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文档简介

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CCGA

中国工业气体工业协会团体标准

T/CCGA20007—XXXX

天然气提氦系统安全技术规范

Safetytechnicalspecificationforheliumproductionsystemfromnaturalgas

(征求意见稿)

XXXX-XX-XX发布XXXX-XX-XX实施

中国工业气体工业协会发布

T/CCGA20007—XXXX

天然气提氦系统安全技术规范

1范围

本规范规定了天然气提氦系统的基本技术要求、氦气提取装置、氦气液化装置、氦气/液氦贮存、

转运、自动控制与检测分析、安全防护的要求。

本规范适用于新建、扩建和改建的由天然气中提取氦气的生产单位。

2规范性引用文件

下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中,注日期的引用文

件,仅该日期对应的版本适用于本文件;不注日期的引用文件,其最新版本(包括所有的修改单)适用

于本文件。

GB/T150压力容器

GB/T151热交换器

GB4053固定式钢梯及平台安全要求

GB/T4830工业自动化仪表气源压力范围和质量

GB/T4844纯氦、高纯氦和超纯氦

GB/T8175设备及管道保温设计导则

GB/T15823无损检测氦泄漏检测方法

GB/T16507水管锅炉

GB/T16508锅壳锅炉

GB16912深度冷冻法生产氧气及相关气体安全技术规程

GB/T18442固定式真空绝热深冷压力容器

GB18599一般工业固体废物贮存、处置场污染控制标准

GB/T20368液化天然气(LNG)生产、储存和装运

GB/T31480深冷容器用高真空多层绝热材料

GB/T31481深冷容器用材料与气体的相容性判定导则

GB50016建筑设计防火规范

GB/T50050工业循环冷却水处理设计规范

GB50057建筑物防雷设计规范

GB50058爆炸和火灾危险环境电力装置设计规范

GB50140建筑灭火器配置设计规范

TSG21固定式压力容器安全技术监查规程

TSGG0001锅炉安全技术监查规程

NB/T47006铝制板翅式热交换器

T/CCGA20008液氦生产系统安全技术规范

T/CCGA20013氦气瓶安全使用技术规范

T/CCGA20014氦气长管拖车安全使用技术规范

T/CCGA20016液氦罐式集装箱安全使用技术规范

T/CCGA20017液氦杜瓦安全技术要求

SH3009石油化工可燃性气体排放系统设计规范

3术语和定义

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下列术语和定义适用于本文件。

3.1

脱氢装置hydrogenremovaldevice

将提氦工艺气中的氢气通过加氧催化的方法进行脱除的装置,包含脱氢反应炉、水冷却器、汽水分

离器、干燥器等。

3.2

纯化器purifier

把未达到产品纯度的氦气用吸附法做进一步的纯化处理,除去氦气中的少量杂质,以获得纯氦气体

的设备。

3.3

输送管道transmissionpipeline

用于气体输送的管道,在气瓶充装站中通常需要承受高压力,但是一般直径都较小。

3.4

充装压缩机fillingcompressor

用于为氦气产品进行增压的设备,通常有活塞式压缩机、隔膜式压缩机等。通过容积变化提高气体

压力,使其可以用于气瓶或集束箱的充装;

3.5

缓冲罐buffertank

通常用于临时存储气体用的压力容器,用于消除充装系统内的压力波动或者回收管道中的过压

气体。

3.6

真空系统vacuumsystem

氦气充装过程中真空泵、真空软管、阀门、真空安全防护设施的总称。

3.7

液氦生产系统liquidheliumproductionsystem

氦气源装置、氦液化装置、液氦贮存装置、液氦充装装置、自动控制装置、分析化验装置、液氦制

备用辅助装置、电气设施、管路附件等的总称。

3.8

氦液化装置heliumliquefactiondevice

以气态氦为原料实现氦液化的工艺装置,包括压缩机、精密除油系统、换热器、真空泵、纯化器、

透平膨胀机等单元设备,以及各类管路、阀门、仪表等。

3.9

精密除油系统oilseparator

用于将原料气中的油含量脱除至允许含量的单台或多台设备。

4基本要求

4.1总则

4.1.1天然气提氦系统平面布置应遵循安全生产、节约资源的原则,应做到功能划分明确,分区设置

合理,有利于安全可靠运行。

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4.1.2天然气提氦设备专业制造厂应持有相应的制造许可证,并应对其出厂设备、零部件的质量与安

