川企大调研·寻找新质生产力丨加氢关键设备国产化突围,他们在“跷跷板上找平衡”

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北京大兴加氢站。
川观新闻记者 王若晔
到加氢站加氢,显示屏上滚动着质量和金额。这一数值的确定,离不开藏在加氢站里面的氢气质量流量计。要将氢气从加氢站,加注到氢能卡车上,加氢枪是必需装置。
长久以来,以加氢质量流量计、加氢枪为代表的加氢站核心装备,需要极高工艺,只能依赖进口。“比如加氢枪,进口产品价格高昂,一套下来要10余万元,并且付款条件苛刻。”业内人士介绍,维护成本也不低,如果需要检修或者更换,需要送到海外,耗钱耗时。
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加氢站。
随着加氢站建设的连年增长,要降低成本,占领未来广阔市场,核心设备的关键技术突围势在必行。
不过,氢是密度最低、最轻的元素,要准确计量氢气并不容易。厚普股份旗下全资子公司成都安迪生测量有限公司(下称“安迪生公司”)开启技术研发,推动加氢站核心装备国产化。
“氢所处的高压环境,要求质量流量计配备更厚的管材,满足更高的承压要求;另一方面,基于氢密度小的属性,要精准计量小流量,壁厚就不能太厚。”安迪生公司产品经理李润打了个比方,“这一过程,就像在‘跷跷板上找平衡’。”
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安装在加氢站内部的科里奥利流量计。 王若晔 摄
氢气质量流量计主要利用科里奥利原理,常见的流量计是通过测量体积和密度等,间接计算获得质量流量,而科里奥利流量计是通过信号特征直接获得流体的质量流量,从而获得较高精度的测量结果。
“流体经过流量计传感器,产生极其微弱的信号,通过检测线圈检测到信号的相位差,从而计算获得最终氢气质量流量。”李润解释说,所以对于氢气质量流量计,管材、传感器等加工精度、数字信号处理是关键。
基于此前做天然气计量器具积累的经验,团队建立分析模型,寻找“跷跷板上的平衡点”,满足小流量计量和高压计量的要求,经过长期攻关,实现了流量计的国产化替代。
相较于加油站的加油枪,加氢站的加氢枪由于氢气的高压环境,结构设计较为复杂、多项功能集成度非常高。目前加氢枪市场分35MPa(兆帕)和70MPa两个压力等级,现阶段国内加氢枪主流的加注压力等级为35MPa。
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35MPa和70MPa加氢枪。 王若晔 摄
氢气很容易逃逸,压力又很高,如何将其牢牢“网住”,成为横亘在科研人员面前的难题。
“加氢枪密封介质是氢气,又需要达到全生命周期10万次密封,要保证内部零件在高压状态下能平稳运动,不发生小分子气体泄漏情况。尤其在加氢枪连接与动密封处,是安全和氢气泄漏的关键区。”李润说。
2017年,安迪生公司开启了加氢枪研发之路,经历不断试验和技术攻关,通过包括气密性、手柄操作、循环寿命等在内的10余项严苛测试,突破技术瓶颈,2019年通过了加氢站现场应用评价,实现了加氢枪国产化替代。
“在2020年,我们又研发出国内第一把具备红外通信功能的70MPa加氢枪。”厚普智联副总经理顾小明说。
70MPa意味着加氢机要承受最高700公斤对外的压力,这对产品设计要求更高。
“不同于加油,油枪内部传感器探测到油箱即将充满,会立即发送信号通知其‘跳枪’。”顾小明解释说,70MPa加氢时不能把阀门全部打开,如果全部打开,氢分子在里面碰撞挤压产生大量的热,会导致气瓶的温度快速升高,升温过快会有安全隐患。所以加氢时要控制充装速率,红外线就是用来和车“通讯”的,通过读取到加氢工作中氢瓶压力、温度、容量等信息,实时控制充装速率,确保加氢的安全性。
目前,安迪生公司自主研发的35MPa/70MPa加氢枪,已批量应用于北京冬奥会加氢站项目及广东、四川、安徽等多个省份的首个氢能示范站点,打破了国外市场垄断,帮助降低了建加氢站的设备成本。
(厚普股份供图)