CN219136368U - 用分子筛脱氧脱氮的sf6提纯装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种用分子筛脱氧脱氮的SF6提纯装置，包括气体混合罐、球阀、第六电磁阀、水分过滤器、颗粒过滤器、前SF6纯度测量模块、提纯单元、后SF6纯度测量模块、缓冲罐和气体存储罐，在该气体混合罐与提纯单元之间设置有测量管道和提纯管道，该提纯管道的一端与所述的气体混合罐连通，另一端与所述的提纯单元连通；在所述的提纯管道上依次安装有所述的球阀、第六电磁阀、水分过滤器、颗粒过滤器、减压器、单向阀和第八电磁阀。本实用新型的优点是：1）采用脱氧分子筛和脱氮分子筛完全吸附不纯的SF6气体中氧和氮，使SF6气体纯度提高。2）不需要制冷使气体温度降低后液化或固化后排出空气，所以能耗小，系统运行压力低。

Description

用分子筛脱氧脱氮的SF6提纯装置

技术领域

本实用新型涉及一种用分子筛脱氧脱氮的SF6提纯装装置，属于气体处理领域。

背景技术

SF6气体通常作为高压开关、变压器、高电压输变电管线等电器绝缘和灭弧介质气体，在电力运行和电器制造行业被广泛应用。但电器长时间运行后气体因灭弧等动作后产生分解物和水份侵入，导致气体纯度降低，影响绝缘、灭弧性能，尤其在电器制造工厂，SF6气体被反复使用，空气、水份、灰尘等混入气体，导致SF6气体性能下降，严重的导致电器产品出现次品，甚至报废。由于电器制造企业日使用气量较大，循环次数多，气体纯度降低后，无法按工厂的生产频次要求做快速提纯，企业甚至将混入空气的SF6大量地排入大气，导致温室效应严重。

现在市面上也有SF6气体的提纯装置。主要有以下几类：

1、车载式SF6提纯系统，主要针对高压电器运行的电力企业，在电器出现绝缘报警时，需要停电对电器里SF6气体进行全部回收进入冷冻罐内，使得SF6液化、制冰，然后用真空泵抽出冰面上的空气，然后再将SF6干冰加热变成液态，再通过加热气化后，再充进电器使用的方法。这种设备制造成本高，对管道、压力容器、控制阀门、压力温度传感器要求都相当高，因制冷到干冰的状态，一般温度要低于-60℃才能做到，所以制造装置的材料要求的低温性能要求非常高，而且需要大功率的制冷设备，有的甚至使用液氮来冷却气罐和管路，热效能很低，成本很大，这是不经济的做法。这样的设备一般市场价格在RMB160万左右，相对于SF6新气为32吨，导致大部分用户宁愿换新气，也不愿意购置设备，换新气导致的废气处理的后期麻烦更多。

2、采用渗透膜技术对SF6气体与空气进行分离，定制SF6专用的渗透膜或定制氮气专用的渗透膜。目前国内渗透膜技术有待提高，价格昂贵，设备要求恒温、恒压，同时由于渗透膜孔为极微膜孔，以分子直径计量，而运行着的SF6气体或新的SF6气体颗粒度大于微孔的很多，国标规定可以使用的SF6气体内的颗粒度小于1um即可满足，这些颗粒对渗透膜极具危害性，严重时造成堵塞。目前类似设备大都选用进口的渗透膜，每平方米价格在RMB20万以上，对设备的制造成本是严重的挑战，更换渗透膜也不是一个简单的问题，这样的设备一般市场价要达到RMB250万左右，相对SF6新气50吨。

3、简易提纯装置，这种装置主要采取压缩制冷的方法，将气体压缩进入预先制冷的低温压力容器中，SF6气体液化，利用杂质气体不能在同温下液化的原理，使得SF6与杂质气体分层存在同一压力容器中，液态在容器下端，气态杂气和气态的SF6混合气存在压力容器的上端，通过排空阀将混合气排除一部分，降低压力后再灌入不合格气体，直到液态SF6在压力容器中达到一定量后，通过液泵将液态SF6灌入干净的容器中准备再使用。这种方法简单易行，但提取的液态SF6纯度只能达到99%以下，对于被提纯的SF6气体纯度低于80%时，提纯后的纯度只能达到95%，而且提纯时排出的混合杂气含SF6量高，超过25%，排出气体污染环境，SF6气体损失严重。