全负责,应出具安全、质量证书和产品合格证,并出具安装、操作、维修等完整的技术文件。

4.1.3施工、安装、检修单位应履行相关设备、设施的施工、检修资格的认可手续,经上级主管部门

批准,取得相应的资格证书。施工、安装、检修完毕,应做好安全、质量检查和验收交接。施工单位应

按图施工,遇有变更,应由设计、施工安装及生产单位三方商定,由设计单位书面认可或出具变更文件

后实施。重要变更,应报上级批准。

4.1.4为了提高经济性,天然气提氦系统宜与其他天然气处理系统联产,其他天然气处理系统包括但

不限于液化天然气系统、天然气轻烃分离系统等。

4.1.5新建、扩建、改建天然气提氦系统时,应严格执行国家有关危险化学品建设项目安全许可规定,

其安全设施应与主体工程同时设计、同时施工、同时投入生产和使用。

4.1.6天然气提氦系统应考虑可能影响工厂人员和周围公众安全涉及具体位置的其他因素。评定这些

因素时,应对可能发生的事故和在涉及或者操作中采取的安全措施做出整体评价。

4.1.7组件施工、修理、更换或重大改造前,应由有资质的人员审查设计图和材料规格书,确定涉及

的材料不会损害组件或相联组件的安全和可靠性。

4.1.8充装单位应具备对气瓶或移动式压力容器进行安全充装的各项条件,充装操作人员应取得相关

特种设备操作许可证。

4.2控制室

4.2.1天然气提氦系统的控制室可以与原天然气处理系统的控制室合并,也可以独立设置。当独立设

置时,原天然气处理系统的控制室应有氦提取系统的控制界面,同时各控制室与其他控制室间应有多种

通信工具。

4.2.2控制室位置应与其他天然气设施及氦提取设施隔开或保护不受其影响,以便在可控制应急期间

可以运转。

4.2.3本标准要求的各远距离调节控制系统和各自动关断控制系统应能在控制室操作。

4.2.4受控的任何一个组件运转时,各控制室应有人员值守,除非要从另一个有人值守的控制室进行

控制或设备有自动紧急关断系统;

4.2.5各控制室应有一通信设备给工厂内经常有人的其他位置发危险警报。

4.3天然气提氦系统的一般要求

4.3.1天然气提氦系统的脱氢装置、纯化装置、气体充装或氦液化装置、其他辅助装置等配置,应根

据提氦原料气的规模及组成、氦提取系统的工艺路线等确定。

4.3.2天然气提氦系统宜并联接入原天然气处理系统。

4.3.3天然气提氦系统应设置紧急关断系统,以避免事故时对原天然气处理系统造成影响;

4.3.4氦提取系统的平面布置应充分考虑LNG储罐、易燃致冷剂储罐、易燃液体储罐、液氧等助燃剂储

罐、构筑物和工厂设备与工厂地界线,及其相互间最小净间距的规定,相关设计应符合GB/T20368和

GB16912的规定。

4.3.5使用易燃液体传热的汽化器和其一次热源距任何火源应至少15m(50ft)。在多组汽化器情况下,

临近的汽化器或一次热源不应视为火源。工艺加热器或其他明火设备,如果和汽化器联锁不应视为火

源,当汽化器运行或当汽化器管线系统冷却或正在冷却时它们不能运行。相关设计应符合GB/T20368

规定。

4.4防火及防护措施

4.4.1各车间、构筑物生产类别、耐火等级及建、构筑物与其他工业、民用设施的防火间距,应符合

GB50016的有关规定。

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4.4.2各种气体及低温液体储罐周围应设安全标志,必要时设单独防撞围栏或围墙。储罐本体应有色

