CN208588161U - 超导储液罐氮气回收及利用系统 - Google Patents

Abstract

一种超导储液罐氮气回收及利用系统，包括主储液罐、工作储液罐和储气罐，主储液罐的底部通过第二管路与第一管路连通，第一管路连通至工作储液罐，在主储液罐的上端设置有连通至第一管路上的第三管路，在第三管路上设置有用于监测主储液罐内压力的第一压力传感器，在第一管路上还分支出连通至储气罐的第四管路，在第四管路上设置有第一压缩机，当第一压力传感器感应到主储液罐到达设定值，主储液罐内的氮气经第三管路、第一管路进入第四管路，并通过第一压缩机压入储气罐内，完成主储液罐泄压所排放氮气的回收。该系统既可以自动补充超导电缆系统减少的液氮量，还可以利用主储液罐泄压排放的氮气、预冷过程中产生的氮气为工作储液罐增压。

Description

超导储液罐氮气回收及利用系统

技术领域

本实用新型涉及超导技术领域，具体地说，涉及一种超导储液罐氮气回收及利用系统。

背景技术

在超导电缆系统运行中，需要液氮维持整个系统的低温状态，在维持过程中，由于外界温度、真空度和温度等影响，使电缆系统中整个液氮量不断减少，在电缆系统中，储液罐用于储存液氮并作为整个系统补给和缓存，用于储存、缓存和补给系统中包括电缆、冷冻机和终端等设备的液氮。储液罐可以说是整个液氮的心脏部位，同时储液罐的液位高低是监控的一个重要指标，液位过低整个系统液氮量过低，使电缆温度升高，对电缆性能产生极大的影响。

现有液氮补充方法只是人工补给，由于人工控制，对储液罐内原有温度，压力都有一定的影响，液氮进液量和速度无法显示，液无法控制进液量和速度，同时前期气化的氮气无法回收，产生大量的浪费，由于液氮低温液体，人工补液有一定的危险性。

图1是现有的填充液氮示意图，左侧为主储液罐1，主储液罐1通过管路向工作储液罐2输送液氮，在管路上设置有控制管路开闭的总阀3和排放氮气的排气阀4。在液氮存储过程中，虽然都是有保温处理，但仍不可避免少量液氮会转化为气体，主储液罐1内的气体会使得主储液罐1内的压力增高，通常为了维持安全性，会对主储液罐1进行手动放压，放压就会造成大量液氮的浪费，同时在主储液罐1给工作储液罐2输送液氮时，也由于管路较长，需要用掉大量液氮将管路从常温预冷到零下198摄氏度，这也会挥发大量的液氮。同时在给工作储液罐2充液氮时，是人工控制阀门，在人工操作时，很容易将氮气充入储液罐，这将破坏原有超导系统压力及温度，而且人工充入液氮也不能准确控制液氮充入的速度和数量。同时由于人工控制存在一定的冻伤危险，所以现有方式存在大量弊端。而针对以上问题，暂没有较好的技术方案可以解决。

另外，由于在超导电缆运行过程中，由于液氮温度及真空度等的变化，工作储液罐2内的压力会变小，要维持系统的稳定就要对储液罐进行增压处理，目前使用的是储液罐外接增压器5，增压器5结构如图2所示，原理是通过储液罐自身液氮气化进入自身顶部增压，在增压过程中消耗了自身的液氮，使得液氮液位受到轻微影响。

实用新型内容

为解决以上问题，本实用新型提供一种超导储液罐氮气回收及利用系统，包括主储液罐、工作储液罐和储气罐，其中，主储液罐的底部通过第二管路与第一管路连通，所述第一管路连通至工作储液罐，在主储液罐的上端设置有连通至第一管路上的第三管路，在第三管路上设置有用于监测主储液罐内压力的第一压力传感器，在第一管路上还分支出连通至储气罐的第四管路，在第四管路上设置有第一压缩机，当第一压力传感器感应到主储液罐到达设定的限定值，主储液罐内的氮气经第三管路、第一管路进入第四管路，并通过第一压缩机压入储气罐内，完成主储液罐泄压所排放氮气的回收。

