用于光纤拉丝系统的氦气在线回收利用方法及装置与流程

本发明涉及光纤拉丝领域，尤其涉及用于光纤拉丝系统的氦气在线回收利用方法及装置。

背景技术：

氦气是一种惰性气体，常压常温下无色，无味，无毒，不可燃。其具有分子量小，导热性好的特点。在光纤拉丝炉中，为保护炉内石墨件不被氧化，且炉内高温能被有效传导进入光纤预制棒内部，一般在光纤拉丝过程中，向炉内通入一定量的氦气，一般用量为35L/min左右。在光纤拉丝过程中，为对刚从拉丝炉内出来的光纤进行冷却，一般在拉丝炉下方使用冷却管对光纤进行冷却，而冷却管和光纤之间进行热交换的媒介一般为氦气，一般用量为8L/min左右。如果不对炉内的氦气进行回收再利用，会造成浪费，进而导致制造成本的提高。

技术实现要素：

为了解决现有技术的问题，本发明提供了一种氦气的回收方法，能够将提纯的氦气进行充分利用。

本发明采取的技术方案如下：

一种用于光纤拉丝系统的氦气在线回收利用方法，包括：

将光纤拉丝系统中收集到的富氦气体进行干燥及过滤；

将过滤后的干燥的富氦气体进行初步提纯至第一纯度标准；

对于达到第一纯度标准的氦气，将其中一部分回送至光纤拉丝系统的冷却管中重新使用，其余部分的氦气进行深度冷冻提纯至第二纯度标准，并回送至光纤拉丝系统的拉丝炉中重新使用。

针对光纤拉丝系统中拉丝炉及冷却管对氦气纯度的要求不同，将提纯的氦气进行分别输送及提纯，降低设备的要求同时提升了氦气的利用率；对拉丝炉及冷却管中的氦气均进行回收，提高了回收率，降低了光纤的生产成本。

