CN111141458A - 一种用于高压气瓶检漏的氦气回收装置及回收方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种用于高压气瓶检漏的氦气回收装置及回收方法，包括储气容器、温度压力监测单元、测量仪器、置换系统、泄压控制器和抽空机组；储气容器用于储存从被检测的高压气瓶中回收的氦气；温度压力监测单元用于监测回收过程中高压气瓶和储气容器的温度和压力，测量仪器用于测量回收完成后的储气容器中的氦气浓度；置换系统用于在回收前置换储气容器中的空气，确保回收的氦气纯度；泄压控制器用于调节高压气瓶向储气容器泄压的速率，所述抽空机组用于对储气容器抽真空；本发明能够将高压气瓶检漏完毕之后的氦气回收，同时保证回收的氦气具有一定的纯度，能够满足下一次检漏使用要求。

Description

一种用于高压气瓶检漏的氦气回收装置及回收方法
技术领域
本发明属于氦气回收装置的技术领域，具体涉及一种用于高压气瓶检漏的氦气回收装置及回收方法。
背景技术
在卫星推进剂泄漏检测技术领域，需要通过技术攻关和检测实践，解决检测灵敏度低、分辨本领弱、误报警率高等技术难题。泄漏检测过程中所用到的高压气瓶产品形状包括球形、柱形和环形，容积由最小2L至最大670L，爆破压力高达150MPa，高压气瓶产品的漏率检测，每年的氦气用量在200瓶以上，因此亟需研制一种用于高压气瓶检漏的氦气回收装置，可极大的减少检测成本，避免浪费。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种用于高压气瓶检漏的氦气回收装置及回收方法，能够将高压气瓶检漏完毕之后的氦气回收，同时保证回收的氦气具有一定的纯度，能够满足下一次检漏使用要求。
实现本发明的技术方案如下：
一种用于高压气瓶检漏的氦气回收装置，包括储气容器、温度压力监测单元、测量仪器、置换系统、泄压控制器和抽空机组；
储气容器用于储存从被检测的高压气瓶中回收的氦气；温度压力监测单元用于监测回收过程中高压气瓶和储气容器的温度和压力，测量仪器用于测量回收完成后的储气容器中的氦气浓度；置换系统用于在回收前置换储气容器中的空气，确保回收的氦气纯度；泄压控制器用于调节高压气瓶向储气容器泄压的速率，所述抽空机组用于对储气容器抽真空；
储气容器通过管道与高压气瓶连接，温度压力监测单元设在储气容器与高压气瓶上以及它们之间连接的管道上，泄压控制器与高压气瓶串联，置换系统设在与储气容器连接的管道上，所述抽空机组设在与储气容器连接的管道上。
进一步地，所述储气容器由一或多个高压储气罐通过管道并联而成，每个高压储气罐均设置有温度传感器和压力传感器。
进一步地，所述储气容器的内径和长度根据设定的承压压力决定；所述管道的内径和长度由储气容器的预设压力以及抽空机组的抽速决定。
进一步地，所述温度压力监测单元包括多个温度传感器和多个压力传感器；温度传感器布置于高压气瓶和储气容器表面，压力传感器布置于高压容器与储气容器连接的管道上。
进一步地，所述置换系统包括高纯氮气源、进气阀、出气阀，通过调节进气阀向储气容器充氮气，通过出气阀将气体排出；然后利用抽空机组将混合气体抽除，以上操作重复多次，从而确保在储气容器中回收到纯度较高的氦气。
进一步地，所述测量仪器为四极质谱分析仪。
一种用于高压气瓶检漏的氦气回收方法，包括以下步骤：
步骤一、打开抽空阀门，开启抽气机组，对储气容器进行抽真空，采用压力传感器读取储气容器中的压力，达到所需的真空度后，关闭抽空阀门，关闭抽气机组；
步骤二、开启置换系统进气阀，对储气容器充氮气置换，待储气容器内压力达到0.2MPa时，关闭进气阀，打开抽空阀，再一次对储气容器进行抽真空，待压力达到所需的真空度时关闭抽空阀门和抽气机组；
步骤三、缓慢打开泄压控制器，打开高压截止阀，对高压气瓶进行泄压操作，并调节泄压控制器，使高压气瓶和储气容器的压力和温度满足设定值，利用温度压力监测单元监测氦气回收过程；
步骤四、当高压气瓶内压力与储气容器内压力平衡时，关闭泄压控制器，记录储气容器压力；
步骤五、通过质谱分析仪对储气容器内回收的氦气浓度进行分析，得到所回收氦气的浓度值，以备下次检漏时使用。
进一步地，当首次进行高压气瓶检漏氦气回收操作时，应对回收装置的储气容器和管道进行水压试验，试验压力要高于工作压力；水压试验合格后在回收装置上连接氦质谱检漏仪对整个装置进行检漏。
有益效果：
