CN110357053A - 一种氦气生产系统 - Google Patents

Abstract

一种氦气生产系统，包括进料管、水浴箱、氦气缓冲罐、氦压缩机、过滤器、纯化器和充装端；进料管的输出端连通于水浴箱的输入端；水浴箱的输出端连通于氦气缓冲罐的输入端；氦气缓冲罐的输出端连通于氦压缩机的输入端；氦压缩机的输出端连通于过滤器的输入端；氦压缩机的输入端设有氦输入阀，氦压缩机的输出端设有氦输入阀；过滤器的输出端连通于纯化器的输入端；纯化器的输出端连通于充装端。本发明根据上述内容提出一种氦气生产系统，其系统结构布局简单，操作便捷，更利于氦气的生产。

Description

一种氦气生产系统

技术领域

本发明涉及氦气生产领域，尤其涉及一种氦气生产系统。

背景技术

氦气，英文名为Helium，符号为He，无色无味，不可燃气体，空气中的含量约为百万分之5.2。化学性质不活泼，通常状态下不与其它元素或化合物结合。现有氦气生产系统结构复杂、工艺设计复杂，不利于氦气的生产。

发明内容

本发明的目的在于提出一种氦气生产系统，其系统结构布局简单，操作便捷，更利于氦气的生产。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一种氦气生产系统，包括进料管、水浴箱、氦气缓冲罐、氦压缩机、过滤器、纯化器和充装端；

所述进料管的输出端连通于水浴箱的输入端；

所述水浴箱的输出端连通于氦气缓冲罐的输入端；

所述氦气缓冲罐的输出端连通于氦压缩机的输入端；

所述氦压缩机的输出端连通于过滤器的输入端；

所述氦压缩机的输入端设有氦输入阀，所述氦压缩机的输出端设有氦输入阀；

所述过滤器的输出端连通于纯化器的输入端；

所述纯化器的输出端连通于充装端。

进一步，所述水浴箱设有水路输出端和水路输入端；

还包括水泵；

所述氦压缩机设有氦水路输入端和氦水路输出端；

所述水路输出端连通于水泵的输入端；

所述水泵的输出端连通于氦水路输入端；

所述氦水路输出端连通于氦水路输入端。

进一步，所述氦压缩机的数量至少为二。

进一步，还包括旁通管和旁通阀；

所述旁通管的输入端连通于所述过滤器的输出端；

所述旁通管的输出端连通于充装端。

进一步，所述充装端设有第一充装管、第二充装管、第三充装管和第四充装管。

进一步，所述第一充装管的输出端连通至工业管束槽车；

所述第二充装管的输出端设有若干管束槽车充装分管，所述管束槽车充装分管连通至管束槽车；

所述第三充装管的输入端连通至第二充装管，所述第三充装管的输出端设有若干瓶装充装管，所述第四充装管的输入端连通至第一充装管，所述第四充装管的输出端连通至瓶装充装管的输入端。

进一步，所述第一充装管设有第一阀门，所述第一充装管设有第一单向阀，所述第一单向阀位于第一阀门的后端，所述第四充装管的输入端与第一充装管的连通处位于第一单向阀的后端；

所述第二充装管设有第二阀门，每条管束槽车充装分管分别设有第二单向阀；

所述第三充装管设有第三阀门和第三单向阀，所述第三单向阀位于第三阀门的后端；

所述第四充装管的输出端设有第四阀门；

每条瓶装充装管分别设有第五阀门。

本发明根据上述内容提出一种氦气生产系统，其系统结构布局简单，操作便捷，更利于氦气的生产。

生产氦气时，液氦槽车通过进料管连通至系统，系统的扫吹装置对系统的管道进行置换或者吹扫赶紧后，缓慢打开进料管上的液体阀门，液氦槽车内的液氦通过进料管进入至水浴箱内的气路盘管，水浴箱内的水包围着气路盘管并与气路盘管内的液氦进行热交换，使液氦汽化。

汽化后的氦气进入至氦气缓冲罐中，缓冲储存氦气，当氦气缓冲罐的压力达到氦压缩机的设计压力时，启动氦压缩机，将氦气缓冲罐内的氦气输送至过滤器进行油分的过滤，因为氦气经过氦压缩机可能会含有油分，从而提高氦气的纯度。

