La eficiencia de los compresores alternativos de hidrógeno varía en diferentes condiciones de trabajo y en comparación con diferentes tipos de compresores. A continuación se presenta un análisis específico:
En comparación con los compresores de diafragma
En condiciones de bajo flujo y alta presión, la eficiencia es similar: en escenarios donde el hidrógeno necesita comprimirse a alta presión y la demanda de flujo no es alta, tanto los compresores alternativos como los compresores de diafragma pueden funcionar bien y la diferencia de eficiencia no es mucha. Por ejemplo, en algunos experimentos de almacenamiento de hidrógeno a alta presión a pequeña escala, ambos pueden comprimir el hidrógeno a una presión más alta, pero el compresor de diafragma puede tener un caudal menor debido a la limitación del diafragma, mientras que el compresor alternativo aún puede procesar un Cierto caudal. Puede mantener una buena eficiencia.
Los compresores alternativos son más eficientes en condiciones de alto flujo: cuando se enfrentan a requisitos de compresión de hidrógeno de alto flujo, la ventaja de eficiencia de los compresores alternativos es más obvia. Dado que los compresores de diafragma tienen un desplazamiento relativamente pequeño, puede ser necesario operar varias unidades en paralelo bajo demandas de alto flujo, lo que aumenta la inversión en equipos y los costos operativos, y la eficiencia general puede no ser tan buena como la de los compresores alternativos. Por ejemplo, en una planta de producción de hidrógeno a gran escala, es necesario comprimir una gran cantidad de hidrógeno a media y alta presión para su uso en procesos posteriores. Los compresores alternativos pueden manejar el hidrógeno de alto flujo de manera más eficiente mediante la compresión en múltiples etapas.
En comparación con los compresores centrífugos
Los compresores alternativos son más eficientes en condiciones de bajo flujo y alta presión: los compresores centrífugos son propensos a sobretensiones y otros problemas en condiciones de bajo flujo, lo que resulta en una eficiencia reducida, mientras que los compresores alternativos son más eficientes en tareas de compresión de bajo flujo y alta presión. , puede trabajar de manera estable a través de compresión de múltiples etapas, y la eficiencia es relativamente alta. Por ejemplo, en la producción de productos químicos finos, se requiere una mayor presión de hidrógeno, pero el caudal es menor. Los compresores alternativos pueden ajustar de forma flexible las etapas de compresión y el caudal según la demanda para mantener una mayor eficiencia.
Los compresores centrífugos son más eficientes en condiciones de alto caudal y presión media y baja: Los compresores centrífugos son adecuados para escenarios de compresión de hidrógeno de alto caudal, presión media y baja. En estas condiciones, los compresores centrífugos pueden procesar de forma continua y eficiente grandes cantidades de hidrógeno. El movimiento giratorio El impulsor hace que el gas fluya más suavemente, la pérdida de energía es menor que la del compresor alternativo y la eficiencia es mayor. Por ejemplo, en estaciones de refuerzo de hidrógeno a gran escala, cuando es necesario comprimir y transportar grandes cantidades de hidrógeno dentro de un rango de presión relativamente bajo, los compresores centrífugos tienen ventajas obvias en términos de eficiencia y pueden reducir los costos operativos.
En comparación con los compresores accionados por líquido
En términos de eficiencia de compresión, los compresores alternativos son superiores: el proceso de compresión de los compresores alternativos es relativamente directo y la compresión del gas se logra mediante el movimiento alternativo del pistón en el cilindro. En condiciones de trabajo adecuadas, se puede lograr una mayor eficiencia de compresión. Aunque el compresor accionado por líquido tiene una estructura simple y es fácil de operar, su relación de compresión de una sola etapa es relativamente pequeña. A menudo se requiere una compresión de varias etapas para lograr una presión más alta. En este proceso, la pérdida de energía es relativamente grande. y la eficiencia de compresión general puede no ser tan buena como la de un compresor alternativo. Tipo compresor.
Cada uno tiene sus propias ventajas en términos de eficiencia de utilización de energía: los compresores alternativos requieren motores eléctricos y otros dispositivos de accionamiento para proporcionar energía durante el funcionamiento, y su eficiencia de utilización de energía está relacionada con factores como la eficiencia del motor eléctrico y la eficiencia de la transmisión mecánica. del compresor. Los compresores accionados por líquido son accionados por fluido hidráulico y en algunos casos pueden utilizar tecnologías de recuperación de energía, como sistemas hidráulicos, para mejorar la eficiencia energética. Sin embargo, los sistemas hidráulicos también pueden desperdiciar energía si no están diseñados o mantenidos adecuadamente. Por ejemplo, en algunos escenarios donde el calor residual se puede utilizar para impulsar sistemas hidráulicos, se puede mejorar la eficiencia energética de los compresores impulsados por líquido, pero en el caso del accionamiento eléctrico convencional, los compresores alternativos generalmente tienen una ventaja en la eficiencia energética.
