компрессора всегда начинается с анализа технологической задачи, а не с выбора конкретной модели.

На практике именно сочетание четырех основных параметров — давления всасывания, давления нагнетания, производительности и требований к чистоте газа — определяет оптимальную конструкцию компрессора.

Если есть вопросы, исходные параметры известны не полностью или нужна помощь в подборе оборудования, то пишите в форме ниже.

Даже если вы пока не планируете покупать компрессор, мы постараемся помочь

Мы поможем подобрать техническое решение, подготовить предварительный расчет и предложить наиболее подходящую конфигурацию оборудования.

Если нужна помощь с подбором компрессора для водорода — присылайте заявки через форму обратной связи тут Форма обратной связи.

С уважением,

Константин Широких

P.S. Что еще можно почитать на тему компрессоров для водорода?

Компрессоры для водорода. Технические характеристики и примеры проектов

Почему водород проходит через уплотнения (скоро будет опубликовано).

Мембранный или поршневой компрессор? (скоро будет опубликовано)

Типичные ошибки при выборе компрессора (скоро будет опубликовано)

Как определить производительность компрессора (скоро будет опубликовано)

Компрессоры после электролизера (скоро будет опубликовано)

Водородное охрупчивание металлов (скоро будет опубликовано)

Реализованные проекты по водороду (скоро будет опубликовано)