CN103626142B - 一种氦气低压回收、纯化及储藏装置及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种氦气低压回收、纯化及储藏装置，包括管道系统以及由所述管道系统相连通的压缩系统、过滤纯化系统以及在末端的氦气储藏系统，所述过滤纯化系统包括粗氦过滤器、油水分离器、冷干机和吸附筒，所述粗氦过滤器安装在压缩系统的进气管上，油水分离器、冷干机和吸附筒分别安装于压缩系统的出气管上；还公开了使用上述装置进行回收、纯化及储藏浮空器中氦气的方法；本发明采用单级压缩、低温吸附、多级过滤结构，氦气的回收及净化率高，此外，本发明还具有结构简单紧凑、使用简便、制造成本低、可便携、方便转运的优点。

Description

一种氦气低压回收、纯化及储藏装置及其使用方法

技术领域

本发明涉及一种氦气回收技术，特别涉及一种氦气低压回收、纯化及储藏装置及其使用方法。

背景技术

浮空器是一种利用轻于空气的气体产生静升力而克服自身重力的飞行器，包括飞艇、系留气球、系留艇和气囊式飞行器等。目前，用于浮空器的气体主要包括轻质气体和热气。轻质气体有氢气、氦气、甲烷、氨气、天然气和煤气等，热气主要有热空气和水蒸气。由于氦气是一种惰性气体、不可燃，因此，氦气是浮空器中最常用的浮升气体。

氦气具有浮升效率高、安全性好等优点，但氦气是一种稀有气体资源，它在空气中含量约为百万分之五，获取氦气唯一经济可行的途径是从富含氦气的天然气中萃取，而我国的氦气资源十分匮乏，氦气基本依赖进口。因此，不仅要充分合理提取天然气中的氦气，更重要的是要对用过的氦气进行回收再利用。为了使浮空器设备内的氦气可以重复使用，并保持原有升力，需要对浮空器内的氦气进行快速回收和纯化。

目前，已有的氦气回收提纯装置主要是针对工业领域，设备笨重庞大，价格高，且移动性差，专门针对浮空器且可便携、成本低、方便转运的氦气回收装置很少。目前已有的氦气回收装置主要有低温分馏、高压回收、液氦提纯回收、净化膜分离等类型。

低温分馏技术的工艺较复杂,且对设备的要求高，要求设备能耐受高压和超低温。高压回收装置对氦气都采用多级压缩结构，对装置的压缩机设备要求较高，而且高压对储气罐的要求也比较高，易发生安全事故。液氦提纯回收装置提纯后的氦气纯度较高，但该装置采用的冷凝剂一般都是采用液氮或液氖，对冷凝剂的消耗也比较大。净化膜分离设备对氦气的纯度有很大要求，且净化膜技术不成熟，因此，没有得到大范围的推广应用。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种结构简单紧凑、使用简便安全、制造成本低、可便携、方便转运的氦气低压回收、纯化及储藏装置。

本发明的另一目的在于提供使用上述氦气低压回收、纯化及储藏装置快速回收、纯化及储藏浮空器中氦气的方法。

本发明的目的通过下述技术方案实现：一种氦气低压回收、纯化及储藏装置，包括管道系统以及由所述管道系统相连通的压缩系统、过滤纯化系统以及在末端的氦气储藏系统，所述过滤纯化系统包括粗氦过滤器、油水分离器、冷干机和吸附筒，所述粗氦过滤器安装在压缩系统的进气管上，油水分离器、冷干机和吸附筒分别安装于压缩系统的出气管上。

进一步的，所述管道系统包括连接所述压缩系统、过滤纯化系统以及氦气储藏系统的管道、设置在始端的进气探头、控制压缩系统进气的进气阀、控制压缩系统出气的出气阀以及向氦气储藏系统充气的高压充气排。