标。

4.4.3厂区通行道路及露天工作场所和巡逻检查运转设备的路线,应有足够的照明灯具,并符合

GB50034的有关规定。

4.4.4厂区高空管道阀门,应设操作平台、围栏和直梯,其规格应符合GB4053.1、GB4053.2、GB

4053.3、GB4053.4的规定。

4.4.5应采取措施,保护人员和设备免遭堆积在构筑物高处的冰雪坠落袭击。

4.4.6厂内应按GB50016有关规定,设置消防车通道和消防给水设施。寒冷地区的消防给水设施应有

防冻措施。还应根据GB50140的要求,配置适当种类、数量的相应灭火器材。

4.4.7计算机室、主控制室、配电室、电缆室(电缆沟、电缆隧道)等场所应设火灾自动报警系统。

分析室宜设火灾自动报警系统和可燃气体、助燃气体自动检测报警装置。

4.4.8气体储罐、低温液体储罐宜布置在室外。当储罐或低温液体储罐需要室内布置时,宜设置在通

风良好的单独房间内,且液氧的总储存量不应超过10m3。

4.4.9氦回收气囊应密封良好,设置泄放阀及高度传感器,并应定期进行巡逻检查。

4.4.10氦回收气囊置于室外时,应防阳光照射,并应做好措施防止储气囊脱离逃逸。

4.4.11设置在爆炸和火灾危险场所的电气设备,应符合GB50058的规定。脱氢用的催化反应炉部分属I

区爆炸危险区。

4.4.12氧压机、液氧泵、氧气及液氧储罐、氧气管道及阀门、与氧接触的仪表、工机具、检修氧气设

备人员的防护用品等,严禁被油脂污染。

4.4.13氧气管道流速、材质、阀门、附件、安装、施工、验收等,应严格按照GB16912的相关规定执

行,避免起火、爆炸。

4.4.14氧气放散时,在放散口附近严禁烟火。氧气的各类放散管,均应引出室外,并放散至安全处。

4.4.15压力容器、压力管道的设计、制造、安装、改造、使用、检修及检验检测,应符合相关规范标

准的规定。

4.5防雷防静电

4.5.1厂内各类建、构筑物的防雷、防静电措施,应符合GB50057和GB50058的规定。

4.5.2所有防雷防静电接地装置,应定期检测接地电阻,每年至少检测一次。集散控制系统的接地装

置应单独设置。

4.5.3氧气(包括液氧)和燃气设备、管道、阀门上的法兰连接和螺纹连接处,应采用金属导线跨接,

其跨接电阻应小于0.03Ω。

4.6电气安全

天然气提氦系统的电气设备应符合GB/T20368的相关规定。

4.7生产运行和设备的一般要求

4.7.1设备应根据国家、行业标准及制造单位的技术文件规定,进行安装、操作、检查、维修和检验。

4.7.2凡与氧气接触的设备、管道、阀门、仪表及零部件严禁沾染油脂。氧气压力表应设有禁油标志。

4.7.3盛装低温液体的器皿应干净,容器内严禁积存油、水、有机物和其他杂质。

4.7.4配置、搬运腐蚀性化学物品时,应穿戴好防护用品。

4.7.5生产现场不准堆放油脂和与生产无关的其他物品。

4.7.6液氧罐、氧气汽化器周围和控制室内严禁堆放易燃易爆物品,不准随便乱倒有害污染物质。

4.7.7开车前应检查设备的安全防护装置、仪器、仪表,并确认阀门开、关状态。

4.7.8应定期检查校对系统中的压力表、安全阀、温度计等仪表和安全联锁保护装置。

4.7.9储罐与安全阀之间不宜装设中间截止阀门。若需要时,可加装同等级的截止阀门,但正常运行

时该截止阀门应保持全开,并加铅封、加锁、挂牌。

4.7.10在氮气、氦气和其他惰性气体区域内作业,应采取防止窒息措施,作业区内气体经化验合格后

方准工作。

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4.7.11回转设备启动前应按设备操作规程要求进行盘车检查,严禁边盘车边启动。

4.7.12设备裸露的回转部位,应设置符合有关国家标准的防护罩。严禁跨越运转中的设备。

4.7.13应按规定进行运转中的设备巡回检查,发现问题及时处理并上报,紧急情况下应停机处理。

4.7.14寒冷天气,设备应采取防冻措施。

4.7.15压缩机、储罐(包括低温液体储罐)和其他有关设备,严禁超压运行。设备或系统如有泄漏,

严禁带压紧螺栓。

4.7.16禁止向室内排放除空气以外的各种气体。

4.7.17氧气储罐投入使用前,应进行压力试验、气密性试验、除锈、脱脂、吹扫,并在内壁涂不燃防

锈涂料。

4.7.18放散氧气以及排放液氧、液化空气时,应通知周围严禁动火,并设专人监护。

4.7.19氦气充装前,应对管道、管件和仪表等进行外观检查,保证在充装期间无泄漏。

4.7.20氦气充装时,管束车应固定并处于水平状态,必要时设置防拖离安全措施。

5工艺设备

5.1一般要求

5.1.1可燃气体和可燃液体工艺设备安装,应符合下列要求之一;

