基于特气换瓶的杂质气体排除系统及方法

技术领域

本申请涉及特气换瓶技术领域，具体涉及一种基于特气换瓶的杂质气体排除系统及方法。

背景技术

在目前的工业生产过程中，特气源一般是封存在特制的钢瓶中使用的，因此在钢瓶中气体使用到一定的临界值后就需要对其进行更换。由于在换瓶时管路内部与大气接触，存在杂质气体混入的问题。

在没有对特气换瓶进行自动化控制之前，通用做法是采用手动阀门去控制管路，也就是管路中气体阀门的通断全由手动控制，手动阀门不受电路、气动管路控制，运行较为稳定，但出现问题时的修复和对管路的扩展更新难度较大。且操作时步骤较多，杂质气体混入特气的可能性大，人工进行操作时出现失误概率比自动化控制大。

针对以上问题，本领域技术人员一直在寻求解决方法。

发明内容

本申请要解决的技术问题在于，针对上述现有技术的缺陷，提供一种基于特气换瓶的杂质气体排除系统及方法。

为了实现上述目的，本申请是通过如下的技术方案来实现：

本申请提供一种基于特气换瓶的杂质气体排除系统，包括：PLC画面控制器、汇流板、钢瓶、与所述钢瓶连接的管路、管理设备；所述汇流板至少包括电磁阀，所述管路至少包括气动阀；

所述PLC画面控制器与所述汇流板有线连接，用于控制所述电磁阀的开闭；

所述汇流板与所述管路连接，用于当所述电磁阀开启时向所述管路通入第一预设气体开启所述气动阀；

所述气动阀用于开启时向所述管路通入第二预设气体以排除所述管路中的杂质气体；

所述管理设备与所述PLC画面控制器有线连接，用于根据所述PLC画面控制器输出的信号模拟特气换瓶画面。

可选地，所述管路包括真空发生器；

所述气动阀和所述真空发生器用于控制第二预设气体在所述管路中流动以对所述管路进行吹扫。

可选地，所述管路还包括微漏阀；所述微漏阀用于特气换瓶时对所述钢瓶的接头处吹扫。

本申请还提供一种基于上述系统的杂质气体排除方法，包括：

关闭钢瓶阀门并利用真空发生器将与钢瓶连接的管路抽真空；

利用PLC画面控制器控制对所述管路进行吹扫；

特气换瓶时利用微漏阀对所述钢瓶的接头处吹扫；

换瓶完成后利用所述PLC画面控制器控制对所述管路进行吹扫；

利用所述真空发生器将所述管路抽真空。

可选地，所述关闭钢瓶阀门并利用真空发生器将与钢瓶连接的管路抽真空之后，包括：

当所述管路中的气压值小于预设压力阈值时在预设时间中保持所述管路中的负压状态。

可选地，所述利用PLC画面控制器控制对所述管路进行吹扫，包括：

以预设次数重复利用所述PLC画面控制器控制向所述管路通入第二预设气体，和利用所述真空发生器对所述管路抽真空以对所述管路进行吹扫。

可选地，所述换瓶完成后利用所述PLC画面控制器控制对所述管路进行吹扫，包括：

对所述管路进行换瓶完成后的首次吹扫；

当首次吹扫完成后对所述管路进行正压保压；

对所述管路进行换瓶完成后的二次吹扫。

可选地，所述对所述管路进行换瓶完成后的首次吹扫，包括：

以预设次数重复利用所述PLC画面控制器控制向所述管路通入预设气体，和利用所述真空发生器对所述管路抽真空以对所述管路进行吹扫。

可选地，所述当首次吹扫完成后对所述管路进行正压保压，包括：

利用所述PLC画面控制器控制向所述管路通入第二预设气体；

当所述管路中预设气体的气压值达到预设压力阈值时在预设时间内保持所述管路中的正压状态。

可选地，所述方法还包括：

利用管理设备模拟特气换瓶画面并监控特气换瓶中的杂质气体排除过程。

本申请的杂质气体排除系统及方法，利用PLC画面控制器进行换瓶流程的控制，可以实现换瓶流程大部分步骤实现自动化运行，使实际工业生产中特殊气体供应效率更高，也更方便生产单位进行管理，在实际应用中对于使用人员更友好。

为让本申请的上述和其他目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附图式，作详细说明如下。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式来详细说明本申请。

图1是本申请一实施例提供的特气换瓶系统的结构示意图；

图2是本申请一实施例提供的杂质气体排除系统的结构框图；

图3是本申请一实施例提供的杂质气体排除方法的流程示意图。

具体实施方式

应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

在特殊气体相关的工艺流程中，对于特殊气体的纯度有着极高要求，一是特气中含有杂质会导致工艺达不到标准要求的精度，二是杂质的混入发生化学反应容易导致安全事故。因此在特殊气体的供应过程中，需要保证特殊气体供应管路的密封性，确保供应气体的纯度，同时要求对特殊气体流量的精确控制。在目前的工业生产过程中，特气源一般是封存在特制的钢瓶中使用的，因此在钢瓶中气体使用到一定的临界值后就需要对其进行更换。由于在换瓶时管路内部与大气接触，因此需要对更换钢瓶后的管路做气体清扫及检测，确保管路洁净，不影响气体正常供应。