这是目前液氮冷却气体制干冰的方法的提纯设备，以上设备总结起来，存在以下问题：

1、设备配置复杂，耗材很多，比如液氮用量较大，存在使用危险性，容易使操作人员冻伤，损耗大，现场补液氮不方便，液氮运输风险较高。

2、采用渗透膜技术，成本高，气体损耗大，恒温恒压控制复杂，效率低，膜堵后换膜不方便，需要做价格昂贵的备品，进口膜材料时间长。设备的能耗很大。

3、设备体积大，重量大，不易运输，现场移动困难。

4、操控复杂，对人员要求高。

5、现场一般需要处理的气体量不大，设备准备投入使用的时间长，而且现场处理对时间要求比较紧，不能在线运行设备，需要对运行的电器设备停电后处理。

6、对电器制造工厂而言，这些设备不适合运行中的设备在线对SF6的提纯，比如气站系统，在不能停机的状态下，要做到全自动在线处理而不影响气站的工作。

7、深冷法使SF6固化提纯，设备复杂，由于系统温度在-40℃左右，对电磁阀、管道、储罐等要求都非常高，极易故障。

实用新型内容

为克服现有技术的缺陷，本实用新型提供一种用分子筛脱氧脱氮的SF6提纯装装置，本实用新型的技术方案是：

一种用分子筛脱氧脱氮的SF6提纯装置，包括气体混合罐、球阀、第六电磁阀、水分过滤器、颗粒过滤器、前SF6纯度测量模块、提纯单元、后SF6纯度测量模块、缓冲罐和气体存储罐，在该气体混合罐与提纯单元之间设置有测量管道和提纯管道，该提纯管道的一端与所述的气体混合罐连通，另一端与所述的提纯单元连通；在所述的提纯管道上依次安装有所述的球阀、第六电磁阀、水分过滤器、颗粒过滤器、减压器、单向阀、第八电磁阀；在所述的测量管道上依次安装有第一电磁阀、第一压缩机和第九电磁阀，第一压力传感器以及所述测量管道的一端连接在颗粒过滤器与减压器之间的提纯管道上，另一端接入所述的提纯单元；所述的前SF6纯度测量模块的测量端接入所述的测量管道和提纯管道上；在所述提纯单元的出气端安装有所述的后SF6纯度测量模块。

在所述的提纯管道上，该前SF6纯度测量模块接入所述的减压器与单向阀之间；在所述的测量管道上，该前SF6纯度测量模块接入所述的第一电磁阀与第一压缩机之间。

所述的提纯单元包括提纯罐、脱氧分子筛、脱氮分子筛、加热器和温度传感器，在所述提纯罐的内部从上至下依次安装有所述的脱氮分子筛和脱氧分子筛，该脱氮分子筛与所述提纯罐的顶部形成出气空间，该脱氧分子筛与提纯罐的底部形成进气空间；在所述提纯罐的外围安装有所述的加热器，在接近加热器的提纯罐上安装有所述的温度传感器。

还包括缓冲罐和气体存储罐，在该提纯罐与缓冲罐之间的管道上依次安装有后SF6纯度测量模块和第二电磁阀，在所述的缓冲罐与气体存储罐之间的管道上依次安装有第五电磁阀和第二压缩机。

还包括第三电磁阀、第四电磁阀、第七电磁阀、第二压力传感器和真空泵，该第三电磁阀的一端连接在所述的后SF6纯度测量模块与第二电磁阀之间，另一端与所述的第一电磁阀连通；第七电磁阀的一端连接在所述的第一压缩机与第九电磁阀之间，另一端连接在气体混合罐与球阀之间；所述第四电磁阀的一端与所述的第三电磁阀连通，并在第三电磁阀和第四电磁阀的连接处安装有所述的第二压力传感器，该第四电磁阀的另一端连接有所述的真空泵。

