低溫液體儲(chǔ)罐配用現(xiàn)場(chǎng)供氣裝置的設(shè)計(jì)

余巧生，張葆現(xiàn)，樊水平，馬 靜，邱 平

低溫液體儲(chǔ)罐配用現(xiàn)場(chǎng)供氣裝置的設(shè)計(jì)

余巧生，張葆現(xiàn)，樊水平，馬 靜，邱 平

目的：為解決現(xiàn)有低溫液體儲(chǔ)罐配氣效率低、液體充裝影響氣體使用等問(wèn)題，研制一種低溫液體儲(chǔ)罐配用的現(xiàn)場(chǎng)供氣裝置。方法：該裝置為液體槽車配載2個(gè)或者3個(gè)以上并列的車載低溫液體儲(chǔ)罐。采用雙充裝管線，用數(shù)顯儀表取代液位計(jì)及壓力表，并運(yùn)用數(shù)字化和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)設(shè)計(jì)通信終端，實(shí)現(xiàn)電子化、自動(dòng)化管理。結(jié)果：該低溫液體儲(chǔ)罐現(xiàn)場(chǎng)供氣裝置能穩(wěn)定向外輸氣，無(wú)需專人值守看護(hù)，節(jié)省人力的同時(shí)安全性更有保障。結(jié)論：該裝置安全系數(shù)高、配氣快速，在運(yùn)輸、環(huán)境保護(hù)、成本消耗等方面優(yōu)勢(shì)明顯，具有較高的市場(chǎng)價(jià)值。

低溫液體儲(chǔ)罐；現(xiàn)場(chǎng)供氣裝置；自動(dòng)化

0 引言

傳統(tǒng)供氣模式以高壓氣瓶充裝為主，在充裝、使用、運(yùn)輸和回收過(guò)程中存在高壓性、氧化性、可燃性、有毒性、窒息性、腐蝕性等安全缺陷。單只氣瓶滿載質(zhì)量約60 kg，徒手裝卸難度大，效率低，明顯存在不能便捷使用的問(wèn)題。且人工操作復(fù)雜，需要進(jìn)行過(guò)于頻繁的切換才能持續(xù)供氣，過(guò)多的氣體殘留及人工操作會(huì)造成很大的浪費(fèi)，鋼瓶使用年限有限，也不利于環(huán)保。此外，供氣壓力不穩(wěn)、運(yùn)輸和安全等方面的成本相應(yīng)提高都顯現(xiàn)了傳統(tǒng)供氣模式存在的不足。

現(xiàn)有用于儲(chǔ)存液態(tài)氮?dú)?、氬氣、氧氣和二氧化碳的壓力容器，如普通杜瓦罐等，在向外輸氣時(shí)，由于不能及時(shí)補(bǔ)充汽化需要的熱量，往往存在外輸氣壓不穩(wěn)定的問(wèn)題。

作為儲(chǔ)存設(shè)備，低溫液化氣體儲(chǔ)罐在食品加工、冶金、造船、石油化工和生物工程方面得到了廣泛的應(yīng)用。隨著國(guó)內(nèi)外經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，液化氣體的儲(chǔ)存規(guī)模和需求不斷增大，對(duì)低溫儲(chǔ)罐的需求也不斷增大[1]。為克服傳統(tǒng)供氣模式及現(xiàn)有技術(shù)上的缺陷，本研制組研制了一種無(wú)需搬動(dòng)、配氣效率高的低溫液體儲(chǔ)罐配用的現(xiàn)場(chǎng)供氣裝置，現(xiàn)介紹如下。

1 設(shè)計(jì)

