前言
本文件按照 GB/T 1.1—2020《标准化工作导则 第1部分:标准化文件的结构和起草规则》的规定起草。
请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别专利的责任。
本文件由全国氢能标准化技术委员会(SAC/TC 309)提出并归口。
本文件起草单位:北京低碳清洁能源研究院、中国标准化研究院、山西海德利森氢能科技有限公司合肥通用机械研究院有限公司、四川金星清洁能源装备集团股份有限公司、中石化石油机械股份有限公司、上海舜华新能源系统有限公司、香港特别行政区政府机电工程署、北京海德利森科技有限公司、丰电金凯威(苏州)压缩机有限公司、青岛康普锐斯能源科技有限公司
本文件主要起草人:何广利、杨燕梅、韩武林、赵文静、耿茂飞、董文平、袁恒川、吴俊、潘灵永、牟映洁、曲光、陈仲仁、尹智、陈华强、张凯华、周鲁立、张嘉航、王许志。
警示:本文件不涉及与加氢站用氢气压缩机测试有关的所有安全问题。在使用本文件前,使用者有责任制定相应的安全和保护措施,并保证符合国家有关法律法规、强制性国家标准的要求。
1 范围
本文件描述了加氢站用氢气压缩机(液驱活塞式氢气压缩机和隔膜氢气压缩机)的测试方法,包括术语和定义、测试指标、试验要求、试验装置、试验方法及试验报告的要求本文件适用于35MPa和70MPa加氢站用氢气压缩机以及为20 MPa、30 MPa和55 MPa管束式集装箱提供氢气充装的压缩机的测试。
2 规范性引用文件
下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中,注日期的引用文件,仅该日期对应的版本适用于本文件;不注日期的引用文件,其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件。
GB/T 4975 容积式压缩机术语 总则
GB/T 4980—2025 容积式压缩机噪声的测定
GB/T 7777 容积式压缩机机械振动测量与评价
GB 12358 作业场所环境气体检测报警仪器 通用技术要求
GB/T 26990 燃料电池电动汽车 车载氢系统技术条件
GB/T 37244 质子交换膜燃料电池汽车用燃料 氢气
GB/T 43674 加氢站通用要求
GB 50516 加氢站技术规范
JB/T 9107 往复压缩机 术语
TSG R0005 移动式压力容器安全技术监察规程
3 术语和定义
GB/T 4975、JB/T 9107界定的以及下列术语和定义适用于本文件。
3.1
隔膜氢气压缩机 diaphragm hydrogen compressor
机械直接或液压驱动膜片变形,完成压缩循环的压缩机。
3.2
液驱活塞式氢气压缩机 hydraulically driven piston hydrogen compressor
通过液体(一般为液压油)驱动活塞往复运动,完成由活塞、气缸、缸盖围成的工作腔内工质压缩的无曲柄连杆机构的往复压缩机。
3.3
压缩机进出口氢气品质 hydrogen quality at compressor inlet and outlet
氢气压缩机进口和出口处的氢气品质。
注:通常包括氢纯度和氢中杂质含量。
3.4 最低允许进气压力 minimum allowable inlet pressure
压缩机正常工作情况下,排气压力达到额定排气压力时的最低进气压力
注:本文件所提到的压力均为表压,单位为 MPa。
3.5 最高允许进气压力 maximum allowable inlet pressure
压缩机正常工作情况下,排气压力达到额定排气压力时的最高进气压力。
3.6 额定进气压力 nominal inlet pressure
符合有关标准、合同或铭牌中规定的压缩机进气压力。
3.7 级间进气压力 inter-stage inlet pressure
多级压缩时,气体经前级压缩和中冷器冷却后,进入后级压缩前的压力。
3.8
级间排气压力 inter-stage discharge pressure
多级压缩时,气体经前级压缩后进入中冷器前的压力。