可选的，收集的富氦气体包括来自冷却管中的富氦气体以及来自拉丝炉中的富氦气体；在干燥及过滤步骤之后，初步提纯步骤之前，还包括对来自拉丝炉的富氦气体进行除氯的步骤。

针对拉丝炉中光纤预制棒的制造导致氦气中含有的氯离子，进行针对性的除氯步骤，从而提高了后续提纯的氦气纯度以及减少对设备的腐蚀损害。

可选的，还包括在进行富氦气体的初步提纯后进行纯度分析，当氦气纯度低于第一纯度标准时，对所得氦气进行重复初步提纯的步骤，直至氦气纯度达到第一纯度标准；

还包括在进行富氦气体的深度冷冻提纯后进行纯度分析，当氦气纯度低于第二纯度标准时，对所得氦气进行重复深度冷冻提纯的步骤，直至氦气纯度达到第二纯度标准。

通过纯度分析以及反馈，保证提纯后的氦气能够达到被回收的标准，避免浪费。

可选的，还包括在向拉丝炉及冷却管回送氦气时从外部补充输送氦气，使回送的氦气气压保持在预设的范围内。

采用外部管路补充输送氦气，使回送的氦气保持在压力稳定的状态，且在整套回收装置出现异常情况下，光纤拉丝系统还能正常工作。

可选的，在对富氦气体进行初步提纯步骤之前，还包括对富氦气体进行流量控制，使富氦气体的流量处于预设范围内的步骤。

对应地，本发明提供了相应的装置，以实现本发明的方法。一种用于光纤拉丝系统的氦气在线回收装置，所述光纤拉丝系统包括冷却管和拉丝炉，氦气在线回收装置包括：

氦气收集装置，用于收集光纤拉丝系统中排出的富氦气体；

冷却装置，用于对收集到的富氦气体进行冷却；

固体颗粒过滤装置，用于对收集到的富氦气体进行干燥及过滤；

初步提纯装置，将过滤后的干燥的富氦气体进行初步提纯至第一纯度标准；

第一储气罐，与初步提纯装置连接，用于存储初步提纯装置提纯到第一纯度标准的氦气；

连接第一储气罐和冷却管的第一回供管路，用于将第一储气罐中的其中一部分氦气回送至光纤拉丝系统的冷却管中重新使用；

深度冷冻提纯装置，用于将第一储气罐其余部分的氦气进行深度冷冻提纯至第二纯度标准；

第二储气罐，与深度冷冻提纯装置连接，用于存储深度冷冻提纯装置提纯到第二纯度标准的氦气；

连接第二储气罐和拉丝炉的第二回供管路，用于将第二储气罐的氦气回送至拉丝炉中重新使用。

可选的，所述氦气收集装置包括冷却管收集组件、拉丝炉收集组件以及用于产生负压进行收集工作的压缩机；

所述氦气在线回收装置还包括除氯装置，所述除氯装置用于在初步提纯之前对来自拉丝炉的富氦气体进行除氯。

可选的，还包括：

设置在初步提纯装置下游用于对初步提纯后的氦气进行纯度分析的第一纯度分析仪；

连通至初步提纯装置的第一反馈管路，用于当分析出的氦气纯度低于第一纯度标准时，将所得氦气反馈至初步提纯装置，由初步提纯装置进行重复初步提纯直至氦气纯度达到第一纯度标准；

设置在深度冷冻提纯装置下游用于对深度冷冻提纯后的氦气进行纯度分析的第二纯度分析仪；

连通至深度冷冻提纯装置的第二反馈管路，用于当分析出的氦气纯度低于第二纯度标准时，将所得氦气反馈至深度冷冻提纯装置，由深度冷冻提纯装置进行重复深度冷冻提纯直至氦气纯度达到第二纯度标准。

可选的，还包括设于初步提纯装置上游的质量流量控制器，用于在对富氦气体进行初步提纯前对富氦气体进行流量控制，使富氦气体的流量处于预设范围内。

可选的，还包括外部氦气供气管路，所述外部氦气供气管路分别与第一储气罐和第二储气罐连通，用于向对应的储气罐补充输送氦气，使对应储气罐回送的氦气气压保持在预设的范围内。

本申请所说的与拉丝炉连接，指的是与拉丝炉供气系统连接，与冷却管连接，指的是与冷却管供气系统连接。

本发明的优点在于，基于光纤拉丝系统中拉丝炉及冷却管对氦气纯度的要求不同，将提纯的氦气进行分别输送及提纯，降低设备要求的同时提升了氦气的利用率；对拉丝炉及冷却管中的氦气均进行回收，提高了回收率，降低了光纤的生产成本。

附图说明

图1为本发明一个实施例用于光纤拉丝系统的氦气在线回收装置的原理图；

图2为当前实施例用于光纤拉丝系统的氦气在线回收装置的结构示意图。

附图标记为：

101、压力表；102、调压仪；103、手动阀；104、拉丝炉和拉丝炉收集组件；105、冷却管和冷却管收集组件；106、冷却装置；107、固体颗粒物过滤装置；108、除氯装置；109、质量流量控制器；110、第三储气罐；111、压缩机；112、精密过滤器；113、除湿器；114、第三纯度分析仪；115、初步提纯装置；116、电磁阀；117、单向阀；118、深度冷冻提纯装置；119、第二纯度分析仪；120、外部氦气供气管路；121、第一回供管路；122、第二回供管路；131、第一储气罐；132、第二储气罐；133、第一纯度分析仪；134、第一反馈管路；135、第二反馈管路。

具体实施方式

为使本发明更加清晰明了，现结合附图和实施例加以更加详细的解释说明。

一种用于光纤拉丝系统的氦气在线回收利用方法，包括：

将光纤拉丝系统中收集到的富氦气体进行干燥及过滤；

将过滤后的干燥的富氦气体进行初步提纯至第一纯度标准；

对于达到第一纯度标准的氦气，将其中一部分回送至光纤拉丝系统的冷却管中重新使用，其余部分的氦气进行深度冷冻提纯至第二纯度标准，并回送至光纤拉丝系统的拉丝炉中重新使用。

于本实施例中，收集的富氦气体包括来自冷却管中的富氦气体以及来自拉丝炉中的富氦气体；在干燥及过滤步骤之后，初步提纯步骤之前，还包括对来自拉丝炉的富氦气体进行除氯的步骤。

于本实施例中，在线回收利用方法还包括在进行富氦气体的初步提纯后进行纯度分析，当氦气纯度低于第一纯度标准时，对所得氦气进行重复初步提纯的步骤，直至氦气纯度达到第一纯度标准；

