一种自动调压式膜分离去除SF6气体中N2的装置及方法与流程

本发明涉及gis设备的绝缘气体分离回收提纯，具体来说是一种自动调压式膜分离去除sf6气体中n2的装置及方法。

背景技术：

1、为深入推动电网绿色低碳发展，国家电网公司决定开展sf6/n2混合气体gis设备推广应用工作，要求各省电力公司逐步建立混合气体gis设备建设改造、检验检测等体系。

2、若充、补气环节灌充气体不合格，或sf6/n2混合绝缘气体电气设备运行过程中出现故障，都需要对sf6/n2混合绝缘气体进行分离、回收和提纯处理。

3、目前常通过高分子膜法，利用不同种类的气体通过高分子膜的渗透率不同，来实现sf6/n2混合气体的分离。

4、但上述工艺在运行过程中，为使膜组达到最佳分离效果，通常保持前后端压力恒定，即速度恒定。但在不同阶段，气体浓度不同，仍然保持相同的压力会降低分离效率。

5、现有技术如公开号为cn214437798u公开的六氟化硫和氮气混气回收分离装置，该装置中，混气进气管路连接高压电气设备，第一压缩机将高压电气设备内的六氟化硫和氮气的混合气体抽出，plc控制装置通过控制第一电磁比例调节阀开度，维持膜分离装置进口压力稳定在0.7mpa，六氟化硫和氮气混合气体经一级分离膜分离出氮气进入氮气排出管路，分离得到的六氟化硫混合气体再进入二级分离膜，经二级分离膜分离出的较高浓度的氮气混合气体经管路再回到第一压缩机，六氟化硫在线浓度监测仪表监测分离得到的高纯六氟化硫气体纯度，当纯度低于95％时，经二级分离膜分离出的气体由不合格气体返回管路和回流管路再返回到第一压缩机，再次经一、二级分离膜分离提纯；当纯度高于95％时，装置关闭第二电磁阀，打开第二电磁比例调节阀，六氟化硫气体进入到六氟化硫存储罐。当六氟化硫存储罐压力＞0.3mpa时，第二压缩机启动，将六氟化硫气体灌充到钢瓶内；当六氟化硫存储罐的压力＜0.08mpa时，第二压缩机停止。利用plc控制器控制第二电磁比例阀的开度，保持膜分离装置的出气口气压稳定，从而保证高纯六氟化硫出气口的六氟化硫气体的浓度在95％以上。该方案中整个分离回收过程中前后端压力差始终保持一致，但在整个膜分离过程中，未能对气体流量或压力进行分级考虑，不能最大化保证分离效果，最终分离回收的sf6气体纯度不高。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题在于如何提高膜分离效果并且提高回收的sf6气体纯度。

2、本发明通过以下技术手段实现解决上述技术问题的：

3、本发明第一方面提供了一种自动调压式膜分离去除sf6气体中n2的装置，包括进气口1、比例阀2、压缩机3、主路流量控制器4、第一压力传感器5、膜分离组件6、sf6纯度检测单元11、第二压力传感器14、第三电磁阀15和灌充口16进行依次串联连接；膜分离组件6另一侧依次连接第一电磁阀7、尾气段流量控制器8、微量sf6检测组件9和排放口10；sf6纯度检测单元11与第二压力传感器14之间另连出一气路依次连接回流段流量控制器12、第二电磁阀13连接在比例阀2之后压缩机3之前的进气口形成一个回路；通过微量sf6检测组件9和sf6纯度检测单元11对回收的n2和sf6进行检测，从而调整比例阀2开度的大小和流量控制器的设定值提高膜分离效果和回收的sf6气体纯度。

4、有益效果：本发明的自动调压式膜分离去除sf6气体中n2的装置，sf6/n2混合气体进入装置中经过多次分级的多次循环以及气体流量或压力控制实现分离，并且sf6气体纯度高于或等于99％。

5、本发明的比例阀的作用是控制混合气体中n2的含量；比例阀的开度调大，那么n2的含量就会增加，那么装置中的压力也会增加；流量控制器的作用控制气体流量和压力的；sf6纯度检测单元的作用是通过检测回收的sf6纯度决定分离气体是否需要返回再一次进行膜分离；微量sf6检测组件的作用是通过检测回收的n2中的sf6的含量与设置值进行比较，从而调整流量控制器的设定值，控制膜分离组件的分离效率。

6、优选的，当sf6/n2混合气体进入所述装置进行分离分为初始分离、中间分离及结束分离三个分离阶段。

7、本发明第二方面提供了自动调压式膜分离去除sf6气体中n2的方法，所述方法分为初始分离、中间分离及结束分离的三个分离阶段；通过微量sf6检测组件9和sf6纯度检测单元11对回收的n2和sf6进行检测，调整比例阀开度大小和流量控制器的设定值。