氦气从过滤器出来后进入至纯化器进行纯化除杂处理，纯化器主要是除去氦气中的氧气、氮气、甲烷、氢气、一氧化碳和水等杂质，更进一步地提高氦气的纯度，而纯化器使用的是7N纯化器，(7N代表纯度为99.99999％)。

最后，纯化后的氦气在充装端进行充装。本申请的氦气生产系统结构布局简单，操作便捷，更利于氦气的生产。

附图说明

图1是本发明其中一个实施例的结构示意图。

其中：进料管1、液氦槽车101、液体阀门102、水浴箱2、水路输出端21、水路输入端22、水泵23、气路盘管201、氦气缓冲罐3、氦压缩机4、氦水路输入端41、氦水路输出端42、氦输入阀401、氦输出阀402、过滤器5、纯化器6、旁通管61、旁通阀62、阀门601、充装端7、第一充装管71、工业管束槽车711、第二充装管72、管束槽车充装分管721、管束槽车722、第三充装管73、瓶装充装管731、第一瓶装充装管7311、第二瓶装充装管7312、第四充装管74；在线检测端8、端阀81、第一阀门91、第一单向阀901、第二阀门92、第二单向阀902、第三阀门93、第三单向阀903、第四阀门94、第五阀门95。

具体实施方式

下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。

如图1所示，一种氦气生产系统，包括进料管1、水浴箱2、氦气缓冲罐3、氦压缩机4、过滤器5、纯化器6和充装端7；

所述进料管1的输出端连通于水浴箱2的输入端；

所述水浴箱2的输出端连通于氦气缓冲罐3的输入端；

所述氦气缓冲罐3的输出端连通于氦压缩机4的输入端；

所述氦压缩机4的输出端连通于过滤器5的输入端；

所述氦压缩机的输入端设有氦输入阀401，所述氦压缩机的输出端设有氦输出阀402；

所述过滤器5的输出端连通于纯化器6的输入端；

所述纯化器6的输出端连通于充装端7。

生产氦气时，液氦槽车101通过进料管1连通至系统，系统的扫吹装置对系统的管道进行置换或者吹扫干净后，缓慢打开进料管1上的液体阀门102，液氦槽车101内的液氦通过进料管1进入至水浴箱2内的气路盘管201，水浴箱2内的水包围着气路盘管201并与气路盘管201内的液氦进行热交换，使液氦汽化。

汽化后的氦气进入至氦气缓冲罐3中，缓冲储存氦气，当氦气缓冲罐3的压力达到氦压缩机4的设计压力时,打开氦输入阀401和氦输出阀402，本实施例中氦压缩机4的设计压力为0.3MPa,启动氦压缩机4，因为氦气经过氦压缩机4可能会含有油分，将氦气缓冲罐3内的氦气输送至过滤器5进行油分的过滤，从而提高氦气的纯度。

而将所述氦气缓冲罐3的输出端连通于氦压缩机4的输入端，当氦气缓冲罐3的压力达到氦压缩机4的设计压力时再启动氦压缩机4，是因为在刚开始时，氦气缓冲罐3内储存的氦气量为微量，直接启动氦压缩机4会导致氦气缓冲罐3被抽至真空状态，使氦气缓冲罐3内形成负压环境，有可能导致外部空气从与氦气缓冲罐3连接的管路的接口处进入至氦气缓冲罐3内，从而影响氦气的纯度；因此，当氦气缓冲罐3的压力达到氦压缩机4的设计压力时再启动氦压缩机4，保证氦压缩机4工作时，氦气缓冲罐3内始终保持正压状态，外部空气不会进入至氦气缓冲罐3内，从而提高氦气的纯度。

氦气从过滤器5出来后进入至纯化器6进行纯化除杂处理，纯化器6主要是除去氦气中的氧气、氮气、甲烷、氢气、一氧化碳和水等杂质，更进一步地提高氦气的纯度，而纯化器6使用的是7N纯化器，(7N代表纯度为99.99999％)。

