一种氦、氢、氖气体提纯控制系统的制作方法

1.本实用新型涉及一种氦、氢、氖气体提纯控制系统，属于氦、氢、氖气体的回收技术领域。


背景技术：

2.氦、氢、氖气体是一种无色无味的惰性气体，被广泛应用于光纤制造、半导体生产、金属制造、焊接及检漏等诸多工业领域。氦、氢、氖气体虽然用途广、使用量大，但来源却有限，是一种稀缺性战略资源。空气中氦含量约为 5ppm，基本不具备提取价值，目前主要来源于天然气开采中的伴生气回收，同时，由于氦、氢、氖气体是全球战略资源，储量有限且主要生产国家的出口控制日趋收紧。因此对于氦、氢、氖气体这种不宜获得的稀缺资源，开展回收再利用极具意义。
3.目前工业上氦、氢、氖气体常有纯化方法中主要有化学反应法、选择吸附法、低温精馏法、薄膜扩散法。氦、氢、氖气体分离技术的主流技术依旧是物理吸附技术，这种方法主要运用了硅胶、分子筛、活性碳等吸附剂。化学反应法需要有催化剂参与，需要加热到高温以达到催化剂活化温度，且催化剂不可再生可能造成能耗增大、设备庞大。低温精馏法单独使用不能纯化氦、氢、氖气体，需与其它方法结合。薄膜法设备简单、能耗小，但不能纯化粗氦，对原料气纯度有要求，同时由于膜技术的不成熟，此种技术尚不能大量运用在工业上。
4.因此，针对现有工业、科研等所用氦、氢、氖气体提纯操作存在的不足，还需要提供必要的控制以优化其氦、氢、氖气体的提纯纯度、氦、氢、氖气体消耗量及提纯效率。


