CN108821251A - 光纤制造冷却管氦气回收系统及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种光纤制造冷却管氦气回收系统，其特征在于，包括依次连接的：采集单元，包括进气汇流罐以及与该进气汇流罐连接的多条并联设置的采集管路，每条采集管路连接一冷却管，每条采集管路上均设有控制阀门；压缩纯化单元，包括沿气体流向连接的压缩泵和纯化装置，接收所述汇流罐采集的富氦尾气，经压缩纯化后输出；以及供气单元，包括供气汇流罐，接收压缩纯化单元提供的高纯氦气，并将高纯氦气通过多条并联设置的输送管路连接冷却管，每条输送管路连接一冷却管。本发明公开了该系统的控制方法。本发明可用于对拉丝塔冷却管的富氦尾气进行回收和利用。

Description

光纤制造冷却管氦气回收系统及控制方法

技术领域

本发明涉及光纤制造领域，具体涉及一种光纤制造冷却管氦气回收系统及控制方法。

背景技术

氦气作为一种稀缺的战略性资源，广泛应用于国防军工、科学研究、航天航空、光纤制造、空调检漏等领域。氦气在空气中含量极少，目前主要依靠钻天然气，然后把氦气从天然气中分离出来，提取难度大，成本高。因此在保护有限的氦气资源，研究高效的废氦气回收和提纯技术，具有广泛的应用前景。

在光纤拉丝制造领域，除拉丝炉要用到氦气外，拉丝塔冷却管也采用氦气作为冷却气体。中国专利申请CN104555955A公开了一种光纤冷却管用氦气循环再利用方法及其设备，在不增大纯氦用量和不影响生产工艺的前提下，将放空的氦气最大限度的回收起来，并将回收的氦气净化到合格的纯度，以满足光纤生产的需要进行二次循环利用，达到了节能、降低了生产成本的目的。需要说明的是，在光纤制造领域，其生产设备通常包括多个拉丝塔冷却管。如何实现多个拉丝塔冷却管进行智能化地回收和循环利用，目前缺乏相应的解决方案。

发明内容

本发明针对现有的技术问题作出改进，即发明所要解决的技术问题是提供一种单线氦管氦气回收系统，可对拉丝塔冷却管的富氦尾气进行回收和利用。

本发明提供的技术方案为：一种光纤制造冷却管氦气回收系统，其特征在于，包括依次连接的：采集单元，包括进气汇流罐以及与该进气汇流罐连接的多条并联设置的采集管路，每条采集管路连接一冷却管，每条采集管路上均设有控制阀门；压缩纯化单元，包括沿气体流向连接的压缩泵和纯化装置，接收所述汇流罐采集的富氦尾气，经压缩纯化后输出；以及供气单元，包括供气汇流罐，接收压缩纯化单元提供的高纯氦气，并将高纯氦气通过多条并联设置的输送管路连接冷却管，每条输送管路连接一冷却管。

进一步，所述压缩纯化单元由多台并联的压缩纯化装置组成，每台压缩纯化装置包括串联连接的压缩泵和膜分离纯化装置，每台压缩纯化装置上游设有控制阀门、下游设有单向阀。

进一步，光纤制造冷却管氦气回收系统还包括控制单元，对所述压缩纯化单元进行控制。

进一步，每条采集管路上设有质量流量控制器，所述控制单元可通信地连接该质量流量控制器。

上述光纤制造冷却管氦气回收系统的控制方法，其特征在于，所述控制单元采集每条冷却管的新鲜氦气使用量信号，根据采集到的信号判断有多少条冷却管正在使用，根据冷却管的使用数量控制开启一台或多台并联的压缩纯化装置以及上游对应设有的控制阀门。

与现有技术相比，本发明存在以下技术优点：

1、本发明根据多条冷却氦管的生产负荷程度，自动对多个回收纯化装置进行负载合理分配，有效的避免回收纯化装置出现低负荷或负荷过载运行且很大程度上提高了设备的稳定性和提纯效率。

2、本发明控制系统通过采集冷却氦管的新鲜氦气用量信号，智能控制质量流量控制器阀门的开度，从而在冷却氦管的新鲜氦气用量波动的情况下，自动调节回收的废氦气量并保证较高的氦气纯度和回收效率。

