一种在线再生系统的制作方法

1.本发明涉及氦制冷技术领域，尤其涉及一种适用于氦制冷系统的吸附器的在线再生系统。


背景技术：

2.液态氦的沸点是零下269℃，在这样低的温度下，其他各种气体不仅变成液体，甚至大部分都变成了固体。为了防止低温工况下，由于其他介质的凝固造成换热器流道、管道、阀门的冻堵或固体杂质对透平的损坏，氦液化或氦制冷系统需要设置一级或多级吸附器对氦气进行纯化，比如常在一级吸附器脱除大部分的氧气、氮气、烃类等杂质气体，在二级吸附器脱除氢气、氖气等杂质气体。长时间的连续操作下，尤其对于氦气液化模式下，吸附器存在吸附饱和状态，一旦吸附饱和，杂质气体无法再继续被脱除，容易导致氦气液化管路系统被冻堵，在此状况下，氦液化器无法再提供合格的液氦或制冷量，且由于冻堵导致的压力升高，存在系统超压的风险，需要整套装置复温、净化，再次进行降温过程和开车，整个复温和再开车过程造成氦气排放的大量浪费和高能耗。有些氦液化或氦制冷流程中，将吸附器设置成一用一备两套，且设置两套自动切换阀门，可以实现氦气吸附器的在线再生，避免整个系统的复温和再降温过程。但该流程中每级吸附器都需要设置两套吸附器，且每套吸附器进出口都需要配套自动切换阀门，最终造成冷箱内部设备数量增多，低温阀门数量多，管路系统复杂，最终可能导致整个冷箱尺寸变大，增加了设备投资成本和冷箱占地尺寸。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于提供一种在线再生系统，其旨在于解决现有在在线再生系统需要在冷箱内部增加备用吸附器和多个低温阀门导致设备投资成本和冷箱占地面积增加的技术问题。
4.为达到上述目的，本发明提供的方案是：
5.一种在线再生系统，适用于氦制冷系统的吸附器，所述吸附器设置在冷箱内，所述在线再生系统包括用于与所述吸附器并联的吸附器旁路、设于上级换热器与所述吸附器之间的吸附器进气阀门、设于所述吸附器与下级换热器之间的吸附器出气阀门、设于所述吸附器与所述吸附器出气阀门之间的再生气进气阀门、设于所述吸附器进气阀门与所述吸附器之间并用于加热尾气的复温加热器、与所述复温加热器的出气口连接的所述真空泵、与所述复温加热器的出气口连接的尾气回收装置、设于所述真空泵与所述复温加热器之间的再生气排气阀门、设于所述尾气回收装置与所述复温加热器之间的尾气回收阀门、用于测量所述吸附器内部压力的第一压力传感器、用于测量所述真空泵入口侧的压力的第二压力传感器、用于测量所述吸附器的温度的第一温度传感器、以及用于测量所述复温加热器出口侧的尾气温度的第二温度传感器，所述再生气进气阀门用于连接再生气提供装置，所述吸附器旁路包括与所述吸附器并联的旁路管道、设置在所述旁路管道上的旁路阀门，所述
旁路管道一端用于连接上一级换热器，另一端用于连接下一级换热器，所述吸附器进气阀门、所述吸附器出气阀门和所述吸附器旁路设置在所述冷箱内，所述再生气进气阀门、所述再生气排气阀门、所述复温加热器、所述真空泵和所述尾气回收装置均设置在所述冷箱外。
6.优选地，所述氦制冷系统设置有至少两级吸附器，所述真空泵、所述第二压力传感器和所述尾气回收装置组成共用单元，所述吸附器进气阀门、所述吸附器出气阀门、所述吸附器旁路、所述再生气进气阀门、所述复温加热器、所述尾气回收阀门、所述再生气排气阀门、所述第一压力传感器、所述第一温度传感器和所述第二温度传感器组成独立单元，每级所述吸附器配置一个独立单元，至少两级吸附器使用一个共用单元。
7.优选地，所述吸附器进气阀门、所述吸附器出气阀门和所述旁路阀门均为低温阀门。
8.优选地，所述再生气进气阀门和所述再生气排气阀门均为常温阀门。
9.本发明提供的在线再生系统具有以下优点：
10.第一，本发明的在线再生系统在仅增加吸附器旁路、吸附器进气阀门、吸附器出气阀门的情况下即可以实现吸附器的在线再生，降低了冷箱内设备数量和管路系统的复杂度，将再生气进气阀门、再生气排气阀门、真空泵和复温加热器放在常温段，降低了设备的投资成本和冷箱的设计复杂程度。
11.第二，本发明的在线再生系统设置有真空泵，通过真空泵对吸附器抽真空，加快了再生速度，同时加强了吸附剂的再生深度。
附图说明
