廢氦氣純化回收系統的制作方法
【專利摘要】本實用新型涉及氦氣提純技術領域，特別涉及一種廢氦氣純化回收系統，包括與檢漏配氣系統中高壓氦氣罐相連的集氣罐，集氣罐排出的氣體經過減壓閥PV與氦氣分離單元相連，高壓氦氣罐和減壓閥PV之間的管路上設置有閥門第一過濾單元，第一過濾單元用于過濾待提純氣體中的雜質，氦氣分離單元用于對氦氣進行提純后輸出。通過設置專用的油水過濾系統，針對空調檢漏廢氦氣中的油水以及粉塵顆粒等雜質成分進行有效的濾除，減少氦氣分離單元中膜分離過程中的負荷和污染，延長氦氣分離單元的使用壽命。
【專利說明】
廢氦氣純化回收系統
技術領域
[0001]本實用新型涉及氦氣提純技術領域，特別涉及一種廢氦氣純化回收系統。
【背景技術】
[0002]氦氣作為國防軍工和高科技產業發展的稀缺性戰略資源，其泛應用于制冷、半導體、核反應堆、醫療、金屬制造、管道檢漏、深海潛水以及超高真空技術等方向，同時，氦資源對于科研來說意義重大。氦氣的含量低，提取難度大，成本高，目前主要依靠從天然氣中提取。而我國現有的天然氣中氦氣含量僅為0.2%，屬貧氦國家，我國不得不依靠從美國、歐洲和中東大量進口所需的氦。同時隨著我國國防工業技術的發展，氦氣的需求越來越大，一旦在非常時期氦氣難以進口，必將在大范圍內影響我國的國防安全和經濟發展。因此，對于提高氦氣生產的經濟性以及保障國家國防安全等方面來說，廢氦氣的回收提純以及再利用具有重大的意義。
[0003]現有技術中，比較成熟的氦氣提純技術主要有低溫法、高壓低溫冷凝吸附法、膜分離法。低溫法采用低溫制冷機或液氮制冷劑冷凍分離其中的氮氣和氧氣等雜質以獲得較高純度氦氣，純度可以達到99.9995%，其缺點是分離過程需要不斷提供冷源，能耗比較高，且設備的體積相對較大。高壓低溫冷凝吸附法原理是在高壓(10?20MPa)、低溫(77K)下先進行冷凝，分離出其中的液態空氣，然后再通過低溫吸附劑除去剩余雜質，其缺點是分離過程要在高壓的條件下完成，純化量較少的時候消耗相對較大。膜分離法是利用某些膜對某些氣體組分具有選擇性滲透和擴散的特性，來分離和純化氣體，它是以膜兩側氣體的分壓差為推動力，通過溶解、擴散、滲透、脫附等步驟，產生組份間傳遞速率的差異來實現分離的，與傳統的低溫法、高壓低溫冷凝吸附法相比，由于在常溫下操作，它具有能耗低、便于操作等特點，但是采用膜分離法的氦氣提純技術并不成熟。
[0004]中國發明專利《在線純化和循環空調檢漏廢氦氣的設備》(公開號:104003361A;【公開日】:2014年8月27日)中提供了一種在線純化和循環空調檢漏廢氦氣的設備，該設備包括依次連接的廢氦氣回收單元、純化單元、循環供氣單元。純化單元中設有吸附純化器與膜分離純化器，其結構為吸附純化器的出口通過氣體管路連通至膜分離純化器的進口。但這種純化結構存在的技術問題:廢氦氣在使用膜分離提純之前需要進行預處理，去除油水以及粉塵顆粒等給膜帶來污染的物質。而使用常規的吸附純化器，并不能針對空調檢漏廢氦氣中的油水以及粉塵顆粒等雜質成分作出有效去除，對膜的負荷和污染較大。
【發明內容】
[0005]本實用新型的目的在于提供一種廢氦氣純化回收系統，能夠有效的對空調檢漏的廢氦氣進行提純。
[0006]為實現以上目的，本實用新型采用的技術方案為:一種廢氦氣純化回收系統，包括與檢漏配氣系統中高壓氦氣罐相連的集氣罐，集氣罐排出的氣體經過減壓閥PV與氦氣分離單元相連，高壓氦氣罐和減壓閥PV之間的管路上設置有閥門第一過濾單元，第一過濾單元用于過濾待提純氣體中的雜質，氦氣分離單元用于對氦氣進行提純后輸出。
