一种氦制冷机中的压缩氦气除油净化系统技术方案

本发明专利技术公开了一种氦制冷机中的压缩氦气除油净化系统，包括有一、二级油气分离器、活性炭吸附器、分子筛干燥器、粉尘过滤器、抽空系统、测控系统；所述一、二级油气分离器、活性炭吸附器、分子筛干燥器、粉尘过滤器依次设置在氦气正流路上，氦气正流路的进气口与压缩机排气口连通，压缩氦气首先进入一级油气分离器，之后进入二级油气分离器；然后氦气进入活性炭吸附器；经过活性炭吸附之后，氦气进入分子筛干燥器；最后在除油净化系统出口处设置粉尘过滤器。本发明专利技术整个系统的组成设备整体集成模块化处理，便于运输、安装、测试及运行，也便于系统选型和生产制造，适用于大中型氦制冷系统中，压缩机出口端除油净化需求。

【技术实现步骤摘要】

：本专利技术涉及油气分离技术、动态吸附技术、流体过滤技术、密封技术、真空技术、测控技术等方面在压缩氦气除油净化系统上的应用，主要涉及一种氦制冷机中的压缩氦气除油净化系统，在系统自动控制方面和设备集成上提出了相应的技术方案，从而制定了氦制冷机中除油净化工艺的每一阶段的具体参数和独特的要求，可为该领域建立健全行业标准提供参考。
技术介绍
：随着低温深冷、超导等学科技术的迅速发展，氦低温制冷技术被广泛运用在各个领域，并且越来越大型化。在这些氦制冷系统中，氦气压缩和液化是两大关键性的工艺步骤，而压缩后的氦气除油净化系统是这两个阶段之间的重要部分。氦气除油净化系统的运行状况直接影响到氦气的液化阶段各设备包括膨胀机在内的工作效率，除油净化处理不彻底会直接使氦制冷机运行的能耗增大或者导致制冷机故障，因此压缩氦气除油净化系统的参数设定、工艺流程设计、设备结构、测控点位分布、密封结构以及运行方式等方面都直接影氦制冷系统的工况。在大型氦制冷系统中，高纯度的氦气经过压缩机压缩以后，通常会被二次污染，压缩机排气口气体纯度大为下降，其中主要是含油量含水量超标，可以达到几百甚至几千ppm，含水量也有所提高可以达到或超过5ppm，有的气体里面还含有少量的氮和碳氢化合物，而这些杂质不能直接进入制冷机，否则在低温下会阻塞管道、增加能耗、甚至会导致制冷机故障。
技术实现思路
：本专利技术目的就是为了弥补已有技术的缺陷，提供一种氦制冷机中的压缩氦气除油净化系统，在参数设定、工艺流程、设备结构、自控方案、外形设计等方面提出了明确的标准与要求。其效果理想达到设计标准，为以后压缩氦气除油系统的设计与研发提供了例证，为完善该系统的设计标准提供了很好的参考。本专利技术是通过以下技术方案实现的：一种氦制冷机中的压缩氦气除油净化系统，其特征在于：包括有一、二级油气分离器、活性炭吸附器、分子筛干燥器、粉尘过滤器、抽空系统、测控系统；所述一、二级油气分离器、活性炭吸附器、分子筛干燥器、粉尘过滤器依次设置在氦气正流路上，氦气正流路的进气口与压缩机排气口连通，压缩氦气首先进入一级油气分离器，之后进入二级油气分离器；然后氦气进入活性炭吸附器；经过活性炭吸附之后，氦气进入分子筛干燥器；最后在除油净化系统出口处设置粉尘过滤器；所述一、二级油气分离器分别通过回油管路连通至压缩机进油口；所述活性炭吸附器与干燥器之间的氦气正流路上设置安全阀连通低压氦路，所述低压氦路连通至压缩机进气口；所述粉尘过滤器与高压氦气出口之间连通有高压氦路和低压氦路，所述高压氦路连通至收气罐，所述低压氦路连通至压缩机进气口，且管路中设有补气罐和泄压管连通低压气柜；所述抽空系统是高纯度氦系统，包括有设置在二级油气分离器与活性炭吸附器之间的抽空口，当设备检修或者更换吸附剂、滤芯时，系统需要反复抽空充高纯氦气，所以本系统的压力容器等设备在设计、制造时不仅要考虑耐压能力，还要考虑有较高的真空度，要求使用真空泵抽空能达到10pa以下，并且停泵后真空能保持24h；所述测控系统采用PLC控制或者DCS控制，在每一级设备前后，设置气体取样点，连接至高纯度的气体分析仪，所述二级油气分离器与活性炭吸附器之间以及除油净化系统出口前的氦气正流路上连通有氦纯度分析仪管路，测量气体含油量、含水量等纯度信息；设立取压点测量气体压力以及设备的压差；控制自动调节阀调节流量。所述的一级油气分离器将氦气中的含油量从2～200ppm降到0.5ppm；在二级油气分离器中将氦气含油量从0.5ppm降到0.05ppm以下，通过活性炭的吸附作用将含油量降到10ppb以下，经过活性炭吸附之后，氦气进入分子筛干燥器，进行深度干燥，将含水量降到1ppm以下；最后在除油净化系统出口设置粉尘过滤器，过滤氦气从活性炭和分子筛带出的固体颗粒，要求其大小直径不超过3μm，浓度不超过10pic/L。由于氦制冷系统多为密闭循环制冷系统，氦气中的含水量会逐步下降，所以后期可以将分子筛干燥器旁通，以减少管阻。。所述的回油管路中设有油路过滤器和手动阀和电磁阀。