进一步的，过滤纯化系统还包括初级过滤器，所述管道系统还包括调节压缩系统排出气压的调压阀，所述进气探头、粗氦过滤器、进气阀、压缩系统、出气阀、调压阀、初级过滤器、油水分离器、冷干机、吸附筒、高压充气排以及氦气储藏系统通过管道依次连接。

进一步的，所述进气探头为均布有多个吸气孔的球形进气探头并与管道相连。

进一步的，还包括连接在氦气储藏系统和压缩系统上的过载保护传感装置，过载保护传感装置包括温度传感器、压力传感器和电磁阀，所述温度传感器和压力传感器分别与电磁阀连接，当氦气储藏系统的温度或压力超过设定的值时，电磁阀控制压缩系统停机。

进一步的，所述氦气储藏系统包括低压储气罐，所述温度传感器和压力传感器与所述低压储气罐相连接。

进一步的，所述压缩系统为双螺杆氦气压缩机，双螺杆氦气压缩机公称容积流量为8m³/min,额定排气压力为0.8MPa。

进一步的，所述吸附筒包括用于过滤气体的填充物，所述填充物是活性炭、活性氧化铝或分子筛。

一种回收、纯化及储藏浮空器中氦气的方法，使用上述氦气低压回收、纯化及储藏装置，具体包括以下步骤：

a.通过球形进气探头上的吸气孔对浮空器中的粗氦进行吸收；

b.吸进的粗氦首先经过粗氦过滤器，过滤出粗氦中的粗大颗粒；

c.然后再进入压缩系统进行压缩，被压缩的氦气经过调压阀对气压进行控制以达到设定的要求；

d.接着氦气经过油水分离器去除经压缩后气体中的油和水；

e.经过去水和油后的氦气经过冷干机进行降温和干燥；

f.降温和干燥后的氦气经吸附筒吸附出氦气中残留的气体杂质；

g.经过吸附净化后的氦气经高压充气排充入氦气储藏系统进行储藏待用。

进一步的，步骤d之前氦气经过初级过滤器进行初步过滤，进一步滤除剩余的气体杂质。

本发明的工作原理：浮空器内的氦气通过进气探头和粗氦过滤器过滤掉一些较粗大颗粒后进行压缩，再进入初级过滤器，进一步滤除剩余的气体杂质，初级过滤后的氦气再进入到油水分离器除去油雾及初步干燥，然后进入到冷干机进行降温干燥，冷干机后面还接入了吸附筒，采用低温吸附对氦气进行提纯，经过上述单级压缩、低温吸附、多级过滤后能显著提高氦气的回收及净化率。

本发明相对于现有技术具有如下的优点及效果：

1、本发明采用单级压缩、低温吸附、多级过滤结构，可以让回收后的氦气纯度更高，且氦气的回收及净化率高，此外，本发明还具有以下优点：结构简单紧凑、使用简便、制造成本低、可便携、方便转运，可避免氦气的浪费，具有广阔的市场应用与推广前景。

2、本发明的压缩系统采用的是双螺杆低压氦气压缩机，双螺杆低压氦气压缩机的结构简单，易损器件少，检修周期长，容积效率高，排气温度低，这不仅提高了氦气的回收率，而且使本发明的日常维护简单，节约成本。

3、本发明在压缩系统与氦气储藏系统之间连接有温度传感器和压力传感器，当储气罐内的温度和压力超过设定的温度值或压力值时，就会通过电磁阀控制压缩系统停机，将确保工作人员的安全及防止设备的损坏。

4、本发明采用的是低压储气罐，并且储气罐还装有压力表和超压泄放装置，因此可以避免高压情况下发生危险事故，大大地减少储气罐爆炸事故发生的几率，提高了作业的安全性。

5、本发明的进气探头为均布有多个吸气孔的球形进气探头并与管道相连，采用这结构后，不仅氦气回收快速而且可以避免浮空器的蒙皮吸入管道导致无法吸取氦气，即便浮空器的气囊变瘪后也能保证不至于堵塞全部吸气孔直到抽完所有的氦气。

