TCCGA 20010 低温超导磁体氦气回收纯化装置技术规范

ICS

CCS

CCGA

中国工业气体工业协会团体标准

T/CCGA20010—XXXX

低温超导磁体氦气回收纯化装置技术规范

Technicalspecificationforheliumrecoveryandpurificationdevicesforcryogenic

superconductingmagnets

（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/CCGA20010—XXXX

低温超导磁体氦气回收纯化装置技术规范

1范围

本文件规定了低温超导磁体氦气回收纯化装置产品规范的基本要求、试验方法、结构原理简图、标

识与包装、运输和贮存。

本文件适用于采用液氦为冷源的超导磁体，在突然失去超导性能导致液氦大量蒸发、预冷过程中的

液氦蒸发和正常工作过程中的液氦蒸发产生的氦气进行回收和纯化的装置。

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。

GB150-2011压力容器

GB/T191-2000包装储运图示标志

GB/T6388运输包装收发货标志

3术语和定义

下列术语和定义适用于本文件。

3.1

粗氦气Normalheliumgas

气体纯度低于99.99%的氦气。

3.2

高纯氦Highpurityheliumgas

指采用纯化技术达到规定等级纯度的氦气。通常指纯度为99.999%、有害杂质含量小于或等于1×

10-5的氦气。

3.3

氦气回收纯化装置Predesiccant

由氦气收集系统、氦气回收装置、氦气纯化装置及其配套的公用工程系统的总称。

3.4

氦气收集系统Liquidairseparator

液氦在储存、装载和使用过程中，氦气通过储存装置顶部的密闭管道及其他工艺装置进行集中收集

的系统。

3.5

氦气回收装置Liquidairseparator

使用氦气压缩机对氦气的体积压缩储存的装置。

3.6

氦气纯化装置Supercooledheatexchanger

1

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使用低温冷凝、吸附的方法对低纯氦气进行纯化的装置。

3.7

回收率Equipmentrecoveryrate

指氦气回收纯化装置出口氦气量与进口氦气量之比。

4性能参数

1）进气氦气纯度He：30%～99.99%（摩尔比）

2）出气氦气纯度He：99.999%（摩尔比）

3）处理流量：30～3000m³/h

4）工作压力：0.1～20MPag

5）液氮消耗量：0.2～0.4L/Nm3

6）净排气压差：≤0.3MPag

5结构及工艺流程

5.1结构

低温超导磁体氦气回收纯化装置简图如图1所示。低温超导磁体氦气回收纯化装置由空气换热器、

氦气缓冲气囊、压缩机、氦气纯化装置、高压钢瓶、管道阀门、电控控制系统等组成。低温常压的氦气

经换热、增压、纯化后，达到合格标准输入高压钢瓶储存。

图1低温超导磁体氦气回收纯化装置工艺简图

5.1.1氦气压缩机

用于将缓气囊中的气体增压，进而输送至回收装置的高压钢瓶内或者纯化装置内，通常使用活塞式

压缩机或者隔膜压缩机。

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5.1.2空气换热器

空气换热器用于将超导磁体输送的低温氦气升温至环境温度。结构采用列管式换热器，管内的冷氦

气通过管壁与管外空气进行换热，空气通常给以自然风为主，也可使用通风机强制供给。

5.1.3氦气纯化装置

用于除去废氦气中的杂质组分（主要杂质为空气和水分），使产品气氦气浓度达到合格指标（≥

99.999%）。常用方法有吸附法、吸收法、冷凝法和膜分离法。

