一种气体高密封中速调压系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种气体高密封中速调压系统及方法。由充气罐、放气罐、气动压缩机、驱动气瓶、真空泵、储气罐、阀门、管道和仪表等组成，整个系统为全金属材料密封，并设置了多级防泄漏措施。由气体回路分别与充气罐、放气罐的中速充放气过程，中速提高或降低反应气屏压力。气动压缩机为气压驱动和真空驱动双作用的金属波纹管隔膜压缩机，通过连接驱动气瓶的进气管路和连接通风的排气管路实现驱动气体进排气过程，反复抽吸放气罐内的工艺气体压缩成中压后排入充气罐，还可轮次由真空泵对气动压缩机进行真空驱动抽吸出放气罐内低于常压的工艺气体，再气压驱动压缩增压到充气罐，减少残留。本发明专利技术可用于气体驱动升液和核燃料功率瞬态试验等。

A medium speed pressure regulating system and method for gas high seal

The invention discloses a gas high sealing medium speed pressure regulating system and a method thereof. It is composed of gas tank, gas tank, pneumatic compressor, driving gas cylinder, vacuum pump, gas tank, valve, pipeline and instrument. The whole system is sealed with all metal materials and multi-level leakage prevention measures are set. The pressure of the reaction gas screen can be increased or decreased by the middle speed charging and discharging process of the gas circuit and the charging tank and the discharging tank respectively. The pneumatic compressor is a metal bellows diaphragm compressor driven by air pressure and vacuum. The process of driving gas in and out is realized by connecting the air inlet pipe of the driving gas cylinder and the exhaust pipe of the ventilation. The process gas in the exhaust tank is repeatedly sucked to compress into the middle pressure and then into the air filling tank. The vacuum pump can also be used to drive the pneumatic compressor in turn to pump out the exhaust tank The process gas lower than atmospheric pressure is compressed and pressurized to the charging tank by air pressure drive to reduce the residue. The invention can be used for gas driving liquid lifting, nuclear fuel power transient test, etc.

