反应堆设备用压缩空气除湿装置及除湿方法与流程

本发明属于核反应堆工程技术领域，具体涉及反应堆设备用压缩空气除湿装置及除湿方法。

背景技术

反应堆压缩空气系统为反应堆废物固化系统、废液处理系统、烟囱辐探室、反应堆大厅空气辐探室、区域空气辐探室、放射性样品辐探室、环境实验室、气相色谱仪、同位素生产车间及中子散衍射谱仪提供压缩空气。

经空压机压缩得到的压缩空气，通常会含有一定量的水分，当压缩空气系统中含有的水分过多时会造成许多弊端。例如，导致气动元件阀口锈蚀甚至失灵损坏、引起系统故障导致电子器械等绝缘性的降低、降低气动仪表、计量仪器等精密电子设备的精确度、给生产过程带来严重的影响。实践表明，未经处理或者处理不良的压缩空气导致的生产效率降低及设备损坏，其经济损失要远髙于压缩空气处理所需的费用。

目前反应堆用压缩空气系统没有成套的除湿装置及技术，未系统解决反应堆压缩系统空气湿度过大这一问题，当前亟需发展一种适于工业应用的反应堆设备用压缩空气除湿方法。

技术实现要素：

本发明所要解决的一个技术问题是提供一种反应堆设备用压缩空气除湿在装置，本发明所要解决的另一个技术问题是提供一种反应堆设备用压缩空气除湿方法。

本发明的反应堆设备用压缩空气除湿装置，其特点是，所述的除湿装置包括变频电机、螺杆式空压机、空气滤清器、油气分离器、热交换器、蒸发器、压缩机、冷凝器、节流阀、气水分离器、自动排水阀、贮水罐、贮气罐、切换阀a、切换阀b、排放阀a、排放阀b、废气排放口、吸附塔、再生塔、孔板、止回阀a、止回阀b、除尘除油过滤器i、除尘除油过滤器ii；其连接关系是：变频电机通过传动轴拖动螺杆式空压机，进气管道一侧直通大气，另一侧通过空气滤清器连接螺杆式空压机的进气口，螺杆式空压机的出气口连接油气分离器的进气口，油气分离器的出气口与热交换器的壳侧进气口连接，热交换器的壳侧出气口与蒸发器的壳侧进气口连接，蒸发器的壳侧出气口与汽水分离器的进气口连接，自动排水阀的入口连接到汽水分离器的底部排水口，自动排水阀的出口连接到贮水罐，汽水分离器的出气口与热交换器的管侧进气口连接，热交换器的管侧出气口与贮气罐的进气口连接，贮气罐的出气口通过连接管道与切换阀a的入口及切换阀b的入口相连，切换阀a的出口通过连接管道与排放阀a的入口及吸附塔的一侧相连，切换阀b的出口通过连接管道与排放阀b的入口及再生塔的一侧相连，排放阀a的出口及排放阀b的出口通过连接管道连接到废气排放口，吸附塔的另一侧通过连接管道连接到孔板的一侧及止回阀a的入口，再生塔的另一侧通过连接管道连接到孔板的另一侧及止回阀a的入口，止回阀a的出口及止回阀a的出口通过连接管道连接到除尘除油过滤器i的进气口，除尘除油过滤器i的出气口通过连接管道连接到除尘除油过滤器ii的进气口，除尘除油过滤器ii的出气口连接排气管道。蒸发器管侧出口通过连接管道连接到压缩机的入口，压缩机的出口通过连接管道连接到冷凝器的管侧入口，冷凝器的管侧出口通过连接管道连接到节流阀的入口，节流阀的出口通过连接管道连接到蒸发器的管侧入口，构成制冷回路。

