CN214437798U - 六氟化硫和氮气混气回收分离装置 - Google Patents
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Abstract
六氟化硫和氮气混气回收分离装置，包括PLC控制系统、混气收集存储系统、膜分离系统、六氟化硫回收系统和氮气处理系统，混气收集存储系统的出气口通过混气输送管路与膜分离系统的进气口连接，膜分离系统的高纯六氟化硫出气口通过高纯六氟化硫管路与六氟化硫回收系统的进气口连接，膜分离系统的氮气分离口通过氮气排出管路与氮气处理系统的进气口连接，膜分离系统的侧出口通过回流管路与混气收集存储系统的进气口连接。本实用新型通过设计合理的膜分离出口压力控制，保证六氟化硫回收系统工作时，膜分离系统分离的六氟化硫气体纯度连续稳定在95%以上，改变了膜分离系统受后级罐充工作导致的六氟化硫纯度波动大和分离效果差的情况。
Description
技术领域
本实用新型属于六氟化硫气体回收技术领域，具体涉及一种六氟化硫和氮气混气回收分离装置。
背景技术
六氟化硫气体作为良好的灭弧介质和绝缘介质，被广泛应用在断路器中，但是六氟化硫是目前发现的六种温室气体之一，减少温室气体排放、减缓气候变化是《联合国气候变化公约》和《京都协议书》的主要目标。
长期以来，人们为寻找六氟化硫气体的替代气体，进行了大量的研究，能替代六氟化硫气体有氮气。六氟化硫/氮气混合气体从生态和经济角度看，是个很好的替代气体。六氟化硫/氮气混合气体的击穿强度与氮中六氟化硫的浓度及压力有关。从技术上讲，氮的组分至40%，混气强度几乎没有什么变差。即使80%氮气和20%六氟化硫的混合气体也还有纯氮气或空气二倍以上的电强度。
随着六氟化硫/氮气混合气体在电力设备的逐步推广和应用，六氟化硫/氮气混合气体分离装置的研发日益迫切，以满足混合气体中六氟化硫气体的回收利用。这类装置可以解决电力开关中六氟化硫/氮气混合气体的回收和分离难题，使得分离后的纯净六氟化硫气体收集到钢瓶后得以重新利用，氮气进行无污染排放。
这类装置主要包括混气收集存储系统、膜分离系统、六氟化硫回收系统和尾气处理系统。其中，膜分离系统是核心，六氟化硫气体透过膜，纯度高达95%，被六氟化硫回收系统回收并充入储气瓶内；尾气为少量的六氟化硫和氮气的混合气体，尾气通过尾气处理系统使六氟化硫满足相关的排放标准后，排空处理。
上述工艺过程中，膜分离系统在进气压力恒定和膜分离温度恒定的情况下，膜分离出口气体的纯度在95%以上，但是，当六氟化硫回收系统内储气罐压力达到某一设定压力值时，就需要将储气罐内气体充入外置储气瓶，此时，六氟化硫回收系统内第一压缩机启动，造成膜分离出口压力降低，膜分离进出口压差变大，引起膜分离出口六氟化硫纯度降低至70%左右，影响混气中六氟化硫气体的回收率。
实用新型内容
为了解决现有技术中的不足之处，本实用新型提供一种六氟化硫和氮气混气回收分离装置，其可保证六氟化硫在回收过程中，不影响膜分离系统的工作，膜分离系统分离的六氟化硫气体的纯度连续稳定在95%以上。
为解决上述技术问题，本实用新型采用如下技术方案：六氟化硫和氮气混气回收分离装置，包括PLC控制系统、混气收集存储系统、膜分离系统、六氟化硫回收系统和氮气处理系统，混气收集存储系统的出气口通过混气输送管路与膜分离系统的进气口连接，膜分离系统的高纯六氟化硫出气口通过高纯六氟化硫管路与六氟化硫回收系统的进气口连接，膜分离系统的氮气分离口通过氮气排出管路与氮气处理系统的进气口连接，膜分离系统的侧出口通过回流管路与混气收集存储系统的进气口连接，PLC控制系统通过控制线路分别与混气收集存储系统、膜分离系统和六氟化硫回收系统连接。