[0007]進一步地，所述的氦氣分離單元輸出的純化后的氦氣經過壓縮栗加壓后輸送至檢漏配氣系統中的低壓氦氣罐中，氦氣分離單元和低壓氦氣罐之間的管路上設置有閥門和第二過濾單元，第二過濾單元用于避免低壓氦氣罐中的雜質對本系統造成污染。
[0008]進一步地，所述的高壓氦氣罐通過閥門與集氣罐相連，集氣罐通過閥門與第一過濾單元相連，第一過濾單元依次通過冷干機、減壓閥PV與氦氣分離單元相連，氦氣分離單元通過閥門與壓縮栗相連，壓縮栗通過第二過濾單元、閥門后與低壓氦氣罐相連。
[0009]進一步地，所述的高壓氦氣罐依次通過手動閥V1、電磁閥EVl與集氣罐相連，集氣罐上設置有用于監測集氣罐內氣體壓力的壓力表Pl和用于排除油水的手動閥V2，集氣罐和第一過濾單元之間的管路上設置有電磁閥EV2，氦氣分離單元上設置有用于排放純化后廢氣的手動閥V3，氦氣分離單元和壓縮栗之間的管路上設置有電磁閥EV3，壓縮栗依次通過壓力傳感器P2、流量計、第二過濾單元、手動閥V4與低壓氦氣罐相連，手動閥V1、V4以及電磁閥EV1、EV2、EV3均用于控制管路通斷。
[0010]進一步地，所述的第一過濾單元由多個單油水過濾器依次串聯而成且多個單油水過濾器中的填料相異，第二過濾單元為單油水過濾器;單油水過濾器包括第一殼體，第一殼體呈桶狀且其開口朝下設置，第一殼體的開口位置處設置有與其相適配的第一端蓋，第一端蓋和第一殼體圍合而成的第一空腔中填充有填料，第一殼體靠近開口一側的周壁上設置有進氣口，第一殼體的頂部設置有出氣口，第一端蓋上開設有雜質排放口，第一空腔的底部設置有擋板用于阻擋填料且允許油水進入到雜質排放口中。
[0011 ]進一步地，包括兩個第一過濾單元，高壓氦氣罐依次通過閥門、第一過濾單元與集氣罐相連，集氣罐依次通過另一個第一過濾單元、閥門后與冷干機相連，冷干機通過減壓閥PV與氦氣分離單元相連，氦氣分離單元經過壓縮栗、第二過濾單元、閥門后與低壓氦氣罐相連。
[0012]進一步地，所述的高壓氦氣罐依次通過手動閥V1、電磁閥EVl后與第一過濾單元相連，集氣罐上設置有用于監測集氣罐內氣體壓力的壓力表Pl和用于排除油水的手動閥V2，另一個第一過濾單元通過電磁閥EV2與冷干機相連，氦氣分離單元上設置有用于排放純化后廢氣的手動閥V3，壓縮栗依次通過流量計、壓力傳感器P2、電磁閥EV3、手動閥V4與低壓氦氣罐相連，手動閥Vl、V4以及電磁閥EVl、EV2、EV3均用于控制管路通斷。
[0013]進一步地，所述的兩個第一過濾單元和第二過濾單元均為雙油水過濾器，雙油水過濾器包括第二殼體以及套設在第二殼體內外側的第三殼體，所述第二殼體的內部形成第二空腔，第二殼體和第三殼體之間形成第三空腔，第三殼體上部開設有進氣口連通第三空腔且開設有出氣口連通第二空腔，第三殼體下部的第二端蓋上開設有雜質排放口，第二空腔靠近第二端蓋的一側與雜質排放口連通，第三空腔靠近第二端蓋的一側與雜質排放口連通。
[0014]進一步地，所述的氦氣分離單元包括膜組件以及套設在膜組件外側的外殼，膜組件上設置有用于導入氣體的進氣口、用于排出純化后氣體的出氣口以及用于排放廢氣的排氣口，外殼上設置有進氣口、出氣口和排氣口，外殼上的出氣口、排氣口分別與膜組件的出氣口、排氣口相連通。
[0015]與現有技術相比，本實用新型存在以下技術效果:通過設置專用的油水過濾系統，針對空調檢漏廢氦氣中的油水以及粉塵顆粒等雜質成分進行有效的濾除，減少氦氣分離單元中膜分離過程中的負荷和污染，延長氦氣分離單元的使用壽命。
【附圖說明】