5.1.4氦气缓冲气囊

氦气缓冲气囊用于收集蒸发回温氦气，由高分子聚合物制作而成，常用的有聚酯纤维织物或聚氯乙

烯。

5.1.5高压钢瓶

高压钢瓶用于增压后的废氦气或纯化后的合格产品氦气。

5.2设计原则

氦气收集系统、氦气回收装置、氦气纯化装置应根据储存装置内液氦全部蒸发的流量合理设计，气

囊体积应不小于单个磁体内液氦全部蒸发的氦气量。

5.2.1气囊

1）与气囊、储罐、压缩机之间应密闭连接，气囊应设置液封装置，用于紧急排气。

2）气囊入口应设置压力检测，并与相应的气动阀XV101联锁。

3）气囊设置有高高、高、低、低低四处位置开关，当气囊达到高高位时，联锁报警且气动阀XV102

打开；当气囊达到高位时，联锁压缩机开启；当气囊达到低位时，联锁压缩机关闭；当气囊达到低低位

时，联锁报警且气动阀XV103关闭。

4）气囊设计条件最大工作压力：5KPag，工作温度：-30～+50℃，使用寿命：5年，漏率：≤10-6Pa

m3/s。

5.2.2空气换热器

1）空气换热器设计条件，进出口压降：＜10kPag，工作压力：0.5MPag；

2）空气换热器的进出口应设置压力和温度仪表；

3）空气换热器的出口应设置超压泄放阀。

5.2.3氦气压缩机

1）氦气压缩机宜选用活塞式压缩机或隔膜压缩机；

2）氦气压缩机技术条件，进气温度：10～30℃；排气温度：环境温度＋10℃；进气压力：常压；

排气压力20MPa；工作方式：间歇式运行；

3）氦气压缩机的进出口应设置压力仪表（精度1.6级），出口应设置温度仪表（精度1%）。

5.2.4纯化装置

1）吸附筒内填充的吸附剂比表面积≥1000m2/g，对空气的吸附量不宜低于0.1g/L，使用寿命≥5

年；

2）纯化装置的回收率≥90%，进出口压力降＜0.5MPag；

3）吸附筒表面设置有加热圈和PT100，并使用温度控制联锁，当加热温度达到100℃加热圈加热

关闭，当温度低于90℃加热圈加热开启；

4）装置间切断阀使用气动阀门，气动阀门泄漏率＜10-6Pam3/s；

5）吸附筒活化采用热氮气吹扫方式（氮气温度：60℃，氮气压力：0.6MPag，氮气纯度：99.99%）；

6）纯化装置工作时间大于再生时间。

5.2.5管道阀门

管道阀门设计满足操作、安装及维修的要求。应符合下列规定

1）阀箱内所有管路不得有难以吹除的“盲管”死空间；

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2）阀箱处设应置取样口、泄压口、二次循环旁通管路；

3）抽空管路中应设置安全阀进行压力保护，以防超差。

5.2.6电控控制

低温超导磁体氦气回收纯化装置控制系统具体控制要求如下：

1）控制设置急停按钮；

2）系统具备PLC全自动控制模式；

3）控制部分应包含所有仪器仪表、监控面板、安全联锁等，以满足独立长期可靠运行；

4）控制系统对温度、压力、氦气纯度、液氮液位等关键参数及设备运行状态进行实时监测显示；

5）氦气回收装置和氦气纯化装置的自动控制系统宜与收集、储存的自动控制系统统一设计；

6）氦气回收装置和氦气纯化装置的启停宜与球囊的高度联锁；

7）氦气回收装置和氦气纯化装置的窒息气体和低温气体检测系统应独立于基本过程控制系统装

置。

5.3压力试验

对空气换热器、进出气管道应进行历时30min的气压试验，无任何泄漏和影响强度的缺陷。气压试

验参考标准GB/T150-2011，并由施工单位出具气压试验报告。设备的压力试验详见压设备厂家出具的出

厂试验报告。

5.4气密性试验

对所有管路应进行气密性试验，工作介质为干燥洁净的压缩空气（无氦气），保压12h，无泄漏及

异常响动，并由施工单位出具气密性试验报告。

6检验方法

6.1检验条件

除另有规定外，应按下列条件的规定进行各种检验和试验。

环境温度：0～45℃

相对湿度：30%～80%