3.9 级间进气温度 inter-stage inlet temperature
多级压缩时,气体经前级压缩和中冷器冷却后,进入后级压缩前的温度。
3.10 级间排气温度 inter-stage discharge temperature
多级压缩时,气体经前级压缩后,进入中冷器冷却前的温度。
3.11 额定排气压力 nominal discharge pressure
符合有关标准、合同或铭牌中规定的压缩机排气压力。
注:35 MPa加氢站用压缩机额定排气压力通常为45 MPa,70 MPa加氢站压缩机额度排气压力通常为90 MPa。
3.12 冷却前排气温度 discharge temperature before cooling
气体经压缩机末级压缩后,进入后冷器冷却前的温度。
3.13 冷却后排气温度 discharge temperature after cooling
气体经压缩机末级压缩后,经冷器冷却后的温度。
3.14 最高允许排气温度 maximum allowable discharge temperature
压缩机工作时,所允许的最高冷却前排气温度,超过此温度时,压缩机控制系统将产生故障报警。
3.15 额定排气量 nominal volume flow rate
压缩机在额定工况时,输出气体换算到标准状态下的体积流量。
注:标准状态指绝对压力0.1013 MPa和0 ℃,单位 m
3
/h。
3.16 平均排气量 average volume flow rate
压缩机在规定工况范围内的平均排气量。
注:规定工况参数具体见表2,单位 m
3
/h。
3.17 额定能耗 nominal energy consumption
压缩机在额定工况时,压缩单位质量氢气所消耗的能量。
注:压缩氢气消耗的能量包括冷却系统所消耗的能量和电机所消耗的能量,单位kWh/kg。
3.18 平均能耗 average energy consumption
压缩机在规定工况范围内的平均能源消耗量。
注:规定工况参数具体见表2,单位kWh/kg。
3.19 振动烈度 vibration severity
在规定的压缩机支承和规定工况下,在压缩机的多个不同点所测振动速度均方根值的最大值。
注:规定工况参数具体见表2,单位 mm/s。
[来源:GB/T 7777—2021,3.1,有修改]
4 测试指标
加氢站用氢气压缩机测试指标见表1。
| 序号 | 测试指标 | 序号 | 测试指标 |
| 1 | 压缩机进出口氢气品质 | 10 | 冷却前排气温度 |
| 2 | 额定进气压力 | 11 | 冷却后排气温度 |
| 3 | 额定排气压力 | 12 | 最低允许进气压力 |
| 4 | 额定排气量 | 13 | 最高允许进气压力 |
| 5 | 额定能耗 | 14 | 最高允许排气温度 |
| 6 | 级间进气压力a | 15 | 平均排气量 |
| 7 | 级间排气压力a | 16 | 平均能耗 |
| 8 | 级间进气温度a | 17 | 振动烈度 |
| 9 | 级间排气温度a | 18 | 噪声 |
| a当压缩机级间为N级(N大于2)时,应分别给出不同级之间的级间进气压力、级间排气压力、级间进气温度和级间排气温度,并命名为一级间、二级间…,直到N-1级间。 | |||
5 测试条件
5.1 通则
5.1.1 压缩机测试试验宜采用氢气介质,且宜符合 GB/T 3634.2中高纯氢品质要求。
5.1.2 氢气试验前,应使用氮气、氦气或者氮氦混合气做压缩机测试试验。
5.1.3 压缩机测试场所应满足以下安全防护要求:
a) 测试场所设置氢气泄漏监测报警系统,氢气浓度报警阈值设定符合 GB 12358规定;
b) 当压缩机测试场所为封闭空间时,设置强制通风设施,通风设施符合 GB 50516要求;当压缩机测试场所通风不封闭时,设有防止氢气积聚的措施,符合 GB/T 43674要求;
c) 所有测试设备、管道及电气设备可靠接地,接地电阻不大于4Ω,符合 GBT 43674要求;
d) 测试现场配备氮气吹扫系统,吹扫气体纯度不低于99.2%,符合 GB 50516要求。