最后，纯化后的氦气在充装端7进行充装。本申请的氦气生产系统结构布局简单，操作便捷，更利于氦气的生产。

进一步，所述水浴箱2设有水路输出端21和水路输入端22；

还包括水泵23；

所述氦压缩机4设有氦水路输入端41和氦水路输出端42；

所述水路输出端21连通于水泵23的输入端；

所述水泵23的输出端连通于氦水路输入端41；

所述氦水路输出端42连通于氦水路输入端41。

液氮原料的温度远比水浴箱2内的水的温度低，液氮汽化时，液氮会吸收水浴箱2的水的热量，致使水浴箱2内的水的温度变低，由于氦压缩机4工作时会产生热量，将水浴箱2内温度较低的水从氦水路输入端41通入至氦压缩机4内部的水路盘管，可以将氦压缩机4工作时产生的热量抵消，从而减少循环水池投资减少，能量循环综合利用，能耗小，最终水从氦水路输出端42经过氦水路输入端41进入至水浴箱2，形成水路循环，整个过程无需再增加汽化装置和循环水池对氦压缩机4进行降温，减少设备的占地面积和设备设施的投资。

进一步，所述氦压缩机4的数量至少为二。

其中至少有一个氦压缩机4为备用的，关键设备氦压缩机4一开一备，可保证整个工艺长时间的连续进行，保证氦气能够连续生产。

进一步，还包括旁通管61和旁通阀62，所述旁通管61的输入端连通于所述过滤器5的输出端，所述旁通管61的输出端连通于充装端7；

在所述充装端7设有第一充装管71、第二充装管72、第三充装管73和第四充装管74；

所述第一充装管71的输出端连通至工业管束槽车711；

所述第二充装管72的输出端设有若干管束槽车充装分管721，所述管束槽车充装分管721连通至管束槽车722；

所述第三充装管73的输入端连通至第二充装管72，所述第三充装管73的输出端设有若干瓶装充装管731，所述第四充装管74的输入端连通至第一充装管71，所述第四充装管74的输出端连通至瓶装充装管731的输入端。

在所述过滤器5的输出端设有在线检测端8，在分析过程中，打开旁通阀62，关闭纯化器6的输入端及输出端的阀门601，打开第一阀门91，关闭第二阀门92、第三阀门93以及第四阀门94，氦气直接充装至工业管束槽车711内；所述氦气生产系统长时间停机、刚开机或切换液氦槽车101时，生产出来的氦产品的纯度达不到5N要求，通过先充入到工业管束槽车711内，有效地降低产品的不合格率和产品的损耗。

当在线分析合格，氦气纯度达到5N后(5N代表纯度为99.999％，4N代表纯度为99.99％，和6N代表纯度为99.9999％)，关闭第一阀门91以及第四阀门94，打开第二阀门92、第三阀门93和第五阀门95，即可通过管束槽车充装分管721对管束槽车722进行充装，或者通过第三充装管73对若干瓶装充装管731上的瓶体进行充装；

当需要生产超高纯的氦气时(纯度为6N以上)，关闭旁通阀62，打开纯化器6的输入端及输出端的阀门601，令氨气经过纯化器6进行纯化除杂后再输送至充装端7进行充装，可通过管束槽车充装分管721对管束槽车722进行充装，或者通过第三充装管73对若干瓶装充装管731进行充装。

通过本生产系统，能够生产不同纯度氦气，分别可以生产工业氦气(纯度为4N)、高纯氦气(纯度为5N)和超高纯氦气(纯度为6N以上)。

进一步，所述第一充装管71设有第一阀门91，所述第一充装管71设有第一单向阀901，所述第一单向阀901位于第一阀门91的后端，所述第四充装管74的输入端与第一充装管71的连通处位于第一单向阀901的后端；

所述第二充装管72设有第二阀门92，每条管束槽车充装分管721分别设有第二单向阀902；

所述第三充装管73设有第三阀门93和第三单向阀903，所述第三单向阀903位于第三阀门93的后端；

所述第四充装管74的输出端设有第四阀门94；

每条瓶装充装管731分别设有第五阀门95。

当对工业氦气(纯度为4N)进行分装时，打开第四阀门94，关闭第一阀门91，关闭第三阀门93，打开第五阀门95，此时，工业氦气从工业管束槽车711通过第四充装管74输送至瓶装充装管731对其上的瓶体进行充装；在工业氦气进行分装的过程中，由于所述第一单向阀901位于第一阀门91的后端，所述第四充装管74的输入端与第一充装管71的连通处位于第一单向阀901的后端，在第一单向阀901的作用下，工业氦气只能通过第四充装管74输送至瓶装充装管731，而且关闭了第一阀门91，双重保障了工业氦气的充装方向是从工业管束槽车711通过第四充装管74输送至瓶装充装管731。第一单向阀901、第二单向阀902和第三单向阀903保证其所在的管路能够单向充装。