1.1 設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)和材料選擇

本研制中的低溫液體儲(chǔ)罐屬于微型儲(chǔ)罐，型號(hào)為FV1系列，是為氧氣、氮?dú)?、氬氣和二氧化碳的?yīng)用而設(shè)計(jì)的，該類產(chǎn)品儲(chǔ)存低溫液體并對(duì)氣體升溫加壓后分配輸出。微型低溫液體儲(chǔ)罐（500～5 000 L）由低溫液體容器、管線、外汽化器和外增壓器構(gòu)成。該容器由一懸在夾套內(nèi)的壓力容器構(gòu)成，將壓力容器與夾套之間的空間抽成真空并用超細(xì)玻璃纖維和鋁箔輻射防護(hù)層絕緣。內(nèi)壓力容器與真空夾套由S30408型不銹鋼制成。所有型號(hào)都是按照TSG R0004—2009、GB 150.1～150.4—2011和GB/T 18442—2011設(shè)計(jì)及制造。管道線路允許容器排放、充裝、加壓，并提供加壓的氣體。管線用304型和316L型不銹鋼制成，閥門采用銅制，配件由加工的鍛造黃銅與316型不銹鋼制成。

1.2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

如圖1所示，新型低溫液體儲(chǔ)罐配用的現(xiàn)場(chǎng)供氣裝置是槽車配載2個(gè)或者2個(gè)以上并列的車載低溫液體儲(chǔ)罐（圖1中一個(gè)是氬氣儲(chǔ)罐，另一個(gè)是二氧化碳儲(chǔ)罐）。低溫液體儲(chǔ)罐的氣相輸出口或者液相輸出口分別通過(guò)管路連接混配器的氣液相進(jìn)口。低溫液體儲(chǔ)罐的液相輸出口或者混配器的液相輸出口根據(jù)需要拆裝，聯(lián)通用戶低溫液體儲(chǔ)罐的液相輸送管路；混配器的氣相輸出口根據(jù)需要拆裝，聯(lián)通用氣設(shè)備的氣相輸送管路?；炫淦鲀?nèi)置可調(diào)節(jié)適用的分別供氣供液管路和混合供氣供液管路。

圖1 低溫液體儲(chǔ)罐配用的現(xiàn)場(chǎng)供氣裝置的結(jié)構(gòu)示意圖

如圖2所示，低溫液體儲(chǔ)罐由低溫液體容器、管線、外汽化器QH和外增壓器組成。低溫液體容器是一懸在夾套內(nèi)的內(nèi)壓力容器，其與外殼之間的夾套空間填充隔熱材料，即外殼內(nèi)壁與內(nèi)壓力容器外壁分別裝有鋁箔輻射防護(hù)層，2個(gè)鋁箔輻射防護(hù)層之間的夾套空間填充超細(xì)玻璃纖維保溫層。

內(nèi)壓力容器的底部增壓入口通過(guò)管閥聯(lián)通增壓器單元的底部入口，增壓器單元的上部出口通過(guò)管閥聯(lián)通內(nèi)壓力容器的頂部增壓出口，外汽化器的入口通過(guò)管閥聯(lián)通從內(nèi)壓力容器頂部伸入到底部的汽化管。汽化管與外汽化器的入口通過(guò)管和汽化器入口閥與汽化器入口三通聯(lián)通，增壓器單元的上部出口通過(guò)管和增壓器出口三通及增壓器出口閥聯(lián)通內(nèi)壓力容器的頂部增壓出口，汽化器入口三通與增壓器出口三通通過(guò)管件和節(jié)氣調(diào)節(jié)閥聯(lián)通。

內(nèi)壓力容器的底部增壓入口通過(guò)增壓入口閥和管聯(lián)通增壓入口三通，增壓入口三通一出口通過(guò)管和增壓調(diào)節(jié)閥聯(lián)通增壓器單元的底部入口，增壓入口三通另一出口聯(lián)通減壓閥。

節(jié)氣調(diào)節(jié)閥前后的管分別通過(guò)前后三通聯(lián)通前后減壓閥。后三通與汽化器入口三通之間通過(guò)提取液體三通聯(lián)通帶液體出口連接件的提取液體閥。汽化器出口通過(guò)汽化器出口閥連接汽化器出口連接件。

外殼頂部配裝有真空夾套爆破片。內(nèi)壓力容器頂部分流安全口通過(guò)管聯(lián)通三通閥，三通閥的兩端出口分別通過(guò)安全三通聯(lián)通內(nèi)容器爆破片和安全閥。