5.1.4 压缩机测试系统电气防爆应满足 GB/T 43674的规定。
5.2 测量仪器及准确度要求
5.2.1 所有测试用仪器仪表的准确度应符合本文件的规定,并具备有效的校准或检定证书。
5.2.2 压力测量仪器应使用耐氢材质压力传感器,测量仪器(模拟式或数字式)的准确度等级不应低于±0.5%FS。
5.2.3 温度测量仪器宜采用插入式热电阻温度传感器,插入式测温仪器不应扰动正常的介质流动。测温仪器的准确度等级不应低于±1 ℃。
5.2.4 流量测量应选用准确度等级不低于±0.5%FS的质量流量计。
5.2.5 功率测量应采用准确度等级不低于±0.5级的电压电流表或功率表进行测量。
5.3 测试工况与参数允许偏差范围
氢气压缩机测试工况及与规定工况的偏差应符合表2的规定。
| 额定排气压力 | 测试参数 | 测试工况a | 与规定工况的偏差 | ||
| 工况1(额定工况) | 工况2 | 工况3 | |||
| 20 MPa | 进气压力 | 1.6 MPa/3 MPab | - | - | ±5% |
| 进气温度 | 25℃ | - | - | ±5℃ | |
| 排气压力 | 20 MPa | - | - | ±1 MPa | |
| 30 MPa | 进气压力 | 1.6 MPa/3 MPab | - | - | ±5% |
| 进气温度 | 25℃ | - | - | ±5℃ | |
| 排气压力 | 30 MPa | - | - | ±1 MPa | |
| 35 MPa | 进气压力 | 12.5 MPa/17.5 MPac | 最低进气压力 | 最高进气压力 | ±5% |
| 进气温度 | 25℃ | 25℃ | 25℃ | ±5℃ | |
| 排气压力 | 45 MPa | 45 MPa | 45 MPa | ±1 MPa | |
| 55 MPa | 进气压力 | 1.6 MPa/3 MPab | - | - | ±5% |
| 进气温度 | 25℃ | - | - | ±5℃ | |
| 排气压力 | 55 MPa | - | - | ±1 MPa | |
| 70 MPa | 进气压力 | 12.5 MPa/17.5 MPac | 最低进气压力 | 最高进气压力 | ±5% |
| 进气温度 | 25℃ | 25℃ | 25℃ | ±5℃ | |
| 排气压力 | 90 MPa | 90 MPa | 90 MPa | ±1 MPa | |
| a测试工况大气压力0.08 MPa~0.11 MPa,测试工况环境温度-25℃~40℃;b根据站内供氢实际方式选取进气压力数值;c根据长管拖车实际供氢压力选取进气压力数值,20 MPa长管拖车供氢对应进气压力12.5 MPa,30 MPa长管拖车供氢对应进气压力17.5 MPa。 | |||||
5.4 测试数据稳定性要求
氢气压缩机应确保运转稳定后再开始测定各参数,每一工况试验期间应至少测定5次,其总时间不应少于10 min。每次测定时各参数应同时读取,在一次试验中单组读数与其平均值间所允许的最大波动范围应符合表2的规定。
5.5 材料要求
液驱活塞式氢气压缩机和隔膜氢气压缩机所用临氢材料应具有良好的氢相容性。
6 测试装置
6.1 压缩机测试系统应设置安全连锁装置和安全阀,安全阀整定压力应符合 TSG R0005要求,校验合格。
6.2 仪表应妥善安装,采取必要防震措施。
6.3 压缩机测试系统的全部承压零部件、设备及管路附件应进行水压或气压试验。
6.4 压缩机测试系统应按照 GB/T 26990中相关规定开展耐压测试和气密性测试并满足要求。
7 测试步骤和数据处理
7.1 测试准备
7.1.1 检查安装工作
检测安装工作应至少包括以下内容:
a) 检查压缩机的外观是否有损坏、变形、锈蚀等情况,各部件连接是否牢固,铭牌标识是否清晰完整;
b) 对压缩机内部进行清洁,去除运输和储存过程中可能产生的杂质和油污。按照要求加入适量的液压油,检查油位是否在正常范围内;
c) 使用合适的起重设备将压缩机平稳地安装到指定位置,调整压缩机的水平度。对于整体安装的压缩机,纵向和横向安装水平面的偏差均不大于0.20 mm/m;对于解体安装(现场组装)的压缩机,在组装机身和中体时,纵向和横向安装水平偏差不大于0.05 mm/m;
