CN110274151A - 一种超纯氨槽车充装系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种超纯氨槽车充装系统及方法，该系统包括来自精馏塔液氨管道、来自产品罐液氨管道、来自产品罐氨气管道、排至废氨罐液氨管道、排至冷凝器氨气管道、管道置换用氮气管道及充装操作平台，充装操作平台上设有充装鹤管和称量槽车的地磅，充装鹤管包括分别用于与槽车气、液相口连接的气、液相接管，来自精馏塔液氨管道、来自产品罐液氨管道、排至废氨罐液氨管道分别经控制阀连接液相接管，以排出废液氨，通入产品液氨，来自产品罐氨气管道、排至冷凝器氨气管道分别经控制阀连接气相接管，以排出废气氨，通入超纯气氨，气相接管上还设有压力传感器和气相分析接管。该系统及方法有利于安全、高质、高效地向槽车充装超纯氨，提高充装的纯度。
Description
技术领域
本发明涉及特种工业气体生产与供应技术领域，具体涉及一种超纯氨槽车充装系统及方法。
背景技术
电子级超纯氨是一种非常重要的工业基础材料，广泛应用于半导体集成电路IC、液晶显示器LCD、半导体发光器件LED以及太阳能电池PV等行业。近年来，随着全球石油等能源资源逐渐减少和环境污染，温室效应对气候的影响，世界各国大力发展清洁能源以及节能技术，重点关注低碳经济。在此背景之下，我国的太阳能电池和半导体发光器件及相关产业得到了迅猛发展。在生产制造过程中，都需要用到大量的超纯氨作为氮源，尤其是LED晶片在生长时，所用的氨的纯度越高，制造的LED功耗越小，发光强度越大。因此，电子级超纯氨在未来将拥有广阔的市场前景。目前电子工业用超纯氨（纯度高达99.99999%，总杂质含量低于100ppb）统一采用超纯氨槽车（容积22m3）运输及供气，由于电子级超纯氨最终是由槽车完成供气需求，因此槽车充装技术是确保超纯氨供应质量的重要环节。
发明内容
本发明的目的在于提供一种超纯氨槽车充装系统及方法，该系统及方法有利于安全、高质、高效地向槽车充装超纯氨，提高充装的纯度。
为实现上述目的，本发明的技术方案是：一种超纯氨槽车充装系统，包括来自精馏塔液氨管道、来自产品罐液氨管道、来自产品罐氨气管道、排至废氨罐液氨管道、排至冷凝器氨气管道、管道置换用氮气管道以及充装操作平台，所述充装操作平台上设有充装鹤管和用于称量槽车重量的地磅，所述充装鹤管包括用于与槽车气相口连接的气相接管和用于与槽车液相口连接的液相接管，所述来自精馏塔液氨管道、来自产品罐液氨管道、排至废氨罐液氨管道分别经控制阀连接液相接管，以排出废液氨，通入产品液氨，所述来自产品罐氨气管道、排至冷凝器氨气管道分别经控制阀连接气相接管，以排出废气氨，通入超纯气氨，所述管道置换用氮气管道分别经控制阀连接气相接管、液相接管以及排至冷凝器氨气管道，以在充装系统与槽车连接前或槽车充装后，用氮气置换出气相接管和液相接管中的空气或氨气，并排至废氨冷凝器，所述气相接管上还设有压力传感器和气相分析接管，以采集管中气体进行气相分析。