8、优选的，当sf6纯度检测单元11对回收的sf6进行检测纯度小于95％时，sf6/n2混合气体从初始分离进入中间分离的阶段。

9、优选的，当sf6纯度检测单元11对回收的sf6进行检测纯度接近99％时，sf6/n2混合气体从中间分离进入结束分离的阶段。

10、优选的，所述微量sf6检测组件9检测回收的n2中sf6气体的含量高于设定值，则调高回流段流量控制器设定流量值；若sf6气体含量低于设定值，则调低回流段流量控制器设定流量值。

11、优选的，所述sf6纯度检测单元11检测回收的sf6气体的纯度，若纯度达到99％及以上，则打开第三电磁阀15，将分离达标气体进行灌充处理；若纯度未达到99％，则返回压缩机3的进气口再次进行膜分离。

12、优选的，当sf6/n2混合气体进入装置进行初始分离阶段，比例阀2开度调小，此时装置控制尾气段流量控制器设定流量值＞主路流量控制器设定流量值>回流段流量控制器设定流量值；

13、装置通过微量sf6检测组件9测量经膜分离后的n2中sf6气体的含量，若sf6气体含量高于设定值则继续调低比例阀2开度及主路流量控制器4设定流量值，并调高回流段流量控制器12设定流量值；若sf6气体含量低于设定值则继续调高比例阀2开度及主路流量控制器4设定流量值，并调低回流段流量控制器12设定流量值；

14、之后通过sf6纯度检测单元11对经膜分离后的sf6气体进行检测，若纯度低于99％，未达标的气体则返回压缩机3的进气口再次进行膜分离；若低于95％，则设定装置控制尾气段流量控制器设定流量值＞主路流量控制器设定流量值＝回流段流量控制器设定流量值，未达标气体进入分级回流装置，此时进入中间分离阶段。

15、优选的，在进行所述中间分离阶段，比例阀2开度调大，此时装置控制尾气段流量控制器设定流量值>主路流量控制器设定流量值＝回流段流量控制器设定流量值；

16、装置通过微量sf6检测组件9测量经膜分离后的n2中sf6气体的含量，若sf6气体含量高于设定值则调高回流段流量控制器12设定流量值；若sf6气体含量低于设定值则调低回流段流量控制器12设定流量值；

17、之后通过sf6纯度检测单元11对经过膜分离后的sf6气体进行检测，若纯度低于99％，但高于95％，则设定装置控制主路流量控制器设定流量值＝回流段流量控制器设定流量值＝尾气段流量控制器设定流量值，未达标气体则返回压缩机3的进气口再次进行膜分离。

18、优选的，经过多次中间分离阶段后，sf6/n2混合气体进入结束分离阶段，此时装置控制主路流量控制器设定流量值>回流端流量控制器设定流量值>2倍的尾气端流量控制器设定流量值；

19、装置通过微量sf6检测组件9测量对膜分离后的n2中sf6气体的含量，若sf6气体含量高于设定值，则调低尾气段流量控制器8设定流量值，并调高回流段流量控制器12设定流量值；若sf6气体含量低于设定值，则调高尾气段流量控制器8设定流量值，并调低回流段流量控制器12设定流量值；

20、装置通过sf6纯度检测单元11对膜分离后的气体进行检测，若纯度高于99％，则关闭第二电磁阀13，打开第三电磁阀15，将分离达标气体进行灌充处理；若纯度仍低于99％，则设定装置控制主路流量控制器4设定流量值＝回流段流量控制器12设定流量值＝尾气段流量控制器8设定流量值，未达标气体则返回压缩机3的进气口再次进行膜分离。

21、有益效果：本发明的自动调压式膜分离去除sf6气体中n2的方法解决分离sf6/n2混合气体时存在压力恒定(不能随气体浓度变化而动态调节)导致膜分离效率较低的问题；并且提高回收的sf6气提纯度。

22、本发明的优点在于：

23、本发明的自动调压式膜分离去除sf6气体中n2的装置，sf6/n2混合气体进入装置中经过多次分级的多次循环以及气体流量或压力控制实现分离，并且sf6气体纯度高于或等于99％。

24、本发明的比例阀的作用是控制混合气体中n2的含量；比例阀的开度调大，那么n2的含量就会增加，那么装置中的压力也会增加；流量控制器的作用控制气体流量和压力的；sf6纯度检测单元的作用是通过检测回收的sf6纯度决定分离气体是否需要返回再一次进行膜分离；微量sf6检测组件的作用是通过检测回收的n2中的sf6的含量与设置值进行比较，从而调整流量控制器的设定值，控制膜分离组件的分离效率。

25、本发明的自动调压式膜分离去除sf6气体中n2的方法解决分离sf6/n2混合气体时存在压力恒定(不能随气体浓度变化而动态调节)导致膜分离效率较低的问题；并且提高回收的sf6气提纯度。