內(nèi)壓力容器頂部配裝伸入其內(nèi)上部的溢流排空管，溢流排空管上端通過(guò)管聯(lián)通溢流排空閥及連接件。內(nèi)壓力容器頂部配裝伸到底部的底部充裝管，底部充裝管上端通過(guò)管聯(lián)通底部充裝閥。內(nèi)壓力容器頂部通過(guò)伸達(dá)其內(nèi)上部的頂部充裝管配裝充裝過(guò)量自動(dòng)切斷執(zhí)行器，頂部充裝管上端通過(guò)管聯(lián)通頂部充裝閥，底部充裝閥通過(guò)管和充裝三通與頂部充裝閥相連，充裝三通的外口通過(guò)充裝排凈三通聯(lián)通充裝排凈閥和泵或頂部充裝連接件。溢流排空管下端的高度大于或等于充裝過(guò)量自動(dòng)切斷執(zhí)行器上端的高度。

圖2 新型低溫液體儲(chǔ)罐的管線流程結(jié)構(gòu)示意圖

內(nèi)壓力容器的底部液相口通過(guò)管和液相截止閥聯(lián)通液位指示針和連接壓力表的壓力表三通及氣相截止閥聯(lián)通內(nèi)壓力容器的頂部氣相口。

液相截止閥聯(lián)通液相四通，液相四通外側(cè)口聯(lián)通液相儀表接口，其內(nèi)側(cè)口通過(guò)管和數(shù)顯液位針及連接數(shù)顯壓力表的壓力表三通聯(lián)通氣相四通的內(nèi)側(cè)口，其上口與氣相四通上口通過(guò)配裝平衡閥的管相連。氣相四通外側(cè)口聯(lián)通氣相儀表接口，下口聯(lián)通氣相截止閥，也就是數(shù)顯液位針和數(shù)顯壓力表兩側(cè)各自通過(guò)三通分別聯(lián)通液相輸出口、閥及氣相輸出口、閥。

如圖3、4所示，數(shù)顯液位針和數(shù)顯壓力表配接儲(chǔ)罐全球定位系統(tǒng)（global positioning system，GPS）通信終端，其通過(guò)GPS全球衛(wèi)星實(shí)時(shí)定位公網(wǎng)系統(tǒng)連接后臺(tái)服務(wù)器遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)控、管理設(shè)備。

圖3 低溫液體儲(chǔ)罐配用的現(xiàn)場(chǎng)供氣裝置的實(shí)時(shí)通信監(jiān)控結(jié)構(gòu)示意圖

圖4 低溫液體儲(chǔ)罐配用的現(xiàn)場(chǎng)供氣裝置的實(shí)時(shí)通信監(jiān)控層次結(jié)構(gòu)示意圖

GPS全球衛(wèi)星實(shí)時(shí)定位公網(wǎng)系統(tǒng)由集采層、傳輸層、應(yīng)用層3個(gè)邏輯層組成：集采層通過(guò)GPS衛(wèi)星系統(tǒng)與傳輸層相連，傳輸層通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)Internet與應(yīng)用層相連。集采層主要由GPS移動(dòng)終端組成，完成系統(tǒng)前端數(shù)據(jù)的采集，主要由中央處理器（central processing unit，CPU）+全球移動(dòng)通信系統(tǒng)（global system for mobile communication，GSM）+通用分組無(wú)線服務(wù)技術(shù)（general packet radio service，GPRS）+GPS功能模塊組成，完成數(shù)據(jù)的收集和傳輸，通過(guò)GPRS傳送到遠(yuǎn)程服務(wù)器。整個(gè)系統(tǒng)的核心部分是GPS芯片模塊，決定整個(gè)系統(tǒng)的定位精度和可靠性。傳輸層一般由運(yùn)營(yíng)商移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)、局域網(wǎng)、廣域網(wǎng)等方式實(shí)現(xiàn)。GPS設(shè)備多數(shù)是移動(dòng)的，以電信運(yùn)營(yíng)商的方式為主。無(wú)線終端以GPRS方式，通過(guò)運(yùn)營(yíng)商的網(wǎng)絡(luò)連接遠(yuǎn)程Internet服務(wù)器，然后將采集的數(shù)據(jù)上傳到遠(yuǎn)程服務(wù)器。應(yīng)用層泛指服務(wù)器層面系統(tǒng)的應(yīng)用和數(shù)據(jù)處理，一般由地圖服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器、業(yè)務(wù)邏輯服務(wù)器組成，主要進(jìn)行數(shù)據(jù)的分析和挖掘，任何時(shí)刻都可以立即知道儲(chǔ)罐的移動(dòng)和位置信息并傳回服務(wù)器。