进一步地，所述来自精馏塔液氨管道、来自产品罐液氨管道上分别设有手动阀，所述来自精馏塔液氨管道和来自产品罐液氨管道在手动阀后连接在一起，而后经气动控制阀A9连接液相接管，所述排至废氨罐液氨管道经气动控制阀A8连接液相接管，所述来自产品罐氨气管道经气动控制阀A7连接气相接管，所述排至冷凝器氨气管道经气动控制阀A6连接气相接管，所述管道置换用氮气管道上设有气动控制阀A1，并在气动控制阀A1后分三路，第一路管道经气动控制阀A2连接气相接管，第二路管道经气动控制阀A4连接液相接管，第三路管道经气动控制阀A10连通大气，所述气动控制阀A2与气相接管之间的管道上引出一气相排气管，所述气相排气管经气动控制阀A3连接排至冷凝器氨气管道，所述气动控制阀A4与液相接管之间的管道上引出一液相排气管，所述液相排气管经气动控制阀A5连接排至冷凝器氨气管道。
进一步地，所述各气动控制阀和压力传感器设于阀组箱内。
进一步地，还包括控制系统，所述压力传感器、地磅的信号输出端分别与控制系统的输入端电性连接，以将采集的槽车压力、槽车重量数据传输给控制系统，所述控制系统的输出端分别与各控制阀的控制信号输入端电性连接，以控制各控制阀工作。
进一步地，所述控制系统设于全封闭的防爆控制箱内，以防止外部可燃气体进入。
进一步地，包括A、B两个相同的充装操作平台，所述来自精馏塔液氨管道、来自产品罐液氨管道、来自产品罐氨气管道、排至废氨罐液氨管道、排至冷凝器氨气管道、管道置换用氮气管道均分为两路，分别经相应的控制阀门和连接管道与A、B两个充装操作平台上的槽车A、槽车B连接，以在槽车A处于充装状态时，槽车B处于充装前处理状态。
本发明还提供一种超纯氨槽车充装方法，包括以下步骤：
S1、充装前准备：将槽车置于充装操作平台的地磅上，并将槽车的气相口和液相口分别与鹤管上的气相接管和液相接管连接；气动控制阀A1打开，交替开关气动控制阀A2和A3，以及气动控制阀A4和A5，氮气经管道置换用氮气管道通入气相接管和液相接管，管道内空气经排至冷凝器氨气管道排至废氨冷凝器，以用氮气将气相接管和液相接管内空气置换干净；
S2、槽车废氨回收：气动控制阀A8打开，槽车的废液氨经排至废氨罐液氨管道排至废氨储罐；
S3、槽车置换处理：气动控制阀A6打开，槽车的废气氨经排至冷凝器氨气管道排至废氨冷凝器，废气氨液化后送入废氨储罐；气动控制阀A7和A6交替开关，产品罐的超纯气氨经来自产品罐氨气管道通入槽车，然后槽车中氨气经排至冷凝器氨气管道排至废氨冷凝器，反复若干次，对槽车中废气氨进行置换处理；由气相分析接管采集置换处理后的氨气并进行气相分析，杂质含量合格后，确认槽车置换处理完毕；
S4、槽车充装：设定槽车压力阈值、地磅称量阈值，并确定产品来源于精馏塔或产品储罐，打开来自精馏塔液氨管道或来自产品罐液氨管道上的手动阀；气动控制阀A9打开，精馏塔或产品储罐的产品液氨通入槽车；当槽车压力超过槽车压力阈值时，气动控制阀A6自动打开，槽车中氨气经排至冷凝器氨气管道排至废氨冷凝器，直至槽车压力重新回到槽车压力阈值以下；当槽车重量达到地磅称量阈值时，气动控制阀A9自动关闭，停止槽车充装；
S5、充装质量分析：由气相分析接管采集槽车充装后的氨气并进行气相分析，杂质含量合格后，确认槽车充装完成；
S6、充装后工作：气动控制阀A1打开，交替开关气动控制阀A2和A3，以及气动控制阀A4和A5，氮气经管道置换用氮气管道通入气相接管和液相接管，管道内氨气经排至冷凝器氨气管道排至废氨冷凝器，以用氮气将气相接管和液相接管内氨气置换干净，然后将槽车与充装系统脱离。
进一步地，在进行步骤S2的槽车废氨回收前，检测槽车压力，如果槽车压力低于设定值，则启动槽车自带的加热装置使槽车压力升高，以使槽车压力高于废氨储罐压力。