【技术实现步骤摘要】
一种气体高密封中速调压系统及方法
本专利技术涉及石油化工中气体试验和核燃料功率瞬态试验领域，具体涉及一种气体高密封中速调压系统及方法，可以对高纯、昂贵和危险气体的生产、处理和实验等研究进行中速压力调节，也可中速调节中子吸收气体压力对核燃料元件进行功率瞬态试验。
技术介绍
在石油天然气开采中，空气升液器将空气引入到一根浸入被提升液体的管子提升液体，应用它可从油气井抽油或从矿井中抽水。在放射化工和核化工中，气体升液器在循环取样、溶剂萃取料液唧送、放射性废液循环搅拌等广泛应用，但面临小流量大扬程高密封条件要求，需要将高纯惰性气体增压后中速排出，以降低取样管线内的压力，把需要取样的放射性溶液从贮罐内抽上来，流经取样管线上的取样瓶，再循环返回。在研究堆上，应用气体中子吸收体(氦-3或BF3)控制核燃料元件的辐照功率，研究功率瞬态试验对其完整性和安全性的影响。根据试验要求进行中等速度的功率变化试验是其研究中的一个重要内容，因此本专利技术提出一种基于气压驱动和真空驱动双作用的金属波纹隔膜压缩机的中速压力调节系统。同时昂贵的中子吸收气体本身或核反应产物具有很大危险性，需要对系统进行超高性能密封，才能保证人员安全，提高试验经济性。
技术实现思路
该专利技术的目的在于提供一种为气体驱动的唧送系统进行中速调压的系统及方法，提高气体升液器在放射性环境操作下的高密封性能，保证操作运行的安全性。同时本专利技术还可中速充气式改变研究堆内中子吸收气屏内压力，通过气压驱动和真空驱动的金属波纹管隔膜压缩机抽吸和压缩，大大减少残留，为研究核燃料元件在各种瞬态功率变化速度下的辐照行为提供试验基础。本专利技术通过以下技术方案实现：本专利技术提出一种气体高密封中速调压系统，其特征在于：包括气体回路、充气罐、放气罐、气动压缩机、驱动气瓶、真空泵、储气罐、阀门、管道和仪表等组成。所述气体回路是由反应气屏、吸气床和气体循环泵等构成的高密封强制循环回路。所述充气罐出口与放气罐进口并联连接后，再与气体回路的压力调节支路连接，通过气体回路与反应气屏连通；所述充气罐进口和放气罐出口并联连接后，再与气动压缩机一端的进出口连接；所述气动压缩机另一端分别接进气管路和排气管路。所述气动压缩机为金属波纹管动密封的可变容积形式，并通过气压驱动和真空驱动双重作用的金属波纹管隔膜压缩机进行抽吸和压缩充放气罐内的工艺气体。所述高密封中速调压系统通过充气罐向气体回路充气和气体回路向放气罐放气，再由气动金属波纹管隔膜压缩机将放气罐内气体压缩增压到充气罐，控制反应气屏的压力。具体的，所述充气罐内为较高中压工艺气体，先通过压力调节支路中速向气体回路充入工艺气体，从而提高反应气屏压力。然后气体回路内较低中压的工艺气体，又通过压力调节支路中速向放气罐放出工艺气体，从而降低反应气屏压力。最后由气压驱动和真空驱动双作用的金属波纹管隔膜压缩机将放气罐内的低压气体抽吸出来，压缩成中压后排入充气罐，完成一个循环。进一步，所述放气罐进口接依次串联连接截止阀和针阀，分别起隔离和控制放气过程作用。所述充气罐出口依次串联连接截止阀和针阀，分别起隔离和控制充气过程作用，所述充气罐进口依次串联连接截止阀与单向阀，单向阀控制压缩进气流向，避免回流。更进一步，所述气动压缩机由内腔波纹管气室和外腔缸体气室构成，内腔波纹管气室内为工艺气体，外腔体缸体气室为气压驱动气体，驱动气体可以为压缩空气、氮气或氦气等，全密封的金属波纹管隔膜将工艺气体与驱动气体完全隔离开。所述气动压缩机的内腔波纹管气室进出口分别与放气罐、充气罐连接，外腔缸体气室进出口分别进气管路、排气管路连接。具体的，所述气动压缩机的排气管路直接连接通风中心和储气罐，同时旁通接真空泵。所述气动压缩机内腔和外腔设置压力传感器，监测反馈后通过阀门控制抽吸和压缩过程的压力和压差，避免它的波纹管内外压差过大导致破裂。所述进气管路上设置减压阀和针阀，通过压力信号调节驱动气体的进气压力和流量，控制工艺气体压缩过程。所述排气管路设置针阀调节排气流量，控制工艺气体抽吸过程。具体的，对所述气动压缩机从放气罐抽吸工艺气体的过程，先将气体回路内中压工艺气体通过压力调节支路放气到放气罐内，变成接近常压或高于常压气体。然后将放气罐与内腔波纹管气室之间的阀门打开连通，再关闭进气管路上阀门，打开排气管路上的阀门，将外腔缸体气室内驱动气体通过排气管路排向通风中心或储气罐，导致驱动气体减少而压力降低到小于内腔波纹管气室中工艺气体压力时，驱动内腔柔性波纹管拉伸形成负压，将放气罐(也可包括气体回路及反应气屏)内低压工艺气体抽吸入气动压缩机内，工艺气体从放气罐被抽吸到内腔波纹管气室中。所述气动压缩机容积为放气罐的0.1～1倍，在于为了保证单次压缩时使放气罐内所有昂贵的工艺气体能进入气动压缩机内压缩，气动压缩机容积越大越好，这里典型值取0.5倍，在抽吸结束时，放气罐内有1/3接近常压或高于常压的工艺气体被抽吸入气动压缩机的内腔波纹管气室。具体的，对所述气动压缩机向充气罐压缩工艺气体的过程，先将放气罐与气体压缩机之间的阀门关闭隔离，气体回路与压缩系统之间的压力调节支路阀门也需关闭隔离，并将充气罐与内腔波纹管气室之间通过单向阀连通，只允许气动压缩机内工艺气体压缩成中压后排向充气罐。再关闭排气管路上阀门，打开进气管路上的阀门，由驱动气瓶通过进气管路向其外腔缸体气室充入驱动气体，导致驱动气体增多而压力升高到大于内腔波纹管气室中工艺气体压力时，驱动柔性波纹管压缩增大工艺气体压力，压缩的工艺气体增压到大于充气罐内压力时通过单向阀排入充气罐内。所述气动压缩机的内腔波纹管气室在压缩结束时的空隙容积较小，在压缩结束时能驱动气动压缩机内腔波纹管气室内的所有低压工艺气体都进入充气罐，减少昂贵气体残留损耗。同时它还有较小的余隙腔，有着较高的容积效率，单级压缩比可达80:1以上，比隔膜压缩机高很多。进一步，所述中速调压系统后续如此反复抽吸和压缩，直到放气罐内气体压力小于常压，不能自然流动到气动压缩机内，可大大减少残留在放气罐内昂贵工艺气体消耗。为了使放气罐所有低于常压的昂贵工艺气体也都能抽吸到气动压缩机内压缩，对气动压缩机从放气罐抽吸工艺气体过程需从气压驱动转换为真空驱动。先将外腔缸体气室的驱动气体通过排气管路排出变成常压，再由真空泵将其外腔缸体气室的驱动气体通过排气管路抽吸出并排到通风中心，导致外腔缸体气室形成真空，驱动柔性波纹管进一步拉伸使内腔波纹管气室也形成负压，从而将压缩的工艺气体从放气罐抽吸到内腔波纹管气室中。在抽真空结束时，放气罐内有1/3的低于常压的工艺气体将被抽吸吸到内腔波纹管气室内。最后通过气压驱动的压缩过程，将抽吸进气动压缩机内的低压气体压缩进入充气罐。如此真空驱动抽吸和气压驱动压缩交替进行，可将放气罐(也可包括气体回路及气屏)内绝大部分低于常压的工艺气体抽吸出来并压缩成中压进入充气罐，最终放气罐内绝压最低可达0.02MPa，80％的绝大部气体都进入气动压缩机内，减少了残留在放气罐的昂贵中子吸收气体量，大大减少气体的用量，节省试验费用，提高试验的经济性。具体的，所述气动压缩机内侧容积变化腔由全密封的金属焊波纹管隔膜提供完整包容，避免动密封引起泄漏，所述气动压缩机外侧缸体气室与储气罐相连通形成多级包容边界，并在外腔缸体气室设本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种气体高密封中速调压系统，其特征在于：包括气体回路、充气罐、放气罐、气动压缩机、驱动气瓶、真空泵、储气罐、阀门、管道和仪表组成；所述气体回路是由反应气屏、吸气床和气体循环泵构成的高密封强制循环回路；所述充气罐出口与放气罐进口并联连接后，再与气体回路的压力调节支路连接；所述充气罐进口和放气罐出口并联连接后，再与气动压缩机一端的进出口连接；所述气动压缩机另一端分别接进气管路和排气管路。