3、本发明气体检测和控制选用热式质量流量控制器，其精度高、重复性好、响应速度快、稳定可靠、工作压力范围宽，可满足对气体的质量流量进行精密测量和控制的需求。

4、本发明将回收纯化装置提纯后得到的高浓度氦气经多个单向阀供到所有进行废氦气回收的冷却氦管重新使用，避免出现供给冷却氦管数量较少，高纯度氦气循环供给有剩余，导致供气汇流罐出现压力偏高，生产供气压力波动，大大提高了冷却氦管供气端的稳定性。

附图说明

图1是本发明提供的光纤制造冷却管氦气回收系统组成框图，其中箭头方向表示氦气流动的方向。

图2是本发明优选实施例提供的光纤制造冷却管氦气回收系统具体结构原理流程图。

具体实施方式

以下描述用于揭露本发明以使本领域技术人员能够实现本发明。以下描述中的优选实施例只作为举例，本领域技术人员可以想到其他显而易见的变型。

如图1和图2所示，本发明提供的光纤制造冷却管氦气回收系统100，用于对N个拉丝塔冷却管10中的富氦尾气进行回收。本实施例中，N为4，即共有4个拉丝塔冷却管。该拉丝塔冷却管氦气回收系统100其包括在沿气体流动方向依次连接的采集进气单元101、压缩纯化单元102和供气储气单元103。拉丝塔冷却管10的富氦尾气输送至采集单元101，供气单元103的高纯氦气供至拉丝塔冷却管10。

采集进气单元101包括进气汇流罐22以及4条并联设置的采集管路，每条采集管路对应连接一个拉丝塔冷却管，所有采集管路将采集到的富氦尾气汇连至汇流罐22。为了便于对采集进气进行监控，每条采集管路上设有阀门20和质量流量控制器21。

压缩纯化单元102包括沿气体流向连接的压缩泵和纯化装置。压缩泵运行产生的微负压效应将拉丝塔冷却管内的富氦尾气通过采集管路吸入至进气汇流罐22中。压缩泵后优选地连接有冷却装置。纯化装置优选膜分离纯化装置。膜分离法分离气体技术是利用有些金属膜或有机膜对某些气体组分具有选择性渗透和扩散的特性，来达到气体分离和纯化的目的。它是以膜两侧气体的分压差为推动力，通过溶解、扩散、渗透、脱附等步骤，产生组份间传递速率的差异来实现分离的。与低温冷凝吸附法、变压吸附法技术相比，由于在常温下操作，它具有能耗低、使用方便和操作弹性大等特点。需要说明的是，作为上述压缩纯化单元的优选方案，压缩纯化单元由多台并联(如图2所示的第一压缩纯化装置30和第二压缩纯化装置31)的压缩纯化装置组成，每台压缩纯化装置包括串联连接的压缩泵和膜分离纯化装置，第一压缩纯化装置30入口端设有第一开关阀门23，第二压缩纯化装置31入口端设有第二开关阀门24。开关阀门根据拉丝生产线生产负荷进行调节，如生产负荷较小，从拉丝塔冷却管采集到的富氦尾气较少，可选择仅开启单台压缩纯化装置；如生产负荷较大，从拉丝塔冷却管采集到的富氦尾气多，可选择仅开启两压缩纯化装置进行并联工作。

供气储存单元103用于接收压缩纯化单元提供的高纯氦气，并将氦气输送拉丝塔冷却管10。供气储存单元包括供气汇流罐50，其一方面吸收压缩纯化单元102提纯后的高浓度氦气并进行稳压，另一方面可将高纯氦气通过多条供气管路输送至每个拉丝塔冷却管10。每条供气管路上设有单向阀门51。当然，为了补充氦气在线回收纯化过程中的损耗，供气储存单元还可包括氦气气源，其与供气汇流罐共同对拉丝塔冷却管进行供气。