技术实现要素：

5.为了克服现有技术的上述不足，本实用新型提供一种氦、氢、氖气体提纯控制系统，通过该控制系统可以将低纯度的氦、氢、氖气等尾气提纯到99.9％及以上，具有控制精准、逻辑运算可靠、提纯效率高等优点。
6.本实用新型解决其技术问题采用的技术方案是：包括可编程逻辑控制器 plc、回收压缩泵m1、再生真空泵m2、自控阀门、压力变送器p、气体含量检测仪c以及质量流量控制器mfc；所述的自控阀门包括第一阀门v1、第二阀门v2、第三阀门v3、第四阀门v4、第五阀门v5和第六阀门v6；压力变送器p包括第一压力变送器p1、第二压力变送器p2和第三压力变送器p3；气体含量检测仪c包括第一气体含量检测仪c1和第二气体含量检测仪c2；质量流量控制器mfc包括第一质量流量控制器mfc1和第二质量流量控制器 mfc2；所述的可编程逻辑控制器plc通过物理接线方式与回收压缩泵m1、再生真空泵m2、自控阀门、压力变送器p、气体含量检测仪c、质量流量控制器进行电气连接，用于数据的采集运算处理及逻辑动作控制；回收压缩泵m1 的入口与气体回收场所连接，二者之间依次安装第一质量流量控制器mfc1、第一压力变送器p1和第一气体含量检测仪c1；所述提纯控制系统应用于的提纯系统包括气体膜分离器ms和两级气体提纯塔，组成两级气体提纯塔的1号气体提纯塔1
‑
1#和2号气体提纯塔1
‑
2#之间并联；气体膜分离器ms的入口连接回收压缩泵m1的出口；气体膜分离器ms的
渗透气出口分别通过第一阀门 v1、第二阀门v2连接1号气体提纯塔1
‑
1#和2号气体提纯塔1
‑
2#的入口；1 号气体提纯塔1
‑
1#和2号气体提纯塔1
‑
2#的出口还分别安装有第五阀门v5和第六阀门v6；第二压力变送器p2安装在1号气体提纯塔1
‑
1#与第五阀门v5 之间，第三压力变送器p3安装在2号气体提纯塔1
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2#和第六阀门v6之间；两级气体提纯塔的共同出口连接至气体使用环境，其之间依次安装第二气体含量检测仪c2和第二质量流量控制器mfc2；1号气体提纯塔1
‑
1#和2号气体提纯塔1
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2#的入口还分别通过第三阀门v3、第四阀门v4与再生真空泵m2连接。
7.相比现有技术，本实用新型的一种氦、氢、氖气体提纯控制系统，通过可编程逻辑控制器plc、回收压缩泵m1、再生真空泵m2、自控阀门、压力变送器p、气体含量检测仪c以及质量流量控制器mfc之间的逻辑控制关系，可编程逻辑控制器plc对压力变送器p、温度传感器t、气体含量检测仪c、质量流量控制器mfc等的数据进行采集运算处理，同时通过可编程逻辑控制器 plc的内部逻辑控制程序实现对自控阀门、泵等的逻辑动作控制；通过该控制系统可以将低纯度的氦、氢、氖气等尾气提纯到99.9％及以上，降低了氦、氢、氖气的消耗，减轻了对氦、氢、氖气的依赖程度，具有控制精准、逻辑运算可靠、提纯效率高等特点。
附图说明
8.下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。
9.图1是本实用新型一个实施例的结构示意图。
10.附图中，各标号所代表的部件列表如下：
11.mfc
‑
质量流量控制器，m1
‑
回收压缩泵，m2
‑
再生真空泵，ms
‑
气体膜分离器，p
‑
压力变送器，1
‑
1#
‑
1号气体提纯塔、1
‑
2#
‑
2号气体提纯塔，v
‑
阀门， c
‑
气体含量检测仪，t
‑
温度传感器。
具体实施方式
12.为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型的保护范围。
13.图1示出了本实用新型一个较佳的实施例的结构示意图，图中的一种氦、氢、氖气体提纯控制系统，包括可编程逻辑控制器plc、回收压缩泵m1、再生真空泵m2、自控阀门、压力变送器p、气体含量检测仪c以及质量流量控制器mfc；所述的自控阀门包括第一第三阀门v3、第二阀门v2、第三阀门 v3、第四阀门v4、第五阀门v5和第六阀门v6；压力变送器p包括第一压力变送器p1、第二压力变送器p2和第三压力变送器p3；气体含量检测仪c包括第一气体含量检测仪c1和第二气体含量检测仪c2；质量流量控制器mfc用于计量进出气的气体量，质量流量控制器mfc包括第一质量流量控制器 mfc1和第二质量流量控制器mfc2。其中，所述的自控阀门可以采用电控阀门或者气控阀门。
14.本实施例中，所述的可编程逻辑控制器plc通过物理接线方式与回收压缩泵m1、再生真空泵m2、自控阀门、压力变送器p、第一气体含量检测仪 c1、质量流量控制器mfc进行电
气连接，用于数据的采集运算处理及逻辑动作控制；回收压缩泵m1的入口与气体回收场所连接，二者之间依次安装第一质量流量控制器mfc1、第一压力变送器p1和第一气体含量检测仪c1；第一质量流量控制器mfc1用于计量入口处的氦、氢、氖气流量并可根据工况控制入口氦、氢、氖气流量大小，即可根据工况实时调整开度大小，以维持使用工况系统的稳定。第一压力变送器p1用来检测入口处压力，第一气体含量检测仪c1用于实时检测系统所进气体的氦含量，第二气体含量检测仪c2用于检测提纯后的气体含量，检测合格后的气体再通过第二质量流量控制器mfc2进入氦、氢、氖气使用环境，并通过可编程控制器plc内部逻辑程序控制系统两个气体提纯塔之间的切换。
15.本实施例中，所述提纯控制系统应用于的提纯系统包括气体膜分离器ms 和两级气体提纯塔，组成两级气体提纯塔的1号气体提纯塔1
‑
1#和2号气体提纯塔1
‑
2#之间并联；气体膜分离器ms的入口连接回收压缩泵m1的出口；气体膜分离器ms的渗透气出口分别通过第一阀门v1、第二阀门v2连接1号气体提纯塔1
‑
1#和2号气体提纯塔1
‑
2#的入口，通过第一阀门v1、第二阀门v2 切换来控制气体流向；1号气体提纯塔1
‑
1#和2号气体提纯塔1
‑
2#的出口还分别安装有第五阀门v5和第六阀门v6；第二压力变送器p2安装在1号气体提纯塔1
‑
1#与第五阀门v5之间，第三压力变送器p3安装在2号气体提纯塔1
‑ꢀ