在本申请中，特殊气体泛指工业流程中使用到的各类惰性气体，以及具有可燃性、腐蚀性、毒性等对人体危害隐患的特殊化学气体。

图1是本申请一实施例提供的特气供应系统的结构示意图，请参阅图1，本申请提供一种特气供应系统，特气供应系统实际上是双钢瓶供应模式，包括钢瓶L与钢瓶R，即两侧的钢瓶互相作为另一侧的备瓶，当一侧钢瓶特气使用完毕，会自动切换至另一侧进行供应。

对应地，每一个钢瓶均具有与钢瓶连接的相同结构的管路，双钢瓶的管路连通，并通过同一真空发生器VG对管路进行吹扫和抽真空的动作。

图2是本申请一实施例提供的杂质气体排除系统的结构框图，请参阅图2，本申请提供一种基于特气换瓶的杂质气体排除系统，包括：PLC画面控制器10、汇流板20、钢瓶30、与钢瓶30连接的管路40、管理设备50；汇流板20至少包括电磁阀(图中未示出)，管路40至少包括气动阀。

PLC画面控制器10与汇流板20有线连接，汇流板20与管路40连接，管理设备50与PLC画面控制器10有线连接。

PLC画面控制器10用于控制电磁阀的开闭。PLC(Programmable LogicController)，即可编程逻辑控制器，一种具有微处理器的数字电子设备，用于自动化控制的数字逻辑控制器，可以将控制指令随时加载存储器内存储与运行。

PLC是一种专为在工业环境应用而设计的数字运算操作的电子系统。它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程。可编程逻辑控制器及其有关外部设备，都按易于与工业控制系统联成一个整体，易于扩充其功能的原则设计。

在PLC之前较为主流的自动化控制设备为单片机，通过单片机进行控制成本较低，且可应用范围较大。但与PLC相比，其抗干扰能力、稳定性较低，较为依赖环境，导致其故障率较高，且其在进行扩展时工序较为麻烦。因此，本申请中利用PLC画面控制器进行杂质气体排除。

汇流板20与管路40连接，用于当电磁阀开启时向管路40通入第一预设气体以开启气动阀。

气动阀用于开启时向管路40通入第二预设气体以排除管路40中的杂质气体。

在本申请的实施例中，第一预设气体为普通氮气(即general N2，简称为GN2，其在特气换瓶各个环节中使用量大，一般厂家都会有专门管路对其进行供应。GN2通入设备后，经过汇流板20细分至各个气动阀(包括真空发生器)，PLC画面控制器10再通过控制汇流板20上各管路电磁阀的开闭，进而实现控制气动阀的开闭。第二预设气体为净化后的高纯度氮气(即Purified N2，简称为PN2)，一般用于管路吹扫，在本申请中还用于排除管路40中的杂质气体。

管理设备50用于根据PLC画面控制器10输出的信号模拟特气换瓶画面。

可选地，管路40包括真空发生器。气动阀和真空发生器用于控制第二预设气体在管路40中流动以对管路40进行吹扫。

电磁阀是一种通过电信号控制开关的阀件，主要由PLC画面控制器30控制，具体用于控制氮气管路。

气动阀是一种通过气压控制开关的阀件，在工业生产中一般使用氮气进行控制。

真空发生器是一种特殊的阀件，根据文丘里效应制作，通过通入较高压力且高速流动的氮气形成真空状态，可以人为制造负压，通过它可以更灵活控制管路中的压力和气体排放。

在本申请中，预设气体为氮气。

可选地，管路40还包括微漏阀；微漏阀用于特气换瓶时对钢瓶30的接头处吹扫。

微漏阀是一种特殊的阀件，在关闭状态时仍有微量气体能够通过阀件到达阀件后端管路。在实际生产中，微漏阀的位置设置于钢瓶接头处，便于更换钢瓶时对钢瓶接头吹扫，避免杂质气体进入钢瓶和管路。

图3是本申请一实施例提供的杂质气体排除方法的流程示意图，请同时参阅图1与图3,本申请还提供一种基于上述系统的杂质气体排除方法，包括：

S1：关闭钢瓶阀门并利用真空发生器将与钢瓶连接的管路抽真空。

将管路抽真空之后，还将监控管路中的气压，当管路中的气压值小于预设压力阈值时在预设时间中保持管路中的负压状态。

S2：利用PLC画面控制器控制对管路进行吹扫。以预设次数重复利用PLC画面控制器向管路通入第二预设气体，和利用真空发生器对管路抽真空以对管路进行吹扫。

在更换钢瓶前，通过向管路中注入一些与管路中化学品不会产生化学反应且性质稳定的气体(一般为氮气或惰性气体，如氦气、氩气等)，对管路中的气体进行置换，并将特殊气体经由专用的排放管路吹扫排入尾气处理仪器。