12.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。
13.图1是本发明实施例提供的在线再生系统的结构示意图。
14.附图标号说明：
15.10、吸附器进气阀门；20、吸附器出气阀门；30、吸附器旁路；31、旁路管道；32、旁路阀门；40、再生气进气阀门；50、复温加热器；60、尾气回收阀门；70、再生气排气阀门；80、真空泵；90、尾气回收装置；100、吸附器；110、上一级换热器；120、下一级换热器。
具体实施方式
16.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
17.需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后
……
)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
18.还需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件上时，它可以直
接在另一个元件上或者可能同时存在居中元件。当一个元件被称为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接另一个元件或者可能同时存在居中元件。
19.另外，在本发明中涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
20.如图1所示，其为本发明的一种实施例的在线再生系统，适用于氦制冷系统的吸附器100，氦制冷系统的吸附器100置于冷箱内部，氦制冷系统设置有一级或两级或多级吸附器，该在线再生系统能够供一级吸附器使用，也能够供两级或多级吸附器共用。
21.请参阅图1，本发明实施例的在线再生系统，其包括用于与吸附器100并联的吸附器旁路30、设于上级换热器与吸附器100的吸附器之间进气阀门10、设于吸附器100与下级换热器之间的吸附器出气阀门20、设于吸附器100与吸附器出气阀门20之间的再生气进气阀门40、设于吸附器进气阀门10与吸附器100之间并用于加热尾气的复温加热器50、与复温加热器50的出气口连接的真空泵80、与复温加热器50的出气口连接的尾气回收装置90、设于真空泵80与复温加热器50之间的再生气排气阀门70、设于尾气回收装置90与复温加热器50之间的尾气回收阀门60、用于测量吸附器100内部压力的第一压力传感器(图未示)、用于测量真空泵80入口侧的压力的第二压力传感器(图未示)、用于测量吸附器100的温度的第一温度传感器(图未示)、以及用于测量复温加热器50出口侧的尾气温度的第二温度传感器(图未示)，再生气进气阀门40用于连接再生气提供装置，为在线再生系统提供再生氦气，吸附器旁路30包括与吸附器100并联的旁路管道31和设置在旁路管道31上的旁路阀门32，旁路管道31一端用于连接上一级换热器110，另一端用于连接下一级换热器120，吸附器旁路30设置在冷箱内部，再生气进气阀门40、再生气进气阀门40、再生气排气阀门70、复温加热器50、真空泵80和尾气回收装置90均设置在冷箱外。
22.可选地，吸附器进气阀门10、吸附器出气阀门20和旁路阀门32为低温阀门。
23.可选地，再生气进气阀门和再生气排气阀门均为常温阀门。
24.吸附器100在设计计算时一般考虑4～6个月的吸附周期，吸附饱和后需要实现在线再生，从而不影响装置正常运行。再生时关闭吸附器进气阀门10和吸附器出气阀门20，打开吸附器旁路30，保证氦制冷系统的连续生产，同时快速对吸附器100进行在线再生，再生过程在很短时间内就可以结束(例如6个小时内)。由于吸附器100的主要作用是脱附杂质气体(氧气、氮气、氢气、氖等)，不考虑吸附水蒸汽的脱附，因此再生温度较低，复温到室温状况下并稳定一定时间即可实现吸附器100的再生。同时再采用抽真空法进行深度再生，加快吸附器100的再生过程。复温加热器50主要是对再生开始时释放的低温氦气进行复温，达到氦气复温回收的条件。再生结束后，可以采用来自上游换热器的小流量氦气将吸附器100进行吹扫降温，接近正常操作对应的温区后关闭吸附器旁路30，同时打开吸附器进气阀门10和置吸附器出气阀门20，吸附器100进入连续工作状态。再生过程中排放的氦气可以通过尾气回收装置90回收到污氦回收系统，减少氦资源的浪费。
