I.Введение.
Результаты реализации процессов в области новых высоких технологий зависят от степени чистоты используемых газов. Значения норм допустимого содержания химических примесей здесь зачастую исчисляется уровнем биллионных долей, а механических примесей с размером частиц более 0,01 мкм – уровнем трёх штук в сотне литров газа.

Действующие промышленные системы газообеспечения особо чистыми газами объектов их потребления, как правило, имеют в своём составе централизованные системы очистки исходного сырья, магистральные трубопроводы и системы газораспределения между точками потребления. Результаты обследования таких систем показывают, что в процессах транспортирования и газораспределения наблюдаются загрязнения даже изначально чистых газов примесями основных компонентов воздуха, влагой, а так же механическими примесями.
Практика показывает, что наиболее эффективным способом решения возникающей проблемы является использование финишных средств очистки газов.
Финишных не только в смысле их расположения в непосредственной близости от точек потребления газов, но так же в смысле окончательного и глубокого удаления вредных примесей, в том числе являющихся следствием загрязнения газов на пути их движения от источника к месту потребления.

Общая характеристика освоенных в производстве установок финишной очистки газов и в качестве примера полностью автоматизированного изделия – описание установки финишной очистки водорода «ВЕРА-50/10А».

II.Общая характеристика установок очистки газов.
Многолетняя практика изготовления и внедрения установок финишной очистки газов и их смесей показала, что в каждом конкретном случае необходимо учитывать специфические особенности существующих или проектируемых систем газопотребления Заказчика. При этом наибольшим спросом пользуются ставшие типовыми установки, значения основных технологических параметров которых представлены в табл. 1.

Таблица 1.Основные технологические параметры установок финишной очистки газов.

Очищаемые газы	H2, N2, Ar, He, O2, воздух, смеси Ar-He, N2-He, Ar-N2, N2-H2
Диапазон производительности, нм3/ч	От 0,05 до 50
Диапазон рабочего давления, МПа	От 0,05 до 15
Объёмные доли О2 и влаги в очищенном газе, не более	От 0,5 ppbv до 1 ppmv
Эффективность очистки от механических частиц размером более 0,01 мкм, не хуже, %	99,99999

Принцип действия установок сорбционно-каталитический или криоадсорбционный.
Сорбционно-каталитические установки предназначены для тонкой очистки газов и их смесей от кислорода, влаги и мехпримесей.
При очистке азота, аргона, гелия и их смесей удаляются также примеси оксида и диоксида углерода.
Криоадсорбционные установки предназначены для очистки водорода или гелия от влаги, основных компонентов воздуха и углеводородов.
При очистке водорода не удаляются примеси гелия и неона, а при очистке гелия – примеси водорода и неона.
Установки, как непрерывного действия, так и периодического – в расчёте на определённое количество очищаемого газа, после чего реализуется регенерация поглотителей примесей в аппаратах.

Установки непрерывного действия – стационарные.

Периодического – как стационарные, так и переносные.

В основу работы установок положены проверенные в ходе длительной эксплуатации технические решения и результаты разработок в области катализаторов и сорбентов. Аппараты оригинальной конструкции, не требующие перезагрузки наполнителей в течение всего срока службы установок.
При изготовлении аппаратов используются трубы из нержавеющей стали диаметром менее 150 мм, так что «Правила устройства и безопасной эксплуатации сосудов, работающих под давлением» на них не распространяются. Применяются сертифицированные датчики давления, температуры, регуляторы, элементы электрооборудования и газоаналитические приборы. Управление работой в установках как ручное, так и частично или полностью автоматизированное.

III. Автоматическая установка очиски водорода «ВЕРА-50/10А».
Установка «ВЕРА-50/10А» предназначена для глубокой очистки водорода от кислорода, влаги и мехпримесей и используется в производствах изделий электронной техники, в электроламповых производствах, при получении ультрадисперсных порошков металлов.

Принципиальная технологическая схема установки представлена на рис.1.

Рисунок 1. Принципиальная технологическая схема установки «ВЕРА-50/10А»:
AV-1…AV-11- пневмоуправляемые клапаны; V-1…V-4- запорные вентили; C1 и C2- вентиляторы; КО- обратный клапан.

Основные технические характеристики таких установок представлены в табл. 2.

Таблица 2.Основные технические характеристики установки финишной очистки водорода «ВЕРА-50/10А».

