CN105858619A - 移动式六氟化硫和四氟化碳混合气体快速回收装置 - Google Patents

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Abstract

移动式六氟化硫和四氟化碳混合气体快速回收装置，包括混合气体回收***、混合气体分离***、制冷机组、六氟化硫专用压充***、四氟化碳专用压充***和抽真空***。本发明实现了混合绝缘气体的现场快速回收，混合气体的简单分离，分离后气体的储存等功能；过程中应用的CF4专用高压压缩机和SF6液态灌装机，会大大减小储存容器体积。本发明从而解决了混合绝缘电气设备检修时气体回收速率慢、储存容器多的问题；提高了混合绝缘电气设备检修效率，且混合绝缘气体分离储存也有利于混合绝缘气体净化再生工作。

Description

移动式六氟化硫和四氟化碳混合气体快速回收装置
技术领域
本发明属于低温地区混合绝缘气体高压开关设备检修技术领域，具体涉及一种移动式六氟化硫和四氟化碳混合气体快速回收装置。
背景技术
六氟化硫（SF6）气体是一种化学性能十分稳定的气体，作为一种优良的绝缘和灭弧介质，被广泛地应用于各种电气设备中。为保证SF6电气设备的正常运行，设备内密封的SF6气体需要保持一定的压力，而SF6气体的运行特性受环境温度变化的影响明显。在我国北方及一些高原地区，冬季会经常出现－40℃以下的极端低温，在低温条件下SF6电气设备内的SF6气体密度将逐渐减小，部分SF6气体由气态变为液态，使得SF6电气设备内的气体压力降低，严重影响设备正常运行。
为解决SF6电气设备中SF6气体在低温环境下的液化的问题，在我国北方寒冷地区多采用六氟化硫和四氟化碳（SF6/CF4）混合绝缘气体替代纯SF6气体，SF6/CF4混合绝缘气体可以在低温环境下不发生液化，目前混合绝缘气体已在我国低温地区的电气设备中大量使用。
在设备长期运行过程中，由于设备运行环境、设备制造质量以及原件损坏或老化等原因，混合绝缘气体电气开关需要停电检修，而检修时混合气体的回收储存一直是困扰检修人员较长时间的难题。目前我国混合绝缘气体回收方面采用的仍是通过SF6回收装置回收储存混合气体（SF6/ CF4），由于混合绝缘气体中SF6和CF4的性质，难以液化，因此需要较多的钢瓶或大容积容器来储存气体。故而低温环境下混合绝缘气体的快速回收存储技术成为目前电气设备气体回收领域亟需解决的课题。
发明内容
本发明为了解决现有技术中的不足之处，提供一种移动式六氟化硫和四氟化碳混合气体快速回收装置，该装置不仅能够回收混合气体，而且可以对混合气体进行分离，将浓度提高后的SF6和CF4分别通过专用压充***，回收至钢瓶储存，提高混合绝缘气体在钢瓶中的储气量，减少储存容器。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：移动式六氟化硫和四氟化碳混合气体快速回收装置，包括混合气体回收***、混合气体分离***、制冷机组16、六氟化硫专用压充***、四氟化碳专用压充***和抽真空***，混合气体回收***的出气口与混合气体分离***的进气口连接，混合气体分离***的出气口与四氟化碳专用压充***的进气口连接，混合气体分离***的出液口与六氟化硫专用压充***的进液口连接，抽真空***的抽气口分别与混合气体回收***、六氟化硫专用压充***和四氟化碳专用压充***连接，制冷机组16的制冷输出口分别与混合气体回收***、混合气体分离***和四氟化碳专用压充***连接。
混合气体回收***包括第一高压管1，第一高压管1的进气口设有混合进气自封快速接头2，第一高压管1上沿混合气体气流方向依次设有第一电磁阀V1、第一手动常开阀C1、第一分子筛3、第一分子筛4、无油压缩机5、第一单向阀6、第一冷热交换器7和混合出气自封快速接头8；第一电磁阀V1的进口和出口之间的第一高压管1上连接有增压高压管9，增压高压管9上沿混合气体气流方向依次设有第二电磁阀V2、真空压缩机10和第二单向阀11；制冷机组16的制冷输出口与第一冷热交换器7连接。
混合气体分离***包括混合分离高压管12和气体分离罐13，混合分离高压管12的进气口连接在第一冷热交换器7和混合出气自封快速接头8之间的第一高压管1上，混合分离高压管12的出气口与气体分离罐13的进气口连接，混合分离高压管12上设有第三电磁阀V3，气体分离罐13底部设有液位计14，气体分离罐13顶部设有六氟化硫纯度仪15；制冷机组16的制冷输出口与气体分离罐13连接。