本实用新型的优点是：

1）采用脱氧分子筛和脱氮分子筛完全吸附不纯的SF6气体中氧和氮，使SF6气体纯度提高。

2）不需要制冷使气体温度降低后液化或固化后排出空气，所以能耗小，系统运行压力低，整个提纯过程中的压力只需要在5—7bar的范围内。

3）脱氧分子筛和脱氮分子筛可以通过高于环境的温度配合真空，就可以再生分子筛，系统几乎没有损耗；对各部件的材料要求不高，制造成本低，安全可靠。

4）流程简单，设备制造陈本低，耗材需求量很少；分子筛价格低，且能进行上千次的完全再生。

5）便于实现自动化控制，对电器制造厂来说有极高的经济效益。

附图说明

图1是本实用新型的主体结构示意图。

实施方式

下面结合具体实施例来进一步描述本实用新型，本实用新型的优点和特点将会随着描述而更为清楚。但这些实施例仅是范例性的，并不对本实用新型的范围构成任何限制。本领域技术人员应该理解的是，在不偏离本实用新型的精神和范围下可以对本实用新型技术方案的细节和形式进行修改或替换，但这些修改和替换均落入本实用新型的保护范围内。

参见图1，本实用新型涉及一种用分子筛脱氧脱氮的SF6提纯装置，包括气体混合罐1、球阀16、第六电磁阀17、水分过滤器FL、颗粒过滤器PL、前SF6纯度测量模块13、提纯单元、后SF6纯度测量模块6、缓冲罐7和气体存储罐8，在该气体混合罐1与提纯单元之间设置有测量管道和提纯管道，该提纯管道的一端与所述的气体混合罐1连通，另一端与所述的提纯单元连通；在所述的提纯管道上依次安装有所述的球阀16、第六电磁阀17、水分过滤器FL、颗粒过滤器PL、减压器3、单向阀和第八电磁阀18；在所述的测量管道上依次安装有第一电磁阀24、第一压缩机12和第九电磁阀19，第一压力传感器2以及所述测量管道的一端连接在颗粒过滤器与减压器3之间的提纯管道上，另一端接入所述的提纯单元；所述的前SF6纯度提纯模块13的测量端接入所述的测量管道和提纯管道上；在所述提纯单元的出气端安装有所述的后SF6纯度测量模块6。

在所述的提纯管道上，该前SF6纯度测量模块13接入所述的减压器3与单向阀之间；在所述的测量管道上，该前SF6纯度测量模块13接入所述的第一电磁阀24与第一压缩机12之间。

所述的提纯单元包括提纯罐25、脱氧分子筛15、脱氮分子筛14、加热器4和温度传感器5，在所述提纯罐25的内部从上至下依次安装有所述的脱氮分子筛14和脱氧分子筛15，该脱氮分子筛14与所述提纯罐25的顶部形成出气空间，该脱氧分子筛15与提纯罐25的的底部形成进气空间；在所述提纯罐25的外围安装有所述的加热器4，在接近加热器4的提纯罐25上安装有所述的温度传感器5。

还包括缓冲罐7和气体存储罐8，在该提纯罐25与缓冲罐7之间的管道上依次安装有后SF6纯度测量模块6和第二电磁阀26，在所述的缓冲罐7与气体存储罐8之间的管道上依次安装有第五电磁阀23和第二压缩机9。

还包括第三电磁阀21、第四电磁阀22、第七电磁阀20、第二压力传感器11和真空泵10，该第三电磁阀21的一端连接在所述的后SF6纯度测量模块6与第二电磁阀26之间，另一端与所述的第一电磁阀24连通；第七电磁阀20的一端连接在所述的第一压缩机12与第九电磁阀19之间，另一端连接在气体混合罐1与球阀16之间；所述第四电磁阀22的一端与所述的第三电磁阀21连通，并在第三电磁阀21和第四电磁阀22的连接处安装有所述的第二压力传感器11，该第四电磁阀22的另一端连接有所述的真空泵10。

本实用新型的工作原理是：

本实用新型通过水分过滤器和颗粒过滤器形成组合过滤器，所述的水分过滤器，主要过滤掉气源中的大量水份，因分子筛有一定吸附水份的作用，且吸附水份越多吸附氧和氮的比例就下降，所以为了确保分子筛的最大吸附效果，先进性水份清除。颗粒过滤器，主要阻挡气源中的颗粒粉尘杂质，避免对后面的部件造成堵塞故障。