Наименование параметра	Размерность параметра	Значение параметра
Диапазон производительности	нм3/ч	0-50
Диапазон рабочего давления	МПа	0,5 - 1,0
Объёмные доли примесей на входе в установку: - О2 - влага	ppmv ppmv	1000 2000
Объёмные доли примесей на выходе из установки: - О2 - влага	ppbv ppbv	0,5 4
Число частиц мехпримесей размером более 0,01 мкм: - в подаваемом на очистку водороде - в очищенном водороде	шт/ндм3	Не норм. 0,01
Расход охлаждающей воды, не более	нм3/час	0,2
Электропитание переменным током: - напряжение - частота - максимальная потребляемая мощность	В Гц кВт	220 50 3,0
Габаритные размеры (длинна х ширина х высота), не более	м	0,9х0,9х1,9
Масса, не более	кг	350
Средний срок службы, не менее	лет	8

Очистка от кислорода в установках осуществляется непрерывно путём его каталитического гидрирования.
Осушка – адсорбцией влаги силикагелем или молекулярными ситами в периодически переключаемых на регенерацию аппаратах.
Выбор используемого адсорбента определяется максимальными значениями объёмных долей указанных примесей в исходном газе.
Силикагель(твердый сорбент, гель) используется при их высоких значениях, благодаря более высокой при этом его адсорбционной ёмкости, чем у молекулярных сит.

Адсорбционные аппараты снабжены наружным электрообогревом, теплоизоляцией и системой принудительного охлаждения по окончании процесса регенерации адсорбента.
Очистка от механических примесей осуществляется применением стандартных финишных фильтров.
В газовой схеме на основных технологических потоках используются сильфонные пневмоуправляемые клапаны.
При пуске установки в работу предусмотрен плавный набор давления с последовательной заменой имеющейся в аппаратах среды сначала на азотную и далее – на рабочую водородную.
При остановке или аварийной ситуации предусмотрена замена водородной среды на азотную.
Автоматический режим работы установки, контроль параметров, система сигнализации и блокировок обеспечивается системой состоящей из:

- панельной рабочей станции типа PPC;

- модуля вывода дискретных каналов;

- модулей ввода аналогового сигнала;

- модуля ввода-вывода дискретных каналов;

- преобразователя интерфейса RS232/RS485;

- программного обеспечения;

- датчиков давления, температуры, расхода, уровня и объемной доли водорода в пределах периметра установки.

Программное обеспечение обеспечивает управление технологическими процессами как в ручном, так и в полностью автоматическом режимах в пределах задаваемых и контролируемых параметров.

 

На передней панели корпуса установки (рис. 2) расположен 12,1" TFT LCD монитор с сенсорным экраном, кнопка включения сети, кнопка «стоп» установки, панель гигрометра и световая сигнализация «внимание» и «авария».

Рисунок 2. Внешний вид установки «ВЕРА-50/10А».

 

В нижней части экрана находится меню пользователя, с помощью которого он может настроить технологические параметры, управлять работой установки вручную, контролировать динамику изменения различных технологических параметров. Для этого достаточно войти в соответствующий раздел меню. Дружественный интерфейс программного обеспечения позволяет эксплуатационному персоналу быстро освоить и правильно эксплуатировать установку.
Разработанная и проверенная система сигнализаций и блокировок обеспечивает безопасную эксплуатацию установки даже в случае неверных действий обслуживающего персонала.
Результаты наблюдений показывают, что качество очищенного водорода по остаточному содержанию в нём кислорода соответствует значению нижней границы диапазона измерений хроматографа «Луч-6.7» (Госреестр № 23889-02), равному 0,5 ppbv. Содержание влаги соответствует значению нижней границы диапазона измерений гигрометра «Ива-9» (Госреестр № 26634-04), равному 4 ppbv при давлении 1,0 МПа (минус 106 ⁰С точки росы при давлении 101,3 кПа). Отдельные измерения влажности, выполненные гигрометром PANAMETRICS, приводят к результатам ниже минус 110 ⁰С точки росы при давлении 101,3 кПа. Такие результаты наблюдают вне зависимости от типа используемого для осушки адсорбента. Сведения о запылённости очищенного водорода основываются на паспортных данных используемых фильтров.

IV. Заключение.
Применение известных приёмов сохранения чистоты особо чистых газов в процессе их движения от источника к месту потребления (путём использования электрополированных труб, спецарматуры, хитроумных соединений, продуваемых тупиков и т.п.) не всегда себя оправдывает.
Действительно эффективным является использование финишных средств очистки газов.
Такие средства имеют разный уровень автоматизации, в том числе являются полностью автоматизированными.
Характерной особенностью таких средств является то, что они гарантируют необходимое высокое качество газа в точках потребления, в том числе вне зависимости от изменений состава газа в его источнике.