CN106032871A - 一种深冷液体自动充装系统及方法 - Google Patents

Abstract

一种深冷液体自动充装系统及方法，充装系统包括，充装泵，其进口管道连接储罐，且，进口管道设进口控制阀；充装泵的出口管道设两路，其中，一充装管道连接至充装位，一回流管道自充装管道连接返回至所述储罐；充装管道设出口控制阀，且，近充装位的充装管道上设一压差变送器；回流管道上设回流阀；一称重仪，设置于所述充装位；一液位计，设置于所述储罐中；一温度计，设置于所述充装泵上；一控制器，所述进口控制阀、出口控制阀、压差变送器、回流阀、称重仪、液位计和温度计分别电性连接所述控制器。本发明深冷液体自动充装系统及方法实现自动完成预冷、充装，而且，充装过程稳定、高效安全、大幅降低人工成本。

Description

一种深冷液体自动充装系统及方法

技术领域

本发明涉及空分技术，特别涉及一种深冷液体自动充装系统及方法。

背景技术

随着国民经济的不断发展，工业化进程不断提高，气体行业有着飞速发展，低温液体的市场需求不断上涨。当前低温液体的运输工具主要是高真空低温槽车。由于低温液体生产成本较高，所以，在液体的运输过程中，严格控制低温液体的损耗，保证充装量的准确性，提高充装人员的安全操作意识和操作技术。

低温液体槽车的充装方式主要有两种：压力传送(自增压传送)和充装泵充装。压力充装是利用蒸发器汽化低温介质返回贮罐增压，借助压差挤压出低温液体。这种输液方式较简单，只需装配简单的管路和阀门，但转注时间长；罐体设计压力高，槽车空载重量大，运输效率低。而充装泵充装方式采用配置于车上的离心式低温液体泵进行充装。利用充装泵进行充装的优点在于输送流量大，泵前压力要求要求低，无需损耗大量液体进行增压。

空分液体槽车充装的控制形式主要有全手动控制和现场PLC控制。

在全手动控制充装过程中，每一个环节都需要人工进行操作。液体泵和阀门的开启及关闭都需要人为干预，这种控制方式下对人的依赖较大，并且根据经验控制压力大小，操作工序较为复杂，开泵条件没有明确的时间节点，若开泵时间过长，导致能量损失；时间过短，将降低充装效率。冷泵的时间控制存在随意性，液体充装过程出现突发情况下，没有强制切断措施，特别是在充装液氧、液氢等危险系数较大的气体时，手动控制的安全隐患较大。

现场PLC控制泵和阀门的开关，以及泵的预冷状态可以由现场PLC控制，虽然这种控制方式通过相关的传感器不断地反馈，可以实现自动充 装过程，但是由于PLC没有和地磅、分析仪等周边设备地连接，所以无法实现自动停泵操作，停泵需要人为干预，所以充装量不够精确.

发明内容

本发明的目的在于提供一种深冷液体自动充装系统及方法，实现自动完成预冷、充装，而且，充装过程稳定、高效安全、大幅降低人工成本。

为达到上述目的，本发明的技术方案是：

一种深冷液体自动充装系统，其包括，充装泵，其进口管道连接储罐，且，进口管道设进口控制阀；充装泵的出口管道设两路，其中，一充装管道连接至充装位，一回流管道自充装管道连接返回至所述储罐；充装管道设出口控制阀，且，近充装位的充装管道上设一压差变送器；回流管道上设回流阀；一称重仪，设置于所述充装位；一液位计，设置于所述储罐中；一温度计，设置于所述充装泵出口法兰上；一控制器，所述进口控制阀、出口控制阀、压差变送器、回流阀、称重仪、液位计和温度计分别电性连接所述控制器。

进一步，所述温度计设置于所述充装泵出口法兰上。

本发明深冷液体自动充装系统的自动充装方法，其包括以下步骤：

1)设定所述充装位上称重仪的充装目标重量数值，储罐液位低限设定值，充装泵预冷温度预设值，充装泵冷却时间预设，充装管道压力设定值，充装器具皮重低限值；

2)待充装容器置于所述充装位上，控制器判断是否具备充装条件，即充装位称重仪重量高于充装目标重量数值设定值，充装管道压力高于设定值，储罐液位高于低限设定值；

3)如步骤2)充装条件具备，开始预冷，控制器打开充装管道出口控制阀、回流管道回流阀打开，开始冷却充装泵；

4)当充装泵出口温度低于预设值，或者充装泵冷却时间到达预设时间后，预冷结束，开始充装，启动充装泵；待充装泵进出口压差大于充装管道压力后，打开充装管道的出口控制阀，同时，对回流阀开度进行比例、积分、微分控制即PID控制自动调节，回流阀开度随充装泵进出口压差变小逐步关小；

