CO2集中供氣方案設(shè)計

張 喆，勾立國

（中汽研汽車工業(yè)工程（天津）有限公司，天津 300300）

隨著客車企業(yè)產(chǎn)能不斷提升，客車焊接工藝中CO2保護焊機所使用的氣體需求量不斷增大，傳統(tǒng)模式供應(yīng)已不能滿足集約化的客車企業(yè)生產(chǎn)?？蛙嚭附庸に嚺c所供應(yīng)氣體關(guān)系密切，氣體的選用關(guān)系到客車焊接質(zhì)量[1]。除此之外，由于關(guān)系到焊接工藝的使用，供氣方案通常由企業(yè)焊裝工藝人員確定。集中供氣方式與傳統(tǒng)模式供氣相比，生產(chǎn)使用變得更加便捷、高效。CO2集中供氣建設(shè)雖然起步較晚，但發(fā)展較快，是未來客車企業(yè)氣體供應(yīng)的方向[2]。

1 方案設(shè)計

首先，根據(jù)生產(chǎn)工藝要求統(tǒng)計設(shè)備使用數(shù)量，并進行方案設(shè)計，焊機分布及數(shù)量如表1所示。其次，選擇氣源。綜合考慮成本及工藝的優(yōu)缺點，最終選擇Ar+-CO2混合氣，如表2、表3所示。最后，根據(jù)氣體種類及氣液態(tài)消耗量，確定罐體體積，如表4、表5所示[3]。其中，液氬取1.4t/m3，液態(tài)CO2取1.115t/m3（-40℃），可根據(jù)充裝一次天數(shù)設(shè)置罐體容積。

表1 焊機分布及數(shù)量

表2 氣源類型

表3 氣源的選擇

表4 建站消耗氣態(tài)計算

表5 建站消耗液態(tài)計算

2 設(shè)備原理及功能要求

Ar、CO2均為低溫液體儲罐，Ar、CO2低溫液體經(jīng)管道進入空溫式氣化器氣化成氣體（10℃以下CO2串聯(lián)電加熱水浴式氣化器進一步氣化，10℃以上單獨使用空浴式氣化器），進入調(diào)壓系統(tǒng)調(diào)壓；再經(jīng)混合氣體配比柜根據(jù)工藝要求調(diào)整Ar、CO2的百分含量，混合成焊接所需要的混合氣體，進入緩沖罐，分支到各車間；通過車間供氣管道末端工位點流量計調(diào)節(jié)混合氣體的流量，最后進入焊機保護焊接，設(shè)備原理如圖1所示[4]。

圖1 設(shè)備原理

2.1 低溫儲罐

Ar、CO2配置低溫液位差壓液位計1臺，將液位及壓力上傳至中央控制系統(tǒng)，并設(shè)置上下限預(yù)警，液位設(shè)置下線預(yù)警，當(dāng)液位低于警戒線時提示管理技術(shù)人員供應(yīng)氣源，避免因氣源儲存量過低影響正常生產(chǎn)，造成不必要的浪費。

各配置壓力變送器1臺，并將壓力數(shù)據(jù)上傳至終端。配置壓力上下線預(yù)警設(shè)置、聯(lián)動全自動氣液轉(zhuǎn)換裝置各1套，當(dāng)壓力低于設(shè)置壓力時自動切換至液相供應(yīng)，高于設(shè)置壓力時自動切換至氣相供應(yīng)，防止因壓力過高自動排放造成不必要的浪費。當(dāng)Ar壓力達到設(shè)定的上限值1.5MPa時，自動切換到氣相供氣；當(dāng)壓力達到設(shè)定的下線壓力1.3MPa時，自動裝換到液相供液。當(dāng)CO2壓力達到設(shè)定的上限值2.0MPa時，自動切換到氣相供氣；當(dāng)壓力達到設(shè)定的下線壓力1.3MPa時，自動裝換到液相供液。超出設(shè)定極限范圍自動上傳至中央控制系統(tǒng)，自動切斷供應(yīng)并預(yù)警。配置1套超壓保護自動排放裝置，設(shè)定Ar、CO2超壓保護上限值分別為1.75MPa、2.35MPa，超出設(shè)定上限值，為了確保罐體的安全，自動將數(shù)據(jù)上傳至中央控制系統(tǒng)預(yù)警并打開自動排放降壓閥，對空排放以保護罐體的安全。達到設(shè)定下限值1.6MPa（Ar）、2.2MPa（CO2）時，自動關(guān)閉自動排放降壓閥。

配置泄漏報警聯(lián)動裝置，即混合氣體站房內(nèi)配置氧氣含量報警控制系統(tǒng)，當(dāng)氧氣含量超出或低于設(shè)定值時，自動預(yù)警并聯(lián)動排風(fēng)換氣裝置運行，確?，F(xiàn)場人員及設(shè)備安全。

