Оборудование гелиевого ожижителя Г-45

3.3. Блок осушки гелия и очистки от примесей других газов

Все вещества при гелиевых температурах (кроме Не) превращаются в твердое состояние. Поэтому если в гелии имеются примеси воды или других газов, даже в незначительных количествах, то при работе гелиевого ожижителя может произойти забивка дроссельного вентиля, проходных сечений теплообменных аппаратов, клапанов детандера и т.д., что не позволит осуществить нормальную эксплуатацию установки.

Для того, чтобы этого не произошло, гелий, поступающий на ожижение, подвергается очистке. В ожижителе Г-45 используется в основном адсорбционный метод очистки.

В качестве адсорбентов для поглощения паров воды используют силикагель (SiO2); для поглощения примесей других газов - активированный уголь. Такая дифференциация адсорбентов связана с тем, что адсорбенты имеют различную (избирательную) поглощающую способность к различным веществам. Так, например, активированный уголь, хорошо поглощающий газы, имеет довольно малую адсорбционную емкость по отношению к парам воды [4]. Поэтому для очистки гелия по ходу газа устанавливается сначала адсорбер, заполненный силикагелем, - осушитель, затем аппарат, заполненный активированным углем - очиститель.

Поскольку в процессе работы адсорбенты постепенно насыщаются адсорбируемыми веществами, с течением времени они перестают выполнять защитные функции. Для того, чтобы процесс очистки осуществлялся непрерывно, устанавливают две пары адсорберов. В то время как одна из пар адсорберов находится в рабочем положении (осуществляется очистка гелия), вторая подвергается регенерации. Время непрерывной работы одной пары адсорберов составляет около 24 часов.

Регенерация или восстановление адсорбционной способности адсорбентов состоит из двух процессов: десорбции и охлаждения. Продолжительность регенерации составляет 5-10 часов. Десорбция осуществляется нагревом адсорбента при одновременной откачке десорбируемых газов или паров с помощью форвакуумного насоса. Температура в силикагелевом адсорбере поддерживается не выше 80°С, в угольном - виде +70°С. Поскольку адсорбционная способность всех адсорбентов с повышением температуры сильно падает, то для того чтобы подготовить адсорбент к работе, необходимо после десорбции произвести его охлаждение. Охлаждение силикагелевого адсорбера производится водой, а угольного - жидким азотом.

В гелиевом ожижителе Г-45 имеются два блока очистки гелия, установленных соответственно на линиях низкого 0,1 МПа и высокого (3 МПа) давлений. Адсорберы, установленные на линии низкого давления, предназначены для очистки технического гелия, поступающего из рампы; адсорберы на линии высокого давления - для очистки гелия после компрессора.

Технологические схемы и конструкции аппаратов обеих систем очистки идентичны. Принципиальная схема адсорбционного блока очистки гелиевого ожижителя Г-45 показана на рис. 3.14

Рис. 3.14. Схема очистки гелия: 1 - силикагелевый адсорбер; 2 – теплообменник; 3 - угольный адсорбер; 4 – электронагреватель; 5 - сосуд Дьюара с жидким N2; 6 - ловушка; 7 - форвакуумный насос; 8 - диффузионный насос

Замена адсорбентов в баллонах производится после 10000 часов работы.

Гелий после компрессора 202 ГП 6/30 поступает в один из осушителей (1), заполненных силикагелем. На выходе из осушителя точка росы гелия составляет около 220K. Дальнейшая осушка гелия осуществляется замораживанием в теплообменнике, установленном перед угольным адсорбером.

Для увеличения адсорбционной емкости активированного угля угольный адсорбер погружается в сосуд Дьюара с жидким азотом.

Теплообменник, установленный перед входом гелия в угольный адсорбер, предназначен для рекуперации холода потока гелия, выходящего из адсорбера.

При этом сокращается расход жидкого азота. Кроме того в нем дополнительно вымораживается влага, прошедшая через осушитель (рис. 3.15). После блока очистки гелий проходит фильтр 9 и поступает в криоблок. Часть гелия может отбираться на анализ.

Техническая характеристика блока очистки.
1. Пропускная способность блока 360 нм³/ч
2. Чистота гелия после блока 100% (по газоанализатору ТП 5004).
3. Рабочее давление 2,5 МПа.
4. Время регенерации 9-10 ч.
5. Количество азота для первоначальной заливки 23 кг.
Расход азота во время работы адсорберов 25 – 30 кг/ч.
6. Потребляемая мощность при регенерации 0,9-1 кВт.
7. Количество силикагеля в адсорбере 7,3 кг.
8. Количество активированного угля марки СКТ в адсорбере 5 кг.
9. Расход воды для охлаждения адсорбера после десорбции 30 л/ч.
10. Предохранительные мембраны, установленные на линии азота, должны разрываться при избыточном давлении 1 ± 0,2 кгс/².
11. Давление, при котором должны срабатывать предохранительные клапаны, установленные на линии гелия, должно составлять 28 кгс/см².
12.Число часов работы адсорберов без регенерации 10 – 24 ч.

Рис. 3.15. Конструктивная схема аппарата осушки: 1 – кожух; 2 - баллон; 3 – электронагреватель; 4 - силикагель; 5 - вата минеральная; 6 - охлаждающая (водяная) рубашка; 7 - термопара

Следующая страница: 4.1. Компоновка криоблока