2 特點(diǎn)

采用上述技術(shù)方案，本裝置在結(jié)構(gòu)、實(shí)用性、智能化方面都有了很大提高，不僅具有安全性，而且方便安裝、修理與維護(hù)。

2.1 結(jié)構(gòu)上的優(yōu)點(diǎn)

2.1.1 耐用性增強(qiáng)

新型低溫液體儲(chǔ)罐為全不銹鋼結(jié)構(gòu)，具有不銹鋼底盤，安全、美觀、耐用。

2.1.2 充裝效果理想

采用雙充裝管線，充裝速度更快、壓力更平穩(wěn)。

2.1.3 提液速度快

底部使用盤旋式增壓器進(jìn)行布置，增壓效果更好，能滿足更高的提液速率要求。

2.1.4 維護(hù)方便

整體結(jié)構(gòu)安全，增壓、節(jié)氣、提液、充裝管線都可拆卸，便于后期維護(hù)。

2.2 實(shí)用性提升

2.2.1 安全系數(shù)高

新型低溫液體儲(chǔ)罐配用的現(xiàn)場(chǎng)供氣裝置采用現(xiàn)場(chǎng)低溫儲(chǔ)罐儲(chǔ)存，安全系數(shù)高，無(wú)需專人看護(hù)。

2.2.2 便捷方便

槽車運(yùn)輸量大，效率高；現(xiàn)場(chǎng)汽化，可直接用管路送至工位，充裝液體不會(huì)影響氣體使用。

2.2.3 經(jīng)濟(jì)性明顯

不僅減少了運(yùn)輸、搬運(yùn)成本，節(jié)省了人力，而且直接購(gòu)買液體的成本要比氣體要低，也降低了安全成本。

2.3 自動(dòng)化、智能化控制成熟

本現(xiàn)場(chǎng)供氣裝置用數(shù)顯儀表取代了液位計(jì)及壓力表，實(shí)現(xiàn)了電子化、自動(dòng)化管理?？梢燥@示不同介質(zhì)，如液氧、氮、氬、二氧化碳、液化天然氣等，每種介質(zhì)的4種讀數(shù)（包括質(zhì)量、氣相體積、液相體積和百分比）都可監(jiān)控。壓力讀數(shù)實(shí)時(shí)顯示，具備指示燈報(bào)警功能，從而有效保證安全。供電可使用內(nèi)置電池，使用壽命可長(zhǎng)達(dá)2 a，也可外接直流電源?？捎冒存I選擇進(jìn)行顯示內(nèi)容的切換，監(jiān)控?cái)?shù)值廣泛。

3 應(yīng)用效果

本系列低溫液體儲(chǔ)罐采用全不銹鋼材料制作，使設(shè)備的安全性和使用耐久性得以提高，使維護(hù)成本降至最低。采用整體底座的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，免除了煩瑣的安裝連接，模塊化的管路和閥門系統(tǒng)使操作更簡(jiǎn)單、方便。內(nèi)設(shè)浮筒可自動(dòng)截止進(jìn)液，通常條件下在幾分鐘內(nèi)可自動(dòng)完成沖液并且零損耗。在一段時(shí)間內(nèi)，超強(qiáng)的絕熱性能使產(chǎn)品損耗極小或零損耗，控制系統(tǒng)使低溫液體自動(dòng)保持壓力，保證了液體儲(chǔ)罐在

（????）（????）充液時(shí)的壓力穩(wěn)定和正常用氣。

數(shù)字化和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的應(yīng)用，使監(jiān)控、報(bào)警裝置充分發(fā)揮效用，無(wú)需專人值守看護(hù)，節(jié)省人力的同時(shí)使安全性更具保障。