优选地，在工作储液罐上安装有监测工作储液罐内的液位的液位监测仪，在第一管路上还设置有气液感应器和放空阀，在工作储液罐内的液位达到需补充液氮的情况下，主储液罐流出液氮对第二管路和第一管路进行预冷，在预冷过程中产生的氮气经第四管路、第一压缩机压入储气罐内，当气液感应器探测到气液混合状态时，第一压缩机关闭，放空阀打开，排出气液混合部分，当气液感应器探测到流经第一管路的均为液氮时，放空阀关闭，液氮充入工作储液罐中。

优选地，在工作储液罐上设置有第三压力传感器和泄压阀，通过控制工作储液罐上的泄压阀来调整工作储液罐内的压力。

优选地，在工作储液罐的上部和储气罐之间还连通有第五管路，在第五管路上设置有第二压缩机，当第三压力传感器探测到工作储液罐的压力低于设定数值时，储气罐通过第二压缩机向工作储液罐内补充氮气。

优选地，储气罐的上部还安装有第二压力传感器和安全阀，当储气罐的内部压力高于设定的安全值时，安全阀释放部分压力。

优选地，所述超导储液罐氮气回收及利用系统还包括控制器，在各管路上还设置有逆止阀，各逆止阀、压缩机、安全阀、泄压阀、液位监测仪及压力传感器都与控制器连接。

优选地，第二压力传感器的压力监测值还分别与主储液罐上部的压力值、工作储液罐的压力值比较，并实时反馈给控制器，来控制各压缩机的启停以及各压缩机的功率。

优选地，在第一管路上还设置有流量流速监测模块，为工作储液罐充液氮时，流量流速监测模块检测液氮的流速和流量，并反馈到控制器，控制器通过控制第一管路上的逆止阀的开度来控制流量和流速。

优选地，在第一管路延伸入工作储液罐的一端设置有液氮喷头。

优选地，所述放空阀设置在气液感应器的下游。

本实用新型的超导储液罐氮气回收及利用系统既可以自动补充超导电缆系统减少的液氮量，还可以利用主储液罐泄压排放的氮气、预冷过程中产生的氮气为工作储液罐增压，减去人工存在的误操作，减少人工填装液氮时液氮的浪费，防止误操作对电缆原有系统液氮量、原有系统内压力的破坏。对工作储液罐增压所使用的氮气是回收的，属于废物利用，节省成本，同时对原有液氮量不造成影响，

附图说明

通过结合下面附图对其实施例进行描述，本实用新型的上述特征和技术优点将会变得更加清楚和容易理解。

图1是表示现有技术中主储液罐对工作储液罐填充液氮的示意图；

图2是表示现有技术中工作储液罐外接增压器的示意图；

图3是表示本实用新型实施例的超导储液罐氮气回收及利用系统与超导电缆的连接示意图；

图4是表示本实用新型实施例的超导储液罐氮气回收及利用系统的工艺流程图。

具体实施方式

下面将参考附图来描述本实用新型所述的超导储液罐氮气回收及利用系统的实施例。本领域的普通技术人员可以认识到，在不偏离本实用新型的精神和范围的情况下，可以用各种不同的方式或其组合对所描述的实施例进行修正。因此，附图和描述在本质上是说明性的，而不是用于限制权利要求的保护范围。此外，在本说明书中，附图未按比例画出，并且相同的附图标记表示相同的部分。

超导储液罐氮气回收及利用系统首先是可以回收主储液罐1泄压排出的氮气，其次可以回收主储液罐1给工作储液罐2充装时预冷管道期间挥发的氮气，然后还可以将回收的氮气为工作储液罐2增压使用。下面分别进行说明。