2#和第六阀门v6之间；两级气体提纯塔的共同出口连接至气体使用环境，其之间依次安装第二气体含量检测仪c2和第二质量流量控制器mfc2；第二质量流量控制器mfc2用于计量提纯后的气体流量及控制气体流量大小来维持气体提纯塔压力的稳定。1号气体提纯塔1
‑
1#和2号气体提纯塔1
‑
2#的入口还分别通过第三阀门v3、第四阀门v4与再生真空泵m2连接，利用再生真空泵 m2对气体提纯塔进行抽空再生。
16.本实施例一个优选技术方案中，所述的第二压力变送器p2和第三压力变送器p3均通过可编程控制器plc与第二质量流量控制器mfc2之间实现互锁，以维持提纯系统的压力稳定。
17.为了进一步实时监测系统所出气体温度并通过可编程控制器plc内部逻辑程序保护系统安全运行，所述的提纯控制系统还包括与可编程逻辑控制器plc 电气连接的温度传感器t，该温度传感器t同时安装在质量流量控制器mfc 与气体使用环境的中间。
18.本实施例一个优选技术方案中，所述的可编程逻辑控制器plc包括模拟量输入输出模块和开关量输入输出模块，可编程逻辑控制器plc通过模拟量输入输出模块与压力变送器p、温度传感器t、气体含量检测仪c、质量流量控制器mfc进行数据传输连接，用来对压力变送器p、温度传感器t、气体含量检测仪c、质量流量控制器mfc等的数据进行采集运算处理；编程逻辑控制器通过开关量输入输出模块与自控阀门、回收压缩泵m1、再生真空泵m2实现控制连接，通过可编程逻辑控制器plc的内部逻辑控制程序实现对自控阀门、回收压缩泵m1、再生真空泵m2等的逻辑动作控制。更具体地，所述的可编程逻辑控制器plc可以通过物理接线方式与回收压缩泵m1、再生真空泵 m2、自控阀门、压力变送器p、温度传感器t、气体含量检测仪c、质量流量控制器mfc进行电气连接。
19.本实施例的进一步优化技术方案中，所述的提纯控制系统还包括人机界面，人机界面与可编程逻辑控制器plc通讯连接，用于显示系统数据、系统状态、运行状态以及系统参数设定。
20.本实用新型一种氦、氢、氖气体提纯控制系统的工作原理及过程如下：
21.在系统在自动运行状态下，当可编程逻辑控制器plc接收到系统启动信号后，回收增压泵m1、第一质量流量控制器mfc1开启，所述第一质量流量控制器mfc1的大小可根据工况进行自动调节，第一压力变送器p1检测进气压力，第一气体含量检测仪c1检测进气氦含量，第二压力变送器p2、第三压力变送器p3分别检测1号气体提纯塔1
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1#和2号气体提纯塔1
‑
2#的压力；
22.当第二压力变送器p2的压力值和第三压力变送器p3的压力值均高于二次回收压力设定值时，第三阀门v3、第四阀门v4开启，1号气体提纯塔1
‑
1#和 2号气体提纯塔1
‑
2#都进行再生操作；
23.当第二压力变送器p2的压力值和第三压力变送器p3的压力值均都低于再生压力设定值时，第三阀门v3、第四阀门v4、再生真空泵m2关闭，同时第一阀门v1、回收增压泵m1开启，对1号气体提纯塔1
‑
1#进行进气提纯操作；
24.当第二压力变送器p2的压力值达到工作压力设定值时，第五阀门v5开启，同时第二气体含量检测仪c2对排出的气体进行检测，快速检测出气含量，当含量达到气体含量设定值后，检测合格后的气体通过第二质量流量控制器mfc2进入氦、氢、氖气使用环境；
25.当1号气体提纯塔1
‑
1#供气时，第二气体含量检测仪c2检测值低于均气体含量设定值时，第五阀门v5关闭，提升1号气体提纯塔1
‑
1#的压力值，进行增压提纯；按照设定时间再次打开第五阀门v5并利用第二气体含量检测仪 c2进行氦、氢、氖气含量检测，直至氦、氢、氖气含量高于设定值后，打开第二质量流量控制器mfc2开始供气；
26.当1号气体提纯塔1
‑
1#在执行提纯操作时，2号气体提纯塔1
‑
2#执行抽空再生操作；2号气体提纯塔1
‑
2#抽空再生操作时，打开第四阀门v4和再生抽空泵m2，当2号气体提纯塔1
‑
2#的压力值低于再生压力设定值时，关闭第四阀门v4和再生抽空泵m2，停止抽空；
27.随着1号气体提纯塔1
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1#持续供气，第二气体含量检测仪c2测得的氦、氢、氖气含量检测逐渐降低，当其低于气体含量设定值后，开始执行切换工作，此时关闭第一阀门v1、第五阀门v5，打开第二阀门v2，开始2号气体提纯塔1
‑
2#的提纯操作，当2号气体提纯塔1
‑
2#的压力值达到工作压力设定值后，打开第六阀门v6，同时通过第二气体含量检测仪c2对氦、氢、氖气含量快速检测，当氦含量达到气体含量设定值后，第二质量流量控制器mfc2打开供气；
28.当第二气体含量检测仪c2检测值低于气体含量设定值后，第六阀门v6关闭，提升2号气体提纯塔1
‑
2#压力进行继续提纯；按照设定时间再次打开第六阀门v6并通过第二气体含量检测仪c2进行氦、氢、氖气的含量检测，直至氦、氢、氖气的含量高于设定值打开第二质量流量控制器mfc2开始供气；
29.当2号气体提纯塔1
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2#在执行提纯操作时，1号气体提纯塔1
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1#执行抽空再生操作；2号气体提纯塔1
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2#抽空再生操作时，打开第三阀门v3和再生抽空泵m2，当1号气体提纯塔1
‑
1#的压力值低于再生压力设定值时，关闭第三阀门v3和再生抽空泵m2，停止抽空；
30.所述1号气体提纯塔1
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1#和2号气体提纯塔1
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2#按照以上流程进行循环切换工作，直至可编程逻辑控制器plc接收到系统停止信号。
31.以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例，并非对本实用新型做任何形式上的限制，凡是依据本实用新型的技术实质，对以上实施例所做出任何简单修改和同等变化，均落入本实用新型的保护范围之内。