本发明的反应堆设备用压缩空气除湿方法包括以下步骤：

a.对空气进行压缩及前处理；

b.对压缩空气进行冷冻干燥；

c.对冷冻干燥后压缩空气进行吸附式干燥；

d.对吸附式干燥后压缩空气进行二级过滤。

所述的步骤a包括以下步骤：

a1.启动变频电机，通过传动轴带动螺杆式空压机，通过外界能量的输入，使得在压缩过程中压缩空气的压力和温度上升，螺杆式空压机排气温度为238℃。

a2.油气分离器对压缩空气进行油气分离，经过冷却在油气分离器出口处的温度为40℃。

所述的步骤b包括以下步骤：

b1.低温冷空气经热交换器管侧对热交换器壳侧从油气分离器出来的压缩空气预冷，压缩空气的温度和焓均下降，压力露点降低。

b2.压缩空气经蒸发器壳侧进行冷冻，冷冻后的压缩空气从蒸发器壳侧排出进入气水分离器。

b3.气水分离器将冷冻后压缩空气中的凝结水分离出来，凝结水通过自动排水阀排往贮水罐，初步干燥后的压缩空气经过热交换器管侧进入贮气罐。

所述的步骤c包括以下步骤：

c1.吸附塔进行吸附干燥时，再生塔进行再生，打开切换阀a、排放阀b，压缩空气经切换阀a入口进入吸附塔中吸附除湿，通过止回阀a排出，完成干燥过程；再生气体通过孔板节流降压后进入再生塔进行再生，再生过程产生的废气经排放阀b从废气排放口排出。

c2.吸附塔进行再生过程时，再生塔进行吸附过程，打开切换阀b、排放阀a，压缩空气从进气口经切换阀b进入再生塔中吸附除湿，通过止回阀b排出完成干燥过程；再生气体通过孔板节流降压后进入吸附塔进行再生过程，经排放阀a从废气排放口排出。

c3.吸附塔和再生塔之间的工作模式切换，由装置自带的嵌入式mcu进行控制。

所述的空气滤清器对空气进行初步的除尘过滤。所述的自动排水阀根据整定时间进行动作，对汽水分离器底部进行排水。

本发明的反应堆设备用压缩空气除湿装置和除湿方法通过预处理流程、冷冻干燥流程、吸附式干燥流程以及两级过滤，具有压缩空气产品湿度低、露点温度低后处理效果明显的显著特点。本发明的反应堆设备用压缩空气除湿装置和除湿方法实际运行效果良好，具有更加实用的工程价值，产品气体湿度为2%~3%、露点温度为-18℃~-20℃。

附图说明

图1为本发明的反应堆设备用压缩空气除湿装置结构示意图；

图中，1.变频电机2.传动轴3.螺杆式空压机4.进气管道5.空气滤清器6.油气分离器7.热交换器8.蒸发器9.压缩机10.冷凝器11.节流阀12.汽水分离器13.自动排水阀14.贮水罐15.贮气罐16.切换阀a17.切换阀b18.排放阀a19.排放阀b20.废气排放口21.吸附塔22.再生塔23.孔板24.止回阀a25.止回阀b26.除尘除油过滤器i27.除尘除油过滤器ii28.排气管道。