当步骤2)所述各参数异常，引起充装无法进行，首先关停充装泵，关闭进口控制阀和出口控制阀，并输出首出报警，回流阀全开，30-60分钟后关闭回流阀；

5)当充装重量到达设定值，充装结束；关停充装泵，关闭进口控制阀、延时2-5秒关闭出口控制阀，并将回流阀全开，回流阀开启30-60分钟后，回流阀关闭。

本发明的有益效果：

1)本发明整个充装过程标准化、自动化，充装安全性得到充分保证。

2)如采用手动充装，每个班必须有专人负责充装工作，通过本发明，除管道连接工作外，可实现一键式充装，由1人兼管即可，平均节约人工时12小时/天。

3)本发明充装过程通过回流管道及回流阀的控制，可将冷泵过程中的冷量和产品消耗全部回收；同时，充装结束通过延时关闭出口控制阀，充装管道中的液体全部送入充装位剩余液体全部得到充分利用；充装过程中的产品损耗和冷量损失都大幅度降低，同手动充装相比，可降低产品损耗20％。

附图说明

图1为本发明深冷液体自动充装系统实施例的结构示意图。

具体实施方式

参见图1，本发明的一种深冷液体自动充装系统，其包括，充装泵1，其进口管道11连接储罐100，且，进口管道11设进口控制阀F1；充装泵1的出口管道设两路，其中，一充装管道12连接至充装位200，一回流管道13自充装管道连接返回至所述储罐100；充装管道12设出口控制阀F2，且，近充装位200的充装管道12上设一压差变送器PT1；回流管道13上设回流阀F3；一称重仪2，设置于所述充装位200；一液位计3，设置于所述储罐100中；一温度计TE，设置于所述充装泵1出口法兰上；一控制器(图中未示)，所述进口控制阀F1、出口控制阀F2、压差变送器PT1、回流阀F3、称重仪2和液位计3、温度计TE分别电性连接所述控制器。

在本实施例中，所述的充装泵1的进出口管道还设一旁通的进出口压 差测量管道14及压差变送器PT2，该压差变送器PT2与所述控制器(图中未示)电性连接。

本发明的深冷液体自动充装系统的自动充装方法，其包括以下步骤：

1)设定所述充装位上称重仪的充装目标重量数值，储罐液位低限设定值，充装泵预冷温度预设值，充装泵冷却时间预设，充装管道压力设定值，充装器具皮重低限值；

2)待充装容器置于所述充装位上，控制器判断是否具备充装条件，即充装位称重仪重量高于充装目标重量数值设定值，充装管道压力高于设定值，储罐液位高于低限设定值；

3)如步骤2)充装条件具备，开始预冷，控制器打开充装管道出口控制阀、回流管道回流阀打开，开始冷却充装泵；

4)当充装泵出口温度低于预设值，或者充装泵冷却时间到达预设时间后，预冷结束，开始充装，启动充装泵；待充装泵进出口压差大于充装管道压力后，打开充装管道的出口控制阀，同时，对回流阀开度进行比例、积分、微分控制即PID控制自动调节，回流阀开度随充装泵进出口压差变小逐步关小；

当步骤2)所述各参数异常，引起充装无法进行，首先关停充装泵，关闭进口控制阀和出口控制阀，并输出首出报警，回流阀全开，30-60分钟后关闭回流阀；

5)当充装重量到达设定值，充装结束；关停充装泵，关闭进口控制阀、延时2-5秒关闭出口控制阀，并将回流阀全开，回流阀开启30-60分钟后，回流阀关闭。

实施例一(订单为液氧20吨，液氧槽车充装)

1)设定充装位上称重仪的充装目标重量数值为20,000kg，储罐液位设定为低于5％停止充装，充装泵出口温度预设值为-60℃，充装管道压力设定值100KPa，充装泵冷却预设时间为1800秒；

2)待液氧槽车驾驶上充装位称重仪(称重地秤)上，控制器判断具备充装条件，即充装位称重仪显示重量为6380kg，大于5000kg(表明充装容器已就位)；充装管道压力显示为230KPa，高于设定值100KPa(表明充装软管 连接良好)；液氧储罐液位25％，高于设定值5％(表明液体产品满足充装量)；无报警。

3)充装条件具备后，启动充装，开始预冷，控制器自动打开充装管道出口控制阀、回流管道回流阀打开，开始冷却液氧充装泵；

4)当充装泵出口温度低于-60℃时，预冷结束，开始充装，启动充装泵，满足充装泵启动要求，程序自动打开充装管道的出口控制阀、启动充装泵，待充装泵进出口压差大于充装管道压力后，打开充装管道的出口控制阀，同时，对回流阀开度进行比例、积分、微分控制即PID控制自动调节，回流阀开度随充装泵进出口压差变小逐步关小；