超导储液罐氮气回收及利用系统包括主储液罐1、工作储液罐2、储气罐3，其中，主储液罐1用于存储大量的液氮，并将液氮输送给与超导电缆连接的工作储液罐2中。如图3所示，工作储液罐2向超导电缆8的终端输送液氮，并从超导电缆的另一端的终端7流出，经制冷机6制冷处理后返回工作储液罐2，并如此循环。

主储液罐1经第一管路100向工作储液罐2输送液氮，具体说，主储液罐1的底部通过第二管路200连通至第一管路100上，液氮从第二管路200进入第一管路100，并进入工作储液罐2内，在第二管路200上设置有第二逆止阀13。在第一管路100上还设置有第五逆止阀207。在主储液罐1的上端设置有第三管路300，第三管路300也连通至第一管路100上，在第三管路300上设置有第一压力传感器11，用于监测主储液罐1内的压力，并通过第三管路300上的第一逆止阀12来控制主储液罐1顶部的氮气从第三管路300进入第一管路100内。

在第一管路100上还分支出第四管路400连通至储气罐3，在第四管路400上设置有第一压缩机302和第三逆止阀301，对于主储液罐1泄压排出的氮气，第一压力传感器11感应到主储液罐1到达某一设定的限定值时，打开第一逆止阀12，氮气经第三管路300、第一管路100进入第四管路400，通过第一压缩机302将排泄的氮气压入储气罐3，完成主储液罐1泄压所排放氮气的回收。

进一步地，在工作储液罐2上安装有液位监测仪204，液位监测仪204显示工作储液罐2内的液氮液位，当达到某一液位高度需要充液氮时，打开第二逆止阀13、第一压缩机302和第三逆止阀301，对第二管路200和第一管路100进行预冷，预冷过程中产生的氮气经第四管路400和第一压缩机302进入储气罐3内。在第一管路100上还设置有气液感应器306和放空阀206，优选地，放空阀206设置在气液感应器306的下游。等到气液感应器306探测到气液混合时关闭第一压缩机302和第三逆止阀301，打开放空阀206，将气液混合部分排放掉。当气液感应器306探测到流经第一管路100的都是液氮时，将放空阀206关闭，打开第五逆止阀207，将液氮充入工作储液罐2中，由于充入液氮会对工作储液罐2原有压力造成增压影响，所以工作储液罐2上的第三压力传感器201实时反馈数据给控制器4，并通过事先设定好的容忍压力范围，通过控制工作储液罐2上方的泄压阀203来调整压力，因此达到自动充液氮且回收气化氮气的功能。

以上所述气液感应器306可以是气液两相流量计，用以感应第一管路100中的液氮和气化的氮气的比例，来确定流出是否完全是液氮，如果流出完全是液氮，那么就可以充入工作储液罐2中。或者，也可以仅采用气体流量计来检测第一管路100中的氮气流量，如果检测不到氮气，则表明第一管路内流动的都是液氮，则可以充入工作储液罐2中。

进一步地，还具有利用回收的氮气为储液罐增压这一功能，在工作储液罐2的上方和储气罐3之间还连接有第五管路500，在第五管路500上设置有第二压缩机305和第六逆止阀205。当第三压力传感器201探测到工作储液罐2的压力低于设定数值时，打开第二压缩机305和第六逆止阀205，对工作储液罐进行增压。

在一个可选实施例中，还设置有控制器4，以上所述的各逆止阀、压缩机、安全阀、液位监测仪及压力传感器都与控制器连接，并都可以通过控制器参数的设置、条件的设定来实现以上三种功能。

在一个可选实施例中，储气罐3的上部还装有第二压力传感器303和安全阀304，当储气罐3的内部压力过高时，第二压力传感器303发出反馈信号，控制器打开安全阀304释放部分压力。进一步地，第二压力传感器303的压力监测值还分别与主储液罐1上方的氮气压力值、储液罐2的氮气压力值比较，并时时反馈给控制器，来控制压缩机是否启动以及启动时的功率。