进一步地，在进行步骤S4的槽车充装前，检测槽车压力，如果槽车压力高于槽车压力阈值，则气动控制阀A6自动打开，使槽车压力降低。
相较于现有技术，本发明的有益效果是：基于该充装系统对槽车进行超纯氨充装，不仅可以保证充装的安全性，而且通过充装前的置换处理和检测分析，提高了充装的纯度。此外，该充装系统及方法易于控制，充装速度快，具有很强的实用性和广阔的应用前景。
附图说明
图1是本发明实施例的系统原理图。
图2是本发明实施例中充装操作平台的结构示意图。
图3是本发明实施例的系统管道布置图。
图4是本发明实施例中阀组箱及防爆控制箱的布置示意图。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步的详细说明。
超纯氨槽车在用户使用过程中是利用槽车自带的电加热装置将液体氨气化，通过槽车气相口向用户管道供气，由于超纯氨产品中含有微量的水分，水分沸点比氨高，气化过程中水分会浓缩在槽车底部，当被浓缩的水分含量超过要求值时，槽车停止供气，槽车中剩余的液氨返回超纯氨生产工厂回收处理后再进行槽车充装。
本发明的超纯氨槽车充装系统，如图1、2、3所示，包括来自精馏塔液氨管道、来自产品罐液氨管道、来自产品罐氨气管道、排至废氨罐液氨管道、排至冷凝器氨气管道、管道置换用氮气管道以及充装操作平台，充装操作平台上设有充装鹤管和用于称量槽车重量的地磅，充装鹤管包括用于与槽车气相口连接的气相接管和用于与槽车液相口连接的液相接管，来自精馏塔液氨管道、来自产品罐液氨管道、排至废氨罐液氨管道分别经控制阀连接液相接管，以排出废液氨，通入产品液氨，来自产品罐氨气管道、排至冷凝器氨气管道分别经控制阀连接气相接管，以排出废气氨，通入超纯气氨，管道置换用氮气管道分别经控制阀连接气相接管、液相接管以及排至冷凝器氨气管道，以在充装系统与槽车连接前或槽车充装后，用氮气置换出气相接管和液相接管中的空气或氨气，并排至废氨冷凝器，气相接管上还设有压力传感器和气相分析接管，以采集管中气体进行气相分析。
由于槽车正常充装时间比槽车充装前处理时间长，因此，本发明包括A、B两个相同的充装操作平台，来自精馏塔液氨管道、来自产品罐液氨管道、来自产品罐氨气管道、排至废氨罐液氨管道、排至冷凝器氨气管道、管道置换用氮气管道均分为两路，分别经相应的控制阀门和连接管道与A、B两个充装操作平台上的槽车A、槽车B连接，以构成A、B两套充装系统，当A系统对槽车A进行充装工作时，B系统对槽车B进行充装前处理工作，从而使A、B系统同时工作，而不互相影响，提高了系统的利用效率和充装速度。
以A系统为例进一步说明。来自精馏塔液氨管道、来自产品罐液氨管道上分别设有手动阀，来自精馏塔液氨管道和来自产品罐液氨管道在手动阀后连接在一起，而后经气动控制阀A9连接液相接管，排至废氨罐液氨管道经气动控制阀A8连接液相接管，来自产品罐氨气管道经气动控制阀A7连接气相接管，排至冷凝器氨气管道经气动控制阀A6连接气相接管，管道置换用氮气管道上设有气动控制阀A1，并在气动控制阀A1后分三路，第一路管道经气动控制阀A2连接气相接管，第二路管道经气动控制阀A4连接液相接管，第三路管道经气动控制阀A10连通大气，气动控制阀A2与气相接管之间的管道上引出一气相排气管，气相排气管经气动控制阀A3连接排至冷凝器氨气管道，气动控制阀A4与液相接管之间的管道上引出一液相排气管，液相排气管经气动控制阀A5连接排至冷凝器氨气管道。
