李曉旭，吳 平，徐 勇

(1. 濟(jì)寧市道路運(yùn)輸事務(wù)中心，山東 濟(jì)寧 272000； 2. 濟(jì)寧協(xié)力特種氣體有限公司，山東 濟(jì)寧 272000)

1 前 言

高純氣體的氣瓶抽真空處理是所有氣體公司經(jīng)常甚至每天都需要做的工作，操作對(duì)象一般為新買的氣瓶、到期打壓處理后的氣瓶、使用過程中被污染的氣瓶等，充裝前都需要進(jìn)行氣瓶抽真空處理。氣瓶抽真空處理的質(zhì)量直接影響充裝后氣體產(chǎn)品的質(zhì)量，所以如何高效率、高質(zhì)量地進(jìn)行氣瓶抽真空處理對(duì)所有氣體公司來說至關(guān)重要。

2 氣瓶抽真空處理的現(xiàn)狀及不足

2.1 真空計(jì)放在真空泵的出口位置

氣瓶抽真空處理裝置由真空泵和匯流排通過閥門連接組成，如圖1所示，真空計(jì)安裝在真空泵的出口位置。這樣安裝的不足之處有：

圖1 真空計(jì)安裝在真空泵出口位置

1.真空泵出口處真空度、匯流排真空度及待處理氣瓶?jī)?nèi)真空度不一致；

2.關(guān)閉匯流排和真空泵的連接閥門，真空計(jì)顯示的數(shù)值不是匯流排和氣瓶?jī)?nèi)真空，因此無法通過真空度的數(shù)值變化來判斷處理的氣瓶中是否有漏氣的氣瓶；

3.氣瓶抽真空處理參數(shù)無法進(jìn)行真空度量化處理，氣瓶抽真空處理質(zhì)量不穩(wěn)定。

2.2 真空計(jì)放在匯流排的末端位置

氣瓶抽真空處理裝置由真空泵和匯流排通過閥門連接組成，真空計(jì)安裝在匯流排的末端位置，如圖2所示。這樣安裝的不足之處在于：雖然可以通過關(guān)閉匯流排和真空泵的連接閥門看真空度是否穩(wěn)定來判斷處理氣瓶中是否有漏氣的氣瓶，也可以通過關(guān)閉匯流排和真空泵的連接閥門待真空度穩(wěn)定來顯示氣瓶?jī)?nèi)的實(shí)際真空度，但是過程太麻煩，同時(shí)處理8只氣瓶和同時(shí)處理10只氣瓶，關(guān)閉閥門后真空度上升的數(shù)值不一樣，具體數(shù)值如表1所示。

圖2 真空計(jì)安裝在匯流排末端位置

表1 關(guān)閥前后真空計(jì)顯示數(shù)值

氣瓶處理過程中真空泵出口處真空度、匯流排末端真空度及氣瓶?jī)?nèi)部真空度都是不一樣的，真空度的差值大小與處理氣瓶的數(shù)量、工藝規(guī)定真空度的大小以及真空泵處理量的配置等因素有關(guān)，而且規(guī)律性不是特別強(qiáng)。

3 氣瓶抽真空處理的改進(jìn)

氣瓶抽真空處理過程中真空度是一個(gè)非常重要的工藝參數(shù)，尤其是在控制氣瓶?jī)?nèi)部的實(shí)際真空度時(shí)。為了有效測(cè)量氣瓶?jī)?nèi)部的實(shí)際真空度，避免氣瓶抽真空處理過程中處理氣瓶數(shù)量、真空泵配置不同對(duì)氣瓶?jī)?nèi)部真空度的影響，對(duì)真空計(jì)的安裝進(jìn)行了改進(jìn)。在氣瓶上連接一只DN15閥門，使真空計(jì)與閥門連接，同時(shí)將氣瓶瓶閥與抽真空匯流排末端相連，如圖3所示。氣瓶抽真空處理時(shí)，此瓶跟其他氣瓶同時(shí)參加，跟其他氣瓶沒有區(qū)別。真空計(jì)的顯示數(shù)值就是所有氣瓶?jī)?nèi)部的實(shí)際真空值，跟處理氣瓶的數(shù)量、真空泵配置沒有任何關(guān)系。

圖3 真空計(jì)安裝在氣瓶上

氣瓶抽真空處理的目的是控制氣瓶?jī)?nèi)雜質(zhì)的含量，避免充裝氣體所含雜質(zhì)超標(biāo)，影響氣體的使用。抽真空過程中真空度的控制值與處理后氣瓶?jī)?nèi)雜質(zhì)的含量有對(duì)應(yīng)的關(guān)系，真空度控制在0.000 01 Pa時(shí)瓶?jī)?nèi)雜質(zhì)含量一般可以忽略，但是對(duì)真空泵、匯流排等的要求就非常高，而且抽真空的時(shí)間也特別長(zhǎng)，對(duì)很多充裝單位來說不太適合。將氣瓶抽真空處理過程中真空度的控制值與用對(duì)應(yīng)氣體進(jìn)行氣瓶置換有效結(jié)合，同樣能夠達(dá)到有效控制氣瓶?jī)?nèi)雜質(zhì)含量的目的。真空度大小的控制和置換次數(shù)的多少取決于雜質(zhì)的控制含量、置換氣體的價(jià)格和氣體危害程度。

