Характеристики водородного мембранного компрессора

• Основная структура: существенное отличие, которое обеспечивает «диафрагменная изоляция»

Материал мембраны должен одновременно отвечать требованиям «стойкости к водородному охрупчиванию, стойкости к высокому давлению и высокой гибкости»: обычно используются металлические мембраны (например, нержавеющая сталь 316L, сплав Hastelloy C276) или неметаллические мембраны (например, модифицированный ПТФЭ, композитные материалы ПЭЭК). Металлические мембраны подходят для условий высокого давления (например, водородные заправочные станции 35 МПа/70 МПа), в то время как неметаллические мембраны больше подходят для условий среднего и низкого давления с чрезвычайно высокими требованиями к чистоте газа (например, сверхчистый водород для полупроводников).

• Эксплуатационные характеристики: высокая герметичность, высокая чистота, низкая пульсация.

1.Максимальная герметизация: защита от водорода практически с «нулевой утечкой». Молекулы водорода чрезвычайно малы (приблизительно 0,289 нм в диаметре), что делает зазоры в динамических уплотнениях традиционных компрессоров (таких как поршневые кольца и сальники) подверженными утечкам. «Динамическая герметичная» конструкция диафрагменного компрессора ограничивает поток водорода полностью закрытой камерой сжатия и системой трубопроводов, сводя скорость утечки до уровня ниже 1×10⁻⁹ Па·м³/с (намного ниже международных стандартов водородной энергетики), что существенно снижает риск взрыва водорода. Совместимость с высоким давлением: Гибкая деформация диафрагмы выдерживает чрезвычайно высокие давления (до более 100 МПа). Более высокие давления создают более плотное прилегание диафрагмы к стенке камеры сжатия, что обеспечивает лучшую герметизацию. Это делает его основным компрессионным устройством для водородных заправочных станций (35 МПа/70 МПа) и систем хранения водорода (хранилищ водорода высокого давления).

2. Высокая чистота газа: отсутствие загрязнения маслом и необходимость в последующей обработке. Традиционным поршневым компрессорам для смазки поршня/цилиндра требуется смазочное масло, что может легко привести к его смешиванию с водородом (образованию «масляного тумана»), что требует установки сложных систем удаления и очистки масла. Диафрагменные компрессоры, с другой стороны, полностью изолируют камеру сжатия от гидравлической масляной камеры, гарантируя отсутствие контакта водорода со смазкой. Полученный водород может стабильно достигать чистоты более 99,999% (даже 99,9999%), что исключает необходимость в дополнительном удалении масла. Это делает их особенно подходящими для применений, чувствительных к чистоте водорода, таких как топливные элементы, полупроводники и аэрокосмическая промышленность.

3. Низкая пульсация воздушного потока: плавная подача, защищающая расположенное ниже по потоку оборудование. Возвратно-поступательное движение диафрагмы представляет собой «гибкую деформацию», приводящую к постепенному изменению объема камеры сжатия (без резких изменений объема из-за «жесткого удара», как у поршней). Следовательно, пульсация выходного давления водорода и расхода чрезвычайно низка (обычно < 5%), что предотвращает воздействие потока водорода высокого давления на последующее оборудование, такое как газовые баллоны и батареи топливных элементов, тем самым продлевая срок службы системы.

• Проектирование безопасности: целенаправленный ответ на риски, связанные с водородом

Высокая взрывоопасность и водородная хрупкость водорода предъявляют к компрессорам чрезвычайно высокие требования безопасности. Мембранные компрессоры проектируются со специальной защитой:

Защита от водородной хрупкости: компоненты, контактирующие с водородом, такие как камера сжатия, впускные и выпускные клапаны, изготовлены из материалов, стойких к водороду (например, нержавеющей стали 316L и титанового сплава), чтобы предотвратить длительное воздействие водорода, которое может привести к потере прочности материала и растрескиванию. В некоторых моделях высокого класса также применяется «пассивация» поверхности компонентов для дальнейшего снижения адсорбции водорода.

Защита от разрыва мембраны: мембрана — важный и уязвимый компонент. Разрыв, вызванный усталостью, может привести к попаданию водорода в гидравлическое масло или его утечке. Поэтому мембранные компрессоры оснащены «системой контроля состояния мембраны» — системой, которая отслеживает колебания давления в гидравлической камере или использует датчик давления, встроенный в промежуточный слой мембраны. В случае разрыва мембраны компрессор немедленно отключается, а подача воздуха прекращается, предотвращая дальнейшее повреждение.

Взрывозащищённость и обнаружение утечек: Вся установка имеет взрывозащищённую конструкцию (двигатель и электрические компоненты соответствуют классу Ex d IIB T4), а датчики утечки водорода (с пределом обнаружения ≤1% НПВ) установлены вблизи камеры сжатия и соединений трубопроводов. При обнаружении утечки немедленно срабатывает сигнализация и активируется выхлопная система для снижения риска взрыва.