本發(fā)明涉及氣體回收領(lǐng)域，具體是一種液氬揮發(fā)冷凝回收裝置及其氬氣冷凝回收方法。

背景技術(shù)：

氬氣是一種惰性氣體，沸點和熔點分別為-185.7℃和-189.2℃，由于氬氣化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，廣泛應(yīng)用于照明燈具和電弧焊接的保護氣體領(lǐng)域，具有較高的經(jīng)濟價值，工業(yè)上，目前一般采用蒸餾的工藝方法從空氣中提煉出氬氣，并將其冷凝成液態(tài)氬儲存在罐體內(nèi)，這種工藝方法的生產(chǎn)成本也較高。

在罐體儲存過程中，會有一部分液氬揮發(fā)成氬氣，為防止儲存罐內(nèi)過壓，在儲存罐的頂部通常裝置有自動放空閥，即當(dāng)罐內(nèi)揮發(fā)的氬氣壓力超過設(shè)定閾值時，自動放空閥自動打開，將儲存罐內(nèi)的揮發(fā)氬氣放空一部分，使罐內(nèi)氣壓恢復(fù)至閾值范圍內(nèi)，同時為了提高儲存罐安全系數(shù)，在儲存罐上還裝有呼吸閥，其功能為當(dāng)自動放空閥失效后，呼吸閥自動打開，將超壓氬氣排出。可以看出，上述工藝中，為防止液氬儲存罐內(nèi)過壓，通常的方法是直接將揮發(fā)的氬氣直接向外排出，造成了氬氣的大量浪費；

此外，當(dāng)需要外購液氬時，通常是采用槽車連接儲存罐，并將槽車內(nèi)運輸?shù)募兌群细褚簹宄溲b入儲存罐內(nèi)，其充裝工藝大致為：首先對槽車的槽罐適當(dāng)加壓（通常將槽罐內(nèi)的壓力加壓至液壓儲存罐內(nèi)氣壓的5-6倍），然后在壓力差的作用下，槽罐內(nèi)的運輸液氬直接充裝至儲存罐內(nèi)。在以上過程中，隨著槽罐內(nèi)液氬不斷充裝，儲存罐內(nèi)氣壓不斷增大，為防止儲存罐內(nèi)出現(xiàn)過壓現(xiàn)象，在充裝過程中，儲存罐上自動放空閥需要不斷開啟，將過壓的氬氣排出，造成浪費；此外，槽車槽罐內(nèi)的液氬在充裝完畢后，通過還會有一部分液氬殘留在槽罐底部，傳統(tǒng)方法中，這一部分殘留的液氬由于無法充裝入儲存罐而被直接放空排放，造成浪費。

從上述分析可知，無論是液氬儲存罐日常的儲存還是經(jīng)槽罐車充裝作業(yè)，均會產(chǎn)生大量揮發(fā)氬氣并且直接放空排放，對于經(jīng)濟價值較高的氬氣來說，造成大量的浪費。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為解決當(dāng)前揮發(fā)液氬直接放空排放造成的大量浪費的問題，本發(fā)明提供一種液氬揮發(fā)冷凝回收裝置，并且設(shè)計一套氬氣冷凝的回收方法，對液氬儲存罐日常的儲存和槽罐車充裝作業(yè)中產(chǎn)生的揮發(fā)氬氣進行冷凝回收，有效避免了傳統(tǒng)工藝中氬氣直接被放空浪費的現(xiàn)象，大大增加了企業(yè)的經(jīng)濟效益。

本發(fā)明的具體方案為：一種液氬揮發(fā)冷凝回收裝置，具有用于儲存液氬的儲存罐，在儲存罐的罐體上連通有用于回收揮發(fā)氬氣的冷凝管道回路，在冷凝管道回路設(shè)置有用于冷凝氬氣的冷凝器，冷凝器上分別連接有液氮輸入管道和氮氣輸出管道，在液氮輸入管道上設(shè)置有控制液氮輸入量的通過閥，在氮氣輸出管道上設(shè)置有控制氮氣回流量的回流閥。

本發(fā)明所述的冷凝管道回路的一端為進氣口，另一端為出液口，冷凝管道回路的進氣口布置在儲存罐的頂部，冷凝管道回路的出液口穿過儲存罐的上部管壁并且向下伸至儲存罐的底部；在冷凝器與冷凝管道回路進氣口一端之間的管道上安裝有防止不純氬氣進入儲存罐內(nèi)的單向閥，在單向閥管段還加裝有旁通管道。

本發(fā)明中，在冷凝器與冷凝管道回路出液口一端之間的管道上沿液氬回流方向依次至少設(shè)置有用于臨時儲存液氬的去儲槽、用于分析液氬純度的分析閥、用于清除管道內(nèi)不純氬氣的吹除閥和控制液氬輸入量的進液閥。