混气收集存储系统包括混气进气管路、第一压缩机和混气存储罐，混气进气管路上设有第一电磁比例调节阀，混气进气管路的出气口与第一压缩机的进口连接，第一压缩机的出气口与混气存储罐的进气口连接，混气存储罐上设有第一压力传感器，混气存储罐的出气口与所述的混气输送管路进气口连接，所述的回流管路的出气口与第一压缩机的进气口连接。
膜分离系统包括串联的一级分离膜和二级分离膜，一级分离膜的进气口与所述的混气输送管路的出气口连接，氮气分离口设在一级分离膜上，高纯六氟化硫出气口和侧出口均设在二级分离膜上，高纯六氟化硫管路上沿气流方向依次设有六氟化硫在线纯度监测仪表和第二电磁比例调节阀，回流管路上设有第一电磁阀，回流管路与高纯六氟化硫管路之间连接有不合格气体返回管路，不合格气体返回管路上设有第二电磁阀，不合格气体返回管路的进气口连接在二级分离膜和六氟化硫在线纯度监测仪表之间的高纯六氟化硫管路上，不合格气体返回管路的出气口连接在第一电磁阀与二级分离膜之间的回流管路上。
氮气排出管路上设有第三电磁阀。
六氟化硫回收系统包括六氟化硫存储罐、第二压缩机和钢瓶，六氟化硫存储罐上设有第二压力传感器，六氟化硫存储罐的进气口与高纯六氟化硫管路的出气口连接，六氟化硫存储罐的出气口通过抽气管与第二压缩机的进气口连接，第二压缩机的出气口通过注气管与钢瓶的进气口连接。
采用上述技术方案，PLC控制系统主要由PLC控制器和模拟量采集模块组成，主要完成各个电磁阀的控制以及压力传感器模拟量信号的采集和系统的控制。
混气收集存储系统的工作流程：第一压缩机采用双杠压缩机，混气进气管路的进气口连接高压电气设备，第一压缩机将高压电气设备内的六氟化硫和氮气的混合气体抽出，PLC控制系统的模拟量采集模块采集第一压力传感器的压力信号值，PLC控制器采用PID控制方式控制第一电磁比例调节阀的开度，从而控制进气量，使得混气存储罐的压力稳定在0.7MPa，保证膜分离系统进口压力维持在一个恒定值。
膜分离系统的工作流程：打开第一电磁阀、第二电磁阀和第三电磁阀、混气存储罐内的六氟化硫/氮气混合气体进入一级分离膜后，分离出的氮气（含有微量SF6）由氮气排出管路进入到氮气处理系统，对微量SF6处理使之达标排；主要是六氟化硫的混合气体再进入到二级分离膜内，二级分离膜对六氟化硫进行分离提纯，高纯六氟化硫出气口排出的是纯度高的六氟化硫气体，侧出口排出的的少量的含有较高浓度的氮气混合气体，六氟化硫在线纯度监测仪表监测二级分离膜的高纯六氟化硫出气口的六氟化硫气体的纯度，二级分离膜分离出的气体由不合格气体返回管路和回流管路再返回到第一压缩机，再次经一级分离膜分离后进入二级分离膜。当六氟化硫在线纯度监测仪表监测到的六氟化硫气体纯度在95%以上时，关闭第二电磁阀，打开第二电磁比例调节阀，六氟化硫气体由高纯六氟化硫管路输入到六氟化硫存储罐内。
六氟化硫回收系统的工作流程：
当六氟化硫存储罐的压力＞0.3MPa时，第二压缩机启动，将六氟化硫气体罐充到钢瓶内；当六氟化硫存储罐的压力＜0.08MPa时，第二压缩机停止。
本发明中利用PLC控制器控制第二电磁比例调节阀的开度，保持膜分离系统的出气口气压稳定，从而保证高纯六氟化硫出气口的六氟化硫气体的浓度在95%以上。
综上所述，本实用新型通过设计合理的膜分离出口压力控制，保证六氟化硫回收系统工作时，膜分离系统分离的六氟化硫气体纯度连续稳定在95%以上，改变了膜分离系统受后级罐充工作影响而导致的六氟化硫纯度波动大和分离效果差的情况。
附图说明
图1是本实用新型的结构示意图。
具体实施方式
如图1所示，本实用新型的六氟化硫和氮气混气回收分离装置，包括PLC控制系统1、混气收集存储系统2、膜分离系统3、六氟化硫回收系统4和氮气处理系统5，混气收集存储系统2的出气口通过混气输送管路6与膜分离系统3的进气口连接，膜分离系统3的高纯六氟化硫出气口通过高纯六氟化硫管路7与六氟化硫回收系统4的进气口连接，膜分离系统3的氮气分离口通过氮气排出管路8与氮气处理系统5的进气口连接，膜分离系统3的侧出口通过回流管路9与混气收集存储系统2的进气口连接，PLC控制系统1通过控制线路分别与混气收集存储系统2、膜分离系统3和六氟化硫回收系统4连接。
