本發明屬于電氣設備絕緣氣體,涉及一種c4f7n/co2分離回收裝置及c4f7n回收量和co2溶解量計算方法。
背景技術:
1、迄今為止,sf6氣體是最理想的絕緣和滅弧介質,然而sf6氣體的溫室效應是co2的2.2萬倍,是《聯合國氣候變化框架公約京都議定書》中被禁止排放的6種溫室氣體之一,因而在使用過程中需要嚴格加以控制。為適應新的國際環保要求,減少溫室氣體排放,國內外開始采用c4f7n/co2環保型混合氣體替代sf6氣體。
2、為推廣c4f7n/co2混合氣體的使用,電網開始研究c4f7n/co2混合氣體電氣設備。由于c4f7n易液化,故主要使用深冷液化對c4f7n/co2進行分離回收。現場分離回收液化后的c4f7n質量需要計量并記錄在冊,現有技術主要是采用計量裝置,人工直接稱取液化后的c4f7n質量,這種計量方式由于人工操作以及工作環境的影響,往往存在液化后的c4f7n質量計量不準確的問題。并且,且co2易溶于c4f7n液體,分離回收后得到的液體為c4f7n/co2混合物,無法判斷其內部含有多少co2雜質,不利于后續進一步處理。
技術實現思路
1、本發明的技術方案用于解決采用計量裝置人工直接稱取液化后c4f7n質量存在c4f7n質量計量不準確和co2溶解量無法計算的問題。
2、本發明是通過以下技術方案解決上述技術問題的:
3、一種c4f7n/co2分離回收裝置,包括:質量流量控制器(10)、第一電磁閥(11)、緩沖罐(12)、第一壓縮機(13)、深冷液化分離罐(14)、壓力傳感器(15)、溫度傳感器(16)、第二電磁閥(17)、第三電磁閥(18)、第四電磁閥(19)、風扇(20)、混合比檢測裝置(21)、第五電磁閥(22)、第六電磁閥(23)、打液泵(24)、第六電磁閥(25)、第二壓縮機(26);
4、所述的質量流量控制器(10)的輸入端與進氣口通過管道密封連接,質量流量控制器(10)的輸出端與第一電磁閥(11)的輸入端通過管道密封連接,第一電磁閥(11)的輸出端與緩沖罐(12)的輸入端通過管道密封連接,緩沖罐(12)的輸出端與第一壓縮機(13)的輸入端通過管道密封連接,第一壓縮機(13)的輸出端通與深冷液化分離罐(14)的輸入端過管道密封連接,深冷液化分離罐(14)的輸出端與第四電磁閥(19)的輸入端通過管道密封連接,第四電磁閥(19)的輸出端與混合比檢測裝置(21)的輸入端通過管道密封連接,混合比檢測裝置(21)的輸出端與第六電磁閥(25)的輸入端通過管道密封連接,第六電磁閥(25)的輸出端與第二壓縮機(26)的輸入端通過管道密封連接,第二壓縮機(26)的輸出端與出氣口通過管道密封連接;壓力傳感器(15)、溫度傳感器(16)分別設置在深冷液化分離罐(14)上,用于檢測深冷液化分離罐(14)的壓力和溫度;第二電磁閥(17)的輸入端通過管道密封連接在質量流量控制器(10)與第一電磁閥(11)之間的管道上,第二電磁閥(17)的輸出端與風扇(20)的輸入端通過管道密封連接,風扇(20)的輸出端通過管道密封連接在第四電磁閥(19)與混合比檢測裝置(21)之間的管道上,第三電磁閥(18)輸入端通過管道密封連接在深冷液化分離罐(14)的頂部,第三電磁閥(18)的輸出端通過管道密封連接在第二電磁閥(17)與風扇(20)之間的管道上;深冷液化分離罐(14)的底部輸出端與第六電磁閥(23)的輸入端通過管道密封連接,第六電磁閥(23)的輸出端與打液泵(24)的輸入端通過管道密封連接,打液泵(24)的輸出端通過管道與充裝口密封連接;第五電磁閥(22)的一端通過管道密封連接在深冷液化分離罐(14)與第四電磁閥(19)之間的管道上,第五電磁閥(22)的另一端通過管道密封連接在混合比檢測裝置(21)與第六電磁閥(25)之間的管道上。
5、裝置的工作流程如下:
6、s1、打開第二電磁閥(17)和第五電磁閥(22),啟動質量流量控制器(10)和風扇(20),控制c4f7n/co2混合氣體流量為300l/min,c4f7n/co2混合氣體經過第二電磁閥(17)、風扇(20)進入混合比檢測裝置(21)中,檢測輸入的c4f7n/co2混合氣體的初始混合比記為x0%:y0%,檢測后的c4f7n/co2混合氣體經過第五電磁閥(22)回充到深冷液化分離罐(14)中,然后關閉第二電磁閥(17)和第五電磁閥(22);
7、s2、打開第一電磁閥(11),啟動質量流量控制器(10),控制c4f7n/co2混合氣體進氣流量為ql/min,持續進氣至緩沖罐(12)中,設置第一壓縮機(13)的增壓壓力為3mpa,啟動第一壓縮機(13)將緩沖罐(12)中的c4f7n/co2混合氣體加壓輸入到深冷液化分離罐(14)中,當壓力傳感器(15)顯示p0為3mpa時,關閉第一壓縮機(13)、第一電磁閥(11)以及質量流量控制器(10);
