基于氢化镁(MgH2)固态运输的加氢站技术方案

1 概述

截至2022年5月，我国已累计建成加氢站超过250座，约占全球数量的40%，加氢站数量位居世界第一

。目前，国内加氢站供氢方式主要采用高压气态运输，以氢气长管拖车运输到站内。随着氢能产业的发展，加氢站供氢方式日趋多样化。本文对比分析氢的运输方式，分析氢化镁(MgH

)性质，从总平面布置、工艺流程、氢气压缩机的选择、安全设计及管理方面探讨了供氢方式采用MgH

固态运输的加氢站技术方案。

2 氢的运输方式及MgH2的物理性质

2.1 氢的运输方式

随着氢能产业的发展，加氢站供氢方式采用液态运输、固态运输、有机液体运输逐渐提上日程。氢运输方式技术比较见表1。

从表1可看出，氢气长管拖车运输结构简单，成本较低，安全可靠，储氢密度低，适合短距离运输。液氢槽罐车运输储氢密度高，适合长距离运输，但能耗较大且运输中液氢有损耗。固态运输采用MgH

固态运输，储氢密度高，压力低，无需隔热，安全性好。有机液体运输常温常压，安全方便，储氢密度高，但技术操作条件苛刻。

2.2 MgH2的性质

MgH

由于氢含量高(质量分数约7.6%)、储量丰富、价格低廉、质量轻和可逆性好，并且在干燥空气中非常稳定，运输很容易，被广泛认为是最具应用前景的储氢材料之一。MgH

在干燥空气中安全稳定，在通常的空气中，会慢慢地吸收空气中的水分而分解放出氢气。MgH

可以通过水解和热解两种方式来制备氢气。

氢化镁和水反应，生成氢气和氢氧化镁：

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氢化镁在常压下加热至289 ℃，会分解成镁和氢气(单位氢化镁质量吸热量为2 630 J/g)：

3 加氢站技术方案分析

3.1 总平面布置

总平面布置见图1。

采用文献[27]Molish法对20%vol和72%vol红枣白兰地的致浊物进行定性分析，实验结果，20%vol未出现紫红色环，72%vol出现紫红色环。表明20%vol红枣白兰地致浊物中不含有糖类，72%vol红枣白兰地致浊物中可能含有糖类，与红外光谱图结果相吻合。

本文中额定流量指在标准状况(0 ℃、101.325 kPa)下的流量。加氢站主要设备有：

导热油炉橇1台，进口温度385 ℃，出口温度390 ℃，工作压力1.32 MPa，额定热功率600 kW。

在建设新工科这一宏伟蓝图之下，产教融合也具有了新的时代特征。从《国务院办公厅关于深化产教融合的若干意见》中可以总结出以下几点。

氢气压缩机A，额定流量500 m

/h，进口压力0.1～0.2 MPa，出口压力20.0 MPa。氢气压缩机B，额定流量500 m

/h，进口压力20.0 MPa，出口压力45.0 MPa。

氢气储气瓶组A，为地上固定式，1组共6个氢气储气瓶。单瓶容积2.33 m

，总容积14.0 m

，最高工作压力20.0 MPa。氢气储气瓶组B，为地上固定式，1组共9个氢气储气瓶。单瓶容积1.0 m

，总容积9 m

，最高工作压力45.0 MPa。

江苏 陈哲：《故事版》10月上的《寻车》写得很真实，让我想起了以前做过的一件“缺德事”。那会儿我还在上大学，每个月只有五百块的生活费，有些不够用，于是去做兼职，回家后才发现老板给的三张百元钞票里有一张假钞。我当时气不过，就想着怎么把它花掉，最后给了一个卖红薯的老奶奶，她眼神不好，看都没看就收下了。拿着红薯走了没几步，我就后悔了，转身回去要回了那张假钞，我永远记得那个老奶奶笑着说：“孩子，我都知道！”

