CN103386238A

CN103386238A - 用于净化气体的除油装置

Info

Publication number: CN103386238A
Application number: CN2012101477381A
Authority: CN
Inventors: 胡忠军; 李青; 张宁; 李强
Original assignee: Technical Institute of Physics and Chemistry of CAS
Current assignee: Beijing Zhongke Fu Hai Low Temperature Technology Co., Ltd.
Priority date: 2012-05-11
Filing date: 2012-05-11
Publication date: 2013-11-13
Anticipated expiration: 2032-05-11
Also published as: CN103386238B

Abstract

本发明涉及一种用于净化气体的除油装置，其包括：凝聚式过滤器件、吸附器件；凝聚式过滤器件包括：第一外壳及第一滤芯，第一外壳上开设有第一进气口及第一排气口；吸附器件包括：第二外壳及吸附剂，第二外壳上开设有第二进气口及第二排气口，第二进气口与第一排气口管道连接。待净化气体通过第一进气口进入凝聚式过滤器件，除去液相油的气体由第一排气口排出；然后从第二进气口进入吸附器件；除去油蒸汽的气体由第二排气口排出。本发明在过滤器件和吸附器件进气口设置导流机构，使得气流均匀，有效去除气体中的微量油，初始和饱和压力损失较低；可靠性高，维护简单，使用寿命长。

Description

用于净化气体的除油装置

技术领域

本发明涉及大型低温制冷技术领域，特别涉及一种除油装置，用于除去氦气等气体中的微量油，对气体进行净化。本发明的除油装置也适用于化工和国防工业等领域的各种气体中去除微量油的精制系统。

背景技术

稳定而洁净的高压气源是大型低温系统流程得以实现的前提。由于氦气是最难液化的气体，因此在低温系统中广泛使用氦气作为循环工质。因氦气压缩绝热指数大，处理压缩氦气产生的高热方面需要采用有效的冷却方式以提高绝热效率。美国费米(Fermi)国家加速器实验室于1979年在粒子加速器(“TEVATRON”)氦低温系统中首次使用喷油螺杆压缩机，有效的降低了压缩机的排气温度，由于喷油螺杆压缩机具有的独特性能，因此得到了广泛的应用。

润滑油在氦气喷油式螺杆压缩机中的应用主要有三点：冷却、润滑和密封。将润滑的油液充分雾化，均匀地喷入工作气体中，油雾与工作气体之间达到了充分的混合，工作气体压缩所产生的热量，充分地传给了油雾，起到了很好的热交换。润滑油有效地密封螺杆之间的缝隙，减小了压缩机出入口之间的内部泄漏，提高了压缩机的容积效率。

但是，以气体轴承氦透平膨胀机技术为主的大型低温制冷系统中，由于膨胀后的温度≤20K，进入液氢和液氦温区，如果润滑油蒸汽进入透平膨胀机，将会变成固体颗粒，对透平膨胀机叶轮造成冲击点蚀，严重时还可能打坏叶片。如果油蒸汽进入低温换热器通道，将冻结在换热器表面，增加了热阻，降低了换热效率，甚至阻塞流道，造成氦气流不畅通，氦制冷循环受阻。而且，润滑油一旦进入换热器等部件将无法得以清除，危害极大。

此外，应用于航天工业低温系统的气源在生成、储运、增压和使用过程中的每个环节都有可能产生微量的油污染，这些杂质油在低温下会变为固态，将引起堵塞管路阀门、影响机械配合、划伤动密封结构、影响密封、造成毛细管或过滤网堵塞，将降低整个系统的使用寿命。

现有技术中存在多种除油装置，如申请号为201120082229.6，公告号为CN201988217U的中国实用新型专利，它由除油室、进风口、排风口、排风通道a、排风通道b、换热管束、多滤芯过滤器、换热器及排油阀构成。但现有技术中的除油装置不能有效去除气体中的油污，可靠性低，无法保证气流均匀，不能应用于大型低温系统。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题是提供一种精密除油装置，以克服上述缺陷，解决现有除油装置可靠性低、无法保证气流均匀的问题。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提供一种用于净化气体的除油装置，其包括：凝聚式过滤器件、吸附器件；