8、s3、打開第三電磁閥(18)、啟動風扇(20),將深冷液化分離罐(14)中少量的氣體輸入到混合比檢測裝置(21),檢測深冷液化分離罐中加壓進氣后的c4f7n/co2混合氣體的混合比記為xa%:yb%;
9、s4、設置深冷液化分離罐(14)的溫度為-5℃,當溫度傳感器(16)檢測到溫度為-5℃時進行保持,對c4f7n氣體進行液化,深冷液化分離罐(14)中的大部分c4f7n氣體在低溫高壓狀態下成為液體;
10、s5、打開第六電磁閥(23)、啟動打液泵(24),將液態c4f7n通過充裝口充入鋼瓶中存儲;
11、s6、打液結束后,第一電磁閥(11)、第二電磁閥(17)、第五電磁閥(22)、第六電磁閥(23)保持關閉,其余電磁閥全部打開,啟動第二壓縮機(26),將管道、緩沖罐(12)、深冷液化分離罐(14)中殘余的氣體回收;此過程中,混合比檢測裝置(21)檢測c4f7n/co2混合氣體的混合比,并每隔一定時間記錄一次,記錄n次,分比為x1%:y1%、x2%:y2%、……、xn%:yn%。
12、一種應用于上述c4f7n/co2分離回收裝置的c4f7n回收量和co2溶解量計算方法,包括以下步驟:
13、由于c4f7n氣體液化后體積可以忽略不計,已知深冷液化分離罐有效容積為v,故氣體體積為深冷液化分離罐有效容積v;打液前深冷液化分離罐的壓力p0恒定為3.0mpa,根據道爾頓分壓定律得c4f7n和co2的分壓p1和p2:
14、p1=xa%p0????????????????????????????(1)
15、p2=yb%p0????????????????????????????(2)
16、采用peng-robinson方程計算c4f7n氣體摩爾體積如下:
17、
18、式中,p1為氣體壓強,r為氣體常數,取值8.314j/(mol·k),t為溫度,取值為268.15k,vs為c4f7n氣體摩爾體積,單位m3/mol,α(t)、b、k為氣體在peng-robinson方程中的修正參數,tc為臨界溫度,取值385.928k,tr為對比溫度,pc為臨界壓力,取值2.5028mpa,w為偏心因子0.47340;
19、通過上式計算氣態的c4f7n氣體摩爾體積vs,根據摩爾體積公式,計算c4f7n氣體物質的量nc4如下:
20、
21、式中,vt即為c4f7n氣體體積,由于深冷液化分離罐有效容積一定,故vt=v;
22、然后將t=20℃和p1=0.1mpa帶入式(3),計算20℃下c4f7n氣體的摩爾體積
23、進一步計算等物質的量c4f7n氣體在20℃和0.1mpa情況下的體積如下:
24、
25、根據理想氣體狀態方程,計算液化罐中co2氣體在20℃和0.1mpa下的體積為:
26、
27、式中,293.15k為20℃轉化的開氏溫度;
28、進一步計算輸入深冷液化分離罐的0.1mpa、20℃情況下的氣體量va:
29、
30、從而計算出進入的c4f7n和co2氣體體積和分別為x0%va和y0%va;
31、最后計算出c4f7n氣體的回收率gi為:
32、
33、在20℃和0.1mpa情況下,co2氣體溶解體積vco2為:
34、
35、將xn%:yn%作為打液結束后深冷液化分離罐內c4f7n/co2占比,將xn%代入式(1),并根據式(3)、式(4)和式(5),計算打液結束后深冷液化分離罐內氣態c4f7n體積并由式(2)和(6)計算打液結束后儲液罐內氣態co2體積再結合式(7)計算的va,計算出實際打液的c4f7n體積和實際打液的c4f7n中溶解的co2體積已知0.1mpa、20℃下c4f7n和co2密度分別為8.298kg/m3和1.977kg/m3,進一步計算回收的液態c4f7n質量和溶解部分co2質量如下:
36、mc4f7n,?=8.298vc4f7n,?????????????????????(10)
37、mco2,?=1.977vco2,?????????????????????(11)。
38、一種電子設備,包括存儲器以及處理器,所述存儲器用于存儲支持處理器執行上述c4f7n回收量和co2溶解量計算方法的程序,所述處理器被配置為用于執行所述存儲器中存儲的程序。
39、一種存儲介質,存儲介質上存儲有計算機程序,所述計算機程序被處理器運行時執行上述c4f7n回收量和co2溶解量計算方法的步驟。
40、本發明的優點在于:
41、本發明的技術方案通過檢測分離前后混合氣體中c4f7n氣體含量的變化精確計量回收的液態c4f7n質量,計算溶于c4f7n液體中的co2雜質含量,能夠實時獲取回收率;提高了分離凈化的效率,避免采用計量裝置人工直接稱取液化后c4f7n質量存在c4f7n質量計量不準確問題,對后續c4f7n進一步凈化處理提供幫助。