一種電子氣閥門切換系統的設計及應用

鄧 韜，許高坡，李 偉，鐘小禹

(廣州廣鋼氣體能源股份有限公司，廣東 廣州 511458)

調節閥是自動調節系統不可缺少的組成部分，可以調節管路介質的壓力、流量等。調節閥按驅動能源形式分為氣動、電動、液動三種[1-2]。氣動調節閥就是以壓縮氣體為動力源，以氣缸為執行器，并借助于閥門定位器、轉換器、電磁閥、保位閥、儲氣罐、氣體過濾器等附件去驅動閥門，實現開關量或比例式調節，接收工業自動化控制系統的控制信號來完成調節管道介質的：流量、壓力、溫度、液位等各種工藝過程參數。氣動調節閥的特點就是控制簡單，反應快速，且本質安全，不需另外再采取防爆措施[3-4]。

隨著電子行業越來越精細化的發展，半導體、液晶面板生產工廠對于氣體供應的穩定性和連續性要求也越來越高，供氣的中斷會導致巨大的經濟損失，所以在生產工廠采用的主供氣裝置之外還備有備用供氣裝置[5-6]。目前氣體工廠一般采用兩路調壓閥供氣的方式進行供氣，壓力較低時需要工作人員到現場進行手動切換，常常出現供氣壓力偏低的情況，影響工廠正常生產[7]。

本文論述的一種新型電子氣閥門切換系統能實現在用主供氣裝置一側的氣體壓力低于設定值時，自動切換至備用供氣裝置進行氣體供應，實現主供氣裝置和備用供氣裝置之間無擾自動切換，保證供氣的連續性和穩定性，是電子氣行業發展的又一創新之處。

1 電子氣閥門切換系統的整體設計

本電子氣閥門切換系統主要由第一供氣系統(1)、第二供氣系統(2)、自動切換閥組(3)及自動切換調壓閥幾大系統組成。下面將分別對上述幾大系統組成部分的設計進行說明。

1.1 第一供氣系統

圖1 第一供氣系統的結構示意圖

電子氣閥門切換系統的第一供氣系統(1)的設計結構如圖1，包括與鋼瓶組連接的第一輸入管道、與第一現場壓力表連接的第一儀表閥(11)、與第一遠傳壓力傳感器連接的第二儀表閥(12)、第一顆粒過濾器(13)、第一氣體吹掃預留閥(14)以及第一氣體過流量開關(15)，第一儀表閥(11)、第二儀表閥(12)連接于第一輸入管道，第一顆粒過濾器(13)、第一氣體過流量開關(15)順次設置于第一輸入管道上、所述第一氣體吹掃預留閥(14)連接于第一輸入管道的尾端。

1.2 第二供氣系統

電子氣閥門切換系統的第二供氣系統(2)的設計結構如圖2，第二供氣系統的設計原理和第一供氣系統(1)相同，包括與鋼瓶組連接的第二輸入管道、與第二現場壓力表連接的第三儀表閥(21)、與第二遠傳壓力傳感器連接的第四儀表閥(22)、第二顆粒過濾器(23)、第二氣體吹掃預留閥(24)以及第二氣體過流量開關(25)，所述第二儀表閥(12)、第二儀表閥(12)連接于第二輸入管道，所述第二顆粒過濾器(23)、第二氣體過流量開關(25)順次設置于第二輸入管道上，第二氣體吹掃預留閥(24)連接于第二輸入管道的尾端。

圖2 第二供氣系統的結構示意圖

1.3 自動切換閥組系統

電子氣閥門切換系統的自動切換閥組系統(3)設計結構如圖3，包括與第一供氣系統(1)連接的第一切換支路及與第二供氣系統(2)連接的第二切換支路，自動切換調壓閥(31)位于第一切換支路，手動調壓閥(38)位于第二切換支路。

圖3 自動切換閥組的結構示意圖

第一切換支路包括第三手動隔膜閥(33)、第四手動隔膜閥(34)、第五手動隔膜閥(35)及第一手動波紋管閥(36)，第三手動隔膜閥(33)、第一調壓閥(311)及第一手動波紋管閥(36)順次連接形成一氣體流動支路，第四手動隔膜閥(34)、第五手動隔膜閥(35)、第二調壓閥(312)及第一手動波紋管閥(36)順次連接形成另一氣體流動支路。第二切換支路包括順次連接的第六手動隔膜閥(37)、手動調壓閥(38)、第二手動波紋管閥(39)，第二手動波紋管閥(39)連接有吹掃閥。

1.4 自動切換調壓閥系統

電子氣閥門切換系統的自動切換調壓閥的設計結構如圖4，第一調壓閥(311)上連接有第一壓力表(313)，第二調壓閥(312)連接有第二壓力表(314)，第一調壓閥(311)、第二調壓閥(312)之間連接有連接管(316)，連接管(316)上連接有第三壓力表(317)。