凝聚式过滤器件包括：第一外壳及第一滤芯，第一外壳上开设有第一进气口及第一排气口，第一滤芯收容于所述第一外壳内，用于除去待净化气体中的液相油；

吸附器件包括：第二外壳及吸附剂，第二外壳上开设有第二进气口及第二排气口，第二进气口与第一排气口管道连接，吸附剂填充于所述第二外壳内，用于除去气体中的油蒸汽。

其中，所述第一外壳的长径比在4-15之间，所述第一滤芯的上端开口，下端设有一底盖。

其中，所述第一滤芯包括内衬、外衬及缠绕在内衬和外衬之间的滤纸；所述内衬、外衬为不锈钢材质，所述滤纸为纳米级玻璃纤维纸。

其中，所述第一滤芯的底盖中心还设有螺纹孔。

其中，所述凝聚式过滤器件还包括用于固定所述第一滤芯的固定组件，所述固定组件包括：

固定帽，固定设于第一进气口的侧壁上，所述固定帽为具有内螺纹的螺帽；

拉杆，其一端开设有与所述固定帽的内螺纹相配合的外螺纹，另一端固定连接于第一滤芯的底盖中心的螺纹孔。

其中，其特征在于，所述凝聚式过滤器件的第一外壳包括上、下两部分，该上、下两部分通过法兰连接在一起。

其中，所述法兰是一对阴阳配合的法兰片，分别焊接在第一外壳的上、下两部分上，在更换和装配第一滤芯时用于打开第一外壳。

其中，所述法兰片焊接在第一外壳高度方向距离底部1/10-1/4处。

其中，所述凝聚式过滤器件还包括设置于所述第一进气口的第一导流组件。

其中，所述第一导流组件包括：

多个圆弧形导流叶片，固定设置于第一进气口侧壁上；

锥形均流器，固定设置于第一进气口侧壁上，且位于导流叶片的下方；及

锥形扩散器，固定设置于所述第一滤芯的底盖上。

其中，每个导流叶片呈90～120度；所述锥形均流器的一端开设有沿其轴向延伸的锥形豁口，所述锥形豁口为5～15度；锥形扩散器还开设有与所述底盖的螺纹孔大小相匹配的小孔。

其中，所述凝聚式过滤器件至少为两个且依次串联。

其中，所述第二外壳的长径比在1～10之间。

其中，所述吸附剂为果壳、煤质活性炭、沸石分子筛、硅胶、活性氧化铝中的一种或多种。

其中，所述吸附器件还包括设置于第二外壳内的第二导流组件，所述第二导流组件为锥度为120～170度的多孔锥面。

其中，所述第二导流组件为两个，并分别设置于所述第二外壳的两端。

其中，所述除油装置还包括除尘器件，所述除尘器件包括：

第三外壳，所述第三外壳上开设有第三进气口和第三排气口，第三进气口与所述第二排气口管道连接；及

第二滤芯，固定于所述第三外壳内，所述第二滤芯包括内衬及缠绕在内衬上的丝毡。

除尘器件用于除去气体中的粉尘。

其中，所述第二滤芯的内衬为不锈钢材质，所述丝毡为羊毛毡或不锈钢丝毡。

其中，所述气体为氦气、氮气、二氧化碳、一氧化碳、甲烷、氢气、氩气、氖气或空气中的一种或多种。

(三)有益效果

本发明上述技术方案所提供的除油装置，通过凝聚式过滤器件将待净化气体中的液相油(即微量油滴)进行过滤，再通过吸附器件对气体中的油蒸汽进行吸附，从而有效除去了待净化气体中的微量油含量；由于本发明在凝聚式过滤器件和吸附器件进气口设置特定的导流机构，使得气流均匀，有效去除氦气中的微量油含量，初始和饱和压力损失较低；该装置结构简单、操作方便、可靠性高，从而能够大大降低成本、维护简单，且适用于大型低温制冷系统、航天推进系统氦气的净化以及光纤或集成电路等氦气消耗量大并使用氦气回收和氦气精制的场合。

以上说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。

附图说明

图1是本发明实施例提出的用于净化气体的除油装置的结构示意图。

图2是图1中除油装置的凝聚式过滤器件的具体结构示意图。

图3是图1中除油装置的吸附器件的具体结构示意图。

图4是图2中的凝聚式过滤器件内的气流分布示意图。

图5是本发明实施例提出的具有两级凝聚式过滤器件的精密除油装置的结构示意图。

图6为第一导流组件的结构示意图。

图6a为第一导流组件中锥形均流器的放大图。

图7为本发明实施例提供的循环压缩系统的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

现在参考图1～图6，本实施例的用于净化气体的除油装置10包括凝聚式过滤器件100、吸附器件200以及除尘器件300。在此，吸附器件200与凝聚式过滤器件100、除尘器件300分别相连。