在一个可选实施例中，在第一管路100上设置有一流量流速监测模块307，包括流量计和流速计。为工作储液罐2充液氮时，流量流速监测模块307检测液氮的流速和流量，并反馈到控制器，以实时显示充入液氮的总量与流速。并可通过控制第五逆止阀207的开度来控制流量和流速，以达到充入液氮量与速完全可控。进一步地，可以是在控制器上设置流入液氮的流速与流量，使得流量、流速数据与第五逆止阀207的开度成比例设置，从而可以控制第五逆止阀207的开度来控制流量和流速。

在一个可选实施例中，在第一管路100延伸入工作储液罐2的一端设置有液氮喷头202，使进入的液氮以喷淋的形式充入，可以降低工作储液罐上方氮气温度，降低工作储液罐2内部整体压力。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种超导储液罐氮气回收及利用系统，其特征在于，包括主储液罐、工作储液罐和储气罐，其中，

主储液罐的底部通过第二管路与第一管路连通，所述第一管路连通至工作储液罐，

在主储液罐的上端设置有连通至第一管路上的第三管路，在第三管路上设置有用于监测主储液罐内压力的第一压力传感器，

在第一管路上还分支出连通至储气罐的第四管路，在第四管路上设置有第一压缩机，

当第一压力传感器感应到主储液罐到达设定的限定值，主储液罐内的氮气经第三管路、第一管路进入第四管路，并通过第一压缩机压入储气罐内，完成主储液罐泄压所排放氮气的回收。

2.如权利要求1所述的超导储液罐氮气回收及利用系统，其特征在于，

在工作储液罐上安装有监测工作储液罐内的液位的液位监测仪，在第一管路上还设置有气液感应器和放空阀，在工作储液罐内的液位达到需补充液氮的情况下，主储液罐流出液氮对第二管路和第一管路进行预冷，在预冷过程中产生的氮气经第四管路、第一压缩机压入储气罐内，

当气液感应器探测到气液混合状态时，第一压缩机关闭，放空阀打开，排出气液混合部分，

当气液感应器探测到流经第一管路的均为液氮时，放空阀关闭，液氮充入工作储液罐中。

3.如权利要求2所述的超导储液罐氮气回收及利用系统，其特征在于，

在工作储液罐上设置有第三压力传感器和泄压阀，通过控制工作储液罐上的泄压阀来调整工作储液罐内的压力。

4.如权利要求3所述的超导储液罐氮气回收及利用系统，其特征在于，

在工作储液罐的上部和储气罐之间还连通有第五管路，在第五管路上设置有第二压缩机，当第三压力传感器探测到工作储液罐的压力低于设定数值时，储气罐通过第二压缩机向工作储液罐内补充氮气。

5.如权利要求4所述的超导储液罐氮气回收及利用系统，其特征在于，

储气罐的上部还安装有第二压力传感器和安全阀，当储气罐的内部压力高于设定的安全值时，安全阀释放部分压力。

6.如权利要求5所述的超导储液罐氮气回收及利用系统，其特征在于，

所述超导储液罐氮气回收及利用系统还包括控制器，在各管路上还设置有逆止阀，各逆止阀、压缩机、安全阀、泄压阀、液位监测仪及压力传感器都与控制器连接。

7.如权利要求5所述的超导储液罐氮气回收及利用系统，其特征在于，第二压力传感器的压力监测值还分别与主储液罐上部的压力值、工作储液罐的压力值比较，并实时反馈给控制器，来控制各压缩机的启停以及各压缩机的功率。

8.如权利要求5所述的超导储液罐氮气回收及利用系统，其特征在于，

在第一管路上还设置有流量流速监测模块，为工作储液罐充液氮时，流量流速监测模块检测液氮的流速和流量，并反馈到控制器，控制器通过控制第一管路上的逆止阀的开度来控制流量和流速。

9.如权利要求5所述的超导储液罐氮气回收及利用系统，其特征在于，在第一管路延伸入工作储液罐的一端设置有液氮喷头。

10.如权利要求2所述的超导储液罐氮气回收及利用系统，其特征在于，所述放空阀设置在气液感应器的下游。