6、在压缩系统出气端处设置有调压阀，可保证提供稳定连续的气体流量。

附图说明

图1是本发明氦气低压回收、纯化及储藏装置示意图。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

实施例一：

如图1所示,一种氦气低压回收、纯化及储藏装置，包括管道系统以及由所述管道系统相连通的压缩系统1、过滤纯化系统以及在末端的氦气储藏系统4，所述过滤纯化系统包括粗氦过滤器301、油水分离器303、冷干机304和吸附筒305，所述粗氦过滤器301安装在压缩系统1的进气管上，油水分离器303、冷干机304和吸附筒305分别安装于压缩系统1的出气管上，冷干机304和吸附筒305配合使用达到低温吸附的效果。

其中，所述管道系统包括连接所述压缩系统1、过滤纯化系统以及氦气储藏系统4的管道2、设置在始端的进气探头201、控制压缩系统1进气的进气阀203、控制压缩系统1出气的出气阀204以及向氦气储藏系统4充气的高压充气排207，所述进气探头201为均布有多个吸气孔3的球形进气探头并与管道2相连。

如图1所示,还包括连接在氦气储藏系统4和压缩系统1上的过载保护传感装置，过载保护传感装置包括温度传感器501、压力传感器502和控制压缩系统1停机的电磁阀503，所述温度传感器501和压力传感器502分别与电磁阀503连接。

优选的，所述氦气储藏系统4包括低压储气罐401，低压储气罐401上装有压力表402、安全阀403和排污阀404，所述温度传感器501和压力传感器502与所述低压储气罐401相连接，当低压储气罐401里面气体的温度或压力超过氦气储藏系统4设定的值时，电磁阀503控制压缩系统1停机。

所述吸附筒305包括用于过滤气体的填充物，所述填充物是活性炭、活性氧化铝或分子筛。

优选的，所述压缩系统1为双螺杆氦气压缩机，双螺杆氦气压缩机公称容积流量为8m³/min,额定排气压力为0.8MPa。

实施例二：

本实施例与实施例一不同之处在于：过滤纯化系统还包括初级过滤器302，所述管道系统还包括调节压缩系统1排出气压的调压阀206，所述进气探头201、粗氦过滤器301、进气阀203、压缩系统1、出气阀204、调压阀206、初级过滤器302、油水分离器303、冷干机304、吸附筒305、高压充气排207以及氦气储藏系统4通过管道2依次连接，压缩系统1、过滤纯化系统及管道系统设置在小车上方便搬运及调整。

本发明的工作过程和工作原理：浮空器内的氦气通过进气探头和粗氦过滤器过滤掉一些较粗大颗粒后进行压缩，再进入初级过滤器，进一步滤除剩余的气体杂质，初级过滤后的氦气再进入到油水分离器除去油雾及初步干燥，然后进入到冷干机进行降温干燥，冷干机后面还接入了吸附筒，采用低温吸附技术对氦气进行提纯，经过上述单级压缩、低温吸附、多级过滤后能保证氦气的回收率达到95%以上，纯化后的氦气纯度达到99.9%以上。