d) 正确连接压缩机的进气管、排气管、冷却水管等管道,确保管道连接紧密,无泄漏。管道的布置合理,避免出现应力集中和气流不畅的情况。
7.1.2 测试前准备
测试前应完成以下准备工作:
a) 确保压缩机处于自动状态或置于投入状态;
b) 确保所有阀门处于正确的开闭状态;
c) 检查并确认所有的安全保护装置处于正确的操作状态;
d) 通过控制系统点动电机及压缩机空转运行,确保运转正常;
e) 按照 GB/T 26990中相关规定对测试系统与压缩机连接处进行气密性测试,并满足相关要求。
7.1.3 置换分析
置换后气体应满足以下要求:
a) 气源、压缩机入口和压缩机出口3个取样点的气体成分(摩尔分数)同时满足:氧含量(摩尔分数)小于 1 ×10-6 、氮含量(摩尔分数)小于 5 ×10-6 、水分含量(摩尔分数)小于 3 ×10-6 ;
b) 测试前采用高纯氮气置换空气,置换后系统氧气含量(摩尔分数)小于0.5%;
c) 测试后采用高纯氮气置换氢气,置换后系统氢气含量(摩尔分数)不大于0.4%。
7.2 测试步骤
7.2.1 概述
按照表2规定的工况点开展测试,记录数据
7.2.2 压缩机进出口氢气品质测试
压缩机进、排气状态达到表2规定的额定工况时,按照 GB/T 37244规定的测试方法,测试分析压缩机进口和出口氢气品质。
7.2.3 额定进气压力测试
压缩机进、排气状态达到表2规定的额定工况时,持续运行不少于10 min,读取压缩机进气压力数据,间隔相同时间1 min~2 min,取该时段至少5组压缩机进气压力数据的平均值作为额定进气压力。
7.2.4 额定排气压力测试
压缩机进、排气状态达到表2规定的额定工况时,持续运行不少于10 min,读取压缩机排气压力数据,间隔相同时间1 min~2 min,取该时段至少5组压缩机排气压力数据的平均值作为额定排气压力。
7.2.5 额定排气量测试
压缩机进、排气状态达到表2规定的额定工况时,持续运行不少于10 min,读取压缩机排气量数据,间隔相同时间1 min~2 min,取该时段至少5组压缩机排气量数据的平均值作为额定排气量。
7.2.6 额定能耗测试
压缩机进、排气状态达到表 2 规定的额定工况时,持续运行不少于 10 min,读取压缩机功耗数据,间隔相同时间1 min~2 min,取该时段至少5组压缩机功耗数据,以功耗平均值与额定排气量的比值作为额定能耗。
7.2.7 级间进气压力测试
压缩机进、排气状态达到表2规定的额定工况时,持续运行不少于10 min,读取压缩机级间进气压力数据,间隔相同时间1 min~2 min,取该时段至少5组压缩机级间进气压力的平均值作为级间进气压力。
7.2.8 级间排气压力测试
压缩机进、排气状态达到表2规定的额定工况时,持续运行不少于10 min,读取压缩机级间排气压力数据,间隔相同时间1 min~2 min,取该时段至少5组压缩机级间排气压力的平均值作为级间排气压力。
7.2.9 级间进气温度测试
压缩机进、排气状态达到表2规定的额定工况时,持续运行不少于10 min,读取压缩机级间进气温度数据,间隔相同时间1 min~2 min,取该时段至少5组压缩机级间进气温度的平均值作为级间进气温度。
7.2.10 级间排气温度测试
压缩机进、排气状态达到表2规定的额定工况时,持续运行不少于10 min,读取压缩机级间排气温度数据,间隔相同时间1 min~2 min,取该时段至少5组压缩机级间排气温度的平均值作为级间排气温度。
7.2.11 冷却前排气温度测试
压缩机进、排气状态达到表2规定的额定工况时,持续运行不少于10 min,读取冷却前压缩机排气温度数据,间隔相同时间1 min~2 min,取该时段至少5组冷却前压缩机排气温度的平均值作为冷却前排气温度。
7.2.12 冷却后排气温度测试
压缩机进、排气状态达到表2规定的额定工况时,持续运行不少于10 min,读取冷却后压缩机排气温度数据,间隔相同时间1 min~2 min,取该时段至少5组冷却后压缩机排气温度的平均值作为冷却后排气温度。