在工业氦气分装的过程中，可打开第二阀门92，同时进行高纯氦气的充装，令高纯氦气充装至管束槽车722内，分装和充装同时进行互补影响，提高工作效率。

并且由于所述第三充装管73的输出端设有若干瓶装充装管731，本实施例有两条瓶装充装管731，每条瓶装充装管731的瓶体可以冲入至不同压力的氦气，例如第一瓶装充装管7311冲入其上的瓶体内的压力至15MPa，则停止充装；第二瓶装充装管7312冲入其上的瓶体内的压力至20MPa，则停止充装，满足不同客户对瓶体装载的氦气压力的需求。

进一步，所述过滤器5的输出端设有在线检测端8，在线检测端8的输入端设有端阀81；

当需要进行在线检测时，打开端阀81，在线检测端8通过管道连通于监控室的色谱仪上，使得工作人员能够在线监测过滤器5输出端处的氦气的纯度。

进一步，所述钢瓶充装分管711和管束槽车充装分管721设有在线检测端8。

方便工作人员监测所述钢瓶充装分管711和管束槽车充装分管721处的氦气纯度。

以上结合具体实施例描述了本发明的技术原理。这些描述只是为了解释本发明的原理，而不能以任何方式解释为对本发明保护范围的限制。基于此处的解释，本领域的技术人员不需要付出创造性的劳动即可联想到本发明的其它具体实施方式，这些方式都将落入本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种氦气生产系统，其特征在于：包括进料管、水浴箱、氦气缓冲罐、氦压缩机、过滤器、纯化器和充装端；

所述进料管的输出端连通于水浴箱的输入端；

所述水浴箱的输出端连通于氦气缓冲罐的输入端；

所述氦气缓冲罐的输出端连通于氦压缩机的输入端；

所述氦压缩机的输出端连通于过滤器的输入端；

所述氦压缩机的输入端设有氦输入阀，所述氦压缩机的输出端设有氦输入阀；

所述过滤器的输出端连通于纯化器的输入端；

所述纯化器的输出端连通于充装端。

2.根据权利要求1所述的一种氦气生产系统，其特征在于：所述水浴箱设有水路输出端和水路输入端；

还包括水泵；

所述氦压缩机设有氦水路输入端和氦水路输出端；

所述水路输出端连通于水泵的输入端；

所述水泵的输出端连通于氦水路输入端；

所述氦水路输出端连通于氦水路输入端。

3.根据权利要求1所述的一种氦气生产系统，其特征在于：所述氦压缩机的数量至少为二。

4.根据权利要求1所述的一种氦气生产系统，其特征在于：还包括旁通管和旁通阀；

所述旁通管的输入端连通于所述过滤器的输出端；

所述旁通管的输出端连通于充装端。

5.根据权利要求1所述的一种氦气生产系统，其特征在于：所述充装端设有第一充装管、第二充装管、第三充装管和第四充装管。

6.根据权利要求5所述的一种氦气生产系统，其特征在于：所述第一充装管的输出端连通至工业管束槽车；

所述第二充装管的输出端设有若干管束槽车充装分管，所述管束槽车充装分管连通至管束槽车；

所述第三充装管的输入端连通至第二充装管，所述第三充装管的输出端设有若干瓶装充装管，所述第四充装管的输入端连通至第一充装管，所述第四充装管的输出端连通至瓶装充装管的输入端。

7.根据权利要求6所述的一种氦气生产系统，其特征在于：所述第一充装管设有第一阀门，所述第一充装管设有第一单向阀，所述第一单向阀位于第一阀门的后端，所述第四充装管的输入端与第一充装管的连通处位于第一单向阀的后端；

所述第二充装管设有第二阀门，每条管束槽车充装分管分别设有第二单向阀；

所述第三充装管设有第三阀门和第三单向阀，所述第三单向阀位于第三阀门的后端；

所述第四充装管的输出端设有第四阀门；

每条瓶装充装管分别设有第五阀门。