所述的前SF6纯度测量模块和后SF6纯度测量模块用于测量SF6气体的百分比含量，含量越高则SF6越纯。

所述的提纯罐主要用来填装脱氧分子筛和脱氮分子筛，并形成密闭罐，只要在上下空间留一点空间给气体流动缓冲即可。

所述的缓冲罐为了配合提纯塔内保持压力稳定，缓冲罐保证了第二压缩机一旦开启后，提纯罐和缓冲罐内压力不会骤然下降，起到缓冲作用；

所述的加热器用于在再生脱氧分子筛和脱氮分子筛时，根据脱氧分子筛和脱氮分子筛的脱附特性，加温使分子筛脱附更快，缩短再生时间，有利于提高设备效率。

所述的温度传感器为控制加热温度提供控制信号。

所述的第一电磁阀至第九电磁阀主要根据流程，通过PLC对气流进行开关控制，实现系统的自动化。

所述的减压器用于根据系统要求控制流进系统内气体的压力。

第一步：先测量混合气体中SF6与空气的体积比，也就是此时SF6的纯度值，当测量数值满足使用要求时，设备不需要进行提纯。流程为：混合气通过管道连接到气体混合罐，开启球阀、第六电磁阀、水分过滤器和颗粒过滤器、减压器、前SF6纯度测量模块、第一压缩机和第九电磁阀后进入提纯罐，进行纯度测量，同时保证测量尾气不排出，而是进入提纯罐。

第二步：当测量值不满足使用要求时，关闭测量流程，进入气体提纯流程。当气源压力高于7bar时，气体通过开启的球阀、第六电磁阀、水分过滤器和颗粒过滤器、减压器、单向阀、第八电磁阀进入提纯罐，气体在提纯罐内与脱氧分子筛、脱氮分子筛充分接触，脱氧分子筛、脱氮分子筛吸附掉混合气中空气的氮和氧，流到提纯罐上端的气体就是纯净的SF6气体了。当气源压力低于于5bar时，气体通过开启的球阀、第六电磁阀、水分过滤器和颗粒过滤器、第一电磁阀、第一压缩机、第九电磁阀进入提纯罐，气体在提纯罐内与脱氧分子筛、脱氮分子筛充分接触，脱氧分子筛、脱氮分子筛吸附掉混合气中空气的氮和氧，流到提纯罐上端的气体就是纯净的SF6气体了，实现低压部分气体的提纯。

第三步：提纯罐内随着前面过来的气体的增多压力随之升高，当升高到分子筛最佳的工作压力时，通过第二压力传感器判断，当压力超过这个压力时，开启第二电磁阀，将压力释放到缓冲罐，同时纯度模块一直处于测量进入缓冲罐内的SF6气体的纯度，一方面始终保持提纯罐内压力在最佳工作压力范围内，另一方面通过后SF6纯度测量模块的测量数据送到控制系统，保证进入缓冲罐内的SF6气体的纯度是合格，一旦数据不符合设定的纯度控制值，系统自动关闭第二电磁阀，同时关闭进气流程，进入分子筛再生流程。

分子筛再生流程：开启第三电磁阀，经过第一压缩机和第七电磁阀，将提纯罐内不合格的气体压回气源，（这样做是为了提纯塔内不合格的气体不被排出，而是压回气源，等待下一个流程再次提纯。）当提纯塔内压力到达大气压以下时（通过第二压力传感器判断），关闭第三电磁阀、第一压缩机和第七电磁阀后，开启加热器并保持几分钟后，开启真空泵和第四电磁阀，通过对提纯罐的外部加热，使温度传入提纯罐的脱氧分子筛和脱氮分子筛，脱氧分子筛和脱氮分子筛在加热并抽真空的状态下，快速释放吸附的氮和氧、还有一定的水份，释放出来的氮和氧、水份同时被真空泵抽出来，排入大气。当真空抽到0.5mbar后，关闭第四电磁阀后再次抽一次真空，使得分子筛内吸附的氮和氧、水份被全部排出，达到分子筛再生的目的。当分子筛再生完毕后，关闭再生流程，自动再次进入进气提纯流程，循环进行。