25.可以理解地，由于吸附器100运行较长一段时间才需要再生，且再生时间短，因此，
在吸附器100在线再生时，通过吸附器旁路30代替吸附器100工作就可以保证氦制冷系统的正常运行。
26.本发明实施例的在线再生系统的工作流程具体如下：
27.步骤s10：监测到吸附器100上下游压差增加，且远延时超过设定值，则对吸附器100进行在线再生，关闭吸附器进气阀门10和吸附器出气阀门20，同步打开旁路阀门32。
28.步骤s20：采用进冷箱前的高压氦气作为再生气，同步打开再生气进气阀门40和尾气回收阀门60，进行常温氦气吹扫再生，同时启动复温加热器50，保证回收的尾气满足温度要求，当第二温度传感器测量到复温加热器50出口侧的尾气温度达到常温，则不再需要对尾气复温加热。
29.步骤s30：吹扫过程中监控吸附器100的温度，当第一温度传感器测量到吸附器100的温度达到常温时，延时一定时间(比如5～10分钟)，关闭再生气进气阀门40。吸附器100通过尾气回收系统继续泄压，当第一压力传感器测量到吸附器100压力达到微正压时，关闭尾气回收阀门60，打开再生气排气阀门70，同时启动真空泵80，开始对吸附器100进行抽真空再生。
30.步骤s40：当第二压力传感器测量到真空泵80入口压力达到负压时，关闭真空再生气排气阀门70，暂停抽真空泵80的工作，同时打开再生气进气阀门40，继续给吸附器100充压。
31.重复步骤s30和步骤s40，一般情况下，4～6个月的吸附周期的氦气吸附器100需要重复步骤s30和步骤s40 3次左右。若吸附器100设计吸附周期较长，可增加重复次数，若吸附器100设计吸附周期较短，可以减少再生次数。
32.若氦液化器或氦制冷机中有其他吸附器，可同样设置相似的在线再生流程，且真空泵80、第二压力传感器和尾气回收装置90可以公用。
33.步骤s20中，还可以采用单独的高纯氦气钢瓶中的高纯氦气作为再生气，若采用单独的高纯氦气钢瓶中的高纯氦气作为再生气，则需要先打开尾气回收阀门60，同时启动尾气复温加热器50，保证尾气回收满足回收温度要求，并同时对吸附器100进行泄压，直至第一压力传感器测量到吸附器100的内部压力不高于再生气的压力，再打开再生氦气阀门，进行常温氦气吹扫再生，当第二温度传感器测量到复温加热器50出口侧的尾气温度达到常温，则不再需要对尾气复温加热。
34.采用进冷箱前的高压氦气可保证再生气压力比吸附器100的压力要高，不需要先把吸附器100泄压。但若采用高纯氦气钢瓶中的高纯氦气作为再生气，因无法保证钢瓶内的压力大小，需要先把吸附器100的压力泄压到较低值，再连通钢瓶，防止吸附器100内的压力比钢瓶内的压力还高。
35.本发明实施例的在线再生系统具有以下优点：
36.第一，本发明实施例的在线再生系统在冷箱内仅增加吸附器进气阀门10、吸附器出气阀20和吸附器旁路30的情况下实现吸附器100的在线再生，降低了冷箱内设备数量和管路系统的复杂度，将真空泵80和复温加热器50放在常温段，降低了设备的投资成本和冷箱的设计复杂程度。
37.第二，本发明实施例的在线再生系统设置有真空泵80，通过真空泵80对吸附器100抽真空，加快了再生速度，同时加强了吸附剂的再生深度。
38.需要说明的是，该在线再生系统能够供一级吸附器使用，也能够供两级或多级吸附器共用，当氦制冷系统包括多级吸附器时，真空泵80、第二压力传感器和尾气回收装置90组成共用单元，吸附器进气阀门10、吸附器出气阀门20、吸附器旁路30、再生气进气阀门40、复温加热器50、尾气回收阀门60、再生气排气阀门70、第一压力传感器、第一温度传感器和第二温度传感器组成独立单元，每级吸附器配置一个独立单元，多级吸附器使用一个共用单元，即同一制冷系统的不同阶段的吸附器共用真空泵80、第二压力传感器和尾气回收装置90，这样设计减少了投资费用和占地尺寸。
39.以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。