CN209204995U - 一种六氟化硫与氮气混合气体的回收装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开一种六氟化硫与氮气混合气体的回收装置。该装置结构如下：分离装置的入口接入六氟化硫与氮气混合气体，分离装置的第一出口与六氟化硫液化装置的入口连接，六氟化硫液化装置的出口与六氟化硫储存装置连接；分离装置的第二出口与尾气处理装置的入口连接；尾气处理装置的出口与尾气出口连接，尾气处理装置与尾气出口的连接通路上设置有第一电磁阀和尾气回收通路，尾气监测装置设置于尾气处理装置的出口处，用于监测出口处的六氟化硫浓度，并根据六氟化硫浓度调节第一电磁阀和第二电磁阀的通断状态。本实用新型可以准确监测尾气中有害气体含量，确保尾气排放达到安全标准，避免现场工作人员的人身伤害和环境污染。
Description
技术领域
本实用新型涉及气体回收领域，特别是涉及一种六氟化硫与氮气混合气体的回收装置。
背景技术
六氟化硫(SF6)气体因其优良的绝缘灭弧性能，被广泛应用于电力行业。然而六氟化硫的温室效应显著，是被禁止排放的6种温室气体之一，因而在使用过程中需要加以严格控制。为适应新的国际环保要求，减少温室气体排放，国内外电网企业开始采用SF6/N2混合气体替代纯六氟化硫绝缘气体，以减少六氟化硫气体用量。
在应用中，当SF6/N2混合气体电气设备进行检修、解体或退役时，都必须对设备内的SF6混合气体进行回收处理。纯的SF6气体容易液化，SF6气体回收时一般以液态形式罐装储存。而当混合气体中因含有与SF6相当量的N2时，因N2在常规条件下难以液化，难以直接液化回收，必须使用专用的SF6/N2混合气体回收装置。SF6/N2混合气体回收装置在现场快速将SF6和N2分离，分离后SF6直接液化灌瓶回收，N2经处理后其中残余的SF6小于安全限值(1000ppm)时可直接进行排放。国家标准GB/T28534-2012《高压开关设备和控制设备中六氟化硫(SF6)气体的释放对环境和健康的影响》中要求工作环境中SF6气体的最大允许限值为1000ppm。
现有的SF6/N2混合气体回收装置的分离效率受高分子膜两侧气体压力、温度等条件影响很大。在复杂的现场工作环境下，往往会出现分离后气体质量的波动，甚至出现尾气中SF6含量超标的现象，对排放的尾气(N2)中SF6含量无法确定，无法保证所排放的N2符合安全排放标准，危害现场人员安全，影响大气环境。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种六氟化硫与氮气混合气体的回收装置，以保证排放的N2符合安全排放标准。
为实现上述目的，本实用新型提供了如下方案：
一种六氟化硫与氮气混合气体的回收装置，包括：分离装置、六氟化硫液化装置、六氟化硫储存装置、尾气处理装置、尾气监测装置、第一电磁阀、尾气出口、第二电磁阀和第一压缩机；
所述分离装置的入口接入六氟化硫与氮气混合气体，所述分离装置的第一出口与所述六氟化硫液化装置的入口连接，所述六氟化硫液化装置的出口与所述六氟化硫储存装置连接；所述分离装置的第二出口与所述尾气处理装置的入口连接；所述尾气处理装置的出口与所述尾气出口连接，所述尾气处理装置的出口与所述尾气出口的连接通路上设置有所述第一电磁阀；所述分离装置用于分离所述六氟化硫与氮气混合气体中的六氟化硫气体，分离后的六氟化硫气体通过所述第一出口进入所述六氟化硫液化装置，分离后剩余的混合气体通过所述第二出口进入所述尾气处理装置；
所述尾气处理装置用于对混合气体中的六氟化硫气体进行处理；所述尾气处理装置的出口与所述尾气出口的连接通路上还设置有尾气回收通路，所述尾气回收通路的入口接入所述尾气处理装置的出口与所述第一电磁阀之间，所述尾气回收通路的出口接入所述分离装置的第二出口与所述尾气处理装置的入口之间；所述尾气回收通路的入口与出口之间依次设置有所述第二电磁阀和所述第一压缩机；
所述尾气监测装置设置于所述尾气处理装置的出口处，用于监测所述尾气处理装置出口处的六氟化硫浓度，并根据所述尾气处理装置出口处的六氟化硫浓度调节所述第一电磁阀和所述第二电磁阀的通断状态；所述第一电磁阀与所述第二电磁阀的通断状态相反。