如图2所示，在本实施例中，充装操作平台设置一台50吨地磅，防止槽车超装。来自外部管架的本系统各种管道通过充装操作平台上的充装鹤管与槽车连接。为便于槽车充装操作，充装操作平台比地面（±0.000）高1米，充装管道及阀门和控制箱均设置在充装操作平台上。
为了对本系统中各控制阀进行自动控制，本系统还包括控制系统，压力传感器、地磅的信号输出端分别与控制系统的输入端电性连接，以将采集的槽车压力、槽车重量数据传输给控制系统，控制系统的输出端分别与各控制阀的控制信号输入端电性连接，以控制各控制阀工作。
图4是本实施例中阀组箱及防爆控制箱的布置图。因超纯氨槽车充装为露天作业，充装系统设有气动控制阀及压力传感器等仪器仪表，为防止日晒雨淋造成损坏，整个充装系统设置在阀组箱内，控制系统设置在防爆控制箱内。阀组箱采用卷帘门，以便装置的维护和检修。防爆控制箱为全封闭设置，以防止外部可燃气体进入控制箱内。在本实施例中，阀组箱分A、B两个，每个结构尺寸为2280mm×800mm×1700mm（长×宽×高）。防爆控制箱设在两个阀组箱之间，以便A、B阀组箱内控制阀及传感器等与控制系统的信号连接。防爆控制箱面板四周用螺栓压密封垫与箱体密封，防止外部可燃气体进入。
本发明还提供了上述超纯氨槽车充装系统对应的充装方法，包括以下步骤：
S1、充装前准备：
1.1 将槽车置于充装操作平台的地磅上，并将槽车的气相口和液相口分别与鹤管上的气相接管和液相接管连接。
1.2 气动控制阀A10关闭，气动控制阀A1打开。
1.3 交替开关气动控制阀A2和A3，氮气经管道置换用氮气管道通入气相接管，管道内空气经排至冷凝器氨气管道排至废氨冷凝器，以用氮气将气相接管内空气置换干净。
1.4 交替开关气动控制阀A4和A5，氮气经管道置换用氮气管道通入液相接管，管道内空气经排至冷凝器氨气管道排至废氨冷凝器，以用氮气将液相接管内空气置换干净。
S2、槽车废氨回收：
2.1 检测槽车压力，如果槽车压力低于设定值，则启动槽车自带的加热装置使槽车压力升高，以使槽车压力高于废氨储罐压力。
2.2 气动控制阀A8打开，槽车的废液氨经排至废氨罐液氨管道排至废氨储罐。
S3、槽车置换处理：
3.1 气动控制阀A6打开，槽车的废气氨经排至冷凝器氨气管道排至废氨冷凝器，废气氨液化后送入废氨储罐。
3.2 气动控制阀A7和A6交替开关，产品罐的超纯气氨经来自产品罐氨气管道通入槽车，然后槽车中氨气经排至冷凝器氨气管道排至废氨冷凝器，反复若干次，对槽车中废气氨进行置换处理。
3.3 气相分析接管上的分析阀AE打开，由气相分析接管采集置换处理后的氨气并送气相分析仪进行气相分析，杂质含量合格后，确认槽车置换处理完毕。
S4、槽车充装：
4.1 检测槽车压力，如果槽车压力高于槽车压力阈值，则气动控制阀A6自动打开，使槽车压力降低。
4.2 设定槽车压力阈值和地磅称量阈值。按国家液化气体充装规范要求，液氨充装系数为0.53kg/L，本实施例中槽车容积为22m3，则槽车最大充装量为11.66吨，因此，将地磅称量阈值设为11.66吨+槽车空重。
4.3 产品液氨有两处来源，一是来自产品储罐，二是来自生产设备精馏塔。确定产品来源于精馏塔或产品储罐，打开来自精馏塔液氨管道或来自产品罐液氨管道上的手动阀。
4.4 气动控制阀A9打开，精馏塔或产品储罐的产品液氨通入槽车。当槽车压力超过槽车压力阈值时，气动控制阀A6自动打开，槽车中氨气经排至冷凝器氨气管道排至废氨冷凝器，直至槽车压力重新回到槽车压力阈值以下。