2.2 氣化器

Ar、CO2氣化器分別在進口各配置2個自動切斷轉(zhuǎn)換閥，出口各配置1個溫度變送器。當(dāng)出口溫度低于-15℃時自動關(guān)閉一路空溫式氣化器自然除霜，并打開另一路空溫式氣化器繼續(xù)氣化并供氣。出口各配置1套超壓保護自動排放裝置，設(shè)定超壓保護上限值A(chǔ)r為1.75MPa、CO2為2.35MPa，超出設(shè)定上限值，為了確保氣化器的安全，自動將數(shù)據(jù)上傳至中央控制系統(tǒng)預(yù)警并打開自動排放降壓閥，對空排放以保護氣化器的安全。達到設(shè)定的下限值，1.6MPa（Ar）、2.2MPa（CO2）時，自動關(guān)閉自動排放降壓閥。

CO2部分配置水浴式電加熱復(fù)式氣化器1套，上傳氣化器出口溫度數(shù)據(jù)（設(shè)定上限數(shù)值為10℃、下限數(shù)值為0℃），全自動控制該氣化器的出口溫度并預(yù)警，自動控制電加熱復(fù)式氣化器出口溫度高于上限值停止運行，低于下限值啟動運行。

2.3 減壓系統(tǒng)

Ar、CO2減壓系統(tǒng)出口各配置壓力變送控制器1臺，設(shè)置輸出壓力的上下限為0.5～1.0MPa，超出設(shè)定范圍，數(shù)據(jù)將自動預(yù)警并上傳至中央控制系統(tǒng)。當(dāng)壓力小于上限值時，同時打開兩路減壓系統(tǒng)同步供應(yīng)以滿足設(shè)備的應(yīng)用；當(dāng)壓力大于設(shè)定值時，聯(lián)動超壓保護自動排放裝置，設(shè)定超壓保護上限值為1.20MPa（混合氣體配比柜設(shè)計壓力范圍內(nèi)），超出設(shè)定上限值，為了確?；旌蠚怏w配比柜的安全，自動將數(shù)據(jù)上傳至中央控制系統(tǒng)預(yù)警并打開自動排放降壓閥，對空排放以保護混合氣體配比柜的安全，確保安全生產(chǎn)，有效避免因超壓造成的設(shè)備損壞。

2.4 混合氣體配比柜

配置2臺全自動控制混合氣體配比柜，混合比例部分配置1套全自動比例控制閥組和1臺CO2在線分析儀，檢測混合氣體中的CO2在混合氣體中的比例值，設(shè)置混合比例值的上下限（根據(jù)生產(chǎn)工藝要求的比例范圍），上傳至中央控制系統(tǒng)預(yù)警并控制混合氣體的比例值。當(dāng)比例值超出設(shè)置范圍時自動補償，有效確保了混合氣體的混配精度，保證了焊接工藝中的成品合格率，提高了生產(chǎn)效率并有效地降低了生產(chǎn)成本。

全自動混合氣體配比柜，在混合氣中CO2、O2的比例值可遠程控制，自動調(diào)整并自動補償，就地和遠程可任意設(shè)定混配置自動調(diào)整。輸入及輸出壓力要求采用PID閉環(huán)控制以保持輸出壓力的穩(wěn)定，壓力值可上傳至中央控制系統(tǒng)。

2.5 云端遠程監(jiān)控

為實現(xiàn)集中供氣系統(tǒng)的可視化，通過工控方式監(jiān)控低溫儲罐、空浴式氣化器、穩(wěn)壓系統(tǒng)、氣體配比柜、車間用氣點等系統(tǒng)組成部分的工況集中控制系統(tǒng)。現(xiàn)場各個工位點工作情況在觸摸屏和監(jiān)控電腦上同時顯示，操作人員根據(jù)現(xiàn)場情況來操作維護氣體供氣系統(tǒng)。

通過手機APP，辦公室工作人員也可以實時監(jiān)控整個氣體系統(tǒng)的情況。操作人員使用手機APP也可以進行信息查看和報警復(fù)位操作，監(jiān)控低溫儲罐的壓力、液位、控制緊急切斷閥的開關(guān)狀態(tài)；控制空溫式汽化器的切換狀態(tài)、溫度狀態(tài)；控制監(jiān)控穩(wěn)壓系統(tǒng)壓力工作狀態(tài)；控制監(jiān)控氣體配比柜輸出氣體的含量、壓力等狀態(tài)；監(jiān)控車間用氣量的瞬時和累計數(shù)據(jù)；監(jiān)控天然氣的壓力、流量、緊急切斷、泄露預(yù)警排風(fēng)聯(lián)動狀態(tài)；監(jiān)控壓縮空氣壓力、流量、設(shè)備溫度、通風(fēng)降溫狀態(tài)。

3 結(jié)束語

隨著客車行業(yè)的迅猛發(fā)展，焊接工藝供氣系統(tǒng)也迎來了轉(zhuǎn)型升級。從CO2氣瓶供氣到匯流排供氣再到今天的氣站集中供氣，在安全、管理等各個方面都有了突破。對于CO2保護焊機使用量較大的企業(yè)，集中供氣裝置無疑是一種相當(dāng)理想的供氣方式[5]。集約化是一種順應(yīng)發(fā)展趨勢的模式，如何在客車項目中有效實施供氣系統(tǒng)建設(shè)，以滿足企業(yè)的實際業(yè)務(wù)需求，提升企業(yè)的運營效率是重中之重。