四氟化碳专用压充***包括第二高压管20，第二高压管20的进气口与气体分离罐13顶部连接，第二高压管20的出气口设有四氟化碳出气自封快速接头21，第二高压管20上沿进气口到出气口方向依次设有第四电磁阀V4、高压压缩机22和第二冷热交换器23；制冷机组16的制冷输出口与第二冷热交换器23连接。
六氟化硫专用压充***包括第三高压管17，第三高压管17的进液口与气体分离罐13底部连接，第三高压管17的出气口设有六氟化硫出气自封快速接头18，第三高压管17上沿进液口到出气口方向依次设有第五电磁阀V5、液态灌装机19和第六电磁阀V6。
抽真空***包括抽真空主管33，抽真空主管33的两端分别与真空泵32和外界抽真空自封快速接头34连接，抽真空主管33上设有第八电磁阀V8；抽真空主管33与增压高压管9之间通过第一抽真空管35连接，第一抽真空管35上设有第九电磁阀V9；抽真空主管33与第三高压管17之间通过第三抽真空管37连接，第三抽真空管37上设有第十电磁阀V10；第二高压管20与第三高压管17之间通过第四抽真空管38连接，第四抽真空管38上设有第十一电磁阀V11。
采用上述技术方案，混合绝缘电气设备检修时，混合绝缘气体六氟化硫和四氟化碳（SF6/CF4）通过专用的混合气体回收***回收，第一分子筛和第一分子筛干燥过滤混合绝缘气体中的水分和分解产物等杂质。真空压缩机用于负压回收，减少混合绝缘气体残留；真空压缩机的进气口设有粉尘絮状物过滤器，粉尘絮状物过滤器采用精密滤芯，过滤粉尘和固态颗粒，过滤精度≤1μm，可防止粉尘和固态颗粒进入真空压缩机，延长设备使用寿命；采用分子筛吸附原理处理混合气体中的分解产物、水分、矿物油等杂质；然后通过无油压缩机，将干燥过滤后的气体回收至混合气体分离***中。
回收后的SF6/CF4混合气体中不仅有SF6气体及混合气体分解产物，还有大量的CF4，混合绝缘气体中的分解物、水分以及粉尘等杂质通过混合气体回收***过滤除去，剩下的气体为SF6 和CF4混合气体（SF6与CF4气体等质量混合），由于CF4不易液化（CF4的临界压力为3739kPa，临界温度为-45.6℃；SF6的临界温度为45.55℃，临界温度为3759kPa），因此在混合气体分离***中可通过低温精馏方法将SF6液化，与CF4进行分离。
气体分离罐中安装有液位计，可以准确清晰测量SF6气体在气体分离罐中的液位，根据液位判断是否启动六氟化硫专用压充***，将液态SF6灌装至储罐中。在整个气体灌装过程中，气体分离罐持续工作。当停止SF6灌装后，通过分离塔顶部SF6纯度仪测量SF6纯度，根据SF6纯度判断是否启动CF4压充***，CF4压充采用专用高压压缩机，通过高压低温的方式将CF4压充至钢瓶中。
通过上述步骤的处理，保证回收后的SF6浓度在98%以上，CF4浓度在90%以上，将气体分离并充至钢瓶，不仅可减少现场混合气体回收对容器的大量需求，而且分离后的气体也便于后期的回收净化再生，达到再利用标准。
综上所述，本发明实现了混合绝缘气体现场快速回收，并将混合气体简单分离，分离后的气体储存的功能； 本发明实现了混合绝缘气体的现场快速回收，混合气体的简单分离，分离后气体的储存等功能；过程中应用的CF4专用高压压缩机，SF6液态灌装机，会减小储存容积（相较不分离CF4，利用通常使用的SF6回收装置回收，其储存所需容积将减小75%）。本发明提高了混合绝缘电气设备检修效率，且混合绝缘气体分离储存也有利于混合绝缘气体净化再生工作。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
具体实施方式
如图1所示，本发明的移动式六氟化硫和四氟化碳混合气体快速回收装置，包括混合气体回收***、混合气体分离***、制冷机组16、六氟化硫专用压充***、四氟化碳专用压充***和抽真空***，混合气体回收***的出气口与混合气体分离***的进气口连接，混合气体分离***的出气口与四氟化碳专用压充***的进气口连接，混合气体分离***的出液口与六氟化硫专用压充***的进液口连接，抽真空***的抽气口分别与混合气体回收***、六氟化硫专用压充***和四氟化碳专用压充***连接，制冷机组16的制冷输出口分别与混合气体回收***、混合气体分离***和四氟化碳专用压充***连接。