具体实施方式

下面结合附图和实施例详细说明本发明。

如图1所示，本发明的反应堆设备用压缩空气除湿装置包括变频电机1、传动轴2、螺杆式空压机3、进气管道4、空气滤清器5、油气分离器6、热交换器7、蒸发器8、压缩机9、冷凝器10、节流阀11、汽水分离器12、自动排水阀13、贮水罐14、贮气罐15、切换阀a16、切换阀b17、排放阀a18、排放阀b19、废气管道20、吸附塔21、再生塔22、孔板23、止回阀a24、止回阀b25、除尘除油过滤器i26、除尘除油过滤器ii27、排气管道28；其连接关系是，变频电机1通过传动轴2拖动螺杆式空压机3，进气管道4一侧直通大气，另一侧通过空气滤清器5连接螺杆式空压机3的进气口，螺杆式空压机3的出气口连接油气分离器6的进气口，油气分离器6的出气口与热交换器7的壳侧进气口连接，热交换器7的壳侧出气口与蒸发器8的壳侧进气口连接，蒸发器8的壳侧出气口与汽水分离器12的进气口连接，自动排水阀13的入口连接到汽水分离器12的底部排水口，自动排水阀13的出口连接到贮水罐14，汽水分离器12的出气口与热交换器7的管侧进气口连接，热交换器7的管侧出气口与贮气罐15的进气口连接，贮气罐15的出气口通过连接管道与切换阀a16的入口及切换阀b17的入口相连，切换阀a16的出口通过连接管道与排放阀a18的入口及吸附塔21的一侧相连，切换阀b17的出口通过连接管道与排放阀b19的入口及再生塔22的一侧相连，排放阀a18的出口及排放阀b19的出口通过连接管道连接到废气排放口20，吸附塔21的另一侧通过连接管道连接到孔板23的一侧及止回阀a24的入口，再生塔22的另一侧通过连接管道连接到孔板23的另一侧及止回阀a25的入口，止回阀a24的出口及止回阀a25的出口通过连接管道连接到除尘除油过滤器i26的进气口，除尘除油过滤器i26的出气口通过连接管道连接到除尘除油过滤器ii27的进气口，除尘除油过滤器ii27的出气口连接排气管道28。蒸发器8管侧出口通过连接管道连接到压缩机9的入口，压缩机9的出口通过连接管道连接到冷凝器10的管侧入口，冷凝器10的管侧出口通过连接管道连接到节流阀11的入口，节流阀11的出口通过连接管道连接到蒸发器8的管侧入口，构成制冷回路。

实施例1

本实施例完成了空气前处理、冷冻干燥、吸附式干燥、二级过滤，达到产品气体相对湿度为2%、露点温度为-20℃的工作。

所述的空气滤清器为飞和fhgl-7-c空气过滤器，对空气进行初步的除尘过滤。

所述的自动排水阀为德力西电子自动排水阀，根据整定时间进行动作，对汽水分离器底部进行排水。

一、对空气进行初步过滤，变频电机拖动螺杆式空压机对过滤后空气进行压缩，压缩后对压缩空气进行油气分离

1.1在螺杆式空压机工作过程中，由于外界能量的输入，在整个压缩过程中空气的压力和温度一直呈上升趋势。由于空气流过螺杆式空压机的时间很短，在此较短的过程中螺杆式空压机向周围环境的散热量很小，可认为是绝热压缩过程。对于可逆的绝热压缩过程，环境温度取20℃，压缩空气出口压力与进口压为之比取7，排气温度为238℃。

1.2螺杆式空压机压缩后空气进入油气分离器，进行油气分离，经过冷却，在冷冻干燥流程入口处的温度为40℃。

二、对经油气分离后的压缩空气进行冷冻干燥，在热交换器中与已经干燥过的低温冷空气进行热交换，当温度、焓下降时，经过预冷出来的压缩后空气已经将压力露点降低，经蒸发器蒸发，压缩空气进入气水分离环节，在气水分离环节中将水分分离出来，初步干燥过的压缩空气与经油气分离后的压缩空气进行热交换，温度升高之后，其冷冻干燥流程结束。

2.1压缩空气首先进行预冷，在换热器壳侧与热交换器管侧干燥过的低温压缩空气进行热交换，当温度、焓下降时，经过预冷出来的压缩空气已将压力、露点降低，经蒸发器进一步冷却进入气水分离环节，在气水分离环节中将水分分离出来，干燥过的压缩空气进入换热器管侧对换热器壳侧进入冷冻式干燥流程的压缩空气进行预冷，干燥过的压缩空气温度升高后，其冷冻干燥流程结束。

2.2从空气前处理环节出来的压缩气体为湿空气，是由水蒸气以及干空气共同组成的，而干空气可以被视为理想空气，又因为湿空气当中所具有的水蒸气含量少、比容大、分压低，可被视作理想气体，故各种状态参数之间的关系可以利用理想气体的状态参数之间的关系来进行表示。