4.5 当槽车重量达到地磅称量阈值时，气动控制阀A9自动关闭，停止槽车充装。
S5、充装质量分析：
气相分析接管上的分析阀AE打开，由气相分析接管采集槽车充装后的氨气并送气相分析仪进行气相分析，杂质含量合格后，确认槽车充装完成。
S6、充装后工作：
6.1 气动控制阀A10关闭，气动控制阀A1打开。
6.2 交替开关气动控制阀A2和A3，氮气经管道置换用氮气管道通入气相接管，管道内氨气经排至冷凝器氨气管道排至废氨冷凝器，以用氮气将气相接管内氨气置换干净。
6.3 交替开关气动控制阀A4和A5，氮气经管道置换用氮气管道通入液相接管，管道内氨气经排至冷凝器氨气管道排至废氨冷凝器，以用氮气将液相接管内氨气置换干净。
6.4 将槽车与充装系统脱离。
以上步骤主要由控制系统自动控制完成。由于氨具有易燃易爆性质，所以控制系统封闭在防爆控制箱内，防爆控制箱正面设置触摸显示屏，整个充装工艺流程图在显示屏上显示，点击各气动阀便可进行阀门的开关操作。系统压力和水分分析结果均可在显示屏上显示。
以上是本发明的较佳实施例，凡依本发明技术方案所作的改变，所产生的功能作用未超出本发明技术方案的范围时，均属于本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种超纯氨槽车充装系统，其特征在于，包括来自精馏塔液氨管道、来自产品罐液氨管道、来自产品罐氨气管道、排至废氨罐液氨管道、排至冷凝器氨气管道、管道置换用氮气管道以及充装操作平台，所述充装操作平台上设有充装鹤管和用于称量槽车重量的地磅，所述充装鹤管包括用于与槽车气相口连接的气相接管和用于与槽车液相口连接的液相接管，所述来自精馏塔液氨管道、来自产品罐液氨管道、排至废氨罐液氨管道分别经控制阀连接液相接管，以排出废液氨，通入产品液氨，所述来自产品罐氨气管道、排至冷凝器氨气管道分别经控制阀连接气相接管，以排出废气氨，通入超纯气氨，所述管道置换用氮气管道分别经控制阀连接气相接管、液相接管以及排至冷凝器氨气管道，以在充装系统与槽车连接前或槽车充装后，用氮气置换出气相接管和液相接管中的空气或氨气，并排至废氨冷凝器，所述气相接管上还设有压力传感器和气相分析接管，以采集管中气体进行气相分析。
2.根据权利要求1所述的一种超纯氨槽车充装系统，其特征在于，所述来自精馏塔液氨管道、来自产品罐液氨管道上分别设有手动阀，所述来自精馏塔液氨管道和来自产品罐液氨管道在手动阀后连接在一起，而后经气动控制阀A9连接液相接管，所述排至废氨罐液氨管道经气动控制阀A8连接液相接管，所述来自产品罐氨气管道经气动控制阀A7连接气相接管，所述排至冷凝器氨气管道经气动控制阀A6连接气相接管，所述管道置换用氮气管道上设有气动控制阀A1，并在气动控制阀A1后分三路，第一路管道经气动控制阀A2连接气相接管，第二路管道经气动控制阀A4连接液相接管，第三路管道经气动控制阀A10连通大气，所述气动控制阀A2与气相接管之间的管道上引出一气相排气管，所述气相排气管经气动控制阀A3连接排至冷凝器氨气管道，所述气动控制阀A4与液相接管之间的管道上引出一液相排气管，所述液相排气管经气动控制阀A5连接排至冷凝器氨气管道。
3.根据权利要求2所述的一种超纯氨槽车充装系统，其特征在于，所述各气动控制阀和压力传感器设于阀组箱内。
