高純氣體自動充裝的研究與應用

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貯存和運輸的，傳統的鋼瓶充氣流程是：待充鋼瓶送入鋼瓶干燥箱→烘烤、抽空、氮氣置換→搬運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→打開放散閥確認瓶內壓力為大氣壓→打開抽空閥門→開啟真空泵→抽空值確認后停泵→關閉抽空閥門→開啟充裝壓縮機和充氣閥→充裝壓力滿足要求后關閉充氣壓縮機和充氣閥→關閉每只瓶閥→卸下鋼瓶接頭→搬運至分析室分析→逐只鋼瓶裝卸接頭進行純度分析→合格瓶搬運入庫。整個充氣過程都是人工操作，不僅增加了工人的勞動強度，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，無法保證充氣質量。

2 自動充裝系統

為了提高氣瓶的充裝效率，減少充裝人員的勞動強度，保證充裝氣體質量，在對現有充裝技術研究的基礎上結合計算機自動控制技術，開發了一套應用于高純氣體氣瓶的自動控制充裝系統。

本高純氣體自動充瓶系統包括真空泵組、膜壓機、充裝排和控制系統等，真空泵組、膜壓機、充裝排的關系是真空泵組的吸氣口通過抽空閥與充裝排連接；膜壓機排出的高純氣體通過充氣閥進入充裝排；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氣源連接；待充氣的鋼瓶通過高壓連接管接到充裝排上；控制系統通過各電磁閥控制抽空閥、充氣閥、放空閥和充氮閥動作。

高純氣自動充瓶的控制系統包括DCS、觸摸屏、抽空壓力傳感器、放空壓力傳感器等等。壓力傳感器分別測量真空度、放空后壓力、充氮壓力和產品充氣壓力，傳感器將壓力信號輸出至DCS(即集散式控制系統)。DCS負責控制抽空閥、充氣閥、放空閥和充氮閥動作。

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

自動充裝系統流程示意圖見圖2。本裝置設計為6瓶位自動充裝裝置，采用“口”字型排列便于集裝格組就位和充裝。真空泵組根據產品及充裝量等技術要求選擇不同型號的泵組。

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

本系統采用干燥潔凈的高壓純化氮氣作為鋼瓶中氣態水分和雜質氧的清洗置換氣源，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系統進行控制，操作點設在充瓶現場以實現就地完成，通過電磁閥控制相應的閥門按規定程序進行工作。

本系統在DCS中設定量程序控制，在上好瓶閥確認系統連接可靠后，即可啟動控制系統進行待測氣瓶內部自動充裝氣態水分和雜質氧的清洗置換，置換完畢即可自動轉入充裝程序，待壓力達到設定值，自動切斷氣源，提醒操作人員更換下一組氣瓶。實現高純氣體的高效、安全、高質量的充裝。

表1為自動充裝系統充裝的一組6瓶氦氣的分析結果。由表1可以看出充裝后的氦氣對氧、氮等雜質的去除比較徹底，產品質量比較可靠。

表1 自動充裝系統充裝的一組6瓶氦氣的分析結果Table 1 Analysis results of a group of 6 bottles of helium filled by automatic filling system

3 結束語

本系統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控制系統的協調控制下自動、有序地完成相應的操作，使整個充氣過程基本不需要人工干預，不僅降低了工人的勞動強度，而且降低了人為出錯的可能性，從而提高了充氣質量，實現了高純氣體氣瓶的高效自動充裝，在保證充裝質量的前提下，系統充瓶效率遠遠高于同類生產線。