凝聚式过滤器件100用于除去待净化气体中的液相油，即微量油滴，其包括第一外壳110、第一滤芯120、固定组件130及第一导流组件。

第一外壳110为密封结构，在形状上大致成圆柱体，且第一外壳110的长径比在4～15之间，第一外壳110上还开设有第一进气口112及第一排气口114。

第一滤芯120收容于第一外壳110内，第一滤芯120上端开口、下端设有一底盖122。第一滤芯120包括内衬124、外衬126及缠绕在内衬124和外衬126之间的滤纸128。

内衬124及外衬126均采用不锈钢材质，一方面可以提高第一滤芯120的强度和防腐能力；另一方面，采用内衬及外衬的结构扩大了第一滤芯120的表面积，保证了过滤的高效率和较低的压降。

滤纸128采用超细纳米级玻璃纤维纸，待净化气体中的微米及以下量级的油微粒在经过滤纸128过程中，逐渐形成油滴，并逐渐长大，当运动到第一滤芯120外表面时，由于油的表面张力而聚集、流下。

以氦气为例，氦气通过第一外壳110上的第一进气口112进入第一滤芯120，氦气中的微量油滴在通过第一滤芯120的过程中，逐渐形成油滴，并逐渐长大，当运动到第一滤芯120外表面时，由于油的表面张力而聚集、流下。过滤后的气体经第一外壳110上的第一排气口114排出。由于氦气的粘性系数很小，极易穿破滤纸128，当氦气穿过第一滤芯120时，其移动方向改变，流速降低，此时对油的携带能力很小，氦气中的液相油成分分离。可以理解，纳米级玻璃纤维纸的密度也影响过滤效果，密度较大时，油微粒通过玻璃纤维纸后会溅起泡沫产生油雾；密度较小时，油微粒会穿透玻璃纤维纸而达不到过滤效果，因此在实际中会针对不同的气体对纳米级玻璃纤维纸的滤纸密度进行优化。

固定组件130用于将第一滤芯120固定在第一外壳110内部，固定组件130包括固定帽132、拉杆134。

固定帽132，固定设于第一进气口112的侧壁上，固定帽132为具有内螺纹的螺帽；

拉杆134，其一端开设有与固定帽132的内螺纹相配合的外螺纹，另一端固定连接于第一滤芯120的底盖122中心的螺纹孔；这样拉杆134两端分别与固定帽132及第一滤芯120的底盖固定连接，从而实现第一滤芯120的固定。

凝聚式过滤器件100的第一外壳110包括上、下两部分，该上、下两部分通过法兰136连接在一起。所述法兰136是一对阴阳配合的法兰片，分别焊接在第一外壳的上、下两部分上，在更换和装配第一滤芯120时用于打开第一外壳。所述法兰片焊接在第一外壳110高度方向距离底部1/10～1/4处。

第一导流组件包括：多个导流叶片142、锥形均流器144及锥形扩散器146。

导流叶片142固定设置于第一进气口112侧壁上，每个导流叶片呈90～120度。

锥形均流器144，固定设置于第一进气口112侧壁上，且位于导流叶片142的下方；锥形均流器144的一端开设有沿其轴向延伸的锥形豁口1442，锥形豁口1442为5～15度；及

锥形扩散器146，固定设置于第一滤芯120的底盖122上，锥形扩散器146还开设有与底盖122螺纹孔的大小相匹配的小孔(图中未显示)，且拉杆134正好从该小孔通过。

可以理解，由于实际中待净化气体本身的性质的差异性及对气体中油的含量要求有所不同，对凝聚式过滤器件100的级数要求也有所差异。在本实施例中，凝聚式过滤器件100至少为两级且依次串联，即，前一个凝聚式过滤器件外壳上的排气口与后一个凝聚式过滤器件外壳上的进气口管道连通，参见图5。这样经过前一凝聚式过滤器件过滤后的气体经排气口排出并通过下一级凝聚式过滤器件的进气口进入，进行再次过滤，直至达到净化的目标。