第四步：当缓冲罐内注入的被提纯后的SF6气体的压力达到设定值时，开启第二压缩机和第五电磁阀，将缓冲罐内SF6气体压入高纯度SF6储存罐内备用。

在高电压电器制造工厂，SF6作为测试必须的绝缘介质，每天都被充入被试品，测试结束后，将SF6气体回收到储存容器中，在测试前为了保证SF6气体的纯度符合测试要求，先对被试品抽真空到0.3mbar，以确保绝大部分空气被抽走，但无论怎样抽真空都达不到绝对真空，当真空到0.3mbar时，工艺技术认定达到要求了，开始对被试品充入SF6到一定的压力后，对被试品做高电压测试，测试结束后，气体通过SF6回收系统将被试品内的气体回收进入储存压力容器。这个过程对电器制造厂来说每天要进行无数次的循环，就在这样的循环中，空气、水蒸气以及其它杂质气体被一同回收进入了储存容器中，进过一段时间的累积，储存容器内的杂质气体越来越多，对SF6气体来说，纯度越来越低，当SF6纯度低到一定的程度就不能满足高电压测试要求了，这时SF6气体要么排出（危害大气）。

通过上述情况分析，可以得到结论，SF6气体中含有了水份、空气、颗粒是导致SF6纯度降低的主要原因，而其中空气是最难去除的关键因数，进而设置了本实用新型。

以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，根据本实用新型的技术方案及其实用新型构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种用分子筛脱氧脱氮的SF6提纯装置，其特征在于，包括气体混合罐、球阀、第六电磁阀、水分过滤器、颗粒过滤器、前SF6纯度测量模块、提纯单元、后SF6纯度测量模块、缓冲罐和气体存储罐，在该气体混合罐与提纯单元之间设置有测量管道和提纯管道，该提纯管道的一端与所述的气体混合罐连通，另一端与所述的提纯单元连通；在所述的提纯管道上依次安装有所述的球阀、第六电磁阀、水分过滤器、颗粒过滤器、减压器、单向阀和第八电磁阀；在所述的测量管道上依次安装有第一电磁阀、第一压缩机和第九电磁阀，第一压力传感器以及所述测量管道的一端连接在颗粒过滤器与减压器之间的提纯管道上，另一端接入所述的提纯单元；所述的前SF6纯度测量模块的测量端接入所述的测量管道和提纯管道上；在所述提纯单元的出气端安装有所述的后SF6纯度测量模块。

2.根据权利要求1所述的一种用分子筛脱氧脱氮的SF6提纯装置，其特征在于，在所述的提纯管道上，该前SF6纯度测量模块接入所述的减压器与单向阀之间；在所述的测量管道上，该前SF6纯度测量模块接入所述的第一电磁阀与第一压缩机之间。

3.根据权利要求1或2所述的一种用分子筛脱氧脱氮的SF6提纯装置，其特征在于，所述的提纯单元包括提纯罐、脱氧分子筛、脱氮分子筛、加热器和温度传感器，在所述提纯罐的内部从上至下依次安装有所述的脱氮分子筛和脱氧分子筛，该脱氮分子筛与所述提纯罐的顶部形成出气空间，该脱氧分子筛与提纯罐的底部形成进气空间；在所述提纯罐的外围安装有所述的加热器，在接近加热器的提纯罐上安装有所述的温度传感器。

4.根据权利要求3所述的一种用分子筛脱氧脱氮的SF6提纯装置，其特征在于，还包括缓冲罐和气体存储罐，在该提纯罐与缓冲罐之间的管道上依次安装有后SF6纯度测量模块和第二电磁阀，在所述的缓冲罐与气体存储罐之间的管道上依次安装有第五电磁阀和第二压缩机。

5.根据权利要求4所述的一种用分子筛脱氧脱氮的SF6提纯装置，其特征在于，还包括第三电磁阀、第四电磁阀、第七电磁阀、第二压力传感器和真空泵，该第三电磁阀的一端连接在所述的后SF6纯度测量模块与第二电磁阀之间，另一端与所述的第一电磁阀连通；第七电磁阀的一端连接在所述的第一压缩机与第九电磁阀之间，另一端连接在气体混合罐与球阀之间；所述第四电磁阀的一端与所述的第三电磁阀连通，并在第三电磁阀和第四电磁阀的连接处安装有所述的第二压力传感器，该第四电磁阀的另一端连接有所述的真空泵。

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