[0016]圖1是本實用新型實施例一的結構示意圖；
[0017]圖2是本實用新型實施例二的結構示意圖；
[0018]圖3是單油水過濾器的結構示意圖；
[0019]圖4是雙油水過濾器的結構示意圖；
[0020]圖5是多個單油水過濾器的結構示意圖；
[0021]圖6是氦氣分離單元的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0022]下面結合圖1至圖6，對本實用新型做進一步詳細敘述。
[0023]參閱圖1、圖2，一種廢氦氣純化回收系統，包括與檢漏配氣系統中高壓氦氣罐11相連的集氣罐20，集氣罐20排出的氣體經過減壓閥PV與氦氣分離單元50相連，高壓氦氣罐11和減壓閥PV之間的管路上設置有閥門和第一過濾單元31，第一過濾單元31用于過濾待提純氣體中的雜質，這里的雜質一般包括油、水、粉塵顆粒等，氦氣分離單元50用于對氦氣進行提純后輸出。通過設置專用的油水過濾系統，針對空調檢漏廢氦氣中的油水以及粉塵顆粒等雜質成分進行有效的濾除，減少氦氣分離單元中膜分離過程中的負荷和污染，延長氦氣分離單元的使用壽命。在使用時，第一過濾單元31—定要布置在氦氣分離單元50的前面，保證進入到氦氣分離單元50中氣體的雜質在要求的范圍內。這里的氦氣分離單元50采用的是膜分離法，其內部的材料昂貴且容易損壞，因此這里設置有減壓閥PV，避免高氣壓對氦氣分離單元50中造成損害。被氦氣分離單元50純化后的氦氣可以收集起來，也可以重復利用，下面的實施例中采用的就是循環利用。
[0024]優選地，所述的氦氣分離單元50輸出的純化后的氦氣經過壓縮栗60加壓后輸送至檢漏配氣系統中的低壓氦氣罐12中，氦氣分離單元50和低壓氦氣罐12之間的管路上設置有閥門和第二過濾單元32 ο由于氣體進入氦氣分離單元50之前進行了降壓，故被純化后的氦氣壓力較小，因此這里設置了壓縮栗60對氣體加壓方便輸送至低壓氦氣罐12。純化后的氦氣進入低壓氦氣罐12中之后供空調使用，如果純化后的氣體量和純度未達到使用標準，可與高純氦混合后再供給空調使用。循環利用的好處有很多，一方面無需對純化后的氦氣進行存儲、運輸，另一方面能夠直接返回至原有的工序中彌補氦氣的消耗。某一線空調品牌平均每月采購15000Nm3用于兩器檢漏消耗，如果將原本排空的純度為70%?80%的廢氦氣通過純化設備實現在線提純循環使用，可回收約9000Nm3的氦氣，采購廢氦氣這一項成本每月可降低至原來的五分之二，這將為生產企業節約大量的采購成本。
[0025]對于大部分低壓氦氣罐12來說，由于罐體上預留的接頭不多，從壓縮栗60返回的管道可能會接在低壓氦氣罐12的罐底，這樣就有可能造成低壓氦氣罐12中的雜質發生倒流，污染本系統，因此這里在壓縮栗60和低壓氦氣罐12之間還設置有第二過濾單元32用于避免低壓氦氣罐12中的雜質對本系統造成污染。
[0026]根據待純化氣體特性的不同，本實用新型提供了兩種具體的實施方式。
[0027]參閱圖1，實施例一，所述的高壓氦氣罐11通過閥門與集氣罐20相連，集氣罐20通過閥門與第一過濾單元31相連，第一過濾單元31依次通過冷干機40、減壓閥PV與氦氣分離單元50相連，氦氣分離單元50通過閥門與壓縮栗60相連，壓縮栗60通過第二過濾單元32、閥門后與低壓氦氣罐12相連。這里的第一過濾單元31設置在集氣罐20的后方，主要是避免雜質進入到氦氣分離單元50中。