以氦气为例，凝聚式过滤器件100为三级，分别为AO级100a、AA级100b及AX级100c，参见图7。AO级进气口氦气油含量≤25mg/m³；AA级进气口氦气油含量≤10mg/m³；AX级进气口氦气油含量≤1mg/m³，经过上述各级凝聚式过滤器件处理后，其相应的氦气中微量液相油的含量分别为0.5ppm(mg/m³)、0.01ppm(mg/m³)、0.001ppm(mg/m³)。可见经过多级凝聚式过滤器件处理后气体中的液相油含量明显减少。

吸附器件200，用于除去气体中的油蒸汽，其包括第二外壳210、吸附剂220及第二导流组件213。

第二外壳210为密封壳体，大致成圆柱体，且第二外壳210的长径比在1～10之间，第二外壳210上开设有第二进气口212及第二排气口214，第二进气口212与第一排气口114通过管道进行连接。

吸附剂220为果壳、煤质活性炭、沸石分子筛、硅胶、活性氧化铝中的一种或多种。

参见图3，第二导流组件213设置于第二外壳210内，第二导流组件213为锥度为120～170度的多孔锥面，这样气流不会直接冲击吸附剂220，可以理解，待净化的气体经过凝聚式过滤器件100过滤后，其中的大部分液相油滴被过滤，但是，还有剩余的气相的油蒸汽经过凝聚式过滤器件100时无法过滤，因此，本发明实施例提供的吸附器件200主要用来吸附经过凝聚式过滤器件100过滤后的气体中的气相油蒸汽，以满足工业的需要。

以氦气为例，经三级凝聚式过滤器件100过滤后氦气中微量液体油的含量为0.001ppm(mg/m³)，此时氦气通过凝聚式过滤器件100上的第一排气口114排出，并通过第二进气口212进入吸附器件200，在吸附剂220的吸附作用下，并通过第二排气口214排出氦气，此时，氦气中微量油蒸汽和残余液体油的总含量≤0.003ppm(mg/m³)。

可以理解，待净化的气体经过凝聚式过滤器件100的过滤作用、吸附器件200的吸附作用后，其中的绝大部分油滴及油蒸汽被过滤吸收，但是，在上述过程中难免带入吸附器件200内的吸附剂220粉化后的粉尘及气体中原有的杂质，因此，本发明提供的除尘器件300用于除去气体中的粉尘及杂质。具体地，从吸附器件200第二排气口214排出的气体进入除尘器件300，除去其中的杂质。

本发明实施例优选氦气为待净化的气体，可以理解，待净化气体还可以为氮气、二氧化碳、一氧化碳、甲烷、氢气、氩气、氖气或空气中的一种或多种气体的混合。

图7为本发明实施例提供的一种循环压缩系统，其包括循环压缩机20、上述的除油装置10、油粗分离器30、回油系统40、油冷却器50及油泵60。

循环压缩机20用于压缩气体，为喷油螺杆压缩机。

除油装置10的第一外壳110上还开设有与循环压缩机20通过管道连接的第一排油口，第一排油口将第一外壳110中的油滴通入循环压缩机20中。

油粗分离器30包括：第四外壳，为密封壳体。第四外壳还包括：第四进气口、第四排气口及第二排油口。

第四进气口与循环压缩机20通过管道连接，循环压缩机20压缩后的高温高压气体通过第四进气口进入油粗分离器30内，其中气体内的油滴在油粗分离器30进行分离；第四排气口与凝聚式过滤器件100的第一进气口112通过管道连接，气体经过第四排气口排出后，经过第一进气口112导入除油装置10；第二排油口，用于将油粗分离器30的油滴导入循环压缩机20中。

可以理解，油粗分离器30可以省略，此时循环压缩机20通过管道直接与除油装置10的第一进气口112连接。

回油系统40，包括回油阀401和油位控制机构402。

油冷却器50，分别与第二排油口及油泵60管道连接，油冷却器50用于将从油粗分离器30分离出来的液态油进行冷却，并通过油泵60将油滴输送至循环压缩机20进行再次利用。