2.3经冷冻干燥后的压缩空气处于饱和状态，假设蒸发后除去的水分在汽液分离中得到全部分离，被处理压缩空气冷冻干燥结束后的温度t4为28℃，被处理压缩空气冷冻干燥后的饱和含湿量db4为0.024kg/kg(干空气)，则冷冻干燥后的被处理空气的相对湿度为4%。

2.4压缩空气冷冻干燥流程把湿度较高的压缩空气冷却至露点温度下，使压缩空气中的水蒸气以液体的形式凝结出来，从而得到干燥的压缩空气。压缩空气冷冻干燥的基本流程包括预冷、蒸发、水气分离、自动排水等。其中预冷不仅能够减少制冷压缩的负荷，节省能源消耗，还能够防止低温的干燥压缩空气出口处出现管外结露。

三、对冷冻干燥后压缩空气进行无热吸附干燥流程，利用具有吸水性能的吸附剂对压缩空气中的水分进行再次吸附，通过改变运行工况实现吸附和再生，吸附过程在工作压力下进行，再生过程在常压下进行。吸附剂的再生利用一部分成品压缩空气降压后的低压干燥气体进行，再生过程需消耗一定的成品压缩空气。

3.1无热吸附干燥流程利用具有吸水性能的吸附剂对冷冻干燥后压缩空气中的水分进行再次吸附，实现对压缩空气的干燥处理，吸附剂吸收水分发生的是物理变化，再生过程则可以清除吸附剂中的水分。为了实现对干燥压缩空气的连续供应，保持工作的连续性，压缩空气吸附干燥技术采用双侧运行，一侧进行吸附，另一侧则进行再生。

3.2结合附图说明无热再生吸附干燥技术的工作流程，主要包括吸附、再生和均压三个过程。无热再生吸附干燥技术采用变压吸附的方式进行再生，不需要额外输人能量，使用一部分干燥的压缩空气经过降压后对吸附剂进行再生。在吸附塔进行吸附时，再生塔进行再生，打开切换阀a、排放阀b，压缩空气从进气口处经切换阀a进入吸附塔中吸附除湿，然后通过止回阀a排出，完成干燥过程；再生气体通过孔板节流降压后进入再生侧进行再生，最后经排放阀b从废气排放口排出。

3.3无热再生干燥流程之前，压缩空气经过了冷冻干燥，无热再生干燥流程空气入口温度为28℃，冷冻干燥后的被处理空气的相对湿度为4%，干燥侧的干燥周期为15min，干燥周期结束后被处理空气的相对湿度为2%。

四、对无热吸附干燥后压缩空气进行二级过滤

最后，对经过步骤1）2）3）处理的压缩空气进行二级过滤，分别做除尘和除油处理，成品压缩空气相对湿度为2%、露点温度为-20℃。

实施例2

本实施例完成了空气前处理、冷冻干燥、吸附式干燥、二级过滤，达到产品气体相对湿度为3%、露点温度为-18℃的工作。

所述的空气滤清器为飞和fhgl-7-c空气过滤器，对空气进行初步的除尘过滤。

所述的自动排水阀为德力西电子自动排水阀，根据整定时间进行动作，对汽水分离器底部进行排水。

一、对空气进行初步过滤，变频电机拖动螺杆式空压机对过滤后空气进行压缩，压缩后对压缩空气进行油气分离

1.1在螺杆式空压机工作过程中，由于外界能量的输入，在整个压缩过程中空气的压力和温度一直呈上升趋势。由于空气流过螺杆式空压机的时间很短，在此较短的过程中螺杆式空压机向周围环境的散热量很小，可认为是绝热压缩过程。对于可逆的绝热压缩过程，环境温度取20℃，压缩空气出口压力与进口压为之比取7，排气温度为238℃。

