高效回收稀有气体


作者:Sauer Compressors公司 日期:2018/07/19 来源:PROCESS《流程工业》

得益于其特性,氦气可用于各种工业用途。氦气在所有气体中沸点最低,因此常被用于低温研究,例如作为计算器断层成像技术中的磁体冷却剂。由于其原子直径小,氦气可进入甚至是最小的开口,这使得氦气成为泄漏检测的理想选择。

氦气的惰性特点以及其几乎不与其他任何物质发生反应的特性,使其成为可用于不同应用的多面手。氦气还可作为油的绝佳替代品用于金属淬火,这种惰性气体能防止氧化反应造成的变色。此外,氦气的使用可免去工件的后续清洁工序,从而提高生产效率并缩短生产周期。

Sauer Compressors的Hurricane BasSeal-He系列产品满足氦气压缩工艺的特殊要求
Sauer Compressors的Hurricane BasSeal-He系列产品满足氦气压缩工艺的特殊要求

宝贵的资源

氦气主要来自天然气,但天然气中的氦气浓度很低。在过去几年里,天然气价格的上涨导致氦气也变得越来越昂贵。由于氦气变得愈发稀缺,这种情况将会持续,因为没有可行的氦生产替代方式,所以需要找到一种新方法。长期以来,用作探漏气体的氦气在完成其使命后就会被排入大气。如今,整个行业都在寻找回收和再利用这种宝贵资源的方法。

经特殊设计的回收系统可在氦气完成泄漏检测后将其储存在大型气球中,随后由压缩机吸入氦气并将其压缩至200 bar,处于该状态下的氦气则更加易于装瓶和储存,以备后用。

许多制造商销售用于在潜水设备中压缩氦气的呼吸空气压缩机。然而,这些压缩机的设计并不能满足氦气压缩应用的要求,因为它们的气密性不足,并不能阻止昂贵的氦气泄漏。此外,呼吸空气压缩机的平均使用寿命仅为200~1 000 h,也就是说无法长期使用,专业的氦气压缩机每年则可运行长达7 000 h。

Sauer Compressors 6000系列的WP6550 BasSeal-He型号是Sauer产品组合中规模最大的氦气压缩机,它的5机头压缩系统可输出高达350 bar(表压)的压力和高达270 m3/h的流量
Sauer Compressors 6000系列的WP6550 BasSeal-He型号是Sauer产品组合中规模最大的氦气压缩机,它的5机头压缩系统可输出高达350 bar(表压)的压力和高达270 m3/h的流量

特殊气体需要特殊方法

使氦气适用于多种应用的特性同时也导致氦气压缩极为复杂。氦气的原子直径较小且粘度较低,因此氦气压缩机需要配备特殊的阀门和垫圈,粘合密封剂的使用则有助于进一步防止泄漏。

需要特别指出的是,油润滑型压缩机往往配有轴密封环,安装这些密封环的目的是防止油气泄漏,但这些密封件仅能实现单向密封。因此,当使用标准空气压缩机时,污染物从外部进入的风险仍然很高。为了解决这个问题,我们为用于氦气应用的专用压缩机添加了双重密封设计,两个相对的轴唇型密封件既可防止油气泄漏,又可防止污染物进入。氦气压缩机的每部压缩机机头均配备了封闭式安全阀,当它们关闭时,多余的气体不会被排放到周围的空气中,而是被送入与安全阀相连的压缩机起动室。

标准空气压缩机中的冷凝液分离器也是氦气压缩应用中的一大短板,因为它不仅排出冷凝液,还会排出需要回收的气体。因此,氦气压缩机配备了冷凝液排出管,以便于循环利用气体。

Sauer Compressors氦气压缩机的气密性已得到16 h运行测试的证实
Sauer Compressors氦气压缩机的气密性已得到16 h运行测试的证实

压缩机的准确测试

为了使氦气压缩机能满足苛刻气体的要求,需要对其性能进行严密测试。许多制造商仅透过在设备停机时使压缩机承受过压来测量静态泄漏率,然而,这不足以获得可靠的测试结果并确保设备具有足够的气密性。

总部位于德国基尔的Sauer Compressors为其氦气压缩机设计了长达16 h的测试程序,这在业界前所未有。检测的目标是确保设备的最佳密封性能,以尽可能降低氦气损失,并达到最高气体纯度。Sauer的专业氦气压缩机并不使用空气进行测试,而是使用氦气。首先进行气泡测试,以确保不会有气体从压缩机中泄露出去。为此,压缩机需承受过压并完全浸没在水中,如果存在漏点,则可以透过出现的气泡定位漏点。

然后,在压力升高试验中使压缩机经受真空考验,以确保外部污染物不能进入压缩机。最后,作为唯一一家针对密封氦气循环回路采用压力衰减测试的制造商,Sauer Compressors会测量设备在特定输出压力(例如230 bar(表压))下运行时可能产生的氦气损失。这种全面测试的结果是确保氦气压缩机的泄漏率不超过0.1 mbar xl/s。

欧洲最大研究机构之一,其配备有3台Hurricane WP4351 BasSeal-He 氦气压缩机
欧洲最大研究机构之一,其配备有3台Hurricane WP4351 BasSeal-He 氦气压缩机

回收的理想之选

在未来几年中,除氦气之外的氩气和氖气等具有类似特性的其他惰性气体的回收也将变得越来越重要。为确保合理使用这些资源,就长效收益而言,专用压缩机将始终是理想之选。