一种气体高密封低损耗增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低损耗增压系统及方法。由低压罐、真空泵、蓄压器、隔膜压缩机、高压罐、阀门、管道和仪表等组成。由真空泵对固定容积的低压罐抽真空，将低压工艺气体抽出后送入可变容积的蓄压器，再由蓄压器将工艺气体送入金属隔膜压缩机内压缩排入高压罐，实现抽真空和压缩双重功能，减少气体残留。蓄压器用金属波纹管隔膜进行可变容积补偿，保证真空泵出口和金属隔膜压缩入口对工艺气体压力的要求。整个增压系统全金属材料密封，减少气体泄漏和渗透。本发明专利技术用于对各种高纯气体、昂贵气体、危险气体和放射性气体进行压缩增压、减容贮存和运输等。

A pressurization system with high gas seal and low loss

The invention discloses a gas high sealing and low loss pressurization system and method. It is composed of low pressure tank, vacuum pump, accumulator, diaphragm compressor, high pressure tank, valve, pipeline and instrument. The fixed volume low-pressure tank is vacuumized by the vacuum pump, the low-pressure process gas is pumped out and sent to the variable volume accumulator, and then the process gas is sent to the metal diaphragm compressor for compression and discharged into the high-pressure tank, realizing the double functions of vacuumizing and compression, and reducing the gas residue. The metal bellows diaphragm is used for variable volume compensation of the accumulator to ensure the requirements of the vacuum pump outlet and the metal diaphragm compression inlet for the process gas pressure. The whole pressurization system is sealed with all metal materials to reduce gas leakage and penetration. The invention is used for compressing, pressurizing, reducing capacity storage and transportation of various high-purity gases, expensive gases, dangerous gases and radioactive gases.