7.2.13 最高允许排气温度测试
压缩机进、排气状态达到表2规定的额定工况时,逐步降低压缩机进气压力,压力降低速率不应超过0.5 MPa/min,冷却前排气温度达到压缩机允许的最高排气温度后,持续运行不少于10 min,读取冷却前压缩机排气温度数据,间隔相同时间1 min~2 min,取该时段至少5组冷却前压缩机排气温度的平均值作为最高允许排气温度。
7.2.14 最低允许进气压力测试
压缩机进、排气状态达到表2规定的额定工况时,逐步降低压缩机进气压力,压力降低速率不应超过0.5 MPa/min,达到最高允许排气温度后,持续运行不少于10 min,读取压缩机进气压力数据,间隔相同时间1 min~2 min,取该时段至少5组压缩机进气压力的平均值作为最低允许进气压力。
7.2.15 最高允许进气压力测试
压缩机进、排气状态达到表2规定的额定工况时,逐步升高压缩机进气压力,压力升高速率不应超过0.5 MPa/min,达到压缩机允许最高进气压力或最高允许排气温度时,持续运行不少于10 min,读取压缩机进气压力数据,间隔相同时间1 min~2 min,取该时段至少5组压缩机进气压力的平均值作为最高允许进气压力。
7.2.16 平均排气量测试
压缩机进、排气状态达到表2规定的任一测试工况时,持续运行不少于10 min,读取压缩机排气量数据,间隔相同时间1 min~2 min,取该时段至少5组压缩机排气量数据的平均值作为对应测试工况下的排气量,再将表2中三种测试工况排气量求平均值,即为平均排气量。
7.2.17 平均能耗测试
压缩机进、排气状态达到表2规定的任一测试工况时,持续运行不少于10 min,读取压缩机功耗数据,间隔相同时间1 min~2 min,取该时段至少5组压缩机功耗数据的平均值作为对应测试工况下的功耗,再将表2中三种测试工况功耗求平均值,以平均功耗与平均排气量的比值作为平均能耗
7.2.18 振动烈度
在压缩机进、排气状态达到表2规定的额定工况时,按照 GB/T 7777的规定进行压缩机振动烈度测试。
7.2.19 噪声测试
在压缩机进、排气状态达到表2规定的额定工况时,按照 GB/T 4980—2025中附录 B的规定进行噪声测试,以各个测点噪声数据的平均值作为噪声。
8 测试报告
8.1 测试结果应整理成报告。
8.2 测试报告应至少包括下列信息,见附录 A:
测试报告文件编号;
测试地点、日期及人员;
压缩机的名称、型号规格、产品编号及制造日期;
压缩机生产单位;
测试设备和测量仪表名称、型号、规格;
测试项目;
测试数据;
测试结果。
附 录 A (资料性)
加氢站用氢气压缩机测试报告
加氢站用氢气压缩机测试报告模板见表 A.1,测试数据记录模板见表 A.2。
表 A.1 测试报告模板
| 产品名称 | 型号规格 | ||
| 生产日期 | |||
| 生产单位 | 样品等级 | ||
| 生产单位地址 | 样品编号 | ||
| 委托测试单位 | 测试日期 | ||
| 测试地址 | 测试人员 | ||
| 测试设备和测量仪表名称、型号、规格 | |||
| 测试依据 | |||
| 测试项目 | |||
| 测试结论 | |||
| 备注 | |||
| 序号 | 测试项目 | 测试数据 | 备注 |
| 1 | 压缩机进出口氢气品质 | ||
| 2 | 额定进气压力 | ||
| 3 | 额定排气压力 | ||
| 4 | 额定排气量 | ||
| 5 | 额定能耗 | ||
| 6 | 级间进气压力 | ||
| 7 | 级间排气压力 | ||
| 8 | 级间进气温度 | ||
| 9 | 级间排气温度 | ||
| 10 | 冷却前排气温度 | ||
| 11 | 冷却后排气温度 | ||
| 12 | 最低允许进气压力 | ||
| 13 | 最高允许进气压力 | ||
| 14 | 最高允许排气温度 | ||
| 15 | 平均排气量 | ||
| 16 | 平均能耗 | ||
| 17 | 振动烈度 | ||
| 18 | 噪声 |
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