1、本发明装置能够回收检漏用氦气，能够得到纯度较高的氦气，满足下一次检漏过程中重复使用，有效避免浪费。
2、本发明装置设有可调节放气阀和温度压力监测单元，便于调节高压气瓶的卸放流量，实时监测高压气瓶和储气容器的压力和温度，防止回收过程对高压气瓶和储气容器造成损害。
附图说明
图1为本发明氦气回收装置的结构示意图。
其中，1-高压气瓶；2-第一测温传感器；3-第一真空计；4-泄压控制器；5-第一高压截止阀；6-储气容器；7-第二测温传感器；8-第二真空计；9-第二高压截止阀；10-微调阀；11-冷阴极电离真空计；12-质谱分析室；13-质谱分析仪；14-高真空泵；15-第一低真空泵；16-第三高压截止阀；17-低真空阀；18-第二低真空泵；19-第四高压截止阀；20-高纯氮气源。
具体实施方式
下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。
如图1所示，本发明的一种用于高压气瓶检漏的氦气回收装置，由高压气瓶(1)、测温传感器(2，7)、真空计(3，8)、泄压控制器(4)、高压截止阀(5，9，16，19)、储气容器(6)、微调阀(10)、冷阴极电离真空计(11)、质谱分析室(12)、质谱分析仪(13)、高真空泵(14)、低真空泵(15，18)、低真空阀(17)、高纯氮气源(20)及管道组成。原理图见图1，高压气瓶(1)作为回收源，是带有一定压力的被检产品，工作压力一般为(10～60)MPa，；测温传感器(2、7)用于测量高压气瓶和储气容器表面的温度；真空计(3，8)用于测量高压气瓶和储气容器内的气体压力，泄压控制器(4)用于调节高压气瓶向储气容器泄压的速率；高压截止阀(5，9，16，19)用于隔断气体流通；储气容器(6)用于储存回收的氦气，储气容器由一或多个高压储气罐(视回收氦气量而定)通过管道并联而成，每个高压储气罐均连接一个温度传感器和压力传感器。微调阀(10)用于向质谱分析室进样；冷阴极电离真空计(11)用于测量质谱分析室内的真空度；质谱分析室(12)用于将储气容器内的气体进样到质谱分析室内；质谱分析仪(13)用于分析质谱室内的气体成分；高真空泵(14)用于实现质谱分析室的高真空；低真空泵(15，18)用于实现储气容器(6)和质谱分析室(12)的低真空获得和用作高真空泵的前级维持；低真空阀(17)用于实现储气容器与低真空泵的隔离；高纯氮气源(20)是置换系统的组成部分，用于为储气容器进行氮气置换提供气源。
首先打开抽空阀门，开启抽气机组，对储气容器进行抽真空，采用压力传感器单元读取储气容器中的压力，达到所要求的真空度后，关闭抽空阀门，然后关闭抽气机组；然后开启氮气源进气阀，对储气容器充氮气置换，待储气容器内压力达到0.2MPa时，关闭进气阀，打开抽空阀，再一次对储气容器进行抽真空，待压力达到所要求的真空度时关闭抽空阀门和抽气机组；缓慢打开泄压控制器，打开高压截止阀，对高压气瓶进行泄压操作，并调节泄压控制器，使高压气瓶和储气容器的压力和温度满足要求，开启温度传感器单元和压力传感器单元，监测氦气回收全过程；当储气容器内压力达到10MPa时，关闭泄压控制器，打开并联在一起的下一个高压储气罐管道阀门，打开泄压控制器，继续进行氦气回收操作；当高压气瓶内压力与高压储气容器内压力平衡时，关闭泄压控制器；通过质谱分析仪对储气容器内回收的氦气浓度进行分析，并利用公式计算得到回收氦气浓度值，以备下次检漏时使用。
实施步骤如下：
当首次进行高压气瓶检漏氦气回收操作时，应对回收装置的储气容器和管道进行水压试验，试验压力要高于工作压力；水压试验合格后在回收装置上连接氦质谱检漏仪对整个装置进行检漏。
(1)打开抽空阀门，开启抽气机组，对储气容器进行抽真空，采用压力传感器单元读取储气容器中的压力，待压力达到100Pa量级时，关闭抽空阀门，然后关闭抽气机组；
(2)开启氮气源进气阀，对储气容器充氮气置换，待储气容器内压力达到0.2MPa时，关闭进气阀，打开抽空阀，再一次对储气容器进行抽真空，待压力达到100Pa量级时关闭抽空阀门和抽气机组。多次重复以上二个步骤，目的是为了回收纯度较高的氦气；
(3)开启温度传感器单元和压力传感器单元，缓慢打开放气阀门，对高压气瓶进行泄压操作，通过监测单元监测回收全过程，调节放气阀，使高压气瓶和储气容器的压力和温度满足要求；
