高純氣體自動(dòng)充裝的研究與應(yīng)用

楊毅坤

(河北鋼鐵股份有限公司 邯鄲分公司 氣體廠，河北 邯鄲 056015)

1 前 言

很多氣體都是用鋼瓶來(lái)貯存和運(yùn)輸?shù)?，傳統(tǒng)的鋼瓶充氣流程是：待充鋼瓶送入鋼瓶干燥箱→烘烤、抽空、氮?dú)庵脫Q→搬運(yùn)至充裝排并將待充瓶一字排開→連接上緊充裝接頭→打開瓶閥→打開放散閥確認(rèn)瓶?jī)?nèi)壓力為大氣壓→打開抽空閥門→開啟真空泵→抽空值確認(rèn)后停泵→關(guān)閉抽空閥門→開啟充裝壓縮機(jī)和充氣閥→充裝壓力滿足要求后關(guān)閉充氣壓縮機(jī)和充氣閥→關(guān)閉每只瓶閥→卸下鋼瓶接頭→搬運(yùn)至分析室分析→逐只鋼瓶裝卸接頭進(jìn)行純度分析→合格瓶搬運(yùn)入庫(kù)。整個(gè)充氣過程都是人工操作，不僅增加了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，而且操作過程受人為因素影響大，誤操作概率高，容易損壞真空泵，無(wú)法保證充氣質(zhì)量。

2 自動(dòng)充裝系統(tǒng)

為了提高氣瓶的充裝效率，減少充裝人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，保證充裝氣體質(zhì)量，在對(duì)現(xiàn)有充裝技術(shù)研究的基礎(chǔ)上結(jié)合計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制技術(shù)，開發(fā)了一套應(yīng)用于高純氣體氣瓶的自動(dòng)控制充裝系統(tǒng)。

本高純氣體自動(dòng)充瓶系統(tǒng)包括真空泵組、膜壓機(jī)、充裝排和控制系統(tǒng)等，真空泵組、膜壓機(jī)、充裝排的關(guān)系是真空泵組的吸氣口通過抽空閥與充裝排連接；膜壓機(jī)排出的高純氣體通過充氣閥進(jìn)入充裝排；充裝排通過放空閥與大氣相通，并通過充氮閥與高壓純化氮?dú)庠催B接；待充氣的鋼瓶通過高壓連接管接到充裝排上；控制系統(tǒng)通過各電磁閥控制抽空閥、充氣閥、放空閥和充氮閥動(dòng)作。

高純氣自動(dòng)充瓶的控制系統(tǒng)包括DCS、觸摸屏、抽空壓力傳感器、放空壓力傳感器等等。壓力傳感器分別測(cè)量真空度、放空后壓力、充氮壓力和產(chǎn)品充氣壓力，傳感器將壓力信號(hào)輸出至DCS(即集散式控制系統(tǒng))。DCS負(fù)責(zé)控制抽空閥、充氣閥、放空閥和充氮閥動(dòng)作。

圖1 傳統(tǒng)的充裝方式示意圖Fig. 1 Schematic diagram of traditional filling mode

自動(dòng)充裝系統(tǒng)流程示意圖見圖2。本裝置設(shè)計(jì)為6瓶位自動(dòng)充裝裝置，采用“口”字型排列便于集裝格組就位和充裝。真空泵組根據(jù)產(chǎn)品及充裝量等技術(shù)要求選擇不同型號(hào)的泵組。

圖2 高純氣體自動(dòng)充裝示意圖Fig. 2 Schematic diagram of automatic filling of high purity gas

本系統(tǒng)采用干燥潔凈的高壓純化氮?dú)庾鳛殇撈恐袣鈶B(tài)水分和雜質(zhì)氧的清洗置換氣源，完全能滿足處理不含游離水的鋼瓶需要，與傳統(tǒng)的通過烘箱烘烤去除水分和氧的方法相比，既提高了效率又減少了步驟。采用DCS系統(tǒng)進(jìn)行控制，操作點(diǎn)設(shè)在充瓶現(xiàn)場(chǎng)以實(shí)現(xiàn)就地完成，通過電磁閥控制相應(yīng)的閥門按規(guī)定程序進(jìn)行工作。

本系統(tǒng)在DCS中設(shè)定量程序控制，在上好瓶閥確認(rèn)系統(tǒng)連接可靠后，即可啟動(dòng)控制系統(tǒng)進(jìn)行待測(cè)氣瓶?jī)?nèi)部自動(dòng)充裝氣態(tài)水分和雜質(zhì)氧的清洗置換，置換完畢即可自動(dòng)轉(zhuǎn)入充裝程序，待壓力達(dá)到設(shè)定值，自動(dòng)切斷氣源，提醒操作人員更換下一組氣瓶。實(shí)現(xiàn)高純氣體的高效、安全、高質(zhì)量的充裝。

表1為自動(dòng)充裝系統(tǒng)充裝的一組6瓶氦氣的分析結(jié)果。由表1可以看出充裝后的氦氣對(duì)氧、氮等雜質(zhì)的去除比較徹底，產(chǎn)品質(zhì)量比較可靠。

表1 自動(dòng)充裝系統(tǒng)充裝的一組6瓶氦氣的分析結(jié)果Table 1 Analysis results of a group of 6 bottles of helium filled by automatic filling system

3 結(jié)束語(yǔ)

本系統(tǒng)將高純氣的充裝與抽空、充氣、放空和充氮等四種功能組合在一起，各種裝置可在DCS控制系統(tǒng)的協(xié)調(diào)控制下自動(dòng)、有序地完成相應(yīng)的操作，使整個(gè)充氣過程基本不需要人工干預(yù)，不僅降低了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，而且降低了人為出錯(cuò)的可能性，從而提高了充氣質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)了高純氣體氣瓶的高效自動(dòng)充裝，在保證充裝質(zhì)量的前提下，系統(tǒng)充瓶效率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于同類生產(chǎn)線。