换热器1台，冷却水流量7 m

/h，冷却水进口压力0.5 MPa，氢气质量流量3.6 kg/min，氢气最高工作压力45.0 MPa。

2017年12月底至2018年3月初，八宿县郭庆乡尼恰村恰顶自然村和拉交村持续发生牦牛死亡，3月4日接到报告后，于3月5日到病发地开展调查诊治。根据实地调查情况，截止3月6日，2个村累计发现具有明显症状的病畜283头、死亡213头，发病率9.4%，病死率达75.27%。

加氢站的关键设备是氢气压缩机。加氢站用氢气压缩机主要有3种类型：隔膜式压缩机、氢气增压泵(气驱或液驱)、离子液压缩机。这3种压缩机优缺点如下：

导热油炉冷水机组1台，制冷量150 kW，冷却水流量20 m

/h，出水温度7 ℃。

压缩机A冷水机组、压缩机B冷水机组，各1台，制冷量35 kW，冷却水流量6 m

/h，出水温度15 ℃。

加氢机冷水机组，1台，制冷量58 kW，冷却水流量7 m

/h，出水温度-10～0 ℃。

加氢机A、加氢机B，各1台，额定质量流量1.8 kg/min，最高工作压力35.0 MPa。

我所理解的文艺作品“源于生活，又高于生活”，“高”在哪里？高在透过生活的层面去发现、去发掘、去探求，就像哥伦布发现新大陆，他人也可以发现，不过他先发现了，就隔那么一点儿；高在对生活筛选、精选、解析，特别是那种不可模仿的敏锐的独特视觉，还有尴尬的窃视。

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氢气缓冲罐1台，容积为1 m

，最高工作压力0.2 MPa。

氮气瓶组，为地上固定式，1组共9个氮气瓶，单瓶容积40 L，总容积360 L，最高工作压力15.0 MPa。

氢气增压泵(气驱或液驱)采用传统活塞结构，但是活塞与缸体之间的密封采用高分子耐磨材料，不使用润滑油，也不会给氢气带来污染，同时采用活塞结构相较于金属膜片结构不需要严密的压差控制。增压泵的单级压缩比小，排气压力低，需另配液压或气压驱动单元，但可多级串并联达到大排气量，且进气压力范围较宽，允许压缩比在一定范围内变化，可以直接启动，适合频繁启停。缺点是能耗较高。

3.2 工艺流程

工艺流程分为卸氢流程、增压流程、加氢流程3部分，见图2。导热油炉橇中的循环泵需在80 ℃左右工作，由导热油炉冷水机组提供冷却水。

MgH

运输车上的MgH

在导热油的加热下开始放出氢气，通过氢气压缩机A升压到用户需要的压力(设定为20 MPa)并储存至氢气储气瓶组A。当控制系统检测到卸下的氢气达到预设值时，自动停止卸氢，完成整个卸氢流程。来自氢气储气瓶组A的氢气通过氢气压缩机B增压至45 MPa并储存至氢气储气瓶组B。在氢气压缩机B前总管道上设置紧急切断阀，用于紧急情况下对气源的切断，且氢气压缩机设置必要的联锁控制系统。氢气储气瓶组B中的氢气由管道输送至加氢机，经加氢机加注到氢燃料电池汽车内，当氢气储气瓶组B压力较低时，可从氢气压缩机B经加氢机加注到氢燃料电池汽车内。加氢机上安装压力传感器、过压保护装置、软管拉断保护装置等。

3.3 氢气压缩机的选择

顺序控制柜1台，额定流量1 200 m

/h，最高工作压力45.0 MPa。

此加氢站设计规模为500 kg/d，占地90.0 m×55.0 m。总平面布置按功能划分为站房、加氢罩棚、工艺装置区、卸车区、辅助用房、消防泵房及消防水池。站房为单层建筑，设置有营业室、办公室、控制室、卫生间等。加氢罩棚下设置2台加氢机和1台换热器。将站房和加氢罩棚面向站外道路布置，方便车辆出入。工艺装置区属易燃易爆危险场所，尽量避免外来人员进入，同时考虑管线布置顺畅，将工艺设备集中布置。从安全角度考虑，将卸车区放置于工艺装置区内。换热箱布置在工艺装置区缓冲罐西侧，卸车区南侧。卸车区设置1个MgH

