任海平 罗悦齐 王远远

摘  要：常规移动加氢站中在使用时有温度要求，在高寒地区工作时受温度影响较大，无法保证氢气加注的正常进行。该文针对高寒条件，对常规移动加氢站进行系统改造，主要通过为移动加氢站内部各主件辅助设计加热装置和对驱动气输入过程进行加热处理，来保证系统在高寒地区的正常工作。系统实际测试证明改进设计的移动加氢站系统在高寒条件下具备良好的工作状态。

关键词：高寒条件;移动加氢;加热装置;保温;改造

中图分类号：TK441             文献标志码：A

随着新能源行业的快速发展，新能源车辆对氢气的使用也越来越广泛。当前，国内的移动加氢站发展较为迅速，由于其具有加注灵活、便于移动、适用范围广等特点，在全国各地区都得到了广泛应用。但是移动加氢站主件的正常工作温度范围大多在+5℃～+40℃，这就导致移动加氢站在高寒地区无法正常使用。针对这一现状，在移动加氢站的实际应用过程中对其进行改造，通过对移动加氢站内部主件进行加热处理和对驱动气输入过程进行控制来提高系统的抗寒能力，产品最终测试结果证明经过处理后的移动加氢站可在高寒地区正常工作。

1 常规移动加氢站系统

1.1 系统介绍

移动式加氢站系统采用20 bar～200 bar储气瓶中的氢气作为被压缩介质，低压压缩空气作为动力源，将氢气增压至350 bar或700 bar。移动式加氢站系统由空气驱动单元、氢气升压机、氢气加注装置和外部连接管路等组成。空气驱动单元为氢气升压机提供低压压缩空气，氢气升壓机是将低压氢气增压至所需的加注压力，氢气加注装置由加氢枪和配套软管组成，为加氢车加注高压氢气，系统工艺原理图如图1所示。

如图1所示，空气驱动单元主要生产低压压缩空气，为氢气升压机提供动力源。它由空气压缩机、冷冻式干燥机、储气罐、两级过滤器和电子排水阀等组成。驱动设备为变频式螺杆空压机，结构紧凑，外形尺寸小，安装方便。下游配置立式空气缓冲罐、风冷冷冻式干燥机以及多级空气过滤器，保证供气稳定及空气品质，满足气动增压泵的驱动气需求。空气驱动单元的储气罐和过滤器采用电子排水器自动排水，可在一定范围内设置排水时间，无需操作人员手动排水。配置一套配电柜，控制电子排水器和空压机油温加热装置的工作。配电柜集成在空气驱动单元内部。

氢气升压机的核心部件是4台氢气专用型气动增压泵。4台气动增压泵可分为2台低压气动增压泵和2台高压气动增压泵。2台低压气动增压泵并联，可将低压氢气增压至350 bar，满足350 bar氢气加注要求，2台高压气动增压泵在2台低压泵增压的基础上，将氢气压力增压至700 bar，满足700 bar氢气加注要求。气动泵可采用一开一备的设计使用原则，用户可根据加注设备的容积大小和压力，选择所需的气动泵，操作方便，维护简单。

氢气加注装置采用1把350 bar高压氢气专用加氢枪和1把700bar高压氢气专用加氢枪，加氢枪接口符合的加氢接口要求，加氢枪安装在氢气升压机上，便于人员操作。

移动式加氢站各设备之间采用软管进行连接，方便安装和拆卸。空气驱动单元和氢气升压机做成2套机箱样式，方便运输。

1.2 系统特点

系统特点包括5点。1）空气驱动单元和氢气升压机采用封闭式机箱设计，便于整套装车和卸载，设备之间采用软管连接，方便拆卸。2）采用压缩空气驱动，气驱泵为氢气专用无油泵，电气与氢气进行隔离，并静电接地，满足国家氢能使用标准和规范，安全可靠。3）系统操作简单，开关机只需简单的手动阀门控制，能够快速控制氢气升压机的工作状态。4）所有使用的阀件管路都符合氧级禁油要求。5）系统自身内置安全阀，避免氢气升压机超压使用，保护加注过程中的车辆安全。