Comparado con el compresor de adsorción
Los compresores alternativos tienen ventajas en la velocidad y eficiencia de compresión: los compresores de adsorción utilizan las características de adsorción y desorción del hidrógeno por el adsorbente para lograr la compresión, y su proceso de compresión es relativamente lento e ineficiente. Los compresores alternativos pueden inhalar y comprimir hidrógeno rápidamente a través del rápido movimiento alternativo del pistón y pueden completar más ciclos de compresión por unidad de tiempo, por lo que tienen una mayor velocidad de compresión y una mayor eficiencia general que los compresores de adsorción. Por ejemplo, cuando es necesario comprimir hidrógeno rápidamente a una determinada presión para llenarlo o suministrarlo, los compresores alternativos pueden satisfacer la demanda más rápidamente.
En condiciones de trabajo específicas, los compresores de adsorción tienen ciertas ventajas de ahorro de energía: los compresores de adsorción tienen ciertas ventajas de ahorro de energía en condiciones de baja presión y bajo caudal, así como en algunas ocasiones que son sensibles a los costos de operación del compresor. Al no requerir piezas mecánicas móviles complejas, el consumo de energía durante el funcionamiento se produce principalmente en el proceso de calentamiento y enfriamiento del adsorbente. En tales condiciones de funcionamiento, el compresor alternativo puede consumir más energía debido a factores como la fricción mecánica. Pero, en general, en las condiciones de compresión de hidrógeno más comunes, la eficiencia de los compresores alternativos es mayor que la de los compresores de adsorción.
Los factores clave que afectan la eficiencia de los compresores alternativos de hidrógeno incluyen principalmente los siguientes aspectos:
La estructura y los componentes del propio compresor.
Volumen libre: El volumen libre se refiere al volumen entre la superficie superior del pistón y la superficie inferior de la culata cuando el pistón alcanza el punto muerto superior. Cuanto mayor sea el volumen libre, más espacio ocupará el gas residual después de la expansión y se inhalará menos hidrógeno fresco, lo que reducirá la eficiencia volumétrica del compresor y afectará la eficiencia general. Por ejemplo, si el volumen de espacio libre es demasiado grande, cuando el pistón regresa, el gas a alta presión que queda en el espacio libre se expande, ocupando parte del espacio de succión, lo que reduce la cantidad real de hidrógeno inhalado, lo que da como resultado más ciclos y energía requerida para comprimir la misma cantidad de hidrógeno. Consumo.
Rendimiento de la válvula: el tiempo de apertura y cierre, el rendimiento de sellado y la capacidad de flujo de la válvula tienen un impacto importante en la eficiencia del compresor. Si la válvula de gas no se puede abrir y cerrar de manera oportuna y precisa, se producirá una fuga de gas. y reflujo, aumentando la pérdida de energía. Por ejemplo, si la válvula de aire no está sellada herméticamente, el gas a alta presión se filtrará a través de la válvula de aire hacia el lado de succión durante la compresión, lo que resultará en una eficiencia de compresión reducida; si la válvula de aire tiene una capacidad de flujo insuficiente, limitará la succión y Velocidad de descarga del gas, lo que afecta la eficiencia de descarga del compresor. Cantidad y eficiencia.
Sello de anillo de pistón: El anillo de pistón se utiliza para sellar el espacio entre el pistón y la pared del cilindro para evitar fugas de hidrógeno. Si el anillo del pistón está muy desgastado o instalado incorrectamente, lo que resulta en una disminución del rendimiento del sellado, se filtrará hidrógeno del espacio entre el anillo del pistón y la pared del cilindro, lo que hará que parte de la energía en el proceso de compresión se use para comprimir el hidrógeno filtrado. gas, reduciendo la eficiencia del compresor. Al mismo tiempo, la fuga de hidrógeno también puede provocar una presión anormal entre las etapas de compresión, lo que afecta aún más el rendimiento general del compresor.
El ajuste entre el cilindro y el pistón: La holgura de ajuste entre el cilindro y el pistón debe ser adecuada. Si el espacio es demasiado grande, aumentará la fuga de gas; si el espacio es demasiado pequeño, aumentará la resistencia a la fricción, y ambos reducirán la eficiencia del compresor. Por ejemplo, cuando la holgura es demasiado pequeña, la fricción del pistón que se mueve dentro del cilindro aumenta y se requiere más energía para superar la fricción. Al mismo tiempo, también puede provocar un mayor desgaste del cilindro y del pistón, lo que afecta la vida útil y la eficiencia operativa del equipo.