a)室外安装,应便于操作,便于人工灭火和便于疏散事故排放液体和气体;

b)室内安装,应安装在符合GB/T20368相关规定的建筑物内。

5.1.2工艺设备应标明最大允许工作压力。

5.1.3锅炉的设计和制造应符合GB/T16507、GB/T16508和TSGG0001的规定。

5.1.4压力容器的设计和制造应符合GB/T150和TSG21的规定。

5.1.5管壳式换热器的设计和制造应符合GB/T151和TSG21的规定。

5.1.6铝制板翅式换热器的设计和制造应符合TSG21和NB/T47006的规定。

5.1.7用于系统紧急泄压或其他工艺目的的设置的火炬,应符合SH3009的规定。

5.1.8泵、压缩机和汽化设施应符合GB/T20368的规定。

5.1.9对于氧压机和液氧泵,应符合GB16912的相关规范

5.1.10提氦系统中催化剂、吸附剂等废弃物的处理,应符合GB18599的有关规定。

5.2脱氢装置

5.2.1脱氢原料气和氧气/空气进入脱氢反应炉前,应通过混合器混合均匀。

5.2.2脱氢原料气经过脱氢装置后,其氢气摩尔含量不宜高于1ppm,氧气摩尔含量不宜高于0.3%。

5.2.3分子筛吸附器运行中应严格执行再生制度,不准随意延长吸附器工作周期。分子筛吸附器出口

应设微量水分析仪。再生温度、气量、冷吹温度应按规定控制,蒸气加热器排气出口宜设微量水分析仪。

5.3氦气纯化装置

5.3.1对于热交换器,如有一个及以上的通道中的流体介质中含有体积含量不低于10%的氦气组分,则

宜对该换热器进行氦质谱检漏试验,漏率要求应根据热交换器的技术参数、纯度要求等,由设计者计算

确定,作为考核依据。一般情况下,热交换器外泄漏率及内泄漏率不宜低于1×10-8Pa•m3/s,检漏方法

推荐使用护罩法,并应满足GB/T15823的有关规定。

5.3.2在对氦气纯化吸附器的泄放气进行回收时,应防止氖气在系统中的循环积聚。

5.3.3低温纯化吸附剂的选择应根据纯化前氦气中杂质组分和纯化后氦气中杂质含量要求确定。

5.3.4氦气纯化装置内的压力容器的设计应符合GB/T150的有关规定。

5.3.5氦气纯化装置区域,当设备检修或更换纯化材料需要吊装时,宜设起吊设施。

5.4液氦生产装置

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5.4.1液氦生产装置的工艺设备一般由氦气压缩机、精密除油系统、氦气缓冲罐、液氮储罐、氦液化

冷箱和液氦储罐等组成。

5.4.2液氦生产装置应符合T/CCGA20008的要求。

5.4.3氦气排放管宜采用不锈钢等金属材料,不得使用塑料管或橡皮管。

5.4.4真空管道安全阀应定期校验,真空管道及真空软管出现大面积结霜时,不宜继续使用。

5.5氦气充装系统

5.5.1对于氦气充装压缩机应根据实际情况选择合适的压缩机来进行充装,压缩机系统的设计选型应

符合下列要求:

a)氦气充装压缩机一般可以选取隔膜式压缩机或者活塞式压缩机,具体型式的选取应充分考

虑压缩机吸气压力对压缩机的尺寸、价格等因素的影响。

b)压缩机排量应和纯化器的排量相匹配;

c)压缩机的排气压力的选取应充分考虑钢瓶充装时放热的影响。

一般的,对于充装压力为15MPa的气瓶,压缩机的排气压力不应低于18MPa;对于充装压力20MPa的

气瓶,压缩机排气压力不应低于24Mpa。

d)氦气充装压缩机宜进行氦质谱检漏,整体外泄漏率不宜低于1x10-6Pa.m3/s;

