一种氦气纯化及液化系统的制作方法

技术特征：
1.一种氦气纯化及液化系统，其特征在于，包括：纯化子系统，用于原料氦气的纯化以制取高纯氦气；及液化子系统，通过补气通道与所述纯化子系统连通，用于液化高纯氦气以制取液氦；其中，所述纯化子系统依次设有负压冷凝单元、负压低温吸附单元及超低温吸附单元；所述液化子系统通过传冷通道为所述超低温吸附单元提供冷量；当所述补气通道全关时，整个系统以纯化模式运行制取高纯氦气；当所述补气通道全开时，整个系统以液化模式运行制取液氦。2.根据权利要求1所述的氦气纯化及液化系统，其特征在于：所述负压冷凝单元包括冷凝液氮杜瓦、第一纯化换热器、冷凝分离器及冷凝真空泵；所述第一纯化换热器与冷凝分离器置于所述冷凝液氮杜瓦内；所述第一纯化换热器第一流道进口与位于冷凝液氮杜瓦外的原料氦气进口管连接，所述第一纯化换热器第一流道出口通过浸泡于液氮中的管线与所述冷凝分离器进口连接，所述冷凝分离器气相出口与所述负压低温吸附单元连接；所述冷凝真空泵位于所述冷凝液氮杜瓦外，其入口与所述第一纯化换热器第三流道出口连接、以对所述冷凝液氮杜瓦内部抽真空形成负压。3.根据权利要求2所述的氦气纯化及液化系统，其特征在于：所述负压低温吸附单元设有至少两个并联且可切换使用的吸附子单元，一个吸附子单元进行吸附时，另外的吸附子单元进行再生；单个所述的吸附子单元包括吸附液氮杜瓦、第一吸附器及吸附真空泵；所述第一吸附器置于所述吸附液氮杜瓦内、其外表面集成有用于吸附器再生的电加热器；所述第一吸附器进口通过第一切换阀与所述冷凝分离器气相出口连接、出口通过第二切换阀与所述超低温吸附单元连接；所述吸附真空泵位于所述吸附液氮杜瓦外，其入口通过脱氮复热器与所述吸附液氮杜瓦氮气出口连接、以对所述吸附液氮杜瓦内部抽真空形成负压。4.根据权利要求2或3所述的氦气纯化及液化系统，其特征在于：所述超低温吸附单元包括第二纯化换热器及超低温吸附器；所述第二纯化换热器第一流道进口与所述负压低温吸附单元连接、出口与所述超低温吸附器进口连接；所述超低温吸附器出口与所述第二纯化换热器第二流道进口连接；所述第二纯化换热器第二流道出口分为两股支路，一股支路返回所述第一纯化换热器第二流道出所述冷凝液氮杜瓦与高纯氦气出气管连接，另一股支路与所述补气通道连接；所述传冷通道与所述第二纯化换热器连接。5.根据权利要求4所述的氦气纯化及液化系统，其特征在于：所述超低温吸附器主要由两台并联的第二吸附器组成，每台所述的第二吸附器的进、出口分别设有第三切换阀、第四切换阀；通过第三切换阀、第四切换阀之间的相互启闭，两台所述的第二吸附器可以在线切换使用，一台吸附时、另一台再生。6.根据权利要求4所述的氦气纯化及液化系统，其特征在于：
所述补气通道包括补气管路及安装于所述补气管路的补气阀；所述补气管路一端与所述第二纯化换热器第二流道出口连通、另一端与所述液化子系统连通。7.根据权利要求6所述的氦气纯化及液化系统，其特征在于，所述液化子系统包括：液化单元；预冷单元，用于给高纯氦气液化提供预冷冷量；及制冷单元，用于为所述超低温吸附单元和/或液化单元提供冷量；其中，所述液化单元包括依次通过管道连接的循环压缩机工艺气体流道、第一液化换热器第二流道、第二液化换热器第二流道、第三液化换热器第二流道、第四液化换热器第二流道、第五液化换热器第二流道、第六液化换热器第二流道、节流阀、液氦储罐、调压阀、第六液化换热器第一流道、第五液化换热器第一流道、第四液化换热器第一流道、第三液化换热器第一流道、第二液化换热器第一流道、第一液化换热器第一流道及循环压缩机入口；所述第一液化换热器第二流道和第二液化换热器第二通道第二流道的连接管道与所述补气管路汇合。8.根据权利要求7所述的氦气纯化及液化系统，其特征在于，所述传冷通道包括依次通过管道连接的第五液化换热器第二流道与第六液化换热器第二流道的连接管道分支口、第一调节阀、第二纯化换热器第三流道及第二液化换热器第一流道与第一液化换热器第一流道的连接管道汇合口。9.根据权利要求7所述的氦气纯化及液化系统，其特征在于，所述预冷单元包括第一液化换热器第三流道，该流道内流动的介质为液氮。10.根据权利要求7～9中任意一项所述的氦气纯化及液化系统，其特征在于：所述制冷单元包括依次通过管道连接的第二液化换热器第二流道与第三液化换热器第二流道的连接管道分支口、第二调节阀、第一膨胀机工艺气体流道、第四液化换热器第三流道、第二膨胀机工艺气体流道及第六液化换热器第一流道与第五液化换热器第一流道的连接管道汇合口；所述第一膨胀机工艺气体流道出口与第二膨胀机工艺气体流道出口之间连接有旁通管路，所述旁通管路上安装有旁通阀。

技术总结
本发明提供一种氦气纯化及液化系统，包括用于纯化原料氦气以制取高纯氦气的纯化子系统及通过补气通道与纯化子系统连通、用于液化高纯氦气以制取液氦的液化子系统，纯化子系统依次设有负压冷凝单元、负压低温吸附单元及超低温吸附单元；液化子系统通过传冷通道为超低温吸附单元提供冷量；当补气通道全关时，整个系统以纯化模式运行制取高纯氦气；当补气通道全开时，整个系统以液化模式运行制取液氦。本发明通过纯化子系统将原料氦气经负压冷凝、负压低温吸附及超低温吸附后制取高纯氦气，从而为液化子系统提供纯度足够的氦气以持续产出产品液氦，并可根据产品需求比例，在纯化与液化之间切换运行，解决了产品单一的问题。解决了产品单一的问题。解决了产品单一的问题。


技术研发人员：江蓉 向润清 赖勇杰 程香 李亮 李自飞
受保护的技术使用者：四川空分设备（集团）有限责任公司
技术研发日：2021.10.29
技术公布日：2022/1/4