混气收集存储系统2包括混气进气管路10、第一压缩机11和混气存储罐12，混气进气管路10上设有第一电磁比例调节阀13，混气进气管路10的出气口与第一压缩机11的进口连接，第一压缩机11的出气口与混气存储罐12的进气口连接，混气存储罐12上设有第一压力传感器28，混气存储罐12的出气口与所述的混气输送管路6进气口连接，所述的回流管路9的出气口与第一压缩机11的进气口连接。
膜分离系统3包括串联的一级分离膜14和二级分离膜15，一级分离膜14的进气口与所述的混气输送管路6的出气口连接，氮气分离口设在一级分离膜14上，高纯六氟化硫出气口和侧出口均设在二级分离膜15上，高纯六氟化硫管路7上沿气流方向依次设有六氟化硫在线纯度监测仪表16和第二电磁比例调节阀17，回流管路9上设有第一电磁阀18，回流管路9与高纯六氟化硫管路7之间连接有不合格气体返回管路19，不合格气体返回管路19上设有第二电磁阀20，不合格气体返回管路19的进气口连接在二级分离膜15和六氟化硫在线纯度监测仪表16之间的高纯六氟化硫管路7上，不合格气体返回管路19的出气口连接在第一电磁阀18与二级分离膜15之间的回流管路9上。
氮气排出管路8上设有第三电磁阀21。
六氟化硫回收系统4包括六氟化硫存储罐22、第二压缩机23和钢瓶24，六氟化硫存储罐22上设有第二压力传感器25，六氟化硫存储罐22的进气口与高纯六氟化硫管路7的出气口连接，六氟化硫存储罐22的出气口通过抽气管26与第二压缩机23的进气口连接，第二压缩机23的出气口通过注气管27与钢瓶24的进气口连接。
PLC控制系统1主要由PLC控制器和模拟量采集模块组成，主要完成各个电磁阀的控制以及压力传感器模拟量信号的采集和系统的控制。
混气收集存储系统2的工作流程：第一压缩机11采用双杠压缩机，混气进气管路10的进气口连接高压电气设备，第一压缩机11将高压电气设备内的六氟化硫和氮气的混合气体抽出，PLC控制系统1的模拟量采集模块采集第一压力传感器28的压力信号值，PLC控制器采用PID控制方式控制第一电磁比例调节阀13的开度，从而控制进气量，使得混气存储罐12的压力稳定在0.7MPa，保证膜分离系统3进口压力维持在一个恒定值。
膜分离系统3的工作流程：打开第一电磁阀18、第二电磁阀20和第三电磁阀21、混气存储罐12内的六氟化硫/氮气混合气体进入一级分离膜14后，分离出的氮气（含有微量SF6）由氮气排出管路8进入到氮气处理系统5，对微量SF6处理使之达标排排放；主要是六氟化硫的混合气体再进入到二级分离膜15内，二级分离膜15对六氟化硫进行分离提纯，高纯六氟化硫出气口排出的是纯度高的六氟化硫气体，侧出口排出的的少量的含有较高浓度的氮气混合气体，六氟化硫在线纯度监测仪表16监测二级分离膜15的高纯六氟化硫出气口的六氟化硫气体的纯度，二级分离膜15分离出的气体由不合格气体返回管路19和回流管路9再返回到第一压缩机11，再次经一级分离膜14分离后进入二级分离膜15。当六氟化硫在线纯度监测仪表16监测到的六氟化硫气体纯度在95%以上时，关闭第二电磁阀20，打开第二电磁比例调节阀17，六氟化硫气体由高纯六氟化硫管路7输入到六氟化硫存储罐22内。
六氟化硫回收系统4的工作流程：
当六氟化硫存储罐22的压力＞0.3MPa时，第二压缩机23启动，将六氟化硫气体罐充到钢瓶24内；当六氟化硫存储罐22的压力＜0.08MPa时，第二压缩机23停止。