混合气体回收***包括第一高压管1，第一高压管1的进气口设有混合进气自封快速接头2，第一高压管1上沿混合气体气流方向依次设有第一电磁阀V1、第一手动常开阀C1、第一分子筛3、第一分子筛4、无油压缩机5、第一单向阀6、第一冷热交换器7和混合出气自封快速接头8；第一电磁阀V1的进口和出口之间的第一高压管1上连接有增压高压管9，增压高压管9上沿混合气体气流方向依次设有第二电磁阀V2、真空压缩机10和第二单向阀11；制冷机组16的制冷输出口与第一冷热交换器7连接。
混合气体分离***包括混合分离高压管12和气体分离罐13，混合分离高压管12的进气口连接在第一冷热交换器7和混合出气自封快速接头8之间的第一高压管1上，混合分离高压管12的出气口与气体分离罐13的进气口连接，混合分离高压管12上设有第三电磁阀V3，气体分离罐13底部设有液位计14，气体分离罐13顶部设有六氟化硫纯度仪15；制冷机组16的制冷输出口与气体分离罐13连接。
四氟化碳专用压充***包括第二高压管20，第二高压管20的进气口与气体分离罐13顶部连接，第二高压管20的出气口设有四氟化碳出气自封快速接头21，第二高压管20上沿进气口到出气口方向依次设有第四电磁阀V4、高压压缩机22和第二冷热交换器23；制冷机组16的制冷输出口与第二冷热交换器23连接。
六氟化硫专用压充***包括第三高压管17，第三高压管17的进液口与气体分离罐13底部连接，第三高压管17的出气口设有六氟化硫出气自封快速接头18，第三高压管17上沿进液口到出气口方向依次设有第五电磁阀V5、液态灌装机19和第六电磁阀V6。
抽真空***包括抽真空主管33，抽真空主管33的两端分别与真空泵32和外界抽真空自封快速接头34连接，抽真空主管33上设有第八电磁阀V8；抽真空主管33与增压高压管9之间通过第一抽真空管35连接，第一抽真空管35上设有第九电磁阀V9；抽真空主管33与第三高压管17之间通过第三抽真空管37连接，第三抽真空管37上设有第十电磁阀V10；第二高压管20与第三高压管17之间通过第四抽真空管38连接，第四抽真空管38上设有第十一电磁阀V11。
下面按照各个功能详细介绍本发明的具体操作过程。
（一）混合绝缘气体回收流程：将混合进气自封快速接头2与混合绝缘电气设备连接，关闭第二电磁阀V2，开启第一电磁阀V1和第三电磁阀V3，无油压缩机5开启，混合气体经第一高压管1上的第一分子筛3、第二分子筛4、无油压缩机5、第一冷热交换器7进入混合气体分离***；当混合绝缘电气设备气室中气体压力低于0.1MPa时，第二电磁阀V2开启，第一电磁阀V1关闭，在真空压缩机10的作用下，混合气体经增压高压管9进入气体分离罐13；气体进入气体分离罐13后，通过机械制冷深度精馏，将SF6液化并与SF6分离。
若直接回收混合绝缘气体，可将第三电磁阀V3关闭，混合出气自封快速接头8与混合气钢瓶连接，就可将混合绝缘气体直接回收。
（二）混合绝缘气体分离流程：气体进入气体分离罐13后，采用机械制冷深度精馏原理，将气体分离罐13温度降至-15℃～-10℃，压力高于1.0MPa，由于SF6气体与CF4气体液态点不同，此时SF6气体液化，CF4仍然为气态，SF6通过填料后富集于气体分离罐13底部，可通过液位计14观察SF6液位高度。
（三）SF6压充灌装流程：混合绝缘气体在气体分离罐13分离后，SF6大部分以液态形式富集于气体分离罐13底部，CF4以气态的形式富集于气体分离罐13顶部。SF6以液态形式由气体分离罐13底部出，六氟化硫出气自封快速接头18与SF6钢瓶进气口连接，开启液态灌装机19，开启第五电磁阀V5，SF6经第三高压管17直接以液态形式灌装储存。
（四）CF4压充灌装流程：四氟化碳出气自封快速接头21与CF4钢瓶的进气口连接，CF4富集于气体分离罐13顶部，通过气体分离罐13顶部安装的六氟化硫纯度仪15可以检测CF4气体中SF6含量，SF6浓度低于10%时，开启高压压缩机22和第四电磁阀V4，CF4气体由第二高压管20抽出，在高压压缩机22（三级压缩，压力可达10MPa）的作用下以及第二冷热交换器23（降低CF4气体温度）后储存到钢瓶或储存容器，将CF4气体高压压缩储存，气体储存量可达25～30kg（与CF4新气一致）。
（五）对混合气体回收***、六氟化硫专用压充***和四氟化碳专用压充***抽真空流程：（1）、关闭第九电磁阀V9、第十电磁阀V10和第十一电磁阀V11，打开第八电磁阀V8和第十电磁阀V10，开启真空泵32，即可对六氟化硫专用压充***抽真空；（2）、关闭第十电磁阀V10、第十电磁阀V10和第十一电磁阀V11，打开第八电磁阀V8和第九电磁阀V9，开启真空泵32，即可对混合气体回收***抽真空；（2）、关闭第九电磁阀V9、第六电磁阀V6、第十电磁阀V10，打开第八电磁阀V8、第十电磁阀V10和第十一电磁阀V11，开启真空泵32，即可对四氟化碳专用压充***抽真空。