【技术特征摘要】
1.一种气体高密封中速调压系统，其特征在于：包括气体回路、充气罐、放气罐、气动压缩机、驱动气瓶、真空泵、储气罐、阀门、管道和仪表组成；所述气体回路是由反应气屏、吸气床和气体循环泵构成的高密封强制循环回路；所述充气罐出口与放气罐进口并联连接后，再与气体回路的压力调节支路连接；所述充气罐进口和放气罐出口并联连接后，再与气动压缩机一端的进出口连接；所述气动压缩机另一端分别接进气管路和排气管路。2.根据权利要求1所述的一种气体高密封中速调压系统，其特征在于：所述充气罐内为较高中压工艺气体，通过压力调节支路中速向气体回路充入工艺气体，提高反应气屏压力；所述气体回路内较低中压工艺气体，通过压力调节支路中速向放气罐放出工艺气体，降低反应气屏压力；所述气动压缩机为气压驱动和真空驱动双作用的金属波纹管隔膜压缩机，将放气罐内低压气体抽吸出来，压缩成中压后排入充气罐，完成一个循环。3.根据权利要求1和2任一项所述的一种气体高密封中速调压系统，其特征在于：所述放气罐进口接依次串联连接截止阀和针阀，分别起隔离和控制放气过程作用；所述充气罐出口依次串联连接截止阀和针阀，分别起隔离和控制充气过程作用；所述充气罐进口连接单向阀，控制压缩进气流向。4.根据权利要求1和2任一项所述的一种气体高密封中速调压系统，其特征在于：所述气动压缩机由内腔波纹管气室和外腔缸体气室构成，内腔波纹管气室内为工艺气体，外腔体缸体气室为气压驱动气体，全密封的金属波纹管隔膜将工艺气体与驱动气体完全隔离开；所述气动压缩机的内腔波纹管气室进出口分别与放气罐、充气罐连接，外腔缸体气室进出口分别与进气管路、排气管路连接。5.根据权利要求4所述的一种气体高密封中速调压系统，其特征在于：所述气动压缩机的排气管路直接连接通风和储气罐，同时旁通接真空泵；所述气动压缩机内腔和外腔设置压力传感器，监测反馈后通过阀门控制抽吸和压缩过程的压力和压差；所述进气管路上设置减压阀和针阀，通过压力信号调节驱动气体的进气压力和流量，控制工艺气体压缩过程；所述排气管路设置针阀调节排气流量，控制工艺气体抽吸过程。6.根据权利要求1-5任一项所述的一种气体高密封中速调压系统，其特征在于：所述气动压缩机从放气罐抽吸工艺气体时，先将放气罐与内腔波纹管气室之间的阀门打开连通，再将外腔缸体气室内驱动气体通过排气管路排向通风或储气罐，导致驱动气体减少而压力降低到小于内腔波纹管气室中工艺气体压力时，驱动内腔柔性波纹管拉伸形成负压，将放气罐内低压工艺气体抽吸入内腔波纹管气室；所述气动压缩机容积为放气罐的0.1～1倍，典型值取0.5倍，在每次抽吸结束时，放气罐内1/3的工艺气体被抽吸到气动压缩机。7.根据权利要求1-5任一项所述的一种气体高密封中速调压系统，其特征在于：所述气动压缩机向充气罐压缩工艺气体时，先将充气罐与内腔波纹管气室之间通过单向阀连通，只允压缩气体从气动压缩机流向充气罐，再将驱动气瓶内驱动气体通过进气管路充入外腔缸体气室，导致驱动气体增多而压力升高到大于内腔波纹管气室中工艺气体压力时，驱动柔性波纹管压缩增大工艺气体压力，当压缩的工艺气体增压到大于充气罐内压力时通过单向阀排入充气罐内；所述气动...

【专利技术属性】
技术研发人员：李炳林，王洪，胡腾，郭骏宇，郑华林，丁亮亮，甯尤军，
申请(专利权)人：西南石油大学，
类型：发明
国别省市：四川,51