2 高寒条件下设备问题

常规移动加氢机具备很多优点，但是在高寒条件下，常规移动加氢站将无法正常运行，主要有3个问题。1）空压机在低温条件下，油黏度过大，无法正常启动。2）压缩空气经过长距离运输后，到移动升压机时，气体温度很低，再对移动升压机做功后，空气温度进一步降低，移动升压机内的气体增压器会出现冰堵现象。3）空压机、冷冻式干燥机和储气罐的排水口会出现冰堵，压缩空气内的水气不能排除，影响压缩空气的气体品质，并且更易导致移动升压机内的气体增压器出现冰堵现象。

3 移动加氢站改造

针对高寒条件下，移动加氢站无法运行的情况，对移动加氢站进行系统改造，保证移动加氢站在高寒条件下可以正常运行。根据发现的问题，逐个提供解决方法，从而实现移动加氢站的正常运行。

3.1 空压机油罐改造

空压机在低温条件下无法启动，主要是因为油黏度过大。假设采用加热装置对空压机的油罐进行加热，使罐内油温达到工作许可温度。空压机的最低启动环境温度为5℃，需要将空压机的油罐温度控制在5℃以上。为了实现这种功能，采用自限温型电伴热带对空压机油罐进行缠绕加热。如图2所示，这种自限温型电伴热带，最高可加热到60℃，并且可以自由选择缠绕长度，由温控器来控制电伴热带的加热温度。温控器包括机械式和电子式2种，在高寒条件下，优先选用机械式温控器，电子式温控器容易出现低温无法工作的情况。温控器设定好加热温度后，只要给设备上电，电伴热带会自动将油罐温度升温到设定温度。这样即使在高寒条件下，油罐温度也可满足工作温度要求，使空压机能够正常运行。

3.2 增加空气加热器

至于空气压缩单元输送给移动升压机的压缩空气温度过低问题，采用加热器对输送的压缩空气进行加热，使之进入移动升压机时，进气温度在10℃以上，这样氢气升压机工作过程中，不会由于驱动空气温度过低，出现气体增压器的冰堵现象。

选用低压压缩空气管道式加热器作为压缩空气的加热工具，它既能承受1 MPa的压缩空气，并且不会影响压缩空气的流量。根据所需的加热功率，选用合适的管道加热器（6 kW）。管道加热器由本体和控制系统2个部分组成，发热元件采用钢管做保护套管，高温电阻合金丝，结晶氧化镁粉，经压缩工艺成型，控制部分采用先进的数字电路，集成电路触发器、高反压可控硅等组成可调测温、恒温系统，保证了电加热器的正常运行。

3.3 系统管路保温

至于空压机、冷冻式干燥机和储气罐的排水口在高寒条件下出现冰堵现象，主要是排出的液态水遇到外部环境温度迅速冷凝，堵塞了排水口。由于空压机、干燥机和储气罐等排水前温度较高，只需要对排水管采取保温措施，使排水管能够顺利排水即可。如果保温效果不佳，可以采用电伴热带进行缠绕加热和保温。

同时，由于空气驱动单元和移动升压机之间的安全标准距离要求≥35 m，这么长距离的软管输送，高寒条件下，温度必然会有较大温降，所以也对空气管道加热器加热后压缩空气的软管进行保温。保温材料可以选用聚氨酯等软质保温材料，如图3所示。

4 结论

按照上述方法，对移动加氢站内的空压机油罐、压缩空气软管增加管道式加热器，还有对排水管路进行改造。将改造后的移动加氢站系统放在高寒地区（黑河）进行长达数月的加氢作业。

通过设备数月的运行，改造后的移动加氢站能够在高寒地区正常工作，能够满足氢气加注的使用要求。通过这次对常规移动加氢站系统的改造，也对移动加氢站系统有了更多的认识，发现移动加氢站的设计还有可优化的空间，该次改造对于日后移动加氢站进一步的优化设计，具有一定的指导意义。

参考文献

[1]全国氢能标准化技术委员会.GB/T 31139—2014，移动式加氢设施安全技术规范[S].北京：中国标准出版社，2014.