5.5.2充装压缩机排气侧应设置产品气缓冲罐,设计时应充分考虑频繁升降压的疲劳工况。

5.5.3产品气缓冲罐升降压次数不应超过1万次循环。

5.5.4氦气充装系统宜设置氦气回收系统,对置换及安全阀排放的氦气统一进行回收。

5.5.5氦气充装系统宜设置真空系统对设备及管路进行置换,设备及管路真空压力不宜低于10Pa。

5.5.6真空系统的真空泵如采用油润滑或水环润滑的型式,真空泵入口应设置防返吸阀门。

5.5.7应充分考虑超压对真空系统的影响,在可能出现超压的设备及管道上应设置安全阀或爆破片。

5.5.8氦气气瓶充装应符合T/CCGA20013的要求,氦气长管拖车充装应符合T/CCGA20014的要求。

5.5.9液氦杜瓦充装应符合T/CCGA20017的要求,液氦罐式集装箱充装应符合T/CCGA20016的要求。

5.5.10氦气瓶、氦气长管拖车或液氦杜瓦、液氦罐式集装箱在充装前和充装后应进行纯度分析。

6管道、阀门和管件

6.1管道

6.1.1管道及管件的设计应符合相关国家标准和特种设备安全技术规范的规定。

6.1.2低温液体管道应具备防止管路升温而造成超压的措施。

6.1.3管道的绝热方式、绝热材料的选择、绝热层厚度的选取,应根据介质温度、冷损要求等确定。

真空绝热管道宜采用多层绝热材料,主要技术性能应符合GB/T31480和GB/T31481的要求;非真空绝热

管道的主要技术性能应符合GB/T8175的要求。

6.1.4对于燃气及可燃性液体管道的材质、安装等要求,应符合GB/T20368的相关规定。

6.1.5对于氧气及液氧、氮气及液氮管道的材质、安装等要求,应符合GB16912的相关规定。

6.1.6产品氦气、液氦管道内部应经过认真清洗和干燥处理,去除油脂、水分和机械杂质。

6.1.7对于介质中氦体积含量不低于10%的管道,管道布置应尽可能短,连接宜采用焊接,管道接头应

密封可靠。

6.1.8高纯氦气管道宜采用EP(电解抛光)或BA(光亮退火)等级管。

6.1.9氦气充装系统的管道应充分考虑频繁升降压的疲劳工况。

6.2阀门

6.2.1对于燃气及可燃性液体阀门的材质、安装等要求,应符合GB/T20368的相关规定。

6.2.2对于氧气及液氧、氮气及液氮阀门的材质、安装等要求,应符合GB16912的相关规定。

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6.2.3低温阀门的技术要求、试验方法、检验规则等应符合GB/T24925的相关规定。