具体地，打开微漏阀PGBVR、气动阀PGIR、气动阀HPIR，利用PLC画面控制器控制向管路中通入高纯氮气，当气压传感器PT1R与气压传感器PT2R达到设定压力值(默认为60-80Psi)，关闭微漏阀PGBVR、气动阀PGIR、气动阀HPIR。此举可有效减小遗留危害气体的浓度，稀释危害气体，进一步弱化危害气体与特殊气体的化学反应。

打开气动阀LPVR、气动阀HPVR、真空发生器VG，将管路中氮气与遗留危害气体抽出，当气体压力传感器PT1R，气体压力传感器PT2R读值降低至设定数值(默认为-15Psi)，关闭气动阀LPVR、气动阀HPVR与真空发生器VG，以避免外部环境的驳杂气体进入管路。

可以进行的是，重复上述的操作一定次数(例如30次)，进行多次管路吹扫。

S3：特气换瓶时利用微漏阀对钢瓶的接头处吹扫。在钢瓶拆卸、更换、安装的过程中，通过Purge Gas(吹扫气体)管路的微漏阀PGBVR，确保钢瓶接头处始终有吹扫气体，保证有气压差，使管路中压力大于大气压，减少空气中杂质进入管路的可能性。手动换瓶时，打开气动阀PGIR，微漏阀PGBVR保持关闭。

S4：换瓶完成后利用PLC画面控制器控制对管路进行吹扫。

在此步骤中，包括：

对管路进行换瓶完成后的首次吹扫；

当首次吹扫完成后对管路进行正压保压；

对管路进行换瓶完成后的二次吹扫。

首次吹扫在钢瓶安装完成后，使用吹扫气体对管路进行吹扫，清除可能在更换钢瓶过程中进入管路的杂质；二次吹扫在正压完成后，再使用吹扫气体对管路进行吹扫，清扫可能在更换钢瓶过程中进入管路的杂质，确保管路洁净。

可选地，对管路进行换瓶完成后的首次吹扫，包括：

以预设次数重复利用PLC画面控制器控制向管路通入第二预设气体，和利用真空发生器对管路抽真空以对管路进行吹扫。

具体地，首次吹扫与二次吹扫的步骤为：打开微漏阀PGBVR、气动阀PGIR、气动阀HPIR，利用PLC画面控制器控制向管路中通入高纯氮气，当气压传感器PT1R与气压传感器PT2R达到设定压力值(默认为60-80Psi)，关闭微漏阀PGBVR、气动阀PGIR、气动阀HPIR。此举可有效减小遗留危害气体的浓度，稀释危害气体，进一步弱化危害气体与特殊气体的化学反应。

打开气动阀LPVR、气动阀HPVR、真空发生器VG，将管路中氮气与遗留危害气体抽出，当气体压力传感器PT1R，气体压力传感器PT2R读值降低至设定数值(默认为-15Psi)，关闭气动阀LPVR、气动阀HPVR与真空发生器VG，以避免外部环境的驳杂气体进入管路。

可以进行的是，重复上述的操作一定次数(例如30次)，进行多次管路吹扫。

S5：利用所述真空发生器将管路抽真空。吹扫完毕后，管路中保持真空，所有阀门关闭，此时可认为换瓶完成，特殊气体钢瓶具备投入使用条件。

可选地，当首次吹扫完成后对管路进行正压保压，包括：

利用PLC画面控制器控制向管路通入第二预设气体；

当管路中预设气体的气压值达到预设压力阈值时在预设时间内保持管路中的正压状态。

更换钢瓶并进行管路吹扫后，在管路中用吹扫气体模拟供应特殊气体时的管路内气压，确保管路正常供应特殊气体时的密封性。

可选地，方法还包括：

利用管理设备模拟特气换瓶画面并监控特气换瓶中的杂质气体排除过程。

本申请的杂质气体排除系统及方法，利用PLC画面控制器进行换瓶流程的控制，可以实现换瓶流程大部分步骤实现自动化运行，使实际工业生产中特殊气体供应效率更高，也更方便生产单位进行管理，在实际应用中对于使用人员更友好。

本申请的技术方案具有如下有益效果：

(1)采用PLC画面控制器进行换瓶流程的控制可以实现换瓶流程大部分步骤实现自动化运行，使实际工业生产中特殊气体供应效率更高，也更方便生产单位进行管理。

(2)安全性更高，通过PLC画面控制器控制换瓶流程减少了人体与供气管路近距离接触的场景，在实际工业应用中可以有效降低特殊气体对人体造成伤害的几率。

(3)PLC画面控制器相较于以往纯手动或通过单片机控制换瓶流程，扩展与更新更为简便，同时操作也更为简单，在实际应用中对于使用人员更友好。

显然，以上显示和描述了本申请的基本原理和主要特征和本申请的优点。本行业的技术人员应该了解，本申请不受上述实施例的限制，实施例和说明书中描述的只是说明本申请的原理，凡在本申请的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换或改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。