(4)当储气容器内压力达到10MPa时，关闭放气阀，打开并联在一起的下一个高压储气罐管道阀门，打开放气阀，继续进行氦气回收操作；重复步骤(1)(2)(3)，当高压气瓶内压力与高压储气容器内压力平衡时，关闭放气阀；通过测量系统对储气容器内回收的氦气浓度进行分析，得到已知浓度的氦气。
(5)当储气容器上的真空计指示的压力无明显上升后，缓慢打开高压截止阀，调节微调阀，将储气容器中的气体引入到质谱分析室中，调节过程中应维持质谱室工作压力范围在8×10-4Pa～1×10-3Pa，采用真空质谱分析方法对进样气体含量进行分析，读取不同组分气体的离子流信号，与进样前质谱计本底离子流信号进行比对分析，得出不同组分气体的离子流强度，采用公式(1)计算出储气容器内气体浓度含量：
Figure BDA0002336624200000061
式中：
ci-四极质谱计给出的储气容器中某种i气体体积浓度含量；
Ii-储气容器中气体引入质谱分析室过程中，四极质谱分析仪给出的某种气体i的离子流强度，A；
Ii0-质谱分析室(11)本底残余气体测量过程中，四极质谱分析仪给出的某种气体i的离子流强度，A；
n-四极质谱分析仪给出的气体种类，一般仅考虑特征峰离子流强度高于最高峰0.01％以上的残余气体，其它微小离子强度谱峰及其对应的气体种类可以忽略。
综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种用于高压气瓶检漏的氦气回收装置，其特征在于，包括储气容器、温度压力监测单元、测量仪器、置换系统、泄压控制器和抽空机组；
储气容器用于储存从被检测的高压气瓶中回收的氦气；温度压力监测单元用于监测回收过程中高压气瓶和储气容器的温度和压力，测量仪器用于测量回收完成后的储气容器中的氦气浓度；置换系统用于在回收前置换储气容器中的空气，确保回收的氦气纯度；泄压控制器用于调节高压气瓶向储气容器泄压的速率，所述抽空机组用于对储气容器抽真空；
储气容器通过管道与高压气瓶连接，温度压力监测单元设在储气容器与高压气瓶上以及它们之间连接的管道上，泄压控制器与高压气瓶串联，置换系统设在与储气容器连接的管道上，所述抽空机组设在与储气容器连接的管道上。
2.如权利要求1所述的一种用于高压气瓶检漏的氦气回收装置，其特征在于，所述储气容器由一或多个高压储气罐通过管道并联而成，每个高压储气罐均设置有温度传感器和压力传感器。
3.如权利要求1所述的一种用于高压气瓶检漏的氦气回收装置，其特征在于，所述储气容器的内径和长度根据设定的承压压力决定；所述管道的内径和长度由储气容器的预设压力以及抽空机组的抽速决定。
4.如权利要求1所述的一种用于高压气瓶检漏的氦气回收装置，其特征在于，所述温度压力监测单元包括多个温度传感器和多个压力传感器；温度传感器布置于高压气瓶和储气容器表面，压力传感器布置于高压容器与储气容器连接的管道上。
5.如权利要求1所述的一种用于高压气瓶检漏的氦气回收装置，其特征在于，所述置换系统包括高纯氮气源、进气阀、出气阀，通过调节进气阀向储气容器充氮气，通过出气阀将气体排出；然后利用抽空机组将混合气体抽除，以上操作重复多次，从而确保在储气容器中回收到高纯度的氦气。
6.如权利要求1所述的一种用于高压气瓶检漏的氦气回收装置，其特征在于，所述测量仪器为四极质谱分析仪。
7.一种应用于权利要求1所述氦气回收装置的回收方法，包括以下步骤：
步骤一、打开抽空阀门，开启抽气机组，对储气容器进行抽真空，采用压力传感器读取储气容器中的压力，达到所需的真空度后，关闭抽空阀门，关闭抽气机组；
步骤二、开启置换系统进气阀，对储气容器充氮气置换，待储气容器内压力达到0.2MPa时，关闭进气阀，打开抽空阀，再一次对储气容器进行抽真空，待压力达到所需的真空度时关闭抽空阀门和抽气机组；
步骤三、缓慢打开泄压控制器，打开高压截止阀，对高压气瓶进行泄压操作，并调节泄压控制器，使高压气瓶和储气容器的压力和温度满足设定值，利用温度压力监测单元监测氦气回收过程；
步骤四、当高压气瓶内压力与储气容器内压力平衡时，关闭泄压控制器，记录储气容器压力；
步骤五、通过质谱分析仪对储气容器内回收的氦气浓度进行分析，得到所回收氦气的浓度值，以备下次检漏时使用。
8.如权利要求7所述的回收方法，其特征在于，当首次进行高压气瓶检漏氦气回收操作时，应对回收装置的储气容器和管道进行水压试验，试验压力要高于工作压力；水压试验合格后在回收装置上连接氦质谱检漏仪对整个装置进行检漏。
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