6.2外观及结构检查

1）低温超导磁体氦气回收纯化装置应按国家相关规定设置安全保护装置；

2）低温超导磁体氦气回收纯化装置涉及使用的压力容器有相关压力容器产品质量证明书、合格证

以及各种检验报告；

3）安全阀、压力表、温度传感器、压力传感器安装前需经过具备相关自制的专业机构计量、校准，

并出具检测报告；

4）对可能危及人身和设备安全的部位应设有自动保险和防护装置及醒目的警示标志；

5）设备有足够的机械强度和刚度，在正常使用环境条件下不应产生明显的变形和破坏；

6）产品有清晰的铭牌；

7）结构零件表面应平整，不得有明显的斑痕、裂纹、脏污等缺陷；

8）表面整洁美观，面漆均匀、洁净，无脱落现象，金属镀层完好。

6.3性能测试

性能测试主要验收低温超导磁体氦气回收纯化装置的换热能力、回收速度和纯化效率。气体纯度、

压力分别由相应检测设备监测数据，如下所述：

进气纯度：由第三方检测机构认可的纯度检测仪现场检测，从设备进气口进行检测，检测结果显示

在纯度检测仪电子屏上，氦气纯度变送器允许±1%的误差。

出气纯度：由第三方检测机构认可的纯度检测仪现场检测，从设备出气口进行检测，检测结果显示

在纯度检测仪电子屏上。

处理流量：系统配套压缩机的处理量。

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工作压力：供气压力由纯化器进气端、出气端安装的压力变送器检测并显示在控制屏上，压力允许

±0.05MPag波动范围。

工作时间：由设备出气纯度满足性能参数时起，到技术要求的时间终止。

测试采用氦气循环模式，出高压纯化器的不纯气体和高纯气体都进入球囊，测试一段时间后，球囊

里的气体纯度会越来越高，故在测试过程中需补空气。

6.4性能测试判定

1）出气纯度满足本文件4所述性能参数，判定合格。

2）工作时间：由设备出气纯度满足性能参数时起直至达到技术要求的时间，判定合格。

7供货文件

供货文件内容

1）本规范的名称和编号；

2）产品合格证；

3）使用说明书。

使用说明书应包含下列内容：

a)设备组成

b）工作原理；

c）电路图；

d）控制系统原理图；

e）操作使用说明书；

f）备品备件清单；

8安全、职业卫生与环境保护

8.1包装

8.1.1各个设备包装前应进行清洁处理。

8.1.2各设备包装内应附有供货文件。供货文件包括产品合格证、使用说明书和装箱单等，应防潮密

封。

8.1.3包装箱标志应符合GB6388和GB/T191的规定。包装箱上应有下列标志：

1）制造单位名称；

2）产品型号和名称；

3）净质量、毛质量；

4）外形尺寸；

5）“小心轻放”、“向上”、“怕湿”和堆放层数等。

8.2运输

装有设备的车辆应按规定方式运输，运输中应避免雨、雪直接淋袭和机械碰撞。如果设备高度高度

超过3.0M，则应拆开运输，并配相应的固定架。

8.3贮存

设备应贮存在温度为0℃～45℃，且干燥、通风、无腐蚀性气体的室内。

8.3安全防护

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1）作为生产一线的车间设备管理人员必须做到及时巡回检查，发现设备异常问题，必须及时发出

异常情况反馈，并就存在的问题进行整改，制定预防措施。

2）作为操作人员需熟练掌握设备操作的“四懂、三会”；做到持证上岗；严格按操作规程进行设

备的启动、运行与停止，严禁违章操作；经常检查设备的各个部件，及时消除设备的跑、冒、滴、漏。

3）操作人员发现设备不正常运行时，需立即检查原因，及时上报有关部门回人员，采取相应措施

并对发生情况和处理情况进行详细记录。

4）设备停运期间，英设定专门人员负责，作定期维护检查，注意防尘、防潮、防腐蚀，对于动设

备需定期盘车和点动运行，使其处于良好状态。

8.4质量控制

1）设计目标控制：项目负责人对参与设计的各个