一種電子氣閥門切換系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及應(yīng)用

鄧 韜，許高坡，李 偉，鐘小禹

(廣州廣鋼氣體能源股份有限公司，廣東 廣州 511458)

調(diào)節(jié)閥是自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)不可缺少的組成部分，可以調(diào)節(jié)管路介質(zhì)的壓力、流量等。調(diào)節(jié)閥按驅(qū)動(dòng)能源形式分為氣動(dòng)、電動(dòng)、液動(dòng)三種[1-2]。氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥就是以壓縮氣體為動(dòng)力源，以氣缸為執(zhí)行器，并借助于閥門定位器、轉(zhuǎn)換器、電磁閥、保位閥、儲(chǔ)氣罐、氣體過濾器等附件去驅(qū)動(dòng)閥門，實(shí)現(xiàn)開關(guān)量或比例式調(diào)節(jié)，接收工業(yè)自動(dòng)化控制系統(tǒng)的控制信號(hào)來完成調(diào)節(jié)管道介質(zhì)的：流量、壓力、溫度、液位等各種工藝過程參數(shù)。氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥的特點(diǎn)就是控制簡(jiǎn)單，反應(yīng)快速，且本質(zhì)安全，不需另外再采取防爆措施[3-4]。

隨著電子行業(yè)越來越精細(xì)化的發(fā)展，半導(dǎo)體、液晶面板生產(chǎn)工廠對(duì)于氣體供應(yīng)的穩(wěn)定性和連續(xù)性要求也越來越高，供氣的中斷會(huì)導(dǎo)致巨大的經(jīng)濟(jì)損失，所以在生產(chǎn)工廠采用的主供氣裝置之外還備有備用供氣裝置[5-6]。目前氣體工廠一般采用兩路調(diào)壓閥供氣的方式進(jìn)行供氣，壓力較低時(shí)需要工作人員到現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行手動(dòng)切換，常常出現(xiàn)供氣壓力偏低的情況，影響工廠正常生產(chǎn)[7]。

本文論述的一種新型電子氣閥門切換系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)在用主供氣裝置一側(cè)的氣體壓力低于設(shè)定值時(shí)，自動(dòng)切換至備用供氣裝置進(jìn)行氣體供應(yīng)，實(shí)現(xiàn)主供氣裝置和備用供氣裝置之間無擾自動(dòng)切換，保證供氣的連續(xù)性和穩(wěn)定性，是電子氣行業(yè)發(fā)展的又一創(chuàng)新之處。

1 電子氣閥門切換系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)

本電子氣閥門切換系統(tǒng)主要由第一供氣系統(tǒng)(1)、第二供氣系統(tǒng)(2)、自動(dòng)切換閥組(3)及自動(dòng)切換調(diào)壓閥幾大系統(tǒng)組成。下面將分別對(duì)上述幾大系統(tǒng)組成部分的設(shè)計(jì)進(jìn)行說明。

1.1 第一供氣系統(tǒng)

圖1 第一供氣系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖

電子氣閥門切換系統(tǒng)的第一供氣系統(tǒng)(1)的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)如圖1，包括與鋼瓶組連接的第一輸入管道、與第一現(xiàn)場(chǎng)壓力表連接的第一儀表閥(11)、與第一遠(yuǎn)傳壓力傳感器連接的第二儀表閥(12)、第一顆粒過濾器(13)、第一氣體吹掃預(yù)留閥(14)以及第一氣體過流量開關(guān)(15)，第一儀表閥(11)、第二儀表閥(12)連接于第一輸入管道，第一顆粒過濾器(13)、第一氣體過流量開關(guān)(15)順次設(shè)置于第一輸入管道上、所述第一氣體吹掃預(yù)留閥(14)連接于第一輸入管道的尾端。

1.2 第二供氣系統(tǒng)

電子氣閥門切換系統(tǒng)的第二供氣系統(tǒng)(2)的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)如圖2，第二供氣系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原理和第一供氣系統(tǒng)(1)相同，包括與鋼瓶組連接的第二輸入管道、與第二現(xiàn)場(chǎng)壓力表連接的第三儀表閥(21)、與第二遠(yuǎn)傳壓力傳感器連接的第四儀表閥(22)、第二顆粒過濾器(23)、第二氣體吹掃預(yù)留閥(24)以及第二氣體過流量開關(guān)(25)，所述第二儀表閥(12)、第二儀表閥(12)連接于第二輸入管道，所述第二顆粒過濾器(23)、第二氣體過流量開關(guān)(25)順次設(shè)置于第二輸入管道上，第二氣體吹掃預(yù)留閥(24)連接于第二輸入管道的尾端。