本發(fā)明所述的冷凝器具有從內(nèi)之外依次設(shè)有液氮室和氬氣室，所述液氮室的進口端通過帶有閥門的真空管道與液氮輸入管道連通，液氮室的出口端通過帶有閥門的真空管道與氮氣輸出管道連通，所述氬氣室的進口端通過帶有閥門的真空管道與冷凝管道回路中輸送氬氣的部分連通，氬氣室的出口端通過帶有閥門的真空管道與冷凝管道回路中輸送液氬的部分連通；在氬氣室的外壁還安裝顯示液氬液位的液位計。

本發(fā)明所述的儲存罐的頂部還安裝有防止罐內(nèi)氬氣過壓的放空閥和備用的呼吸閥。

本發(fā)明所述的儲存罐的底部還設(shè)置有充裝管道，充裝管道上至少安裝有進液閥、分析閥、排放閥、回罐閥和充裝羊角。

本發(fā)明中，利用上述的一種液氬揮發(fā)冷凝回收裝置進行氬氣冷凝回收的方法，其步驟為：

第一步：打開旁通管道上的旁通閥，打開吹除閥并充入合格液氬反向流動置換冷凝器和冷凝管道回路內(nèi)的雜質(zhì)，置換完畢后，關(guān)閉旁通閥和吹除閥；

第二步：打開冷凝管道回路上的進氣閥，儲存罐內(nèi)的揮發(fā)氬氣從冷凝管道回路進入冷凝器中的氬氣室，此時，微開液氮輸入管道上的通過閥，并保證通過閥的開度為λ，保持單位時間內(nèi)進入液氮室內(nèi)液氮與進入氬氣室內(nèi)氬氣的體積比在[1:1300,1:1050]范圍之內(nèi)；

第三步：氬氣受液氮吸熱冷凝并在冷凝器氬氣室中積液，打開冷凝器氬氣室出口端的閥門；

第四步：打開冷凝管道回路中的分析閥，檢驗液氬的純度；

第五步：保持去儲槽通路，打開冷凝管道回路中進液閥，將純度檢驗合格的液氬回流至儲存罐；如果儲存罐內(nèi)揮發(fā)氬氣過壓，關(guān)閉進液閥或者減小進液閥開度，將冷凝管道回路中的液氬臨時儲存在去儲槽內(nèi)，待儲存罐內(nèi)氣壓恢復(fù)正常后，再恢復(fù)進液閥狀態(tài)，去儲槽內(nèi)臨時儲存的液氬回流至儲存罐內(nèi)。

在上述第二步中，當(dāng)氬氣的冷凝速度與液氬的流出速度相當(dāng)時，氬氣室內(nèi)液氬的液位β會保持不變，當(dāng)液位β變小時，說明通過閥的開度λ1小于λ，氬氣冷凝速度減小，需要將通過閥的開度λ1上調(diào)至λ；當(dāng)液位β變大時，說明通過閥的開度λ1大于λ，氬氣冷凝速度變大，需要將通過閥的開度λ1下調(diào)至λ。

在上述第二步中，在微開通過閥的同時，打開液氮室出口端的閥門和氮氣輸出管道的回流閥，保證吸熱氣化的液氮從液氮室中排出。

本發(fā)明具備的優(yōu)勢在于：

1、將液氬儲存罐內(nèi)日常儲存揮發(fā)的氬氣，利用經(jīng)濟價值相對較低的液氮進行冷凝置換回收，冷凝回收率可達到100%,有效避免了傳統(tǒng)直接放空造成的浪費；

2、將槽罐車內(nèi)充裝完畢殘留的液氬進行氣化，充裝入儲存罐內(nèi)，并利用冷凝回收裝置對充入罐內(nèi)的殘留氣化液氬進行循環(huán)回收，有效避免了傳統(tǒng)工藝中槽罐車內(nèi)殘留液氬被放空排放的問題；

3、本發(fā)明氬氣冷凝回收方法設(shè)計巧妙，由于氬氣的沸點和熔點分別為-185.7℃和-189.2℃，溫度差距較小，在冷凝回收過程中，如液氮流量控制不好，極容易出現(xiàn)氬氣難以冷凝或者氬氣出現(xiàn)凝華的現(xiàn)象，造成揮發(fā)的氬氣難以冷凝回收的情況，為此，本發(fā)明中液氮與揮發(fā)氬氣在冷凝器內(nèi)單位時間的混合比例λ是在總結(jié)日常生產(chǎn)經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，經(jīng)過不斷的調(diào)試和試驗才得出的，氬氣冷凝回收效率高，產(chǎn)生的經(jīng)濟效益明顯。