以上实施例仅用以说明而非限制本发明的技术方案，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明进行修改或者等同替换，而不脱离本发明的精神和范围的任何修改或局部替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (6)

1.移动式六氟化硫和四氟化碳混合气体快速回收装置，其特征在于：包括混合气体回收***、混合气体分离***、制冷机组（16）、六氟化硫专用压充***、四氟化碳专用压充***和抽真空***，混合气体回收***的出气口与混合气体分离***的进气口连接，混合气体分离***的出气口与四氟化碳专用压充***的进气口连接，混合气体分离***的出液口与六氟化硫专用压充***的进液口连接，抽真空***的抽气口分别与混合气体回收***、六氟化硫专用压充***和四氟化碳专用压充***连接，制冷机组（16）的制冷输出口分别与混合气体回收***、混合气体分离***和四氟化碳专用压充***连接。
2.根据权利要求1所述的移动式六氟化硫和四氟化碳混合气体快速回收装置，其特征在于：混合气体回收***包括第一高压管（1），第一高压管（1）的进气口设有混合进气自封快速接头（2），第一高压管（1）上沿混合气体气流方向依次设有第一电磁阀（V1）、第一手动常开阀（C1）、第一分子筛（3）、第一分子筛（4）、无油压缩机（5）、第一单向阀（6）、第一冷热交换器（7）和混合出气自封快速接头（8）；第一电磁阀（V1）的进口和出口之间的第一高压管（1）上连接有增压高压管（9），增压高压管（9）上沿混合气体气流方向依次设有第二电磁阀（V2）、真空压缩机（10）和第二单向阀（11）；制冷机组（16）的制冷输出口与第一冷热交换器（7）连接。
3.根据权利要求2所述的移动式六氟化硫和四氟化碳混合气体快速回收装置，其特征在于：混合气体分离***包括混合分离高压管（12）和气体分离罐（13），混合分离高压管（12）的进气口连接在第一冷热交换器（7）和混合出气自封快速接头（8）之间的第一高压管（1）上，混合分离高压管（12）的出气口与气体分离罐（13）的进气口连接，混合分离高压管（12）上设有第三电磁阀（V3），气体分离罐（13）底部设有液位计（14），气体分离罐（13）顶部设有六氟化硫纯度仪（15）；制冷机组（16）的制冷输出口与气体分离罐（13）连接。
4.根据权利要求3所述的移动式六氟化硫和四氟化碳混合气体快速回收装置，其特征在于：四氟化碳专用压充***包括第二高压管（20），第二高压管（20）的进气口与气体分离罐（13）顶部连接，第二高压管（20）的出气口设有四氟化碳出气自封快速接头（21），第二高压管（20）上沿进气口到出气口方向依次设有第四电磁阀（V4）、高压压缩机（22）和第二冷热交换器（23）；制冷机组（16）的制冷输出口与第二冷热交换器（23）连接。
5.根据权利要求4所述的移动式六氟化硫和四氟化碳混合气体快速回收装置，其特征在于：六氟化硫专用压充***包括第三高压管（17），第三高压管（17）的进液口与气体分离罐（13）底部连接，第三高压管（17）的出气口设有六氟化硫出气自封快速接头（18），第三高压管（17）上沿进液口到出气口方向依次设有第五电磁阀（V5）、液态灌装机（19）和第六电磁阀（V6）。
6.根据权利要求5所述的移动式六氟化硫和四氟化碳混合气体快速回收装置，其特征在于：抽真空***包括抽真空主管（33），抽真空主管（33）的两端分别与真空泵（32）和外界抽真空自封快速接头（34）连接，抽真空主管（33）上设有第八电磁阀（V8）；抽真空主管（33）与增压高压管（9）之间通过第一抽真空管（35）连接，第一抽真空管（35）上设有第九电磁阀（V9）；抽真空主管（33）与第三高压管（17）之间通过第三抽真空管（37）连接，第三抽真空管（37）上设有第十电磁阀（V10）；第二高压管（20）与第三高压管（17）之间通过第四抽真空管（38）连接，第四抽真空管（38）上设有第十一电磁阀（V11）。
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