6.2.4应按照低温阀门的功能以及阀门所处位置确定阀门的绝热形式。

6.2.5氦气阀门应具有良好的密封性能,外泄漏率不宜低于1x10-6Pa.m3/s。

6.2.6对于介质中氦体积含量不低于10%的低温阀门,宜采用波纹管密封型式,在低温环境下动作灵活。

6.3管件

6.3.1对于燃气及可燃性液体管件的材质、安装等要求,应符合GB/T20368的相关规定。

6.3.2对于氧气及液氧、氮气及液氮管件的材质、安装等要求,应符合GB16912的相关规定。

6.4管道连接

6.4.1应尽可能地少用螺纹接口和法兰接口,且只用在必要的地方,例如管材改变或仪表处,以及维

护要求采用这样接口。

6.4.2在不同的金属之间应采用法兰或其他经试验验证的过渡连接技术连接。

6.4.3可能暴露于火的垫片应耐火。

7自动控制与检测分析

7.1一般规定

7.1.1测量仪表自动控制系统和检测分析系统的设置应根据氦气/液氦生产工艺要求、相关技术参数和

工艺介质品质要求,做到经济合理、技术先进、各技术功能操作安全可靠。

7.1.2控制系统的设置应考虑系统结构的标准化及人机接口的整体性,并应实现技术先进性、可互换

性、可维护性、可集中性的功能要求。

7.1.3氦提取系统的控制系统应配备独立的安全仪表系统,有爆炸危险场所的控制系统的设置应符合

GB50058的有关规定。

7.2测量仪表

7.2.1在氦提取系统中,仪表型号规格宜协调一致。

7.2.2生产过程中关键参数的检测应设置现场仪表和远传仪表两种形式,远传仪表宜采用4mA~20mA

的标准模拟信号或开关信号。

7.2.3有爆炸危险场所的仪表应根据爆炸危险类别、级别、组别进行选型,并应符合GB50058的有关

规定。

7.2.4氦提取系统的应设的温度检测主要应包括反应器、吸附器、冷箱内关键位置等。

7.2.5低温冷箱中的温度传感器应根据温区选择相应的型式,充分考虑冷箱漏热及引线漏热对温度测

量的影响,并且关键温度点应设置备份传感器。

7.2.6对于一端处于液氦温区,另一端处于室温的管道,应充分考虑潜在的热声振荡影响并采取相应

的消减措施。

7.2.7对于液氦液位的测量,宜采用超导型液位计。

7.2.8在有真空夹套的设备上,应设置仪表或接口以便检查环形空间中的绝对压力。

7.2.9热交换器下游管道和元件若受温度限制存在损坏的潜在风险,应设置温度仪表以检测出口温度。

7.3自动控制

7.3.1氦提取系统宜选用集散控制系统(DCS)、数据采集系统、工业微机或可编程序控制系统(PLC)

等数字控制系统,控制系统的硬件、软件配置应与生产规模和控制要求相适应。

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7.3.2控制系统应按照易于与其他控制设备形成一个整体和易于扩充功能的原则选型,所选系统应稳

定、可靠。

7.3.3生产过程工艺参数的检测、控制应包括下列内容:

a)氦提取系统工艺过程的运行参数检测;

b)用于进行核算或调度的重要参数,应设置累计功能;

c)对事故、故障原因进行分析的主要参数,应设置记录功能;

d)重要阀门、压缩机、泵、储罐等设备的运行状态、参数检测;

e)循环水系统、液氮贮存系统、液氧贮存系统等辅助系统的运行参数检测;

f)环境参数检测。

7.3.4控制系统中控制策略或者控制方法的确定应考虑控制对象特性、控制系统设备部件(包括检测

元件、变送器、控制仪表、执行器等)的特性、干扰形式以及要求的控制品质等因素。

7.3.5氦气充装计量用压力表精度不宜低于1.0级。

7.3.6由于氦气充装过程中温度会升高,充装现场应充分考虑充装前后氦气气瓶温度的变化,设置相

应的测温设备。

8辅助设施

8.1仪表气源

8.1.1仪表气源应符合GB/T4830的有关规定。

8.1.2仪表气源的设计容量应依据工艺设备用气总量,并同时计入使用系数、管道系统漏损系数后

确定。

8.1.3仪表用气的贮气缓冲罐容量应保证全部空气压缩机停运时,在其供气压力不低于气动设备最低

允许工作压力的情况下,宜满足设备20min~30min的用气量要求。

8.1.4对耗气量波动较大的供气点宜在气源总管上取气,宜采用单线供气方式。

8.1.5对多台仪表或仪表布置密集的场合,宜采用支干方式供气,由支干管引至空气分配器或供气点。

8.1.6当供气管网对多套装置(如脱氢装置、氦纯化装置、氦气充装及氦气液化等)的仪表供气时,

宜采用环形管网供气。

8.2氮气供应

氦提取系统的氮气主要用于:干燥纯化设备的再生气、提氦系统的吹扫置换气、正压保护用气、气

动仪表调试检修用气、仪表吹扫用气和仪表气源的备用气等。

8.3氦气供应

8.3.1氦提取系统的氦气主要用于:系统的氦质谱检漏、低温纯化器的置换气、氦气充装系统的置换

气、氦气液化系统的置换气。

8.3.2对于系统置换用的氦气,其品质应符合GB/T4844高纯氦的相关要求。

8.3.3对于需要氦气置换的系统,宜采用充氦气后抽真空的方式,氦气充压压力不宜高于0.2Bar.G,

每次氦气充压和抽真空之间应静置15min以上。

8.4冷却水系统

8.4.1冷却水系统应采用循环水,供水压力宜大于0.15MPa,并装设断水保护装置。

8.4.2冷却水水质指标应符合GB/T50050的相关规定。

9安全防护

9.1一般原则

8

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