还包括在进行富氦气体的深度冷冻提纯后进行纯度分析，当氦气纯度低于第二纯度标准时，对所得氦气进行重复深度冷冻提纯的步骤，直至氦气纯度达到第二纯度标准。

于本实施例中，还包括在向拉丝炉及冷却管回送氦气时从外部补充输送氦气，使回送的氦气气压保持在预设的范围内。

于本实施例中，在对富氦气体进行初步提纯步骤之前，还包括对富氦气体进行流量控制，使富氦气体的流量处于预设范围内的步骤。

本实施例还公开了利用上述方法的装置，如图1所示，为用于光纤拉丝系统的氦气在线回收装置的原理图，其中箭头表示氦气的流动方向，在线回收利用装置分别对光纤拉丝系统的拉丝炉和冷却管使用之后富含氦气的气体(富氦气体)进行收集，提供收集动力的是压缩机，其中，拉丝炉的拉丝温度为2200℃左右，其收集处的氦气温度为300℃左右，为保护后续回收设备，对收集的富氦气体进行相应的冷却，再对所收集的富氦气体进行过滤，以滤除二氧化硅及其它颗粒物杂质，其中，光纤拉丝炉中所回收的氦气，由于光纤预制棒中含有一定量的氯离子，必须对其除氯，以避免影响系统后续的管路和设备污染。经过了初步过滤的富氦气体进入储气罐，并经过进一步的干燥和过滤去除固体颗粒物杂质，经过纯度分析(此时的氦气纯度为40％～60％)进入氦气的初步提纯装置，此处进行分析主要是防止因为系统故障导致抽取的氦气浓度过低，甚至在抽取时没有氦气，从而影响初步提纯装置的工作效率。经过初步提纯后的氦气，再次进行初步提纯装置下游且位于深度冷冻提纯装置上游的纯度分析仪进行分析：如纯度低于第一纯度标准(当前实施例为95％)，再次回炉到初步提纯装置进行提纯，如果纯度达到第一纯度标准，则进入储气罐。冷却管中由于没有石墨件，其氦气纯度要求较低，只要高于95％就可以了，在储气罐中的气体分出一部分通过连通到冷却管的第一回供管路提供给冷却管；由于冷却管的氦气用量较少，其余部分的氦气进入深度冷冻提纯装置，经过深度冷冻提纯的氦气通过纯度分析仪进行纯度分析，如果氦气纯度达到第二纯度标准(当前实施例为99.999％)，则进入储气罐，如果未达到第二纯度标准，将通过反馈管路重新进行深度冷冻提纯，储气罐中达到第二纯度标准的氦气通过第二回供管路反馈进入拉丝炉。

氦气在线回收利用过程中，其整体回收率在70％左右，所以，在使用过程中，还需要外部管路补充一定量的氦气进入拉丝系统，以保证在在整套回收装置出现异常情况下，光纤拉丝系统还能正常工作。

如图2所示，是用于光纤拉丝系统的氦气在线回收装置的结构示意图，氦气在线回收装置包括拉丝炉收集系统以及冷却管收集系统，两个系统收集好富氦气体后，输送至第三储气罐110中缓存。其中，拉丝炉收集系统包括依次连接的拉丝炉和拉丝炉收集组件104、冷却装置106、固体颗粒过滤装置107、除氯装置108以及质量流量控制器109，冷却管收集系统包括依次连接的冷却管和冷却管收集组件105、冷却装置106、固体颗粒过滤装置107、以及质量流量控制器109，其中，拉丝炉收集系统以及冷却管收集系统的收集动力由压缩机111提供，于本实施例中，压缩机111设置在第三储气罐110的下游。