附圖說明

圖1為本發(fā)明流程圖；

圖2為本發(fā)明中冷凝器的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中：1-儲存罐，2-冷凝管道回路，3-進氣口，4-出液口，5-放空閥，6-呼吸閥，7-冷凝器，8-液氮輸入管道，9-氮氣輸出管道，10-通過閥，11-主換熱器，12-回流閥，13-液氮室，14-氬氣室，15-閥門a，16-閥門b，17-閥門c，18-閥門d，19-液位計，20-進氣閥，21-單向閥，22-旁通管道，23-旁通閥，24-去儲槽，25-分析閥，26-吹除閥，27-進液閥a，28-槽罐車，29-充裝管道，30-充裝羊角，31-回罐閥，32-排放閥，33-露點分析裝置，34-分析閥b，35-進液閥b，36-槽罐，37-液氬。

具體實施方式

本實施例中，一種液氬揮發(fā)冷凝回收裝置，具有用于儲存液氬37的儲存罐1，在儲存罐1的罐體上連通有用于回收揮發(fā)氬氣的冷凝管道回路2，冷凝管道回路2的直徑為45cm，冷凝管道回路2的一端為供揮發(fā)氬氣輸出的進氣口3，該進氣口3布置在儲存罐1的頂部，另一端為供冷凝液氬回流至儲存罐1內(nèi)的出液口4，該出液口4穿過儲存罐1內(nèi)液位以上部位的管壁并且向下折彎伸至靠近罐底的部位；此外，在儲存罐1的頂部還安裝有放空閥5和呼吸閥6，其中放空閥5的功能是當(dāng)罐內(nèi)揮發(fā)氬氣超過預(yù)設(shè)閾值時自動將超壓氬氣放空，呼吸閥6是放空閥的備用閥門，即當(dāng)放空閥失效時，呼吸閥6可自動開啟放空超壓的氬氣；

本實施例中，在冷凝管道回路2上設(shè)置有用于冷凝揮發(fā)氬氣的冷凝器7，冷凝器7上分別連接有直徑均為25cm的液氮輸入管道8和氮氣輸出管道9，液氮輸入管道8與液氮發(fā)生裝置連通，且在液氮輸入管道8上設(shè)置有控制液氮輸入量的通過閥10，氮氣輸出管道9與氮氣回收裝置中的主換熱器11連通，且在氮氣輸出管道9上設(shè)置有控制氮氣回流量的回流閥12；

本實施例中，冷凝器7具有從內(nèi)之外依次設(shè)有液氮室13和氬氣室14，液氮室13的進口端通過帶有閥門a15的真空管道與液氮輸入管道8連通，液氮室13的出口端通過帶有閥門b16的真空管道與氮氣輸出管道9連通，所述氬氣室14的進口端通過帶有閥門c17的真空管道與冷凝管道回路2中輸送氬氣的部分連通，氬氣室14的出口端通過帶有閥門d18的真空管道與冷凝管道回路2中輸送液氬的部分連通；在氬氣室14的外壁還安裝顯示液氬液位的液位計19；

本實施例中，在冷凝器7與冷凝管道回路2進氣口一端之間的管道上沿氬氣回氣方向（即儲存罐1內(nèi)揮發(fā)氬氣沿冷凝管道回路2進入冷凝器7的方向）依次設(shè)置有進氣閥20和單向閥21，其中進氣閥20控制揮發(fā)氬氣進入冷凝管道回路2中的流量，單向閥21是防止純度不合格的氬氣進入儲存罐1內(nèi)，此外，在單向閥21管段還加裝有旁通管道22，旁通管道22上設(shè)有旁通閥23；

本實施例中，在冷凝器7與冷凝管道回路2出液口4一端之間的管道上沿液氬回流方向（即冷凝器7內(nèi)冷凝的液氬沿冷凝管道回路2進入儲存罐1的方向）依次設(shè)置有去儲槽24、分析閥a25、吹除閥26和進液閥a27，其中去儲槽24用于當(dāng)需要對輸入儲存罐1內(nèi)的冷凝液氬進行限流時對液氬進行臨時儲存作用，分析閥a25用于分析液氬純度，吹除閥26用于清除冷凝管道回路2內(nèi)不純氬氣，進液閥a27用于控制液氬向儲存罐1內(nèi)的輸入量；