圖2 第二供氣系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖

1.3 自動(dòng)切換閥組系統(tǒng)

電子氣閥門切換系統(tǒng)的自動(dòng)切換閥組系統(tǒng)(3)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)如圖3，包括與第一供氣系統(tǒng)(1)連接的第一切換支路及與第二供氣系統(tǒng)(2)連接的第二切換支路，自動(dòng)切換調(diào)壓閥(31)位于第一切換支路，手動(dòng)調(diào)壓閥(38)位于第二切換支路。

圖3 自動(dòng)切換閥組的結(jié)構(gòu)示意圖

第一切換支路包括第三手動(dòng)隔膜閥(33)、第四手動(dòng)隔膜閥(34)、第五手動(dòng)隔膜閥(35)及第一手動(dòng)波紋管閥(36)，第三手動(dòng)隔膜閥(33)、第一調(diào)壓閥(311)及第一手動(dòng)波紋管閥(36)順次連接形成一氣體流動(dòng)支路，第四手動(dòng)隔膜閥(34)、第五手動(dòng)隔膜閥(35)、第二調(diào)壓閥(312)及第一手動(dòng)波紋管閥(36)順次連接形成另一氣體流動(dòng)支路。第二切換支路包括順次連接的第六手動(dòng)隔膜閥(37)、手動(dòng)調(diào)壓閥(38)、第二手動(dòng)波紋管閥(39)，第二手動(dòng)波紋管閥(39)連接有吹掃閥。

1.4 自動(dòng)切換調(diào)壓閥系統(tǒng)

電子氣閥門切換系統(tǒng)的自動(dòng)切換調(diào)壓閥的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)如圖4，第一調(diào)壓閥(311)上連接有第一壓力表(313)，第二調(diào)壓閥(312)連接有第二壓力表(314)，第一調(diào)壓閥(311)、第二調(diào)壓閥(312)之間連接有連接管(316)，連接管(316)上連接有第三壓力表(317)。

電子氣閥門切換系統(tǒng)的第一調(diào)壓閥(311)預(yù)留有第一儀表安裝接口(318)；第二調(diào)壓閥(312)預(yù)留有第二儀表安裝接口(319)。

圖4 自動(dòng)切換調(diào)壓閥的結(jié)構(gòu)示意圖

2 電子氣閥門切換系統(tǒng)的工作原理

通過第一傳感模塊對(duì)第一調(diào)壓閥入口處的壓力進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，通過第二傳感模塊對(duì)第二調(diào)壓閥入口處的壓力進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，當(dāng)?shù)诙{(diào)壓閥入口處氣體壓力低于設(shè)定值時(shí)，則自動(dòng)由主供氣裝置供氣切換至備用供氣裝置供氣，在自動(dòng)切換閥組故障時(shí)，可通過手動(dòng)調(diào)壓閥控制備用供氣裝置的接通。

3 電子氣閥門切換系統(tǒng)的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

3.1 雙調(diào)壓閥的自動(dòng)切換

目前氣體工廠一般采用兩路調(diào)壓閥供氣的方式進(jìn)行供氣，壓力較低時(shí)需要工作人員到現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行手動(dòng)切換，增加了人員的工作量，而且還常常出現(xiàn)供氣壓力偏低的情況，導(dǎo)致供氣不足的現(xiàn)象，嚴(yán)重影響工廠的正常生產(chǎn)。

這種新型電子氣閥門切換系統(tǒng)的第一傳感模塊對(duì)第一調(diào)壓閥入口處的壓力進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，通過第二傳感模塊對(duì)第二調(diào)壓閥入口處的壓力進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，其中第一調(diào)壓閥設(shè)置了固定的壓力值是1.0 MPa，第二調(diào)壓閥的壓力調(diào)整范圍為0.86～1.14 MPa，當(dāng)?shù)诙鞲心K監(jiān)測(cè)到的壓力小于設(shè)定值時(shí)，控制器可自動(dòng)控制開啟第一調(diào)壓閥、關(guān)閉第二調(diào)壓閥切換至備用氣體供應(yīng)，從而保證供氣的連續(xù)性和持續(xù)性，保證生產(chǎn)的順利進(jìn)行。并且這種新型的電子氣閥門切換系統(tǒng)的雙重調(diào)壓閥不僅用于控制所在支路的通斷，還具有調(diào)整經(jīng)過氣體壓力達(dá)到減壓的功能，可將氣體壓力減壓至客戶所需壓力。