运输车停车位。辅助用房为单层建筑，设置有发电机房、配电室等。MgH

运输车卸车端设置防火墙，作为围墙的一部分。加氢站进、出口分开设置，面向进、出口道路的侧面开放，其余侧面设置高度2.5 m的不燃烧实体围墙。

基于以上结论，得到以下几点政策建议：一，加大对农民培训力度，提高农户文化水平及技术素质，适应市场变化，促进土地流转。二，政策在宣传推进过程中要尊重农民，保障农民的各项权益。三，大力发展第二三产业，增强其吸收农村剩余劳动力能力，鼓励农民创业或进城务工，提高农民收入。

隔膜式压缩机采用薄的金属膜片将被压缩氢气与液压油完全分离并实现氢气压缩。隔膜式压缩机进气压力范围大，单级压缩比大，容积效率较高，但排气量较小，对于多级(含2级)压缩的隔膜式压缩机，压缩机前后条件相对稳定是保障压缩机无故障平稳运行的基本要素，所以不能频繁启停，也不适用于带载启停。

换热箱，冷却水流量20 m

/h，冷却水进口压力0.5 MPa，氢气质量流量40 kg/h，氢气最高工作压力0.2 MPa。

离子液压缩机是采用一种近零蒸气压的液体作为工质和润滑介质，实现氢气的无污染压缩。离子液压缩机可以通过设置多级气缸，实现合理的压缩比和较宽的压缩范围。液压驱动也提高了系统整体的安全性，并且整个压缩系统的压缩效率比传统压缩机高约25%。缺点是成本较高。

加氢站用氢气压缩机安全设计有防爆设计、安全阀、泄漏自检、各类报警保护超限停机等。氢气压缩机的安全保护装置设置应符合GB 50516—2010《加氢站技术规范》(2021年版)。

目前分区的方法很多，常用的主要有经验定性法、指标法、类型法、重叠法、聚类分析法等。本研究采用定性分析与定量分析相结合的方法，前者选用经验定型法，后者采用聚类分析法。

加氢站用氢气压缩机应根据设计规模、排量要求、气源特点、吸气及排气压力、成本等因素综合选取合适的类型。结合本设计方案特点，选择隔膜式压缩机。

3.4 安全设计及管理[3]

① 设计应严格执行GB 50516—2010(2021年版)及国家相关标准规范的要求。

② 根据加氢站设计经验，工艺区氢气管道尽量采用架空敷设，去加氢区氢气管道采用明沟敷设，避免氢气聚集，方便检修。

③ 加氢罩棚尽量设计成“V”形，避免聚集氢气。如果由于加氢机的数量与布置，加氢罩棚不能设计成“V”形，而设计成“W”形，可在罩棚顶部设置“V”形吊顶。这种情况罩棚顶部与吊顶之间形成封闭空间，易聚集氢气，需要设置一定数量的无电机涡轮排风机，可避免氢气聚集。

④ 设计自动控制程度高的工艺流程，必要时可设置安全仪表系统。

⑤ 完善防雷防静电系统、可燃气体报警控制系统、紧急停车系统、火灾自动报警系统、消防系统设计等。

⑥ 加氢站的安全设计很重要，运营的安全管理更重要。MgH

具有遇水释放氢气特性，MgH

运输车应干燥清洁，远离火种、热源，防止阳光直射。根据加氢站实际情况设置警示标语，完善防火措施，完善加氢站安全管理制度，加强宣传，并严格贯彻执行，做到安全生产。

[1] 左宗鑫. 加氢站数量世界第一 我国氢能发展步入快车道[EB/OL]. [2022-06-02]. http://dzb.cinn.cn/shtml/zggyb/20220517/109872.shtml.

[2] 中国氢能联盟. 中国氢能源及燃料电池产业白皮书(2019版)[EB/OL]. [2021-12-03]. http://www.360doc.com/content/19/0822/14/8091960_856428742.shtml.

[3] 冼静江，林梓荣，赖永鑫，等. 加氢站工艺和运行安全[J]. 煤气与热力，2017(9)：B01-B06.