相比傳統(tǒng)供氣模式，在運(yùn)輸、環(huán)境保護(hù)、成本消耗等方面，經(jīng)濟(jì)節(jié)約性作用優(yōu)勢(shì)明顯。

4 結(jié)語(yǔ)

新型多系列液體儲(chǔ)罐以其儲(chǔ)存容量大、較低的操作維護(hù)成本、安全性能較高等特點(diǎn)得以廣泛應(yīng)用[1-2]，尤其是醫(yī)療機(jī)構(gòu)的液氧儲(chǔ)罐適用性得到較大提高。得益于計(jì)算機(jī)遠(yuǎn)程控制技術(shù)的快速進(jìn)步和成熟，可使用計(jì)算機(jī)監(jiān)視、控制液氧儲(chǔ)罐及管道壓力，設(shè)置壓力范圍，超出范圍后報(bào)警并自動(dòng)調(diào)整[3]，自動(dòng)化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化進(jìn)步明顯。傳統(tǒng)的供氣模式不僅費(fèi)時(shí)費(fèi)力、成本較高，而且存在巨大的安全隱患。使用液氧儲(chǔ)罐供氧，從使用、管理及經(jīng)濟(jì)效益等方面都體現(xiàn)出特有的優(yōu)越性[4]，在做好管閥調(diào)整和維護(hù)的情況下，比較節(jié)省人力[5]，而且對(duì)周邊環(huán)境沒(méi)有任何噪聲影響。液體儲(chǔ)罐是壓力容器，屬于特種設(shè)備，但有的使用單位對(duì)其的使用和安全管理缺乏足夠的重視[6]，必須加強(qiáng)巡視檢查和維護(hù)[7]，才能使液體儲(chǔ)罐發(fā)揮更大的使用價(jià)值。本專利研制的低溫液體儲(chǔ)罐其經(jīng)濟(jì)性、安全性、耐用性、適用性強(qiáng)的特點(diǎn)進(jìn)一步提升，自動(dòng)化、智能化控制技術(shù)也可以定期進(jìn)行升級(jí)，市場(chǎng)反饋良好，具有很好的應(yīng)用前景[8]。

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（收稿：2015-05-14 修回：2015-08-15）

Design of on-site gas supply device for cryogenic liquid tank

YU Qiao-sheng1,ZHANG Bao-xian1,FAN Shui-ping1,MA Jing1,QIU Ping2
（1.Beijing Corps 2nd Hospital of PAP,Beijing 100037,China; 2.Hebei SQD Cryogenic Equipment Co.,Ltd.,Bazhou 065700,Hebei Province,China）

Objective To develop an on-site gas supply device for the cryogenic liquid tank to solve the problems in gas distributing and liquid gas filling of the existing tank.Methods Two or more vehicle-mounted cryogenic liquid tanks in a line were placed onto the liquid tank truck.With double filling pipelines adopted,the device realized automated management by replacing liquidometer and pressure gauge with digital indicator and designing communication terminal with digital and network technologies.Results The device had stable gas transmission,unattended operation,low manpower consumption and enhanced safety.Conclusion The device behaves well in gas distributing,safety,transport, environment protection,cost and etc,and thus has great values in the market.[Chinese Medical Equipment Journal，2015，36（11）：27-29，51]

cryogenic liquid tank;on-site gas supply device;automation

R318.6；TH772.1

A

1003-8868（2015）11-0027-04

10.7687/J.ISSN1003-8868.2015.11.027

專 利：國(guó)家實(shí)用新型專利（ZL 201420240094.5）

余巧生（1973—），男，主任，主管技師，主要從事醫(yī)療設(shè)備管理、維修及研發(fā)工作，E-mail：627672707@qq.com。

100037北京，武警北京市總隊(duì)第二醫(yī)院（余巧生，張葆現(xiàn)，樊水平，馬 靜）；065700河北霸州，河北思科德低溫設(shè)備有限公司（邱 平）

張葆現(xiàn)，E-mail：814217719@qq.com