[0028]優選地，所述的高壓氦氣罐11依次通過手動閥V1、電磁閥EVl與集氣罐20相連，設置手動閥VI，可以人工對系統進行開閉，使用電磁閥EVl后，手動閥Vl處于常開狀態，緊急情況下使用手動閥Vl對系統進行控制。集氣罐20上設置有用于監測集氣罐20內氣體壓力的壓力表Pl和用于排除油水的手動閥V2，集氣罐20和第一過濾單元31之間的管路上設置有電磁閥EV2，氦氣分離單元50上設置有用于排放純化后廢氣的手動閥V3，氦氣分離單元50和壓縮栗60之間的管路上設置有電磁閥EV3，壓縮栗60依次通過壓力傳感器P2、流量計70、第二過濾單元32、手動閥V4與低壓氦氣罐12相連，壓力傳感器P2主要用于監測管路上的壓力以及控制電磁閥E V 2的開啟或關閉，流量計7 O用于統計純化氦氣的總量，手動閥V1、V 4以及電磁閥EVl、EV2、EV3均用于控制管路通斷。實施例一中的手動閥、電磁閥、流量計70、壓力表或壓力傳感器的布置方式只是提供一種參考，操作人員可以根據自己的需要監測的數據、需要控制的管路、需要監測的流量進行設定相應的零部件。
[0029]優選地，為了保證第一過濾單元31的過濾效果，所述的第一過濾單元31由多個單油水過濾器依次串聯而成且多個單油水過濾器中的填料相異，這樣才能保證過濾雜質的不同。第二過濾單元32主要是為了防止系統被污染，其可以簡單的過濾效果即可，這里的第二過濾單元32為單油水過濾器。單油水過濾器如圖3所示，多個單油水過濾器如圖5所示，單油水過濾器包括第一殼體311，第一殼體311呈桶狀且其開口朝下設置，第一殼體311的開口位置處設置有與其相適配的第一端蓋312，第一端蓋312和第一殼體311圍合而成的第一空腔313中填充有填料，第一殼體311靠近開口一側的周壁上設置有進氣口，第一殼體311的頂部設置有出氣口，第一端蓋312上開設有雜質排放口，第一空腔313的底部設置有擋板314用于阻擋填料且允許油水進入到雜質排放口中。
[0030]具體地，所述第一殼體311開口處向外側設置有翻邊，第一端蓋312靠近邊緣處設置有環形凸起，翻邊與環形凸起相抵靠且兩者之間通過螺栓或螺絲緊固。所述擋板314為圓形板狀，擋板314上開設有多個孔洞，孔洞的孔徑大小能夠滿足阻擋填料且允許雜質通過。所述擋板314的直徑與環形凸起的內徑相吻合，環形凸起內側設置有凸塊用于支撐所述擋板314;環形凸起和翻邊之間設置有密封圈。所述擋板314的直徑與環形凸起的外徑相吻合，擋板314位于翻邊和環形凸起的中間且三者通過螺栓或螺絲緊固在一起;環形凸起與擋板314之間以及翻邊與擋板314之間均設置有密封圈。所述第一端蓋312朝向第一殼體311—側板面呈圓錐狀，圓錐狀的錐頭朝向遠離第一殼體311的一側，雜質排放口設置在錐頭位置處。第一殼體311和第一端蓋312均由不銹鋼材料制成。
[0031 ]實施例一中的第一過濾單元31由三個單油水分離器構成，第一個單油水分離器的出氣口連通第二個單油水分離器的進氣口，第二個單油水分離器的出氣口連通第三個單油水分離器的進氣口。
[0032]參閱圖2，實施例二，包括兩個第一過濾單元31，高壓氦氣罐11依次通過閥門、第一過濾單元31與集氣罐20相連，集氣罐20依次通過另一個第一過濾單元31、閥門后與冷干機40相連，冷干機40通過減壓閥PV與氦氣分離單元50相連，氦氣分離單元50經過壓縮栗60、第二過濾單元32、閥門后與低壓氦氣罐12相連。將其中第一過濾單元31設置在集氣罐20的前面，可以減少集氣罐20的污染，能在一定程度上保證集氣罐20的潔凈度。