5)当充装位称重仪显示26380kg时，充装重量到达设定值，充装结束；关停充装泵，关闭进口控制阀、延时3秒关闭出口控制阀，并将回流阀全开，回流阀开启30-60分钟后，回流阀关闭。

如充装过程中发生异常，则关停充装泵，关闭进口控制阀、延时2-5秒关闭出口控制阀，并将回流阀全开，回流阀开启40分钟后，回流阀关闭。

实施例二(订单为液氮15吨，液氮槽车充装)

1)设定充装位上称重仪的充装目标重量数值为15,000kg，储罐液位设定为低于5％停止充装，充装泵出口温度预设值为-55℃，充装管道压力设定值80KPa，充装泵冷却预设时间为1800秒；

2)待液氮槽车驾驶上充装位称重仪(称重地秤)上，控制器判断具备充装条件，即充装位称重仪显示重量为58,000kg，大于5,000kg(表明槽车已就位)；充装管道压力显示为160KPa，高于设定值100KPa(表明充装软管连接良好)；液氮储罐液位18％，高于设定值5％(表明液体产品满足充装量)；无报警。

3)充装条件具备后，启动充装，开始预冷，控制器自动打开充装管道出口控制阀、回流管道回流阀打开，开始冷却液氮充装泵；

4)当充装泵出口温度低于-60℃时，预冷满足充装泵启动要求，程序自动打开充装管道的出口控制阀、启动充装泵，对回流阀开度进行PID自动调节，开始进行充装，画面实时显示当前充装量。

如充装过程中，由于充装软管未完全连接好，承受不了充装压力而自动脱落，充装压力显示为99KPa，小于100KPa，控制器判断为充装连接软管脱落，程序自动停充装泵并关闭进口控制阀、出口控制阀，并将回流阀全开，停止充装，控制器发出报警，当停泵30分钟后，回流阀自动关闭。

以上对本发明的具体实施例进行了详细描述，但其只作为范例，本发明并不限制于以上描述的具体实施例。对于本领域技术人员而言，任何对该实用进行的等同修改和替代也都在本发明的范畴之中。因此，在不脱离本发明的精神和范围下所作的均等变换和修改，都应涵盖在本发明的范围内。

Claims (3)

1.一种深冷液体自动充装系统，其特征在于，包括，

充装泵，其进口管道连接储罐，且，进口管道设进口控制阀；充装泵的出口管道设两路，其中，一充装管道连接至充装位，一回流管道自充装管道连接返回至所述储罐；充装管道设出口控制阀，且，近充装位的充装管道上设一压差变送器；回流管道上设回流阀；

一称重仪，设置于所述充装位；

一液位计，设置于所述储罐中；

一温度计，设置于所述充装泵上；

一控制器，所述进口控制阀、出口控制阀、压差变送器、回流阀、称重仪、液位计和温度计分别电性连接所述控制器。

2.如权利要求1所述的深冷液体自动充装系统，其特征在于，所述温度计设置于所述充装泵出口法兰上。

3.如权利要求1或2所述的深冷液体自动充装系统的自动充装方法，其特征是，包括以下步骤：

1)设定所述充装位上称重仪的充装目标重量数值，储罐液位低限设定值，充装泵预冷温度预设值，充装泵冷却时间预设，充装管道压力设定值，充装器具皮重低限值；

2)待充装容器置于所述充装位上，控制器判断是否具备充装条件，即充装位称重仪重量高于充装目标重量数值设定值，充装管道压力高于设定值，储罐液位高于低限设定值；

3)如步骤2)充装条件具备，开始预冷，控制器打开充装管道出口控制阀、回流管道回流阀打开，开始冷却充装泵；

4)当充装泵出口温度低于预设值，或者充装泵冷却时间到达预设时间后，预冷结束，开始充装，启动充装泵；待充装泵进出口压差大于充装管道压力后，打开充装管道的出口控制阀，同时，对回流阀开度进行比例、积分、微分控制即PID控制自动调节，回流阀开度随充装泵进出口压差变小逐步关小；

当步骤2)所述各参数异常，引起充装无法进行，首先关停充装泵，关闭进口控制阀和出口控制阀，并输出首出报警，回流阀全开，30-60分钟后关闭回流阀；

5)当充装重量到达设定值，充装结束；关停充装泵，关闭进口控制阀、延时2-5秒关闭出口控制阀，并将回流阀全开，回流阀开启30-60分钟后，回流阀关闭。