所述的一二级油气分离器均采用凝聚分离方式，气体内进外出，所述滤芯采用不同密度玻璃纤维、不同的内部结构，用以捕捉不同粒径的油颗粒。本专利技术的优点是：本专利技术的整套系统自动控制无人值守。此外系统还配备了抽空系统，整个系统的组成设备整体集成模块化处理，便于运输、安装、测试及运行，也便于系统选型和生产制造，可以满足的不同氦制冷系统的需求；简单易行，将系统进气口与压缩机排气口相连，排气口与制冷机进口相连；系统支架底部安装膨胀螺栓即可。附图说明：图1为本专利技术的工艺流程图。具体实施方式：参见附图。一种氦制冷机中的压缩氦气除油净化系统，其特征在于：包括有一、二级油气分离器1、2、活性炭吸附器3、分子筛干燥器4、粉尘过滤器5、抽空系统、测控系统；所述一、二级油气分离器1、2、活性炭吸附器3、分子筛干燥器4、粉尘过滤器5依次设置在氦气正流路6上，氦气正流路6的进气口与压缩机排气口连通，压缩氦气首先进入一级油气分离器1，之后进入二级油气分离器2；然后氦气进入活性炭吸附器3；经过活性炭吸附之后，氦气进入分子筛干燥器4；最后在除油净化系统出口处设置粉尘过滤器5；所述一、二级油气分离器1、2分别通过回油管路7连通至压缩机进油口；所述活性炭吸附器3与干燥器4之间的氦气正流路6上设置安全阀连通低压氦路，所述低压氦路8连通至压缩机进气口；所述粉尘过滤器与高压氦气出口之间连通有高压氦路9和低压氦路10，所述高压氦路连通至收气罐，所述低压氦路连通至压缩机进气口，且管路中设有补气罐和泄压管连通低压气柜。为了保证氦制冷机及其它设备有良好的工况，对压缩氦气除油净化系统的工作效率和设计参数提出了很高的要求，具体如下：A油气分离器：根据进气含油量的高低，一二级油气分离器均采用凝聚分离方式，气体内进外出。滤芯采用不同密度玻璃纤维、不同的内部结构，用以捕捉不同粒径的油颗粒，并设置回油阀减少压缩机油损耗，其最终油气分离效果要求达到0.05ppm(Wt)以下。B活性炭吸附器和干燥器：根据从油气分离器逸出的油、水粒径大小及浓度，选择材质、粒径合适的活性炭和分子筛，进、出料口和进排气口可采用分离或者合并的方式；由于氦气分子很小，渗透性很强，筛网采用316L不锈钢网三层叠加结构，分别是150目、400目、150目；其最终吸附效果达到含油量10ppb(Wt)以下，含水量达到1ppm以下。C粉尘过滤器：采用滤芯式过滤结构，按照设计要求选择相应的滤材，可采用玻璃纤维或者烧结式滤芯，达到设计要求。可以直接装夹在管道上便于更换和拆卸；其最终过滤效果达到过滤后固体颗粒直径不超过3μm，浓度不超过10pic/L。D抽空系统：由于本系统是高纯度氦系统，所以必须配备抽空管道，设置抽空口。当设备检修或者更换吸附剂、滤芯时，系统需要反复抽空充高纯氦气，所以本系统的压力容器等设备在设计、制造时不仅要考虑耐压能力，还要考虑有较高的真空度，要求使用真空泵抽空能达到10pa以下，并且停泵后真空能保持24h。E测控系统：在每一级设备前后，设置气体取样点，连接至高纯度的气体分析仪，测量气体含油量、含水量等纯度信息；设立取压点测量气体压力以及设备的压差；控制自动调节阀调节流量等。测控系统采用PLC控制或者DCS本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种氦制冷机中的压缩氦气除油净化系统，其特征在于：包括有一、二级油气分离器、活性炭吸附器、分子筛干燥器、粉尘过滤器、抽空系统、测控系统；所述一、二级油气分离器、活性炭吸附器、分子筛干燥器、粉尘过滤器依次设置在氦气正流路上，氦气正流路的进气口与压缩机排气口连通，压缩氦气首先进入一级油气分离器，之后进入二级油气分离器；然后氦气进入活性炭吸附器；经过活性炭吸附之后，氦气进入分子筛干燥器；最后在除油净化系统出口处设置粉尘过滤器；所述一、二级油气分离器分别通过回油管路连通至压缩机进油口；所述活性炭吸附器与干燥器之间的氦气正流路上设置安全阀连通低压氦路，所述低压氦路连通至压缩机进气口；所述粉尘过滤器与高压氦气出口之间连通有高压氦路和低压氦路，所述高压氦路连通至收气罐，所述低压氦路连通至压缩机进气口，且管路中设有补气罐和泄压管连通低压气柜；所述抽空系统是高纯度氦系统，包括有设置在二级油气分离器与活性炭吸附器之间的抽空口，当设备检修或者更换吸附剂、滤芯时，系统需要反复抽空充高纯氦气，所以本系统的压力容器等设备在设计、制造时不仅要考虑耐压能力，还要考虑有较高的真空度，要求使用真空泵抽空能达到10pa以下，并且停泵后真空能保持24h；所述测控系统采用PLC控制或者DCS控制，在每一级设备前后，设置气体取样点，连接至高纯度的气体分析仪，所述二级油气分离器与活性炭吸附器之间以及除油净化系统出口前的氦气正流路上连通有氦纯度分析仪管路，测量气体含油量、含水量等纯度信息；设立取压点测量气体压力以及设备的压差；控制自动调节阀调节流量。...