電子氣閥門切換系統的第一調壓閥(311)預留有第一儀表安裝接口(318)；第二調壓閥(312)預留有第二儀表安裝接口(319)。

圖4 自動切換調壓閥的結構示意圖

2 電子氣閥門切換系統的工作原理

通過第一傳感模塊對第一調壓閥入口處的壓力進行實時監測，通過第二傳感模塊對第二調壓閥入口處的壓力進行實時監測，當第二調壓閥入口處氣體壓力低于設定值時，則自動由主供氣裝置供氣切換至備用供氣裝置供氣，在自動切換閥組故障時，可通過手動調壓閥控制備用供氣裝置的接通。

3 電子氣閥門切換系統的應用優勢

3.1 雙調壓閥的自動切換

目前氣體工廠一般采用兩路調壓閥供氣的方式進行供氣，壓力較低時需要工作人員到現場進行手動切換，增加了人員的工作量，而且還常常出現供氣壓力偏低的情況，導致供氣不足的現象，嚴重影響工廠的正常生產。

這種新型電子氣閥門切換系統的第一傳感模塊對第一調壓閥入口處的壓力進行實時監測，通過第二傳感模塊對第二調壓閥入口處的壓力進行實時監測，其中第一調壓閥設置了固定的壓力值是1.0 MPa，第二調壓閥的壓力調整范圍為0.86～1.14 MPa，當第二傳感模塊監測到的壓力小于設定值時，控制器可自動控制開啟第一調壓閥、關閉第二調壓閥切換至備用氣體供應，從而保證供氣的連續性和持續性，保證生產的順利進行。并且這種新型的電子氣閥門切換系統的雙重調壓閥不僅用于控制所在支路的通斷，還具有調整經過氣體壓力達到減壓的功能，可將氣體壓力減壓至客戶所需壓力。

3.2 自動切換閥組和手動調壓的雙重組合

自動切換閥組包括與第一供氣系統連接的第一切換支路及與第二供氣系統連接的第二切換支路，自動切換調壓閥位于第一切換支路，手動調壓閥位于第二切換支路。當電子氣閥門自動切換閥組出現故障時，手動調壓閥通過控制手動波紋管閥和各手動隔膜閥的開閉控制接入主供氣裝置供氣還是接入備用供氣裝置供氣，也大大確保了生產用氣供應的穩定性[8]。

3.3 采用VCR連接方式更高效便捷

電子氣閥門切換系統的各組成元件與管道之間的連接采用VCR連接方式進行連接，既方便故障時拆卸、又可以避免氣體泄漏。手動調壓閥、自動切換閥組、第一過流開關、第二過流開關、第一顆粒過濾器、第二顆粒過濾器、第一壓力表、第二壓力表、第三壓力表這些元件組裝到一個面板，節約大量空間，并且以整體組裝的模式運輸至工廠，節約現場安裝時間，保證高壓系統的安裝質量，安全可靠且經濟效益好。

3.4 設備具有報警功能

第一供氣系統的第一現場壓力表可便于現場氣壓監測，第一遠傳壓力傳感器可實現在中控室遠傳檢測現場氣壓，并具備報警功能；第一氣體過流量開關的設置使得當管道內流量超過設定值時發出報警；設置第一顆粒過濾器可有效防止顆粒進入自動切換閥組而導致自動切換閥組發生故障；設置第一氣體吹掃預留閥是用于供氣系統吹掃和排除管線的殘氣以便主供氣裝置/備用供氣裝置的更換和維護，采用的吹掃氣源可為高純Ar 潔凈管或者高純Ar氣瓶。

同理，第二供氣系統的第二現場壓力表可便于現場氣壓監測，第二遠傳壓力傳感器可實現在中控室遠傳檢測現場氣壓，并具備報警功能；第二氣體過流量開關的設置使得當管道內流量超過設定值時發出報警；設置第二顆粒過濾器可有效防止顆粒進入自動切換閥組而導致自動切換閥組發生故障；設置第二氣體吹掃預留閥是用于供氣系統吹掃和排除管線的殘氣以便主供氣裝置/備用供氣裝置的更換和維護，采用的吹掃氣源可為高純Ar 潔凈管或者高純Ar氣瓶。

4 結 論

本文論述的這種新型的電子氣閥門切換系統經過精心的設計，對現有的兩路調壓供氣方式進行改進，采用自動調壓切換閥組和手動調壓相結合的方式，實現在用主供氣裝置一側的氣體壓力低于設定值時，自動切換至備用供氣裝置進行氣體供應，實現主供氣裝置和備用供氣裝置之間無擾自動切換。且當自動切換閥組出現故障時，手動調壓閥通過控制手動波紋管閥和各手動隔膜閥的開閉控制接入主供氣裝置供氣還是接入備用供氣裝置供氣，為供氣的連續性和穩定性提供了雙重保障，滿足了電子氣工廠日趨發展需要。