[發明專利]一種液氦儲槽充裝前預冷裝置

有效

• 申請號: 202110422586.0
• 申請日: 2021-04-15
• 公開（公告）號: CN112944802B
• 公開（公告）日: 2022-05-20
• 發明（設計）人: 賈文龍;蒲兼林;李長俊;吳瑕;張財功;王碩
• 申請（專利權）人: 西南石油大學
• 主分類號: F25J1/00
• 分類號: F25J1/00;F25J1/02
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明專利公開了一種液氦儲槽充裝前預冷裝置，涉及液氦儲槽預冷技術領域，包括液氦儲罐、節流閥、低溫泵、換熱器、壓縮機、安全閥、噴射裝置、液氦儲槽、密度計、單向閥、第二噴射裝置、控制單元以及各種截止閥等。本發明采用“液氫初步預冷+氦氣浸泡預冷+液氦蒸發預冷”的方法，相較于其它預冷裝置，充分利用液氦儲罐內氦氣的冷能，液氦消耗量減少，工藝經濟效益提高。本發明采用氦氣浸泡預冷的方法，進一步冷卻液氦儲槽，液化殘留氫氣并排出，保證產品質量的純度合格，同時采用液氦蒸發預冷的方法增大氦與液氦儲槽的換熱速率，減少預冷時間。

技術領域

本發明涉及液氦儲槽預冷技術領域，具體涉及一種液氦儲槽充裝前預冷裝置。

背景技術

氦氣具有極低的沸點(4.2K)、臨界溫度(5.15K)及臨界壓力(0.226MPa)，能夠輕松實現其他低溫液體無法實現的超低溫冷卻，因此在航空航天、核武器、潛艇、飽和潛水作業、核磁共振、半導體等科技領域發揮了不可替代的作用。當前，我國每年氦需求量超過2.2×10⁷m³，但我國僅在四川有一座年產量為6×10⁴m³的提氦工廠正在運行，和田河氣田、阿克氣田提氦廠尚在建設中，氦供應幾乎全部依靠進口，且國際氦市場基本被美國掌控。因此，氦短缺成為了制約國防軍工和高科技產業發展的“卡脖子”問題，如何減少氦在提取、運輸和儲存過程中的蒸發損失一直是廣受關注的問題。

在陸地上，液氦從天然氣提氦工廠運到用戶端的主流運輸方式是液氦槽車輸送。雖然槽車采用了嚴格的保冷措施，但在充裝、運輸、分銷等儲運環節中儲槽與環境的傳熱不可避免。其中，充裝過程的蒸發損失主要受到儲槽內壁溫度的影響，即由充裝前預冷的效果決定。國內現有的低溫儲槽預冷方法由火箭發動機系統預冷方法演變而來，采用循環預冷、浸泡預冷或排出預冷的方法，將需要儲存的低溫工質或者其它沸點更低的低溫工質中攜帶的冷能傳遞給儲槽，實現儲槽的冷卻降溫，如授權公開號為CN 103343877 B、申請公開號為CN 108150825A、CN 110857749 A、CN 110145684 A等專利。但這些方法并未深入到液氦溫區，如果直接運用到液氦儲槽的預冷中會存在以下問題：(1)液氦作為目前已知沸點最低的自然資源，難以找到一種沸點低于液氦的低溫工質直接將儲槽預冷到液氦溫區；(2)若直接以液氦為冷源預冷儲槽，則面臨著液氦資源消耗大、價格過于昂貴的問題，即使采用循環預冷的方法，也受到天然氣提氦廠的氦液化裝置的產能制約，時間成本巨大；(3)如果采用液氦與其它低溫工質混合預冷的方法，考慮到液氦產品質量對純度要求極高，如何保證遇冷后儲槽內其它低溫工質的殘留量不會影響外輸液氦產品的質量則是該方法必須面對的問題。因此，考慮到傳統低溫儲罐預冷工藝直接應用于液氦儲槽預冷時會面臨的諸多問題，采用“液氫初步預冷+氦氣深化預冷+液氦蒸發預冷”的方法，將液氦儲槽溫度預冷到液氦溫區附近；初步預冷殘留的氫氣在后續預冷步驟中液化聚集到儲槽底部排出，保證產品質量的純度合格；采用浸泡預冷的方法，充分利用儲罐內氦氣的冷能，減少液氦的消耗量；同時采用液氦蒸發預冷的方法增大氦與液氦儲槽的換熱速率，克服預冷時間較長的問題。

發明內容

本發明的目的是：為了提供一種液氦儲槽充裝前預冷裝置，可以采用“液氫初步預冷+氦氣深化預冷+液氦蒸發預冷”的方法，利用多種工質混合預冷減少液氦的消耗量，并利用工質間液化溫度的不同來實現液體的分離，從而減少充裝時液氦的蒸發損失，并滿足產品質量要求。