1.2螺杆式空压机压缩后空气进入油气分离器，进行油气分离，经过冷却，在冷冻干燥流程入口处的温度为40℃。

二、对经油气分离后的压缩空气进行冷冻干燥，在热交换器中与已经干燥过的低温冷空气进行热交换，当温度、焓下降时，经过预冷出来的压缩后空气已经将压力露点降低，经蒸发器蒸发，压缩空气进入气水分离环节，在气水分离环节中将水分分离出来，初步干燥过的压缩空气与经油气分离后的压缩空气进行热交换，温度升高之后，其冷冻干燥流程结束。

2.1压缩空气首先进行预冷，在换热器壳侧与热交换器管侧干燥过的低温压缩空气进行热交换，当温度、焓下降时，经过预冷出来的压缩空气已将压力、露点降低，经蒸发器进一步冷却进入气水分离环节，在气水分离环节中将水分分离出来，干燥过的压缩空气进入换热器管侧对换热器壳侧进入冷冻式干燥流程的压缩空气进行预冷，干燥过的压缩空气温度升高后，其冷冻干燥流程结束。

2.2从空气前处理环节出来的压缩气体为湿空气，是由水蒸气以及干空气共同组成的，而干空气可以被视为理想空气，又因为湿空气当中所具有的水蒸气含量少、比容大、分压低，可被视作理想气体，故各种状态参数之间的关系可以利用理想气体的状态参数之间的关系来进行表示。

2.3经冷冻干燥后的压缩空气处于饱和状态，蒸发后除去的水分在汽液分离中得到全部分离，被处理压缩空气冷冻干燥结束后的温度t4为28℃，被处理压缩空气冷冻干燥后的饱和含湿量db4为0.024kg/kg(干空气)，则冷冻干燥后的被处理空气的相对湿度为4%。

2.4压缩空气冷冻干燥流程把湿度较高的压缩空气冷却至露点温度下，使压缩空气中的水蒸气以液体的形式凝结出来，从而得到干燥的压缩空气。压缩空气冷冻干燥的基本流程包括预冷、蒸发、水气分离、自动排水等。其中预冷不仅能够减少制冷压缩的负荷，节省能源消耗，还能够防止低温的干燥压缩空气出口处出现管外结露。

三、对冷冻干燥后压缩空气进行无热吸附干燥流程，利用具有吸水性能的吸附剂对压缩空气中的水分进行再次吸附，通过改变运行工况实现吸附和再生，吸附过程在工作压力下进行，再生过程在常压下进行。吸附剂的再生利用一部分成品压缩空气降压后的低压干燥气体进行，再生过程需消耗一定的成品压缩空气。

3.1无热吸附干燥流程利用具有吸水性能的吸附剂对冷冻干燥后压缩空气中的水分进行再次吸附，实现对压缩空气的干燥处理，吸附剂吸收水分发生的是物理变化，再生过程则可以清除吸附剂中的水分。为了实现对干燥压缩空气的连续供应，保持工作的连续性，压缩空气吸附干燥技术采用双侧运行，一侧进行吸附，另一侧则进行再生。

3.2结合附图说明无热再生吸附干燥技术的工作流程，主要包括吸附、再生和均压三个过程。无热再生吸附干燥技术采用变压吸附的方式进行再生，不需要额外输人能量，使用一部分干燥的压缩空气经过降压后对吸附剂进行再生。在吸附塔进行吸附时，再生塔进行再生，打开切换阀a、排放阀b，压缩空气从进气口处经切换阀a进入吸附塔中吸附除湿，然后通过止回阀a排出，完成干燥过程；再生气体通过孔板节流降压后进入再生侧进行再生，最后经排放阀b从废气排放口排出。

3.3无无热再生干燥流程之前，压缩空气经过了冷冻干燥，无热再生干燥流程空气入口温度为28℃，冷冻干燥后的被处理空气的相对湿度为4%，干燥侧的干燥周期为10min，干燥周期结束后被处理空气的相对湿度为3%。

四、对无热吸附干燥后压缩空气进行二级过滤

最后，对经过步骤1）2）3）处理的压缩空气进行二级过滤，分别做除尘和除油处理，压缩空气相对湿度为3%、露点温度为-18℃。