4.根据权利要求1所述的一种超纯氨槽车充装系统，其特征在于，还包括控制系统，所述压力传感器、地磅的信号输出端分别与控制系统的输入端电性连接，以将采集的槽车压力、槽车重量数据传输给控制系统，所述控制系统的输出端分别与各控制阀的控制信号输入端电性连接，以控制各控制阀工作。
5.根据权利要求4所述的一种超纯氨槽车充装系统，其特征在于，所述控制系统设于全封闭的防爆控制箱内，以防止外部可燃气体进入。
6.根据权利要求1所述的一种超纯氨槽车充装系统，其特征在于，包括A、B两个相同的充装操作平台，所述来自精馏塔液氨管道、来自产品罐液氨管道、来自产品罐氨气管道、排至废氨罐液氨管道、排至冷凝器氨气管道、管道置换用氮气管道均分为两路，分别经相应的控制阀门和连接管道与A、B两个充装操作平台上的槽车A、槽车B连接，以在槽车A处于充装状态时，槽车B处于充装前处理状态。
7.一种超纯氨槽车充装方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、充装前准备：将槽车置于充装操作平台的地磅上，并将槽车的气相口和液相口分别与鹤管上的气相接管和液相接管连接；气动控制阀A1打开，交替开关气动控制阀A2和A3，以及气动控制阀A4和A5，氮气经管道置换用氮气管道通入气相接管和液相接管，管道内空气经排至冷凝器氨气管道排至废氨冷凝器，以用氮气将气相接管和液相接管内空气置换干净；
S2、槽车废氨回收：气动控制阀A8打开，槽车的废液氨经排至废氨罐液氨管道排至废氨储罐；
S3、槽车置换处理：气动控制阀A6打开，槽车的废气氨经排至冷凝器氨气管道排至废氨冷凝器，废气氨液化后送入废氨储罐；气动控制阀A7和A6交替开关，产品罐的超纯气氨经来自产品罐氨气管道通入槽车，然后槽车中氨气经排至冷凝器氨气管道排至废氨冷凝器，反复若干次，对槽车中废气氨进行置换处理；由气相分析接管采集置换处理后的氨气并进行气相分析，杂质含量合格后，确认槽车置换处理完毕；
S4、槽车充装：设定槽车压力阈值、地磅称量阈值，并确定产品来源于精馏塔或产品储罐，打开来自精馏塔液氨管道或来自产品罐液氨管道上的手动阀；气动控制阀A9打开，精馏塔或产品储罐的产品液氨通入槽车；当槽车压力超过槽车压力阈值时，气动控制阀A6自动打开，槽车中氨气经排至冷凝器氨气管道排至废氨冷凝器，直至槽车压力重新回到槽车压力阈值以下；当槽车重量达到地磅称量阈值时，气动控制阀A9自动关闭，停止槽车充装；
S5、充装质量分析：由气相分析接管采集槽车充装后的氨气并进行气相分析，杂质含量合格后，确认槽车充装完成；
S6、充装后工作：气动控制阀A1打开，交替开关气动控制阀A2和A3，以及气动控制阀A4和A5，氮气经管道置换用氮气管道通入气相接管和液相接管，管道内氨气经排至冷凝器氨气管道排至废氨冷凝器，以用氮气将气相接管和液相接管内氨气置换干净，然后将槽车与充装系统脱离。
8.根据权利要求7所述的一种超纯氨槽车充装方法，其特征在于，在进行步骤S2的槽车废氨回收前，检测槽车压力，如果槽车压力低于设定值，则启动槽车自带的加热装置使槽车压力升高，以使槽车压力高于废氨储罐压力。
9.根据权利要求7所述的一种超纯氨槽车充装方法，其特征在于，在进行步骤S4的槽车充装前，检测槽车压力，如果槽车压力高于槽车压力阈值，则气动控制阀A6自动打开，使槽车压力降低。
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