为了实时获知生产线的饱和程度，光纤制造冷却管氦气回收系统100还包括控制单元104。控制单元104通过信号线采集冷却管10新鲜氦气供气端氦气质量流量控制器(图中未示出)的模拟量信号，一般信号为4-20mA电流信号或0-5V电压信号，再根据采集到的信号判断有多少条拉丝塔冷却管正在使用。当控制单元检测到有1-2台拉丝塔冷却管在使用时，则输出当前生产负荷较小信号；当控制单元检测到有34台拉丝塔冷却管在使用时，则输出当前生产负荷较大信号。

为了实现对冷却管氦气回收工作的智能控制，控制单元104分别将采集到冷却管10的新鲜氦气用量信号乘以一定系数(一般为1.5倍)得到每条冷却管抽取量信号。进一步，控制单元104根据冷却管抽取量信号控制多路质量流量控制器21控制阀门开度，以实现当冷却管新鲜氦气用量在6-10L/min波动时，废氦气回收量在9-15L/min之间自动调节。避免冷却氦管新鲜氦气用量下降时，废氦气回收量保持较大，导致抽取到的废氦气纯度过低且会造成生产线拉丝产生波动；或冷却氦管新鲜氦气用量上升时，废氦气回收量保持较小，导致抽取到的废氦气量过少造成回收效率过低。进一步，控制单元104还可根据冷却管10的新鲜氦气用量信号，判断生产负荷程度。当拉丝生产线当前的生产负荷不足时，控制系统104随机开启1#进气电磁阀30、1#回收纯化装置32或2#进气电磁阀31、2#回收纯化装置33，富氦尾气经单套压缩纯化设备纯化后供至供气储存单元103。当拉丝生产线当前的生产负荷较满时，控制系统104开启另外一路进气电磁阀和回收纯化装置，富氦尾气经两套压缩纯化设备纯化后供至供气储存单元103。另外，压缩纯化装置30、31和供气汇流罐40之间设有单向阀，避免多个压缩纯化装置出气压力不平衡或其中一台不工作时，气体通过供气汇流罐40反向流到压力低的压缩纯化装置。

多个回收纯化装置34提纯后的高浓度氦气通过供气汇流罐40进行稳压，并通过多个单向阀41在线供到多条冷却氦管10循环使用，保证提纯后的气体可以全部供到生产线，避免出现供给冷却氦管数量较少，高纯度氦气循环供给有剩余，导致供气汇流罐40出现压力偏高。进一步，若供气汇流罐40压力波动会导致拉丝塔冷却管新鲜氦气供气端的质量流量控制器两端压力差波动，从而瞬间出现供气流量波动，导致拉丝塔冷却管内氦气供应出现变化。大大提高了冷却氦管供气端的稳定性。

本发明未详尽描述的技术内容均为公知技术。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明的范围内。本发明的保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。

Claims (5)

1.一种光纤制造冷却管氦气回收系统，其特征在于，包括依次连接的：

采集单元，包括进气汇流罐以及与该进气汇流罐连接的多条并联设置的采集管路，每条采集管路连接一冷却管，每条采集管路上均设有控制阀门；

压缩纯化单元，包括沿气体流向连接的压缩泵和纯化装置，接收所述汇流罐采集的富氦尾气，经压缩纯化后输出；以及

供气单元，包括供气汇流罐，接收压缩纯化单元提供的高纯氦气，并将高纯氦气通过多条并联设置的输送管路连接冷却管，每条输送管路连接一冷却管。

2.根据权利要求1所述的光纤制造冷却管氦气回收系统，其特征在于，所述压缩纯化单元由多台并联的压缩纯化装置组成，每台压缩纯化装置包括串联连接的压缩泵和膜分离纯化装置，每台压缩纯化装置上游设有控制阀门、下游设有单向阀。

3.根据权利要求1或2所述的光纤制造冷却管氦气回收系统，其特征在于，还包括控制单元，对所述压缩纯化单元进行控制。

4.根据权利要求3所述的光纤制造冷却管氦气回收系统，其特征在于，每条采集管路上设有质量流量控制器，所述控制单元可通信地连接该质量流量控制器。

5.权利要求3所述的光纤制造冷却管氦气回收系统的控制方法，其特征在于，所述控制单元采集每条冷却管的新鲜氦气使用量信号，根据采集到的信号判断有多少条冷却管正在使用，根据冷却管的使用数量控制开启一台或多台并联的压缩纯化装置以及上游对应设有的控制阀门。