低温液体的自动充装

张书娟（杭州和利时自动化有限公司，浙江 杭州，310018）

低温液体的自动充装

张书娟
（杭州和利时自动化有限公司，浙江 杭州，310018）

在空分行业，为了方便存储，终端产品往往是低温液体，然后用槽车运输至不同的场所进行使用。在很多工厂，这些低温液体充装是由操作人员手工完成，效率很低。本文主要阐述如何通过硬件改造，及增加适当的逻辑控制等手段，改造成自动充装的过程，从而提高工厂的自动化程度。

空分； 人工充装；低温液体；自动充装

空气分离后的低温液体，基本依靠槽车运输，为保证安全，工厂需安排专人负责充装，费时费力，成本较高。低温液体的整个充装过程如果能像一些汽车加油站那样，实现自动充装，那将大量减少人员配置、节约成本、提高工作效率，同时也能为企业创造更多效益。

1 空分工艺简介

空气分离过程是一个纯物理的过程，目前最广泛应用的空气分离方法是低温法（深冷法）：先将空气通过压缩、膨胀降温，直至液化（-173℃），再利用氧、氮的沸点不同（大气压下，氧的沸点是-183℃，氮的沸点是-196℃ ），沸点低的氮相对于氧要更容易气化这个特性，在精馏塔内让温度较高的蒸气与温度较低的液体不断相互接触，液体中的氮较多地蒸发，气体中的氧较多地冷凝，使上升蒸气中的含氮量不断提高，下流液体中的含氧量不断增大，以此实现空气分离。这样，在精馏塔下段分离出氧产品，在其顶部分离出氮产品。精馏塔中段提出粗氩，再经过第二个精馏塔，分离掉其中的氧等杂质，得到氩产品，其分离流程见图1。

2 人工充装流程

低温液体在人工充装过程中，要防止拖曳，防止拉断软管，防止接错，氧产品充装还要注意防爆。

开始充装前，须检查槽车各种合规手续是否齐全，槽车状况良好，槽车余压正常，接地可靠。检查充液软管连接无误，现场打开相关的排放阀门，对充装泵进行预冷，合格后起泵。压力正常后，打开泵出口阀，开始充装。

充装过程中，加强监控，提货人员应密切观察槽车的压力表、液位计、测满阀等正常，当测满阀见液时，在就地操作盘立即手动停泵，并关闭泵出口阀。见图2.

3 自动充装流程

由于人工充装费时费力，为了提高生产效率，把整个充装过程改为自动完成，可以减少人工干预，整个充装过程用程序实现控制。同时，可以在主控室实现远程操作，安全快捷。

图1 空气分离流程简图

图2 人工充装配置图

图3 自动充装配置图

图4 V3排放阀逻辑示意图

3.1 自动充装硬件改造

在泵出口手阀后增加1台自动切断阀V4，将3个手动排放阀门更改为自动开关阀（图中阀门V1、V2、V3），增加现场充装软管压力的远传，即增加压力变送器一台。对应的自动充装配置见图3。

当然，在阀门的选型时应考虑其低温性能、泄露等级等。切断阀V4应为慢开快关型，满足压力的平稳过渡，同时紧急情况下，可快速切断，防止低温液体的泄露。另外，从安全角度及可维护性方面，V1，V2，V3及V4四个阀门应配置双电磁阀及手轮。泵前排放阀门V1可根据实际情况，不一定要安装。若泵前管道较短，保温良好，气化很少，可以不加此阀。

3.2 自动充装逻辑

软管压力作为判定槽车与充液软管连接的条件之一，连接完毕，槽车反吹阀门开启后，依靠槽车内压力吹扫充液软管。当软管压力达到一定设定值时，自动排放阀V3打开并持续一定时间，完成软管的吹扫置换。见图4。

对泵后预冷阀门V2，软管连接完毕，提货人员二次确认“请求”充装，程序打开此阀开始预冷，预冷温度到该阀自动关闭。充装泵运转之后，若泵后压力低，则可能“汽蚀”，为此需开阀排气，当压力稳定并高于一定值后，关闭该阀。为安全起见，停泵及软管拆除后，再次确认阀门已关闭。见图5。

充装泵是本方案的核心，其可靠运转关系重大。因此 启动前，应确认充装泵预冷完毕；为防止干运转，应确定贮罐中有足够的液体；为防止外泄，应确认充车软管连接良好；从安全应急方面，应配备现场停机按钮及现场紧急停机按钮。从安全管理的角度，也可从程序上设置，充装泵自动启动或经过主控确认后再启动。其基本逻辑见图6。

对泵后切断阀V4，这是低温液体到槽车的最后一段关卡，需保证压力合适、质量合格的液体充进槽车，因此该阀门打开，则各个排放阀门需关闭。为防止槽车液体反冲进贮罐，我们设置了管道上下游压力的比较值作为开阀条件之一，见图7。

若设置有泵前排放阀V1，可在泵运转前开阀排气，加快预冷速度，减少等待时间。

其基本逻辑可见图8。

以上逻辑可以通过DCS编程实现，也可以采用顺序控制的方式。若经费充裕，还可以采用单独的PLC或单片机控制。

对槽车充装量的控制，可以请提货人员观察槽车测满阀门，若有低温液体排出，则请求停止充装。也可以进一步，在泵后切断阀V4后增加一台流量计，事先设定充值量，通过PID控制，到达设定值后关阀停泵。

图5 泵后预冷阀门V2逻辑示意图

图6 和充装泵基本逻辑示意图

图7 泵后切断阀V4逻辑示意图

图8 泵前排放阀V1逻辑示意图

4 结论

本控制方案改造成本较低，操作简单，方便快捷，目前已经在多个工厂实施，效果良好。低温液体的自动充装，降低了人员配置及员工的安全风险，大大提高了安全性。当然，实现自动充装后，同时仍需对槽车进行有效的控制，防止充错液体，防止软管拖曳。

张书娟（1979-），女，山东聊城人，工程师，研究方向：自动化控制方案。