绿色制氢装置往复式压缩机的设计考虑
没有压缩机来移动轻氢分子，就根本没有氢价值链。能源转型将需要大量的清洁氢气应用于各种新旧应用。预计未来几年对氢气压缩机的需求将大幅增加。大部分需求将由容积式压缩机满足，其中包括活塞往复式压缩机。
绿色氢气生产厂将在能源转型中发挥重要作用，提供清洁的氢气，而无需安装昂贵的碳捕获系统。然而，为了实现与基于化石燃料的清洁氢的成本平价，这些工厂需要以最佳成本建造，并全年高效运行。可再生能源发电的自然间歇性为这种情况带来了另一个挑战。因此，任何绿色氢气开发商都需要解决的三个支柱是：
总安装成本
工厂正常运行时间
拒绝能力
包括往复式压缩机在内的工厂设备的平衡设计和运行需要同样关注这三个支柱，以实现低成本生产目标
起初，对于有经验的用户来说，讨论氢气应用的压缩机技术选择似乎很奇怪。由于低分子量气体的高效率和高压比，目前运行的大多数氢气压缩机都是正排量机器，主要是往复式机器。目前，炼油厂、石化和化学设施以及工业综合体中有数千台氢气往复式压缩机高效运行。这些压缩机的功率低至10马力（7.5千瓦），大至20000马力（14920千瓦）。
然而，在结合了非常高的流量和非常低的吸入压力的应用中，单独使用往复式压缩机可能不是完美的选择。一个典型的例子是使用碱性电解槽的大型绿色氢气生产厂（高于45℃的程序升温脱附[TPD]）。在这种情况下，需要几个第一级气缸来提供足够的排量以满足所需的体积流量。由于大多数原始设备制造商（OEM）将其设计限制在每帧10次投掷，因此需要多个单元。这将大大增加仅往复式解决方案的资本支出和运营费用。
解决这一挑战的方法是部署一个涡轮压缩机（整体齿轮或单轴型）作为往复式压缩机的增压器。该增压器将压力增加到约43.5至87磅/平方英寸（3至6巴），从而消除往复式压缩机上的第一级和/或第二级气缸，并减少整体占地面积、总安装成本和运营成本。
这种复杂的安排在压缩行业中通常被称为“混合解决方案”，在设计阶段需要工程、采购和施工（EPC）团队、OEM和最终用户之间的协作
布置是指满足所需总流量所需的压缩机数量。常见的安排是1 x 100%、2 x 100%、2x50%甚至3 x 33%。现场所需的冗余与项目采购和安装压缩机的总体预算之间存在平衡。大型往复式压缩机将采用混凝土块基础，通常需要在现场完成大量工作。需要组装框架和气缸。电机将单独装运，并安装和连接到压缩机上。压缩机与其辅助系统之间的所有互连管道、接线和配管均在现场完成。这些活动需要大量的熟练劳动力。撬装装置将最大限度地减少现场的工作，因为这些活动大多可以在包装商处完成。
安装的压缩机数量将决定工厂可用的冗余度。2 x 100%的布置包括一个备用单元，提供完全冗余并保证工厂不间断运行。具有较小单个单元的2 x 50%布置降低了总安装成本，同时在意外停机期间提供了一些冗余。大型生产工厂可能需要3 x 33%的布置，提供高水平的冗余，但总安装成本更高。
所选的布置对压缩系统在部分负载条件下运行的能力也有重大影响
由于其正排量原理，往复式压缩机可以在部分负载运行的同时保持效率几乎恒定。这是这种压缩机技术最显著的优势之一，对于由于典型的可再生能源发电模式而希望在部分负载条件下长时间运行的绿色氢气生产厂至关重要。
缺乏正确的容量控制方法将不可避免地导致不必要的气体回收，从而增加整体功耗和温室气体排放。或者，正确的容量控制方法将允许高效运行和最佳功耗，而不会影响工厂的正常运行时间。
如今，操作员可以使用全面的容量控制套件，包括一系列解决方案，从简单的气动阀卸载机到使用液压执行器的复杂无级容量控制系统。为了确定每个项目的最佳解决方案，需要考虑以下因素：