可选的，所述分离装置为中空纤维膜。
可选的，所述六氟化硫液化装置具体包括：第二压缩机和制冷机；所述分离后的六氟化硫气体依次经过所述压缩机和所述制冷机被液化成液体。
可选的，所述尾气处理装置为分离膜或吸附罐；所述分离膜对氮气的渗透速率大于对六氟化硫的渗透速率；所述吸附罐用于吸附六氟化硫气体。
可选的，所述尾气监测装置通过旁路泵吸式获取所述尾气处理装置出口处的待测气体。
可选的，所述尾气监测装置包括电动气泵、气体样品池、气体传感器、数据通信网络和主机；所述电动气泵用于将所述尾气处理装置出口处的待测气体泵入所述气体样品池中；所述气体传感器设置于所述气体样品池中，用于对所述待测气体中六氟化硫的浓度进行检测；所述主机通过所述数据通信网络接收所述气体传感器检测的六氟化硫的浓度数据；所述主机用于根据所述六氟化硫的浓度数据调节所述第一电磁阀和所述第二电磁阀的通断状态。
可选的，所述六氟化硫与氮气混合气体的回收装置还包括显示屏，所述显示屏的数据控制端与所述主机连接，所述显示屏用于实时显示所述六氟化硫的浓度数据。
根据本实用新型提供的具体实施例，本实用新型公开了以下技术效果：
本实用新型首先利用分离装置和尾气处理装置对SF6/N2混合气体中的六氟化硫气体进行处理，进而利用尾气监测装置准确监测SF6/N2混合气体经处理后的待排气体中有害气体六氟化硫的含量，进而根据监测数据能够自动控制排放和再处理流程，确保尾气排放都能达到安全标准，避免现场工作人员的人身伤害和环境污染。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本实用新型六氟化硫与氮气混合气体的回收装置的结构示意图；
图2为本实用新型六氟化硫与氮气混合气体的回收装置中尾气监测装置的结构示意图；
图3为本实用新型六氟化硫与氮气混合气体的回收方法的流程示意图。
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。
图1为本实用新型六氟化硫与氮气混合气体的回收装置的结构示意图。如图1所示，包括：分离装置1、六氟化硫液化装置2、六氟化硫储存装置3、尾气处理装置4、尾气监测装置5、第一电磁阀6、尾气出口7、第二电磁阀8和第一压缩机9。
所述分离装置1的入口接入六氟化硫(SF6)与氮气(N2)混合气体；所述分离装置1用于对SF6/N2混合气体中的SF6气体进行分离。分离装置通过高分子膜进行SF6和N2的分离，分离后SF6浓度大于95％。本实用新型中SF6气体与N2的分离装置采用的是非多孔膜(又称均质膜)的渗透机理。气体组分在压力作用下，首先在膜的高压侧溶解于膜的表面，然后沿着膜中浓度梯度吸附、溶解、扩散、脱溶、逸出，传递到膜的另一侧(渗透口13侧)，实现两种组分气体的分离。
表1分多孔膜气体分离膜特性
从上述表1可见，为了提高有机非多孔膜的气体透过量，必须增大渗透系数、压力差和膜表面积以及减小膜厚度。此处，为了提高混合气体的分离效率，一定要选用渗透系数差较大的膜，即希望膜对混合气中某一组分A有较高的选择性和较大的渗透率，而对另一组B只有较低的选择性和较小的渗透率，这样才能获得较满意的纯化效果。
为了增加膜分离表面积，膜分离器(组件单元)结构山板框式提高到螺旋卷式、管式以至中空纤维式，每改进一种结构，分离表面积呈几何级数量增加，以中空纤维式分离膜表面积最大。
本实用新型中选用中空纤维膜，其材质为聚碳酸酯，该膜件在使用过程中，主要气体与须分离的气体分离因数α大于3即可进行分离，主要气体的渗透速度参数表2(单位为10-6scc/cm2cmHgsec)：
表2主要气体渗透速率表
| 气体 | H<sub>2</sub>O_V | SO<sub>2</sub> | H<sub>2</sub> | He | H<sub>2</sub>S | CO<sub>2</sub> | MeOH | O<sub>2</sub> | Ar |
| 渗透速率 | 2000 | 400 | 210 | 150 | 110 | 81 | 20.8 | 18 | 6.9 |
