氦作为不可再生的稀有资源,在地球上含量极少,分布不均匀,但我国是极端贫困的氦国。因此,氦被各国视为战略物资,价格高,由于少数富含氦的国家的垄断,价格变高,那么,下面一起了解下低温氦气回收方案及应对方法吧!
1、低温氦气回收方案-氦气回收纯化方法
从低温系统杜瓦等设备回收的氦气被破坏,变成低纯度氦气,储存在气囊和低纯度氦气瓶的配套集合格中,集中纯化至达到一定量。目前工业上常用的氦气纯化方法主要有化学反应法、吸附法、低温精馏法和薄膜扩散法等。考虑到实际应用,高平均太赫兹大型科研装置低温系统采用的纯化方法是低温高压冷凝和吸附分离。
低温系统中回收的氦气中,作为杂质主要含有空气(氮和氧)、水分、二氧化碳、尘埃、油等。表1显示了各杂质在常压下的沸点和凝固点。由表可知,常压时,在液氮温度下,空气和氧气已经呈液态,水和二氧化碳已经呈固态。对低纯度氦气加压后,含有氮气的各杂质在高压下的沸点比在常压下的沸点高,容易在液氮温度下液化,但此时氦保持气体状态,因此可以将液化的杂质吹走,用低温下分子筛和活性炭的吸附方法吸附其他杂质。
2、低温氦气回收方案-氦气损失分析
低温系统可以检测杜瓦、气囊、集装格、氦气储存罐等氦相关设备或容器内的空气量。理论上,上述氦相关设备或容器纯化前后的总气体量是一定的,也就是说回收的氦气全部纯化。但是,由于纯化过程不是严格的闭环,因此低时不可避免地会损失一定量的氦气。低温系统项目组进行了氦气纯化试验,总时间约为10小时。表2显示了关于这个试验的信息。
3、低温氦气回收方案-中应对措施和效果
针对上述损失源,分别采取的措施:(1)考虑到实际被纯化氦气的纯度高达99%左右,减少了手动吹走液体空气杂质的次数; (2)精制末期关闭比例阀PV2607,打开其旁通的手动阀,避免流通气体过冷引起的泄漏; (3)将进入纯度分析仪出口的氦气回收而不是直接排出到大气中; (4)控制从胶囊释放到气囊的氦气速度和空气量,确保杜瓦尔气化的氦气有足够的空间,防止安全阀踩踏引起的损失。改良后,低温系统项目组再次进行氦气纯化试验,总时间约为3.5小时。由于纯度分析仪出口排出的氦气量少,为了提高可比性,这次试验维持原样。
4、低温氦气回收方案-结论
在低温系氦气的回收纯化中,氦气的损失需要尽可能小。通过跟踪和分析回收纯化试验,找出氦气损失的原因,提出相应对策,采用手动吹气除液空等手段,大幅度减少回收纯化过程中氦气的损失,使损失速度从3.5m3/h降低到1.2m3/h,效果显著。
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