于本实施例中，固体颗粒物过滤装置为二氧化硅固体颗粒物杂质过滤器。

第三储气罐110中缓存的富氦气体通过手动阀门103、调压仪102、精密过滤器112、除湿器113以及第三纯度分析仪114后，进入初步提纯装置115，通过手动阀门103、调压仪102能够控制进入初步提纯装置的气体流量，通过精密过滤器112、除湿器113能够对富氦气体进行再一次过滤和干燥，为提纯做准备，第三纯度分析仪114主要是对提纯前的气体进行检测，防止因为系统故障导致抽取的氦气浓度过低，甚至在抽取时没有氦气，从而影响初步提纯装置的工作效率。初步提纯装置115将过滤后的干燥的富氦气体进行初步提纯至第一纯度标准，在初步提纯装置下游设有用于对初步提纯后的氦气进行纯度分析的第一纯度分析仪133，以及连通至初步提纯装置的第一反馈管路134，当第一纯度分析仪分析出的氦气纯度低于第一纯度标准时，将所得氦气反馈至初步提纯装置，由初步提纯装置进行重复初步提纯直至氦气纯度达到第一纯度标准。第一储气罐131与初步提纯装置连接，用于存储初步提纯装置提纯到第一纯度标准的氦气，第一回供管路121连接第一储气罐和冷却管，用于将第一储气罐131中的其中一部分氦气回送至冷却管中重新使用。深度冷冻提纯装置118设置在第一储气罐131的下游，用于将第一储气罐其余部分的氦气进行深度冷冻提纯至第二纯度标准；在深度冷冻提纯装置的下游设有用于对深度冷冻提纯后的氦气进行纯度分析的第二纯度分析仪119，以及连通至深度冷冻提纯装置的第二反馈管路135，当第二纯度分析仪分析出的氦气纯度低于第二纯度标准时，将所得氦气反馈至深度冷冻提纯装置，由深度冷冻提纯装置进行重复初步提纯直至氦气纯度达到第二纯度标准。第二储气罐132与深度冷冻提纯装置118连接，用于存储深度冷冻提纯装置提纯到第二纯度标准的氦气，第二回供管路122连接第二储气罐132和冷却管，用于将第二储气罐的氦气回送至拉丝炉中重新使用。

于本实施例中，初步提纯和深度冷冻提纯装置均可以采用现有成熟技术，其中，初步提纯装置可以采用膜分离技术，膜分离技术成本较低，提纯后的氦气纯度可以达到99％左右。深度冷冻提纯装置是利用氦气气化点低的原理进行提纯，其提纯后的氦气浓度达到99.999％以上，其根据装置提供的冷源不同，可以分为液氮提纯装置和冷冻机提纯装置两种。

于本实施例中，光纤拉丝系统的总回收率在70％左右，所以为了保证氦气的使用量，装置还包括外部氦气供气管路120，外部氦气供气管路120上设置有压力表101、调压仪102和手动阀103，外部氦气供气管路分别与第一储气罐131和第二储气罐132连通，用于向对应的储气罐补充输送氦气，使对应储气罐回送的氦气气压保持在预设的范围内。于本实施例中，外部氦气供气管路120与第一储气罐131和第二储气罐132连接的管路上设置有电磁阀116和单向阀117，其中单向阀能够防止氦气返回至外部氦气供气管路120。

本实施例的氦气在线回收装置经过初步提纯的氦气，其氦气浓度达到95％以上，因为冷却管的氦气使用纯度在95％就可以，所以，第一储气罐131中的氦气可以直供冷却管。于本实施例中，第一储气罐和第二储气罐的压力在0.3Mpa左右，外部氦气供气管路120处的压力为0.8～1Mpa，经过外部氦气供气管路120上的调压阀102处理后，其接入第一储气罐和第二储气罐的压力微低于0.3Mpa(微低于第一储气罐和第二储气罐的压力)，所以，当第一储气罐或第二储气罐中的压力降低时，外部管路中的氦气会进入相应的储气罐，从而保证第一储气罐和第二储气罐内的压力稳定。

本发明的优点在于，针对光纤拉丝系统中拉丝炉及冷却管对氦气纯度的要求不同，将提纯的氦气进行分别输送及提纯，降低设备的要求同时提升了氦气的利用率；对拉丝炉及冷却管中的氦气均进行回收，提高了回收率；针对拉丝炉中光纤预制棒的制造导致氦气中含有的氯离子，进行针对性的除氯步骤，从而提高了后续提纯的氦气纯度；通过纯度分析以及反馈，保证提纯后的氦气能够达到被回收的标准，避免浪费；采用外部管路补充输送氦气，使回送的氦气保持在压力稳定的状态，防止氦气返回，从而保证光纤拉丝系统中氦气的输送，保证了回收氦气的较高利用率。