此外，本實施例中，在儲存罐2的底部還設(shè)置有與液氬槽罐車28連通的充裝管道29，充裝管道29上沿液氬充裝方向依次安裝有充裝羊角30、回罐閥31、排放閥32、露點分析裝置33、分析閥b34和進液閥b35，其中充裝羊角30用于連接槽罐車28，回罐閥31用于控制槽罐車28內(nèi)液氬的充裝速度，排放閥32用于臨時排放液氬，露點分析裝置33用于檢測槽罐車28內(nèi)液氬的含水量，分析閥b34用于檢測槽罐車28內(nèi)液氬的純度，進液閥b35用于控制槽罐車28內(nèi)液氬進入儲存罐1內(nèi)的充裝速度；

本實施例中，液氬儲存罐1內(nèi)設(shè)定的壓力閾值為15kpa,利用如上述的一種液氬揮發(fā)冷凝回收裝置對液氬儲存罐內(nèi)所揮發(fā)的氬氣進行冷凝回收的方法，其步驟為：

第一步：打開旁通管道22上的旁通閥23，打開吹除閥26，將精氬塔中的合格液氬從吹除閥26充入至冷凝管道回路2中，并沿液氬回流方向反向流動置換冷凝管道回路2和冷凝器7中的雜質(zhì)氣體或液體，置換完畢后，關(guān)閉旁通閥23和吹除閥26；

第二步：打開冷凝管道回路2上的進氣閥20和冷凝器7氬氣室14上的閥門c17，儲存罐1內(nèi)的揮發(fā)氬氣進入冷凝器7中的氬氣室14（此時冷凝管道回路2中氬氣的壓力為12kpa），同時，微開液氮輸入管道8上的通過閥10和冷凝器7液氮室13上的閥門a15，并保持通過閥10的開度為5%（通常開度為4%-6%之間，開度小于4%，氬氣室14內(nèi)的氬氣無法充分冷凝液化；開度大于6%,氬氣室14內(nèi)的液氬會出現(xiàn)凝固現(xiàn)象，甚至氬氣發(fā)生凝華現(xiàn)象）,使液氮進入冷凝器7液氮室13內(nèi)對氬氣室14內(nèi)的氬氣進行冷凝，此時，單位時間內(nèi)進入液氮室13內(nèi)液氮與進入氬氣室14內(nèi)氬氣的體積比在[1:1300,1:1050]范圍之內(nèi)；

第三步：在打開通過閥10的同時，打開冷凝器7液氮室13上的閥門b16和氮氣輸出管道9上的回流閥12，并控制回流閥12保持一定的開度，使氮氣輸出管道9內(nèi)氮氣的壓力與氮氣回收裝置中氮氣的壓力相當(dāng)；

第四步：氬氣受液氮吸熱冷凝并在冷凝器7氬氣室14中積液，打開冷凝器7氬氣室14出口端的閥門d18；

第五步：打開冷凝管道回路2中的分析閥a25，檢驗液氬的純度；

第六步：當(dāng)液氬純度檢驗合格后，保持去儲槽24通路，打開冷凝管道回路2中進液閥a27，將純度檢驗合格的液氬回流至儲存罐1；如果儲存罐1內(nèi)揮發(fā)氬氣過壓（即超過壓力閾值15kpa），關(guān)閉進液閥a27或者減小進液閥a27開度，將冷凝管道回路2中的液氬臨時儲存在去儲槽24內(nèi)，待儲存罐1內(nèi)氣壓恢復(fù)正常后，再恢復(fù)進液閥a27狀態(tài)，將去儲槽24內(nèi)臨時儲存的液氬回流至儲存罐1內(nèi)。

在上述第四步中，當(dāng)氬氣的冷凝速度與液氬的流出速度相當(dāng)時，此時氬氣室14內(nèi)液氬的液位會固定在20%不變；在實際操作過程中，當(dāng)氬氣室14液氬液位小于20%時，說明通過閥10的開度小于5%，氬氣冷凝速度變小，此時需要將通過閥10的開度上調(diào)至5%；氬氣室14液氬液位大于20%時，說明通過閥10的開度大于5%，氬氣冷凝速度變大，需要將通過閥10的開度下調(diào)至5%。

本實施例中，在液氬槽罐車28充裝過程中，首先需要對槽罐36進行加壓（通常槽罐36內(nèi)加壓后的壓力是液氬儲存罐1內(nèi)部壓力的5-6倍，即100kpa左右），在槽罐36與儲存罐1之間壓力差的作用下，槽罐36內(nèi)的液氬會自然充裝入儲存罐1內(nèi)，當(dāng)槽罐36內(nèi)液氬充裝完畢后，對槽罐36內(nèi)部殘留的液氬進行氣化處理，氣化后的殘留液氬沿充裝管道29進入液氬儲存罐1內(nèi)，并利用上述方法步驟對氣化后的殘留液氬進行冷凝回收。