【技术特征摘要】
1.一种氦制冷机中的压缩氦气除油净化系统，其特征在于：包括有一、二级油气分离器、活性炭吸附器、分子筛干燥器、粉尘过滤器、抽空系统、测控系统；所述一、二级油气分离器、活性炭吸附器、分子筛干燥器、粉尘过滤器依次设置在氦气正流路上，氦气正流路的进气口与压缩机排气口连通，压缩氦气首先进入一级油气分离器，之后进入二级油气分离器；然后氦气进入活性炭吸附器；经过活性炭吸附之后，氦气进入分子筛干燥器；最后在除油净化系统出口处设置粉尘过滤器；所述一、二级油气分离器分别通过回油管路连通至压缩机进油口；所述活性炭吸附器与干燥器之间的氦气正流路上设置安全阀连通低压氦路，所述低压氦路连通至压缩机进气口；所述粉尘过滤器与高压氦气出口之间连通有高压氦路和低压氦路，所述高压氦路连通至收气罐，所述低压氦路连通至压缩机进气口，且管路中设有补气罐和泄压管连通低压气柜；所述抽空系统是高纯度氦系统，包括有设置在二级油气分离器与活性炭吸附器之间的抽空口，当设备检修或者更换吸附剂、滤芯时，系统需要反复抽空充高纯氦气，所以本系统的压力容器等设备在设计、制造时不仅要考虑耐压能力，还要考虑有较高的真空度，要求使用真空泵抽空能达到10pa以下，并且停泵后真空能保持24h；所述测...

【专利技术属性】
技术研发人员：盛林海，张启勇，胡良兵，
申请(专利权)人：中国科学院合肥物质科学研究院，
类型：发明
国别省市：安徽;34