[0033]優選地，所述的高壓氦氣罐11依次通過手動閥V1、電磁閥EVl后與第一過濾單元31相連，集氣罐20上設置有用于監測集氣罐20內氣體壓力的壓力表Pl和用于排除油水的手動閥V2，另一個第一過濾單元31通過電磁閥EV2與冷干機40相連，氦氣分離單元50上設置有用于排放純化后廢氣的手動閥V3，壓縮栗60依次通過流量計70、壓力傳感器P2、電磁閥EV3、手動閥V4與低壓氦氣罐12相連，手動閥V1、V4以及電磁閥EV1、EV2、EV3均用于控制管路通斷。這些手動閥、電磁閥、壓力表、壓力傳感器以及流量計70的設置與實施例一中的相同，這里就不再贅述。
[0034]優選地，所述的兩個第一過濾單元31和第二過濾單元32均為雙油水過濾器，當然，這里的第二過濾單元32也可以為單油水過濾器。雙油水過濾器如圖4所示，其包括第二殼體331以及套設在第二殼體331外側的第三殼體332，所述第二殼體331的內部形成第二空腔333，第二殼體331和第三殼體332之間形成第三空腔334，第三殼體332上部開設有進氣口連通第三空腔334且開設有出氣口連通第二空腔333，第三殼體332下部的第二端蓋335上開設有雜質排放口，第二空腔333靠近第二端蓋335的一側與雜質排放口連通，第三空腔334靠近第二端蓋335的一側與雜質排放口連通。雙油水過濾器在本公司同日申請的實用新型專利《油水過濾器》中已經詳細的進行了闡述，包括其結構、工作原理，這里就不再詳細描述。
[0035]參閱圖6，作為本實用新型的優選方案，所述的氦氣分離單元50包括膜組件51以及套設在膜組件51外側的外殼52，膜組件51上設置有用于導入氣體的進氣口、用于排出純化后氣體的出氣口以及用于排放廢氣的排氣口，外殼52上設置有進氣口、出氣口和排氣口，外殼52上的出氣口、排氣口分別與膜組件51的出氣口、排氣口相連通。氦氣分離單元50在本公司同日申請的專利《純化氣體膜分離裝置》中已經詳細記載，這里就不再贅述。
【主權項】
1.一種廢氦氣純化回收系統，其特征在于:包括與檢漏配氣系統中高壓氦氣罐(11)相連的集氣罐(20)，集氣罐(20)排出的氣體經過減壓閥PV與氦氣分離單元(50)相連，高壓氦氣罐(11)和減壓閥PV之間的管路上設置有閥門和第一過濾單元(31)，第一過濾單元(31)用于過濾待提純氣體中的雜質，氦氣分離單元(50)用于對氦氣進行提純后輸出。2.如權利要求1所述的廢氦氣純化回收系統，其特征在于:所述的氦氣分離單元(50)輸出的純化后的氦氣經過壓縮栗(60)加壓后輸送至檢漏配氣系統中的低壓氦氣罐(12)中，氦氣分離單元(50)和低壓氦氣罐(12)之間的管路上設置有閥門和第二過濾單元(32)，第二過濾單元(32)用于避免低壓氦氣罐(12)中的雜質對本系統造成污染。3.如權利要求2所述的廢氦氣純化回收系統，其特征在于:所述的高壓氦氣罐(11)通過閥門與集氣罐(20)相連，集氣罐(20)通過閥門與第一過濾單元(31)相連，第一過濾單元(31)依次通過冷干機(40)、減壓閥PV與氦氣分離單元(50)相連，氦氣分離單元(50)通過閥門與壓縮栗(60)相連，壓縮栗(60)通過第二過濾單元(32)、閥門后與低壓氦氣罐(12)相連。4.如權利要求3所述的廢氦氣純化回收系統，其特征在于:所述的高壓氦氣罐(11)依次通過手動閥V1、電磁閥EVl與集氣罐(20)相連，集氣罐(20)上設置有用于監測集氣罐(20)內氣體壓力的壓力表Pl和用于排除油水的手動閥V2，集氣罐(20)和第一過濾單元(31)之間的管路上設置有電磁閥EV2，氦氣分離單元(50)上設置有用于排放純化后廢氣的手動閥V3，氦氣分離單元(50)和壓縮栗(60)之間的管路上設置有電磁閥EV3，壓縮栗(60)依次通過壓力傳感器P2、流量計(70)、第二過濾單元(32)、手動閥V4與低壓氦氣罐(12)相連，手動閥Vl、V4以及電磁閥EVl、EV2、EV3均用于控制管路通斷。