En términos de condiciones de operación
Temperatura de admisión: si la temperatura de admisión es demasiado alta, el volumen específico del gas aumentará, la masa de hidrógeno inhalada bajo el mismo volumen disminuirá, el volumen de escape del compresor disminuirá y la eficiencia también disminuirá en consecuencia. Además, el gas a alta temperatura requiere más energía para alcanzar la presión establecida durante la compresión, lo que aumenta el consumo de energía. Por ejemplo, en entornos de alta temperatura en verano, si el sistema de enfriamiento de succión del compresor es ineficaz y la temperatura de succión aumenta, la carga operativa del compresor aumentará significativamente y la eficiencia disminuirá.
Presión de escape: Cuanto mayor sea la presión de escape, mayor será la relación de compresión y más energía necesitará consumir el compresor. Cuando la presión de escape excede el valor de diseño, la eficiencia operativa del compresor caerá significativamente e incluso puede provocar fallas en el equipo. Por el contrario, si la presión de escape es demasiado baja, aunque se reduce el consumo de energía, es posible que no se cumplan los requisitos de presión de hidrógeno de los procesos posteriores. Además, la distribución de las relaciones de compresión en cada nivel también es importante. Una distribución inadecuada de la relación de compresión provocará un cierto grado de carga excesiva y afectará la eficiencia general.
Caudal de gas: dentro de un cierto rango, a medida que aumenta el caudal de gas, aumentará la eficiencia del compresor. Sin embargo, cuando el caudal excede el caudal nominal del compresor, la eficiencia del compresor disminuirá debido a la mayor resistencia de componentes como válvulas y tuberías, así como al rápido movimiento del pistón. Además, las fluctuaciones excesivas del flujo harán que el funcionamiento del compresor sea inestable y afectarán la eficiencia.
Efecto de enfriamiento: El efecto de enfriamiento del intercooler y del sistema de enfriamiento del cilindro es crucial para la eficiencia del compresor. Un buen efecto de enfriamiento puede reducir la temperatura del gas durante el proceso de compresión, haciendo que el proceso de compresión sea más cercano a la compresión isotérmica y reduciendo el consumo de energía. Si el sistema de enfriamiento falla o el agua de enfriamiento es insuficiente o la temperatura del agua es demasiado alta, la temperatura del gas aumentará, lo que no solo afectará la eficiencia del compresor, sino que también puede provocar que el rendimiento del aceite lubricante se deteriore y agrave el desgaste de los componentes. .
Lubricación y sellado
Calidad y suministro de lubricante: Los indicadores de calidad del lubricante, como la viscosidad, la limpieza y la resistencia a la oxidación, afectan directamente el efecto de lubricación del compresor. El aceite lubricante con una viscosidad inadecuada no puede formar una buena película de aceite en la superficie de las piezas móviles, lo que aumenta las pérdidas por fricción; el aceite lubricante que contiene impurezas o deterioro oxidativo obstruirá el circuito de aceite, agravará el desgaste de los componentes y reducirá la eficiencia mecánica del compresor. Al mismo tiempo, un suministro insuficiente de aceite lubricante o una presión inestable también pueden provocar una lubricación deficiente, lo que afecta el funcionamiento normal y la eficiencia del compresor.
Rendimiento de sellado: además del sello del anillo del pistón, el rendimiento de sellado del sello del eje del compresor, las piezas de conexión de la tubería, etc. también es muy importante. Una fuga en cualquier parte provocará una pérdida de hidrógeno y el compresor requerirá energía adicional para compensar la pérdida de presión causada por la fuga, lo que reducirá la eficiencia. Por ejemplo, un sello dañado en el sello del eje puede provocar una fuga de hidrógeno a la atmósfera, lo que no solo desperdicia energía sino que también puede representar un peligro para la seguridad.
Sistema de accionamiento y control
Eficiencia del motor de accionamiento: La eficiencia del motor de accionamiento afecta directamente al consumo total de energía del compresor de hidrógeno alternativo. Los motores eficientes pueden convertir de manera más eficiente la energía eléctrica en energía mecánica para alimentar el compresor. Si la eficiencia del motor es baja, una gran cantidad de energía eléctrica se convertirá en calor y se desperdiciará, lo que aumentará los costos operativos. Por ejemplo, utilizar un motor viejo e ineficiente para accionar un compresor aumentará significativamente el consumo de electricidad en comparación con el uso de un motor nuevo, eficiente y energéticamente eficiente.
Precisión del sistema de control: El sistema de control avanzado y preciso puede ajustar los parámetros en tiempo real de acuerdo con las condiciones de funcionamiento del compresor, como la velocidad, la carga, etc., para garantizar que el compresor siempre funcione en el rango de alta eficiencia. Si el sistema de control no es lo suficientemente preciso y no se puede ajustar con precisión, los parámetros de funcionamiento del compresor pueden desviarse de los valores óptimos, lo que afecta la eficiencia. Por ejemplo, cuando el flujo de gas cambia, el sistema de control no puede ajustar la velocidad del compresor a tiempo, lo que genera una situación de "caballo grande tirando de un carro pequeño" o "caballo pequeño tirando de un carro grande", lo que causa desperdicio de energía o sobrecarga del compresor.