实施例三：

一种回收、纯化及储藏浮空器中氦气的方法，使用实施例一或二所述氦气低压回收、纯化及储藏装置，具体包括以下步骤：

a.通过球形进气探头上的吸气孔对浮空器中的粗氦进行吸收；

b.吸进的粗氦首先经过粗氦过滤器，过滤出粗氦中的粗大颗粒；

c.然后再进入压缩系统进行压缩，被压缩的氦气经过调压阀对气压进行控制以达到设定的要求；

d.氦气经过初级过滤器进行初步过滤，进一步滤除剩余的气体杂质；

e.接着氦气经过油水分离器去除经压缩后气体中的油和水；

f.经过去水和油后的氦气经过冷干机进行降温和干燥；

g.降温和干燥后的氦气经吸附筒吸附出氦气中残留的气体杂质；

h.经过吸附净化后的氦气经高压充气排充入氦气储藏系统进行储藏待用。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种氦气低压回收、纯化及储藏装置，其特征在于：包括管道系统以及由所述管道系统相连通的压缩系统(1)、过滤纯化系统以及在末端的氦气储藏系统(4)，所述过滤纯化系统包括粗氦过滤器(301)、油水分离器(303)、冷干机(304)和吸附筒(305)，所述粗氦过滤器(301)安装在压缩系统(1)的进气管上，油水分离器(303)、冷干机(304)和吸附筒(305)分别安装于压缩系统(1)的出气管上；

所述管道系统包括进气探头(201)，所述进气探头(201)为均布有多个吸气孔(3)的球形进气探头并与管道(2)相连。

2.根据权利要求1所述氦气低压回收、纯化及储藏装置，其特征在于：所述管道系统包括连接所述压缩系统(1)、过滤纯化系统以及氦气储藏系统(4)的管道(2)、控制压缩系统(1)进气的进气阀(203)、控制压缩系统(1)出气的出气阀(204)以及向氦气储藏系统(4)充气的高压充气排(207)，所述进气探头(201)设置在始端。

3.根据权利要求2所述氦气低压回收、纯化及储藏装置，其特征在于：过滤纯化系统还包括初级过滤器(302)，所述管道系统还包括调节压缩系统(1)排出气压的调压阀(206)，所述进气探头(201)、粗氦过滤器(301)、进气阀(203)、压缩系统(1)、出气阀(204)、调压阀(206)、初级过滤器(302)、油水分离器(303)、冷干机(304)、吸附筒(305)、高压充气排(207)以及氦气储藏系统(4)通过管道(2)依次连接。

4.根据权利要求1所述氦气低压回收、纯化及储藏装置，其特征在于：还包括连接在氦气储藏系统(4)和压缩系统(1)上的过载保护传感装置，过载保护传感装置包括温度传感器(501)、压力传感器(502)和电磁阀(503)，所述温度传感器(501)和压力传感器(502)分别与电磁阀(503)连接，当氦气储藏系统(4)的温度或压力超过设定的值时，电磁阀(503)控制压缩系统(1)停机。

5.根据权利要求4所述氦气低压回收、纯化及储藏装置，其特征在于：所述氦气储藏系统(4)包括低压储气罐(401)，所述温度传感器(501)和压力传感器(502)与所述低压储气罐(401)相连接。

6.根据权利要求1所述氦气低压回收、纯化及储藏装置，其特征在于：所述压缩系统(1)为双螺杆氦气压缩机。

7.根据权利要求1所述氦气低压回收、纯化及储藏装置，其特征在于：所述吸附筒(305)包括用于过滤气体的填充物，所述填充物是活性炭、活性氧化铝或分子筛。

8.一种回收、纯化及储藏浮空器中氦气的方法，其特征在于使用权利要求1-7任一所述氦气低压回收、纯化及储藏装置，具体包括以下步骤：

a.通过球形进气探头上的吸气孔对浮空器中的粗氦进行吸收；

b.吸进的粗氦首先经过粗氦过滤器，过滤出粗氦中的粗大颗粒；

c.然后再进入压缩系统进行压缩，被压缩的氦气经过调压阀对气压控制在预定压力值范围内；

d.接着氦气经过油水分离器去除经压缩后气体中的油和水；

e.经过去油和水后的氦气经过冷干机进行降温和干燥；

f.降温和干燥后的氦气经吸附筒吸附出氦气中残留的气体杂质；

g.经过吸附净化后的氦气经高压充气排充入氦气储藏系统进行储藏待用。

9.根据权利要求8所述回收、纯化及储藏浮空器中氦气的方法，其特征在于：步骤d之前氦气经过初级过滤器，进行初步过滤，滤除剩余的气体杂质。