設(shè)計(jì)了一個(gè)探究真空度和置換次數(shù)對(duì)氣瓶處理效果影響的小實(shí)驗(yàn)：

1.選16只新氣瓶，一起進(jìn)行烘干處理。

2.烘干完的氣瓶墊入0.1 MPa甲烷氣體，靜置10 min放空。

3.按照設(shè)計(jì)真空度及置換次數(shù)進(jìn)行抽真空和置換，置換氣體用超純氮?dú)?，置換壓力為0.5 MPa。

上述16只氣瓶處理好后，在自動(dòng)配氣柜上加入100 g超純氮?dú)猓婵粘榈?0 Pa，管路置換5遍，用安捷倫7820分析儀器進(jìn)行甲烷含量分析化驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表2。

表2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

4 氣瓶抽真空處理的自動(dòng)化

氣瓶抽真空處理過程中需要檢測(cè)氣瓶是否存在漏點(diǎn)，如果不進(jìn)行查漏，可能會(huì)造成抽真空時(shí)間過長(zhǎng)、氣瓶處理質(zhì)量不合格等問題。通過關(guān)閉匯流排和真空泵的閥門，依據(jù)真空度的變化情況來判斷漏點(diǎn)是否可以接受。查漏工作完全可以通過人工進(jìn)行，但是會(huì)出現(xiàn)查漏不及時(shí)或者忘記查漏，最后被動(dòng)查漏，而造成氣瓶處理效率低、能耗高的問題。

有些氣瓶處理過程需要控制一定的真空度值和氣體置換相結(jié)合的方案進(jìn)行處理，以達(dá)到最優(yōu)處理效果，有的甚至需要進(jìn)行4次置換。如果用人工進(jìn)行操作，一方面企業(yè)需要增加用人成本，另一方面會(huì)出現(xiàn)人工處理不及時(shí)、真空度和置換壓力工藝參數(shù)執(zhí)行不嚴(yán)格、氣瓶處理質(zhì)量不穩(wěn)定的問題。

基于以上兩方面的考慮，我們對(duì)氣瓶抽真空處理裝置進(jìn)行了改造，通過穩(wěn)定可靠的PLC控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)處理過程自動(dòng)化。操作人員只需更換氣瓶，即可自動(dòng)對(duì)氣瓶進(jìn)行抽真空、查漏、置換等處理，處理過程無需人員干預(yù)，氣瓶處理完畢系統(tǒng)自動(dòng)報(bào)警提醒操作人員進(jìn)行下排。真空度、置換氣體壓力、置換次數(shù)等參數(shù)可以根據(jù)需要進(jìn)行便捷地修改設(shè)定，氣瓶處理完畢是保持真空狀態(tài)還是墊氣保壓可根據(jù)需要進(jìn)行選擇。這樣就能夠有針對(duì)性地進(jìn)行不同氣瓶的處理。設(shè)定不同的處理真空度和置換次數(shù)，實(shí)現(xiàn)氣瓶處理參數(shù)的量化控制，可有效避免人工操作的弊端，保障氣瓶處理的質(zhì)量和穩(wěn)定性。自動(dòng)化裝置見圖4和圖5。

圖4 自動(dòng)化抽真空置換裝置

圖5 處理參數(shù)設(shè)置

我們利用自動(dòng)化抽真空處理裝置對(duì)墊入高純氮?dú)獾母呒儦鍤怃撈窟M(jìn)行抽真空處理，置換氣體是高純氬氣，氬氣中氮?dú)獾暮糠謩e為0.5×10-6和1.2×10-6，處理結(jié)果見表3。

表3 高純氬鋼瓶處理結(jié)果

5 結(jié) 語(yǔ)

通過對(duì)氣瓶處理裝置進(jìn)行改進(jìn)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制，有效解決了目前氣瓶抽真空處理過程中存在的問題，提高了氣瓶處理效率，有效保證了氣瓶處理質(zhì)量和穩(wěn)定性，為氣瓶處理過程參數(shù)(真空度、置換次數(shù)和置換氣體壓力)的考察和效果評(píng)定提供了便捷的、穩(wěn)定的實(shí)驗(yàn)裝置。經(jīng)過半年多時(shí)間的實(shí)際應(yīng)用，并對(duì)處理后的氣瓶進(jìn)行全面分析考察，氣瓶處理質(zhì)量非常穩(wěn)定，達(dá)到了高效率、高質(zhì)量處理氣瓶的目的。