[发明专利]一种液氮注入系统及方法和应用

说明书

本发明公开了一种液氮注入系统及方法和应用，其中液氮注入系统包括：液氮贮存罐和低温吸附器；所述液氮贮存罐上安装有第一液位计、压力计、放空管、溢流管、液氮输出管和自循环管；所述放空管上安装有第一阀门；所述溢流管上安装有第二阀门；所述液氮输出管上安装有第三阀门和第四阀门，第三阀门靠近液氮贮存罐；所述自循环管上自液氮贮存罐的液氮出口端至液氮贮存罐的液氮入口端依次安装有第五阀门、增压器、第六阀门和第七阀门；所述低温吸附器上安装有第二液位计，且低温吸附器的入口连通液氮输出管的出口。本发明所述的液氮注入系统，可确保液氮注入低温吸附器的有效性，并防止液氮溢流，对周边环境产生影响小。

技术领域

本发明属于液氮加注技术领域，尤其涉及一种用于低温吸附器的液氮注入系统及方法和应用。

背景技术

氦气，英文名为Helium，元素符号为He，原子序数2。为无色无味的惰性气体，化学性质不活泼，一般状态下很难和其它物质发生反应。常温下，氦气是一种极轻的无色、无臭、无味的单原子气体。是所有气体中最难液化的，是不能在标准大气压下固化的物质。液化后温度降至2.174K时，具有表面张力很小、导热性很强、黏度极低等特殊性质。

在工业领域，99.999％以上高纯氦气，广泛应用于能源、海洋开发、医疗、化工领域。一般工况下，确定氦气纯度是否满足要求，需要去除相关杂质，这个过程需要布置不同的工艺设备。

为了节约能耗，高温气冷堆主氦气回路输出的氦气需要经纯化，而在纯化过程中一般会用到低温吸附器，低温吸附器典型工况下内管侧进/出口温度为-187/3℃。在对氦气进行吸附净化时，通过利用液氮的低温吸热实现其功能。

液氮储存在一个储罐容器，通过压力和自重，将液氮注入到相对低处的低温吸附器液氮槽。具体通过控制液氮输入阀的开与关，使得伺服在此阀前的自加压液氮，在压力和重力的作用下，从打开的阀门进入氦净化系统低温吸附器液氮槽，直至液氮槽灌满、液位信号命令开着的阀关闭为止。目前，一种典型的液氮注入过程为：当液氮贮存罐液位低于1m时，需补充液氮；正常运行期间液氮贮存罐压力维持在0.2-0.5MPa，当液氮贮存罐内压力超过0.8MPa时，应立即打开相应的放空阀卸压；液氮贮存罐容积为20m³，满装载对应的液位为4.6m；补液氮时，应调节液氮供应商罐车输出压力不高于0.5MPa；传送液氮时，液氮贮存罐和输液管路温度为-196℃；液氮供应与贮存系统真空夹层保冷管道处于真空状态，高真空多层绝热管道损坏或真空度下降可运行，但液氮损耗加大；罐底部管道无保温，手不可直接触摸，如有操作，需穿戴必要的防护用具。

发明人发现，由于液氮槽是处于敞口状态，液氮的注入过程虽然通过液氮的液位信号进行控制，确保液氮注入不会过量。但在实际操作中，由于周边环境工况的复杂性，不仅需要控制液位，同时也要确保注入液氮的方式、计量的有效控制，使液氮的使用最经济。

因此，研发一种可确保液氮注入低温吸附器的有效性，并防止溢流的低温吸附器的液氮槽液氮注入系统及方法，十分必要。

发明内容

有鉴于此，本发明的一个目的在于提出一种液氮注入系统，通过合理的设置液氮贮存罐各连通管路上的阀门，并在使用时通过控制不同的阀门动作，可确保液氮注入低温吸附器的有效性，并防止液氮溢流，对周边环境产生影响小。

本发明的另一个目的在于提出一种液氮注入方法。

本发明的又一个目的在于提出一种高纯氦气净化系统。

为达到上述目的，本发明第一方面实施例提出了一种液氮注入系统，包括：液氮贮存罐和低温吸附器；所述液氮贮存罐上安装有第一液位计、压力计、放空管、溢流管、液氮输出管和自循环管；所述放空管上安装有第一阀门；所述溢流管上安装有第二阀门；所述液氮输出管上安装有第三阀门和第四阀门，第三阀门靠近液氮贮存罐；所述自循环管上自液氮贮存罐的液氮出口端至液氮贮存罐的液氮入口端依次安装有第五阀门、增压器、第六阀门和第七阀门；所述低温吸附器上安装有第二液位计，且低温吸附器的入口连通液氮输出管的出口。