| 气体 | C<sub>2</sub>H<sub>4</sub> | CO | CH<sub>4</sub> | N<sub>2</sub> | C<sub>2</sub>H<sub>6</sub> | Xe | SF<sub>6</sub> | ||
| 渗透速率 | 4 | 4.17 | 2.4 | 2.4 | 1.4 | 0.5 | 0.04 |
混合绝缘气体快速回收时，主要气体由SF6和N2组成，还有一些其他分解物气体或杂质，这些气体与SF6分离因数α如表3：
表3 SF6气体与相关气体组分的分离因数
由表3可知，这些气体分离因数远大于3，使用带有该中空纤维膜的膜分离器能够高效净化分离SF6与其它杂质气体。
所述分离装置1的第一出口与所述六氟化硫液化装置2的入口连接，所述六氟化硫液化装置2的出口与所述六氟化硫储存装置3连接。分离后的六氟化硫气体通过第一出口进入六氟化硫液化装置2进行液化，然后由六氟化硫储存装置3储存。六氟化硫液化装置2包括第二压缩机和制冷机；分离后浓度大于95％的SF6气体依次经过压缩机和制冷机，经过加压冷冻会发生液化，在六氟化硫储存装置3中以液体存储，当积累到一定量后转移到钢瓶中。
所述分离装置1的第二出口与所述尾气处理装置4的入口连接，分离装置1分离后剩余的混合气体通过第二出口进入所述尾气处理装置4。分离后剩余的混合气体(大部分是N2)中SF6残余量较高，不能直接排放，在尾气处理装置4进行再处理。尾气处理装置4为分离膜或吸附罐。分离膜即增加一级高分子膜件，利用分离膜对SF6和N2的渗透速率差异(分离膜对氮气的渗透速率大于对六氟化硫的渗透速率)，将SF6截留下来，从而使尾气N2中SF6的含量大幅降低，达到处理目的。吸附罐，即利用吸附剂对SF6的选择性吸附，将SF6除去，也可达到尾气处理目的。
所述尾气处理装置4的出口与所述尾气出口7连接，所述尾气处理装置4的出口与所述尾气出口7的连接通路上设置有所述第一电磁阀6。所述尾气处理装置4的出口与所述尾气出口7的连接通路上还设置有尾气回收通路，所述尾气回收通路的入口接入所述尾气处理装置4的出口与所述第一电磁阀6之间，所述尾气回收通路的出口接入所述分离装置1的第二出口与所述尾气处理装置4的入口之间；所述尾气回收通路的入口与出口之间依次设置有所述第二电磁阀8和所述第一压缩机9。所述尾气监测装置5设置于所述尾气处理装置4的出口处，用于监测所述尾气处理装置4出口处的六氟化硫浓度，并根据所述尾气处理装置4出口处的六氟化硫浓度调节所述第一电磁阀6和所述第二电磁阀8的通断状态；所述第一电磁阀6与所述第二电磁阀8的通断状态相反。
尾气监测装置5设置在尾气处理装置4的出口处，通过旁路泵吸式获取尾气处理装置4出口处的待测气体，不影响主气路的压力和流量。待测气体进入尾气监测装置5中的检测器(如红外传感器或卤素传感器)，获得N2中SF6气体浓度，并在显示屏上显示实时数据。当检测的SF6浓度大于设定阈值时，回收装置自动切断第一电磁阀6，打开第二电磁阀8和压缩机9，尾气返回尾气处理装置4进行再处理，直到尾气中SF6含量降至设定阈值以下时再打开第一电磁阀6，关闭第二电磁阀8和第一压缩机9，继续继续尾气排空。尾气监测装置5采用模块化设计，通过通讯线传输实时监测数据，也可以整体拆下，方便整个尾气监测装置的定期校准或送计量部门校验。
下面结合图2来具体说明本实用新型中尾气监测装置5的具体结构，图2为本实用新型六氟化硫与氮气混合气体的回收装置中尾气监测装置的结构示意图。如图2所示，尾气监测装置包括：电动气泵、气体样品池、气体传感器、数据通信网络和主机；所述电动气泵用于将所述尾气处理装置出口处的待测气体泵入所述气体样品池中；所述气体传感器设置于所述气体样品池中，用于对所述待测气体中六氟化硫的浓度进行检测；所述主机通过所述数据通信网络接收所述气体传感器检测的六氟化硫的浓度数据；所述主机用于根据所述六氟化硫的浓度数据调节所述第一电磁阀和所述第二电磁阀的通断状态。
尾气监测装置在尾气处理装置后进行旁路取样。这种取样测量方式不影响主气路的压力和流量，避免影响前级分离效率；另一方面进入气体样品池的流量和压力恒定，能够保证气体传感器检测的准确度。通过电动气泵驱动气体进入样品池，气体样品池中设置气体传感器对尾气中SF6气体进行检测，气体传感器可采用红外传感器、卤素传感器等。通过数据传输网络将检测数据上传到主机。整个回收装置根据检测数据能够自动控制尾气排放和再处理流程，确保尾气排放都能达到安全标准，避免现场工作人员的人身伤害和环境污染。