【技术实现步骤摘要】
一种气体高密封低损耗增压系统及方法
本专利技术涉及精细化工和核化工中气体处理和运输领域，具体涉及一种高密封低损耗增压系统及方法，可对各种高纯气体、昂贵气体、危险气体和放射性气体进行压缩增压、降低损耗、减容贮存和运输的系统和方法，可用于石油天然气、气体精细化工、电子气体、核化工等多种场合。
技术介绍
在石油化工、精细化工、航天工业、电子气体工业和核工业等行业中，对高纯气体、价格非常昂贵的气体、放射性和高毒性的危险气体等工艺气体进行增压存贮运输等具有很大需求。由于金属隔膜压缩机抽气入口压力必须接近或高于常压，才能对工艺气体进行压缩增压，与真空泵不同，不能将固定容器气罐内的低压气体完全抽吸出来压缩为高压。而真空泵虽然能将固定容器气罐内的低压气体完全抽吸出来，但其排气出口压力必须为大气环境的常压，因此又不能对气体进行压缩增压。如何实现既能对低压气体进行抽真空，又能对抽出的低压气体进行压缩双重功能是低损耗增压系统的关键。同时在增压过程中系统需要很高的密封性，才能防止工艺气体外漏，保证气体纯度和操作安全。还要尽可能减少残留气体的损耗，提高增压系统的经济性。所以设计一套高密封低损耗增压系统对气体工业具有非常重要意义。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种对高纯气体、昂贵气体和危险气体等进行低损耗增压压缩的系统及方法，该系统在压缩增压过程中对工艺气体进行超高密封，避免泄漏和渗透，保证气体纯度和人员安全，减少容器残留，降低损耗，提高系统的经济性。本专利技术可用于对各种工艺气体进行增压减容贮存和运输，以及其它工艺处理等。本专利技术通过以下技术方案实现：本专利技术提出了一种气体高密封低损耗增压系统，其特征在于，包括低压罐、真空泵、蓄压器、隔膜压缩机、高压罐、阀门和管道等组成。所述低压罐出口接真空泵入口，真空泵出口接蓄压器的内腔波纹管气室入口，蓄压器的内腔波纹管气室出口接隔膜压缩机入口，隔膜压缩机出口接高压罐入口，低压罐出口同时旁通直接连接隔膜压缩机入口。具体的，所述低压罐内为低压大容积的工艺气体，气体压力可以大于常压，也可等于或小于常压。所述工艺气体可以为高纯气体、昂贵气体、危险气体和放射性气体等。所述低压罐上设置压力表和真空计，实时监测低压罐内压力和残留气体量。所述低压罐内的工艺气体，通过真空泵抽吸再进入隔膜压缩机压缩增压后，贮存在高压小容积的高压罐内，减少容积，方便贮运，也大大减少残留在低压罐和蓄压器内的昂贵气体耗费。具体的，所述低压罐内工艺气体压力高于常压时，通过旁通直接进入隔膜压缩机进行压缩增压后，直接排入高压罐贮存。所述低压罐内工艺气体压力接近或低于常压时，先通过高密封金属波纹管的真空泵对低压罐的低压工艺气体抽真空，抽出后送入蓄压器。在抽真空结束时，低压罐内接近真空，绝大部工艺气体都抽吸到蓄压器内，减少低压罐内气体残留损耗。具体的，所述真空泵为全密封金属波纹管真空压缩泵，泵的容积变化腔由密封焊的波纹管提供完整的包容，避免泵腔容积变化过程中的动密封泄漏。既具有抽真空又具有小压缩比压缩增压功能，可以将真空泵和压缩机的功能融为一体。同时还具有双层包壳，即使波纹管破裂，工艺气体仍然不会泄露出去，因此很高的密封性。所述蓄压器采用高密封的金属波纹管隔膜将其分隔为内外两侧，内腔为波纹管气室，外腔为缸体气室。所述内腔波纹管气室入口接真空泵出口，出口接隔膜压缩机入口。所述蓄压器的内侧容积变化腔由密封焊的波纹管提供完整的包容，避免内腔波纹管气室容积变化过程中的动密封泄漏。具体的，所述蓄压器采用高密封的金属波纹管隔膜进行可变容积补偿，将内腔波纹管气室内的工艺气体进行压缩或膨胀，补偿气体减少导致的压力下降或气体增加导致的压力上升，既保证真空泵出口压力不过大增加的要求，又可驱动所有的常压工艺气体进入隔膜压缩机内压缩增压排入高压罐，保证金属隔膜压缩入口压力接近或高于常压要求。具体的，所述蓄压器外腔缸体气室直接连通外界大气环境，保持内腔波纹管气室外侧常压。所述全密封的波纹管隔膜将工艺气体与外界空气隔离。所述蓄压器通过重力或弹簧力等提供驱动压缩波纹管内工艺气体进入隔膜压缩机内。具体的，所述真空泵抽吸低压罐内的低压工艺气体到蓄压器内腔波纹管气室，导致工艺气体增多而压力升高到大于外腔缸体气室中大气压时，克服重力或弹簧力等驱动柔性波纹管拉伸减小工艺气体压力，自动保持真空泵出口压力稳定为常压。具体的，所述隔膜压缩机抽吸蓄压器内腔波纹管气室内的低压工艺气体进行压缩增压，导致工艺气体减少而压力降低到小于外腔缸体气室中常压大气时，通过重力或弹簧力等驱动柔性波纹管压缩增大工艺气体压力，自动保持隔膜压缩机入口压力稳定在接近常压要求。具体的，所述蓄压器内腔波纹管气室在压缩结束时的空隙容积较小，在压缩结束时驱动蓄压器内腔波纹管气室内的所有低压工艺气体都送入隔膜压缩机内压缩，贮存在高压罐，减少气体残留损耗。所述隔膜压缩机由液压系统和气体压缩系统组成，由多层金属膜片将两个体系完全隔离开。所述气体压缩系统的集气室无动密封且具有较小的余隙腔，单级压缩比可达15:1以上。所述液压系统驱动多层金属膜片将气体压缩系统集气室内的工艺气体压缩排出到充气罐。具体的，所述增压系统为工艺气体提供全金属超高性能密封的稳压和防泄漏。对高纯气体、昂贵气体、危险气体和放射性气体进行抽真空后压缩增压，在操作过程中要对气体进行超高密封，避免泄露和过大渗透，保证人员安全，减少气体损耗，保证气体纯度。所述气体高密封低损耗增压系统与工艺气体介质接触表面的压力边界内，都使用不锈钢等全金属密封结构和设备，不含有机材料，减少高扩散性气体的渗透，同时没有磨损表面且无润滑需要，避免处理气体被污染，不会对工艺气体产生污染。所述低压罐、高压罐、管道和阀门等静设备都使用焊接连接，因此密封性很高，氦质谱检漏率小于10-10Pa·m3/s。所述真空泵、隔膜压缩机和蓄压器等是整个系统的动设备，其气密性决定着整个系统的密封性，氦质谱检漏率小于10-8Pa·m3/s。所述整个高密封低损耗增压系统具有很高密封性，整个系统的氦质谱检漏率小于1×10-7Pa·m3/s。一种气体高密封低损耗增压的方法，包括以下步骤：(1)实时监测低压罐内工艺气体压力，当压力大于常压时，自动关闭真空泵入口阀门，打开低压罐出口与隔膜压缩机入口之间的旁通阀门，将低压工艺气体通过旁通直接送入隔膜压缩机进行压缩增压后，排入高压罐贮存；(2)当低压罐内工艺气体压力等于或小于常压时，自动关闭旁通阀，打开低压罐出口与真空泵入口之间的阀门，通过真空泵对低压罐抽真空，抽出后送到蓄压器内腔波纹管气室内，蓄压器在内腔压力大于外腔压力的压差作用下通过波纹管气室不断扩展维持工艺气体在常压或高于常压；(3)当低压罐内压力下降到接近真空，全部工艺气体都进入蓄压器内时，自动关闭蓄压器与真空泵之间的阀门，打开蓄压器出口与隔膜压缩机入口之间的阀门，蓄压器在重力作用下或弹簧力作用下不断压缩波纹管气室，将工艺气体送入隔膜压缩机入口，工艺气体通过隔膜式压缩机压缩(增压)变成高压气体排入高压罐，完成工艺气体低损耗增压本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种气体高密封低损耗增压系统，其特征在于：包括低压罐、真空泵、蓄压器、隔膜压缩机、高压罐、阀门、管道和仪表组成；所述低压罐出口接真空泵入口，真空泵出口接蓄压器入口，蓄压器出口接隔膜压缩机入口，隔膜压缩机出口接高压罐入口，低压罐出口同时旁通直接连接隔膜压缩机入口。/n