电厂负荷运行概况：电厂在部分负荷运行时预计运行的时间对于确定最佳容量控制方法至关重要。根据经验，工厂在部分负载运行的时间越长，节省的潜力就越大。压
缩机功率：小型压缩机上昂贵的容量控制系统，通常低于500马力（373千瓦），可能无法提供显著的节能效果，因此没有合理的回报时间。
排：使用多个单元来平衡所需流量的能力对所需的单个容量控制方法有影响。例如，一个2 x 50%布置的两级气缸的四冲程压缩机，只需应用简单的阀门卸载器，就可以实现12.5%的容量阶跃增量。
基于这些信息，压缩机原始设备制造商可以为每个项目提供最佳容量控制方法的建议，使运营商能够在压缩机寿命期间实现初始购置成本和整体能耗之间的最佳平衡
机器监控系统（MMS）是保证长时间运行的基础。这也是往复式压缩机设计阶段最容易被忽视的特征之一。MMS的主要目的是提供有关压缩机状况的关键实时信息，以便操作员识别主要部件的潜在故障或性能不佳。操作员可以利用这些信息采取预防措施，计划纠正措施，避免意外停机
项目要求。基本功能包括框架振动、活塞杆下降系统和工艺气体压力和温度监测。高级监测功能包括气缸动压、十字头振动和阀门温度。对每个参数的监测将有不同的目标。例如，单独的阀门温度监测将有助于快速识别潜在的阀门故障。活塞杆下降监测可以跟踪活塞环的磨损率和性能。为每个应用程序选择正确的监控参数需要在所需的监控能力和项目中可用的预算之间取得平衡。OEM可以再次提供有价值的意见来支持这一决策过程。
如今，许多原始设备制造商为运营商提供远程监控服务。通过安全的互联网连接，OEM可以访问压缩机的历史和实时数据，以提供诊断并建议潜在的干预措施。对于没有熟练的往复式压缩机操作人员或计划远程操作设备的操作员来说，这项服务尤其有价值
MMS需要前期工程工作和额外的购置成本，但如果计算包括因意外停机导致的潜在生产损失，回报可能会很短。许多运营商根据往复式压缩机正常运行时间来定义整个工厂的正常运行时间。大型氢气生产设施额外1%或2%的正常运行时间意味着额外生产的氢气价值数十万美元
许多与能源转型项目相关的氢气新应用，即作为燃料电池的燃料，对工艺气体中的油污染有严格的限制。由于氢气质量能量密度低的固有特性，这些应用需要非常高的压力来满足所需的能量含量。因此，压缩行业对典型排放压力在2000至3000 psig（137.9至206.8 barg）之间的非润滑高压氢气压缩机的需求正在增加.
必须强调的是，几年前还不存在这种需求，因为历史上无润滑往复式压缩机的阈值约为1500 psig（103.4 barg）。
随着环材料的发展和设计升级，该行业正在迅速发展以满足这一新需求.
气缸润滑的目的是在气缸套周围形成油膜，减少部件与活塞环和导向环之间的摩擦，从而降低磨损率并增加压缩机正常运行时间。行业经验表明，正确的气缸润滑对压缩机的正常运行时间有积极影响，并且其正常运行时间总是比同等的非润滑压缩机长.
无润滑压缩机的活塞环和导向环上有特殊材料（通常是聚四氟乙烯[PTFE]或聚醚酮[PEEK]专有合金），可提供足够的摩擦阻力，同时保证在没有油膜保护的情况下达到可接受的磨损率。其他考虑因素，如降低活塞速度和减轻活塞重量，已被证明可以有效减少环上的负载并延长其预期寿命.
或者，希望利用润滑压缩机更长正常运行时间的运营商，或最终排放压力高于3000psig的应用的运营商可以选择在压缩机下游安装高效除油系统。这些系统目前可用，具有经过现场验证的经验，可以处理大量流量和高压，同时去除氢气流中高达十亿分之一的油