本实用新型回收装置还包括显示屏，所述显示屏的数据控制端与所述主机连接，所述显示屏用于实时显示所述六氟化硫的浓度数据。
本实用新型具有以下优点：
1、在SF6/N2混合气体回收装置设置尾气监测装置，对尾气中SF6残余量进行实时监测，检测数据能在回收装置控制屏中显示，方便工作人员获取尾气质量信息。
2、回收装置根据尾气监测装置检测的SF6含量数据进行尾气排放和循环再处理的气路控制。当SF6残余量大时，切断第一电磁阀，打开第二电磁阀和第一压缩机，尾气返回尾气处理装置进行再处理；当尾气中SF6含量降至安全排放标准后，打开第一电磁阀，关闭第二电磁阀和第一压缩机进行尾气排空。
3、尾气监测装置包括泵吸式取样部分和检测部分，采用旁路泵吸式取样，不影响主气路的压力和流量。另一方面旁路取样保证进入样品池的流量和压力恒定，避免影响气体传感器的检测准确度。SF6检测部分可以选用红外传感器、卤素传感器等。
4、尾气监测装置采用模块化设计，可以整体从回收装置上拆下，方便检测器定期校准或送计量部门校验。
采用上述回收装置进行六氟化硫与氮气混合气体的回收方法如图3所示，图3为本实用新型六氟化硫与氮气混合气体的回收方法的流程示意图。具体包括以下步骤：
步骤100：对六氟化硫与氮气混合气体中的六氟化硫气体进行分离。
步骤200：将分离后的六氟化硫气体进行液化，并将液化后的六氟化硫储存至六氟化硫储存装置。
步骤300：将分离后剩余的混合气体在尾气处理装置中进行尾气处理，得到处理后的待排气体。
步骤400：获取待排气体中的六氟化硫浓度；
步骤500：判断待排气体中的六氟化硫浓度是否大于设定阈值；如果是，执行步骤600；如果否，执行步骤700。
步骤600：关闭尾气出口处的第一电磁阀，打开尾气回收通路上的第二电磁阀，将待排气体进一步进行尾气处理。
步骤700：打开尾气出口处的第一电磁阀，将待排气体通过尾气出口排出，并关闭尾气回收通路上的第二电磁阀。
上述步骤中，步骤200与步骤300-步骤700的执行顺序无先后，可同时操作。在步骤400之后还包括：将待排气体中的六氟化硫浓度显示于显示屏上。
本实用新型的具体实施过程大致如下：
SF6/N2混合气体(体积分数30％SF6/70％N2)进入回收装置，在分离装置通过高分子膜进行SF6和N2的分离，分离后SF6浓度大于95％，进入SF6液化装置进行液化后灌装至SF6储存装置中。分离后N2进入尾气处理装置，此时N2中SF6残余量较高，不能直接排放，在尾气处理装置通过分离膜或吸附罐进行再处理。尾气监测装置设置在处理单元出口处，通过旁路泵吸式取样，不影响主气路的压力和流量。气体进入尾气监测装置中的检测器(如红外传感器或卤素传感器)，获得N2中SF6气体浓度，并在回收装置的控制屏上显示实时数据。当检测的SF6浓度大于设定阈值(例如800ppm)时，回收装置自动切断第一电磁阀，打开第二电磁阀和第一压缩机，尾气返回尾气处理装置进行再处理，直到尾气中SF6含量降至设定阈值以下时再打开第一电磁阀，关闭第二电磁阀和第一压缩机，继续继续尾气排空。本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
本文中应用了具体个例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本实用新型的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本实用新型的限制。
Claims (7)
1.一种六氟化硫与氮气混合气体的回收装置，其特征在于，包括：分离装置、六氟化硫液化装置、六氟化硫储存装置、尾气处理装置、尾气监测装置、第一电磁阀、尾气出口、第二电磁阀和第一压缩机；