5.如權利要求4所述的廢氦氣純化回收系統，其特征在于:所述的第一過濾單元(31)由多個單油水過濾器依次串聯而成且多個單油水過濾器中的填料相異，第二過濾單元(32)為單油水過濾器;單油水過濾器包括第一殼體(311)，第一殼體(311)呈桶狀且其開口朝下設置，第一殼體(311)的開口位置處設置有與其相適配的第一端蓋(312)，第一端蓋(312)和第一殼體(311)圍合而成的第一空腔(313)中填充有填料，第一殼體(311)靠近開口一側的周壁上設置有進氣口，第一殼體(311)的頂部設置有出氣口，第一端蓋(312)上開設有雜質排放口，第一空腔(313)的底部設置有擋板(314)用于阻擋填料且允許油水進入到雜質排放口中。6.如權利要求2所述的廢氦氣純化回收系統，其特征在于:包括兩個第一過濾單元(31)，高壓氦氣罐(11)依次通過閥門、第一過濾單元(31)與集氣罐(20)相連，集氣罐(20)依次通過另一個第一過濾單元(31)、閥門后與冷干機(40)相連，冷干機(40)通過減壓閥PV與氦氣分離單元(50)相連，氦氣分離單元(50)經過壓縮栗(60)、第二過濾單元(32)、閥門后與低壓氦氣罐(12)相連。7.如權利要求6所述的廢氦氣純化回收系統，其特征在于:所述的高壓氦氣罐(11)依次通過手動閥V1、電磁閥EVl后與第一過濾單元(31)相連，集氣罐(20)上設置有用于監測集氣罐(20)內氣體壓力的壓力表Pl和用于排除油水的手動閥V2，另一個第一過濾單元(31)通過電磁閥EV2與冷干機(40)相連，氦氣分離單元(50)上設置有用于排放純化后廢氣的手動閥V3，壓縮栗(60)依次通過流量計(70)、壓力傳感器P2、第二過濾單元(32)、電磁閥EV3、手動閥V4與低壓氦氣罐(12)相連，手動閥V1、V4以及電磁閥EV1、EV2、EV3均用于控制管路通斷。8.如權利要求7所述的廢氦氣純化回收系統，其特征在于:所述的兩個第一過濾單元(31)和第二過濾單元(32)均為雙油水過濾器，雙油水過濾器包括第二殼體(331)以及套設在第二殼體(331)外側的第三殼體(332)，所述第二殼體(331)的內部形成第二空腔(333)，第二殼體(331)和第三殼體(332)之間形成第三空腔(334)，第三殼體(332)上部開設有進氣口連通第三空腔(334)且開設有出氣口連通第二空腔(333)，第三殼體(332)下部的第二端蓋(335)上開設有雜質排放口，第二空腔(333)靠近第二端蓋(335)的一側與雜質排放口連通，第三空腔(334)靠近第二端蓋(335)的一側與雜質排放口連通。9.如權利要求1-8任一項所述的廢氦氣純化回收系統，其特征在于:所述的氦氣分離單元(50)包括膜組件(51)以及套設在膜組件(51)外側的外殼(52)，膜組件(51)上設置有用于導入氣體的進氣口、用于排出純化后氣體的出氣口以及用于排放廢氣的排氣口，外殼(52)上設置有進氣口、出氣口和排氣口，外殼(52)上的出氣口、排氣口分別與膜組件(51)的出氣口、排氣口相連通。
【文檔編號】C01B23/00GK205575645SQ201620312707
【公開日】2016年9月14日
【申請日】2016年4月13日
【發明人】劉朝明, 郭會軍, 黃衛, 羅輝, 魯驥, 趙俊, 張茜
【申請人】安徽萬瑞冷電科技有限公司