氣瓶抽真空處理過程的改進及自動化

李曉旭，吳 平，徐 勇

(1. 濟寧市道路運輸事務中心，山東 濟寧 272000； 2. 濟寧協力特種氣體有限公司，山東 濟寧 272000)

1 前 言

高純氣體的氣瓶抽真空處理是所有氣體公司經常甚至每天都需要做的工作，操作對象一般為新買的氣瓶、到期打壓處理后的氣瓶、使用過程中被污染的氣瓶等，充裝前都需要進行氣瓶抽真空處理。氣瓶抽真空處理的質量直接影響充裝后氣體產品的質量，所以如何高效率、高質量地進行氣瓶抽真空處理對所有氣體公司來說至關重要。

2 氣瓶抽真空處理的現狀及不足

2.1 真空計放在真空泵的出口位置

氣瓶抽真空處理裝置由真空泵和匯流排通過閥門連接組成，如圖1所示，真空計安裝在真空泵的出口位置。這樣安裝的不足之處有：

圖1 真空計安裝在真空泵出口位置

1.真空泵出口處真空度、匯流排真空度及待處理氣瓶內真空度不一致；

2.關閉匯流排和真空泵的連接閥門，真空計顯示的數值不是匯流排和氣瓶內真空，因此無法通過真空度的數值變化來判斷處理的氣瓶中是否有漏氣的氣瓶；

3.氣瓶抽真空處理參數無法進行真空度量化處理，氣瓶抽真空處理質量不穩定。

2.2 真空計放在匯流排的末端位置

氣瓶抽真空處理裝置由真空泵和匯流排通過閥門連接組成，真空計安裝在匯流排的末端位置，如圖2所示。這樣安裝的不足之處在于：雖然可以通過關閉匯流排和真空泵的連接閥門看真空度是否穩定來判斷處理氣瓶中是否有漏氣的氣瓶，也可以通過關閉匯流排和真空泵的連接閥門待真空度穩定來顯示氣瓶內的實際真空度，但是過程太麻煩，同時處理8只氣瓶和同時處理10只氣瓶，關閉閥門后真空度上升的數值不一樣，具體數值如表1所示。

圖2 真空計安裝在匯流排末端位置

表1 關閥前后真空計顯示數值

氣瓶處理過程中真空泵出口處真空度、匯流排末端真空度及氣瓶內部真空度都是不一樣的，真空度的差值大小與處理氣瓶的數量、工藝規定真空度的大小以及真空泵處理量的配置等因素有關，而且規律性不是特別強。

3 氣瓶抽真空處理的改進

氣瓶抽真空處理過程中真空度是一個非常重要的工藝參數，尤其是在控制氣瓶內部的實際真空度時。為了有效測量氣瓶內部的實際真空度，避免氣瓶抽真空處理過程中處理氣瓶數量、真空泵配置不同對氣瓶內部真空度的影響，對真空計的安裝進行了改進。在氣瓶上連接一只DN15閥門，使真空計與閥門連接，同時將氣瓶瓶閥與抽真空匯流排末端相連，如圖3所示。氣瓶抽真空處理時，此瓶跟其他氣瓶同時參加，跟其他氣瓶沒有區別。真空計的顯示數值就是所有氣瓶內部的實際真空值，跟處理氣瓶的數量、真空泵配置沒有任何關系。

圖3 真空計安裝在氣瓶上

氣瓶抽真空處理的目的是控制氣瓶內雜質的含量，避免充裝氣體所含雜質超標，影響氣體的使用。抽真空過程中真空度的控制值與處理后氣瓶內雜質的含量有對應的關系，真空度控制在0.000 01 Pa時瓶內雜質含量一般可以忽略，但是對真空泵、匯流排等的要求就非常高，而且抽真空的時間也特別長，對很多充裝單位來說不太適合。將氣瓶抽真空處理過程中真空度的控制值與用對應氣體進行氣瓶置換有效結合，同樣能夠達到有效控制氣瓶內雜質含量的目的。真空度大小的控制和置換次數的多少取決于雜質的控制含量、置換氣體的價格和氣體危害程度。

設計了一個探究真空度和置換次數對氣瓶處理效果影響的小實驗：

1.選16只新氣瓶，一起進行烘干處理。

2.烘干完的氣瓶墊入0.1 MPa甲烷氣體，靜置10 min放空。

3.按照設計真空度及置換次數進行抽真空和置換，置換氣體用超純氮氣，置換壓力為0.5 MPa。

上述16只氣瓶處理好后，在自動配氣柜上加入100 g超純氮氣，真空抽到10 Pa，管路置換5遍，用安捷倫7820分析儀器進行甲烷含量分析化驗。實驗結果見表2。

表2 實驗結果

4 氣瓶抽真空處理的自動化

氣瓶抽真空處理過程中需要檢測氣瓶是否存在漏點，如果不進行查漏，可能會造成抽真空時間過長、氣瓶處理質量不合格等問題。通過關閉匯流排和真空泵的閥門，依據真空度的變化情況來判斷漏點是否可以接受。查漏工作完全可以通過人工進行，但是會出現查漏不及時或者忘記查漏，最后被動查漏，而造成氣瓶處理效率低、能耗高的問題。

有些氣瓶處理過程需要控制一定的真空度值和氣體置換相結合的方案進行處理，以達到最優處理效果，有的甚至需要進行4次置換。如果用人工進行操作，一方面企業需要增加用人成本，另一方面會出現人工處理不及時、真空度和置換壓力工藝參數執行不嚴格、氣瓶處理質量不穩定的問題。

基于以上兩方面的考慮，我們對氣瓶抽真空處理裝置進行了改造，通過穩定可靠的PLC控制技術實現處理過程自動化。操作人員只需更換氣瓶，即可自動對氣瓶進行抽真空、查漏、置換等處理，處理過程無需人員干預，氣瓶處理完畢系統自動報警提醒操作人員進行下排。真空度、置換氣體壓力、置換次數等參數可以根據需要進行便捷地修改設定，氣瓶處理完畢是保持真空狀態還是墊氣保壓可根據需要進行選擇。這樣就能夠有針對性地進行不同氣瓶的處理。設定不同的處理真空度和置換次數，實現氣瓶處理參數的量化控制，可有效避免人工操作的弊端，保障氣瓶處理的質量和穩定性。自動化裝置見圖4和圖5。

圖4 自動化抽真空置換裝置

圖5 處理參數設置

我們利用自動化抽真空處理裝置對墊入高純氮氣的高純氬氣鋼瓶進行抽真空處理，置換氣體是高純氬氣，氬氣中氮氣的含量分別為0.5×10-6和1.2×10-6，處理結果見表3。

表3 高純氬鋼瓶處理結果

5 結 語

通過對氣瓶處理裝置進行改進實現自動化控制，有效解決了目前氣瓶抽真空處理過程中存在的問題，提高了氣瓶處理效率，有效保證了氣瓶處理質量和穩定性，為氣瓶處理過程參數(真空度、置換次數和置換氣體壓力)的考察和效果評定提供了便捷的、穩定的實驗裝置。經過半年多時間的實際應用，并對處理后的氣瓶進行全面分析考察，氣瓶處理質量非常穩定，達到了高效率、高質量處理氣瓶的目的。