所述分离装置的入口接入六氟化硫与氮气混合气体，所述分离装置的第一出口与所述六氟化硫液化装置的入口连接，所述六氟化硫液化装置的出口与所述六氟化硫储存装置连接；所述分离装置的第二出口与所述尾气处理装置的入口连接；所述尾气处理装置的出口与所述尾气出口连接，所述尾气处理装置的出口与所述尾气出口的连接通路上设置有所述第一电磁阀；所述分离装置用于分离所述六氟化硫与氮气混合气体中的六氟化硫气体，分离后的六氟化硫气体通过所述第一出口进入所述六氟化硫液化装置，分离后剩余的混合气体通过所述第二出口进入所述尾气处理装置；
所述尾气处理装置用于对混合气体中的六氟化硫气体进行处理；所述尾气处理装置的出口与所述尾气出口的连接通路上还设置有尾气回收通路，所述尾气回收通路的入口接入所述尾气处理装置的出口与所述第一电磁阀之间，所述尾气回收通路的出口接入所述分离装置的第二出口与所述尾气处理装置的入口之间；所述尾气回收通路的入口与出口之间依次设置有所述第二电磁阀和所述第一压缩机；
所述尾气监测装置设置于所述尾气处理装置的出口处，用于监测所述尾气处理装置出口处的六氟化硫浓度，并根据所述尾气处理装置出口处的六氟化硫浓度调节所述第一电磁阀和所述第二电磁阀的通断状态；所述第一电磁阀与所述第二电磁阀的通断状态相反。
2.根据权利要求1所述的六氟化硫与氮气混合气体的回收装置，其特征在于，所述分离装置为中空纤维膜。
3.根据权利要求1所述的六氟化硫与氮气混合气体的回收装置，其特征在于，所述六氟化硫液化装置具体包括：第二压缩机和制冷机；所述分离后的六氟化硫气体依次经过所述压缩机和所述制冷机被液化成液体。
4.根据权利要求1所述的六氟化硫与氮气混合气体的回收装置，其特征在于，所述尾气处理装置为分离膜或吸附罐；所述分离膜对氮气的渗透速率大于对六氟化硫的渗透速率；所述吸附罐用于吸附六氟化硫气体。
5.根据权利要求1所述的六氟化硫与氮气混合气体的回收装置，其特征在于，所述尾气监测装置通过旁路泵吸式获取所述尾气处理装置出口处的待测气体。
6.根据权利要求1所述的六氟化硫与氮气混合气体的回收装置，其特征在于，所述尾气监测装置包括电动气泵、气体样品池、气体传感器、数据通信网络和主机；所述电动气泵用于将所述尾气处理装置出口处的待测气体泵入所述气体样品池中；所述气体传感器设置于所述气体样品池中，用于对所述待测气体中六氟化硫的浓度进行检测；所述主机通过所述数据通信网络接收所述气体传感器检测的六氟化硫的浓度数据；所述主机用于根据所述六氟化硫的浓度数据调节所述第一电磁阀和所述第二电磁阀的通断状态。
7.根据权利要求6所述的六氟化硫与氮气混合气体的回收装置，其特征在于，所述六氟化硫与氮气混合气体的回收装置还包括显示屏，所述显示屏的数据控制端与所述主机连接，所述显示屏用于实时显示所述六氟化硫的浓度数据。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201822031603.4U CN209204995U (zh) | 2018-12-05 | 2018-12-05 | 一种六氟化硫与氮气混合气体的回收装置 |
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| CN209204995U true CN209204995U (zh) | 2019-08-06 |
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ID=67463023
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109276976A (zh) * | 2018-12-05 | 2019-01-29 | 国家电网有限公司 | 一种六氟化硫与氮气混合气体的回收装置及方法 |
| CN110954652A (zh) * | 2019-10-28 | 2020-04-03 | 国网河北省电力有限公司电力科学研究院 | 校验装置和校验方法 |
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2018
- 2018-12-05 CN CN201822031603.4U patent/CN209204995U/zh active Active
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