本发明中利用PLC控制器控制第二电磁比例调节阀17的开度，保持膜分离系统3的出气口气压稳定，从而保证高纯六氟化硫出气口的六氟化硫气体的浓度在95%以上。
需要着重指出的是，本实用新型中的PLC控制系统1分别与混气收集存储系统2、膜分离系统3和六氟化硫回收系统4的自动控制采用的硬件均为现有成熟技术，也不需要新的计算机程序。
本实施例并非对本实用新型的形状、材料、结构等作任何形式上的限制，凡是依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均属于本实用新型技术方案的保护范围。
Claims (5)
1.六氟化硫和氮气混气回收分离装置，其特征在于：包括PLC控制系统、混气收集存储系统、膜分离系统、六氟化硫回收系统和氮气处理系统，混气收集存储系统的出气口通过混气输送管路与膜分离系统的进气口连接，膜分离系统的高纯六氟化硫出气口通过高纯六氟化硫管路与六氟化硫回收系统的进气口连接，膜分离系统的氮气分离口通过氮气排出管路与氮气处理系统的进气口连接，膜分离系统的侧出口通过回流管路与混气收集存储系统的进气口连接，PLC控制系统通过控制线路分别与混气收集存储系统、膜分离系统和六氟化硫回收系统连接。
2.根据权利要求1所述的六氟化硫和氮气混气回收分离装置，其特征在于：混气收集存储系统包括混气进气管路、第一压缩机和混气存储罐，混气进气管路上设有第一电磁比例调节阀，混气进气管路的出气口与第一压缩机的进口连接，第一压缩机的出气口与混气存储罐的进气口连接，混气存储罐上设有第一压力传感器，混气存储罐的出气口与所述的混气输送管路进气口连接，所述的回流管路的出气口与第一压缩机的进气口连接。
3.根据权利要求1或2所述的六氟化硫和氮气混气回收分离装置，其特征在于：膜分离系统包括串联的一级分离膜和二级分离膜，一级分离膜的进气口与所述的混气输送管路的出气口连接，氮气分离口设在一级分离膜上，高纯六氟化硫出气口和侧出口均设在二级分离膜上，高纯六氟化硫管路上沿气流方向依次设有六氟化硫在线纯度监测仪表和第二电磁比例调节阀，回流管路上设有第一电磁阀，回流管路与高纯六氟化硫管路之间连接有不合格气体返回管路，不合格气体返回管路上设有第二电磁阀，不合格气体返回管路的进气口连接在二级分离膜和六氟化硫在线纯度监测仪表之间的高纯六氟化硫管路上，不合格气体返回管路的出气口连接在第一电磁阀与二级分离膜之间的回流管路上。
4.根据权利要求3所述的六氟化硫和氮气混气回收分离装置，其特征在于：氮气排出管路上设有第三电磁阀。
5.根据权利要求4所述的六氟化硫和氮气混气回收分离装置，其特征在于：六氟化硫回收系统包括六氟化硫存储罐、第二压缩机和钢瓶，六氟化硫存储罐上设有第二压力传感器，六氟化硫存储罐的进气口与高纯六氟化硫管路的出气口连接，六氟化硫存储罐的出气口通过抽气管与第二压缩机的进气口连接，第二压缩机的出气口通过注气管与钢瓶的进气口连接。
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| CN115751168A (zh) * | 2022-11-22 | 2023-03-07 | 广东电网有限责任公司 | 六氟化硫回收装置 |
| CN117732216A (zh) * | 2024-02-19 | 2024-03-22 | 国网江苏省电力有限公司电力科学研究院 | 一种高适应性六氟化硫气体净化处理控制系统及方法 |
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| CN115751168B (zh) * | 2022-11-22 | 2024-03-22 | 广东电网有限责任公司 | 六氟化硫回收装置 |
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