以氦气为例，循环压缩机20将氦气进行压缩形成高温高压气体，由于循环压缩机20采用喷油螺杆压缩机，循环压缩机20中的部分油蒸汽会进入氦气中，且原有氦气中可能还有部分的油及杂质，经压缩后的高温高压的氦气通过管道及第四进气口进入油粗分离器30内，这样氦气中的高压油滴在油粗分离器30内进行粗分离，过滤掉直径大于5μm的油滴，并沉积在油粗分离器30的底部，并通过第二排油口排出，再经过油冷却器50进一步冷却，此时油滴的温度进一步下降，并通过油泵60将油滴输送至循环压缩机20进行再次利用；另外，直径在0.01～5μm的油滴形成的气溶胶随高温高压的氦气通过第四排气口排出，再经过油冷却器50冷却后通过第一进气口112进入除油装置10中进行精密过滤，经过除油装置10过滤后部分的油滴通过第一排油口排出，并经回油系统40进入循环压缩机20中继续利用，同时，氦气进入下一级除油装置10。

本发明上述实施例提供的精密除油装置，通过凝聚式过滤器件对待净化气体中的微量油滴过滤，再通过吸附器件对气体中的油蒸汽进行吸附，从而有效除去了待净化气体中的微量油含量。由于本发明装置结构简单、操作方便、可靠性高，从而能够大大降低成本、维护简单，且适用于大型低温制冷系统、航天推进系统氦气的净化以及光纤、集成电路等氦气消耗量大并使用氦气回收和氦气精制的场合。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。

Claims

1.一种用于净化气体的除油装置，其特征在于，其包括：凝聚式过滤器件、吸附器件；

2.根据权利要求1所述的除油装置，其特征在于，所述第一外壳的长径比在4～15之间，所述第一滤芯的上端开口，下端设有一底盖。

3.根据权利要求1或2所述的除油装置，其特征在于，所述第一滤芯包括内衬、外衬及缠绕在内衬和外衬之间的滤纸；所述内衬、外衬为不锈钢材质，所述滤纸为纳米级玻璃纤维纸。

4.根据权利要求2所述的除油装置，其特征在于，所述第一滤芯的底盖中心还设有螺纹孔。

5.根据权利要求4所述的除油装置，其特征在于，所述凝聚式过滤器件还包括用于固定所述第一滤芯的固定组件，所述固定组件包括：

6.根据权利要求1、2或4所述的除油装置，其特征在于，所述凝聚式过滤器件的第一外壳包括上、下两部分，该上、下两部分通过法兰连接在一起。

7.根据权利要求6所述的除油装置，其特征在于，所述法兰是一对阴阳配合的法兰片，分别焊接在第一外壳的上、下两部分上，在更换和装配第一滤芯时用于打开第一外壳。

8.根据权利要求7所述的除油装置，其特征在于，所述法兰片焊接在第一外壳高度方向距离底部1/10～1/4处。

9.根据权利要求1所述的除油装置，其特征在于，所述凝聚式过滤器件还包括设置于所述第一进气口的第一导流组件。

10.根据权利要求9所述的除油装置，其特征在于，所述第一导流组件包括：

多个圆弧形导流叶片，固定设置于第一进气口侧壁上；

锥形扩散器，固定设置于所述第一滤芯的底盖上。

11.根据权利要求10所述的除油装置，其特征在于，每个导流叶片呈90～120度；所述锥形均流器的一端开设有沿其轴向延伸的锥形豁口，所述锥形豁口为5～15度；锥形扩散器还开设有与所述底盖的螺纹孔大小相匹配的小孔。

12.根据权利要求1或2所述的除油装置，其特征在于，所述凝聚式过滤器件至少为两个且依次串联。

13.根据权利要求1或2所述的除油装置，其特征在于，所述第二外壳的长径比在1～10之间。

14.根据权利要求1或2所述的除油装置，其特征在于，所述吸附剂为果壳、煤质活性炭、沸石分子筛、硅胶、活性氧化铝中的一种或多种。

15.根据权利要求1或2所述的除油装置，其特征在于，所述吸附器件还包括设置于第二外壳内的第二导流组件，所述第二导流组件为锥度为120～170度的多孔锥面。

16.根据权利要求15所述的除油装置，其特征在于，所述第二导流组件为两个，并分别设置于所述第二外壳的两端。

17.根据权利要求1所述的除油装置，其特征在于，所述除油装置还包括除尘器件，所述除尘器件包括：

18.根据权利要求17所述的除油装置，其特征在于，所述第二滤芯的内衬为不锈钢材质，所述丝毡为羊毛毡或不锈钢丝毡。

19.根据权利要求1所述的除油装置，其特征在于，所述气体为氦气、氮气、二氧化碳、一氧化碳、甲烷、氢气、氩气、氖气或空气中的一种或多种。