【技术特征摘要】
1.一种气体高密封低损耗增压系统，其特征在于：包括低压罐、真空泵、蓄压器、隔膜压缩机、高压罐、阀门、管道和仪表组成；所述低压罐出口接真空泵入口，真空泵出口接蓄压器入口，蓄压器出口接隔膜压缩机入口，隔膜压缩机出口接高压罐入口，低压罐出口同时旁通直接连接隔膜压缩机入口。


2.根据权利要求1所述的一种气体高密封低损耗增压系统，其特征在于：所述低压罐内为低压大容积的工艺气体，工艺气体为高纯气体、昂贵气体、危险气体或放射性气体；所述低压罐上设置压力表和真空计；所述低压罐内的工艺气体，通过隔膜压缩机压缩增压后，贮存在高压小容积的高压罐内。


3.根据权利要求1-2中任何一项所述的一种气体高密封低损耗增压系统，其特征在于：所述低压罐内工艺气体压力高于常压时，通过旁通直接进入隔膜压缩机进行压缩增压后，直接排入高压罐贮存；所述低压罐内工艺气体压力接近或低于常压时，先通过真空泵对低压罐抽真空，抽出后送入蓄压器；所述抽真空结束时，低压罐内接近真空，工艺气体都抽吸到蓄压器内。


4.根据权利要求3所述的一种气体高密封低损耗增压系统，其特征在于：所述真空泵为全密封金属波纹管真空压缩泵，泵的容积变化腔由密封焊的波纹管提供完整的包容；所述蓄压器采用高密封的金属波纹管隔膜进行可变容积补偿，将其分隔为内外两侧，内腔为波纹管气室，外腔为缸体气室；所述蓄压器内腔波纹管气室入口接真空泵出口，出口接隔膜压缩机入口。


5.根据权利要求1-4任一项所述的一种气体高密封低损耗增压系统，其特征在于：所述蓄压器外腔缸体气室直接连通外界大气环境，保持内腔波纹管气室外侧常压；所述全密封的波纹管隔膜将工艺气体与外界空气隔离；所述蓄压器通过重力或弹簧力等提供驱动压缩波纹管内工艺气体进入隔膜压缩机内。


6.根据权利要求1-5任一项所述的一种气体高密封低损耗增压系统，其特征在于：所述真空泵抽吸低压罐内的低压工艺气体到蓄压器内腔波纹管气室，导致工艺气体增多而压力升高到大于外腔缸体气室中大气压时，克服重力或弹簧力等驱动柔性波纹管拉伸减小工艺气体压力，自动保持真空泵出口压力稳定为常压。


7.根据权利要求1-6所述的气体高密封低损耗增压系统，其特征在于：所述隔膜压缩机抽吸蓄压器内腔波纹...

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