3.2 自動(dòng)切換閥組和手動(dòng)調(diào)壓的雙重組合

自動(dòng)切換閥組包括與第一供氣系統(tǒng)連接的第一切換支路及與第二供氣系統(tǒng)連接的第二切換支路，自動(dòng)切換調(diào)壓閥位于第一切換支路，手動(dòng)調(diào)壓閥位于第二切換支路。當(dāng)電子氣閥門自動(dòng)切換閥組出現(xiàn)故障時(shí)，手動(dòng)調(diào)壓閥通過控制手動(dòng)波紋管閥和各手動(dòng)隔膜閥的開閉控制接入主供氣裝置供氣還是接入備用供氣裝置供氣，也大大確保了生產(chǎn)用氣供應(yīng)的穩(wěn)定性[8]。

3.3 采用VCR連接方式更高效便捷

電子氣閥門切換系統(tǒng)的各組成元件與管道之間的連接采用VCR連接方式進(jìn)行連接，既方便故障時(shí)拆卸、又可以避免氣體泄漏。手動(dòng)調(diào)壓閥、自動(dòng)切換閥組、第一過流開關(guān)、第二過流開關(guān)、第一顆粒過濾器、第二顆粒過濾器、第一壓力表、第二壓力表、第三壓力表這些元件組裝到一個(gè)面板，節(jié)約大量空間，并且以整體組裝的模式運(yùn)輸至工廠，節(jié)約現(xiàn)場(chǎng)安裝時(shí)間，保證高壓系統(tǒng)的安裝質(zhì)量，安全可靠且經(jīng)濟(jì)效益好。

3.4 設(shè)備具有報(bào)警功能

第一供氣系統(tǒng)的第一現(xiàn)場(chǎng)壓力表可便于現(xiàn)場(chǎng)氣壓監(jiān)測(cè)，第一遠(yuǎn)傳壓力傳感器可實(shí)現(xiàn)在中控室遠(yuǎn)傳檢測(cè)現(xiàn)場(chǎng)氣壓，并具備報(bào)警功能；第一氣體過流量開關(guān)的設(shè)置使得當(dāng)管道內(nèi)流量超過設(shè)定值時(shí)發(fā)出報(bào)警；設(shè)置第一顆粒過濾器可有效防止顆粒進(jìn)入自動(dòng)切換閥組而導(dǎo)致自動(dòng)切換閥組發(fā)生故障；設(shè)置第一氣體吹掃預(yù)留閥是用于供氣系統(tǒng)吹掃和排除管線的殘氣以便主供氣裝置/備用供氣裝置的更換和維護(hù)，采用的吹掃氣源可為高純Ar 潔凈管或者高純Ar氣瓶。

同理，第二供氣系統(tǒng)的第二現(xiàn)場(chǎng)壓力表可便于現(xiàn)場(chǎng)氣壓監(jiān)測(cè)，第二遠(yuǎn)傳壓力傳感器可實(shí)現(xiàn)在中控室遠(yuǎn)傳檢測(cè)現(xiàn)場(chǎng)氣壓，并具備報(bào)警功能；第二氣體過流量開關(guān)的設(shè)置使得當(dāng)管道內(nèi)流量超過設(shè)定值時(shí)發(fā)出報(bào)警；設(shè)置第二顆粒過濾器可有效防止顆粒進(jìn)入自動(dòng)切換閥組而導(dǎo)致自動(dòng)切換閥組發(fā)生故障；設(shè)置第二氣體吹掃預(yù)留閥是用于供氣系統(tǒng)吹掃和排除管線的殘氣以便主供氣裝置/備用供氣裝置的更換和維護(hù)，采用的吹掃氣源可為高純Ar 潔凈管或者高純Ar氣瓶。

4 結(jié) 論

本文論述的這種新型的電子氣閥門切換系統(tǒng)經(jīng)過精心的設(shè)計(jì)，對(duì)現(xiàn)有的兩路調(diào)壓供氣方式進(jìn)行改進(jìn)，采用自動(dòng)調(diào)壓切換閥組和手動(dòng)調(diào)壓相結(jié)合的方式，實(shí)現(xiàn)在用主供氣裝置一側(cè)的氣體壓力低于設(shè)定值時(shí)，自動(dòng)切換至備用供氣裝置進(jìn)行氣體供應(yīng)，實(shí)現(xiàn)主供氣裝置和備用供氣裝置之間無擾自動(dòng)切換。且當(dāng)自動(dòng)切換閥組出現(xiàn)故障時(shí)，手動(dòng)調(diào)壓閥通過控制手動(dòng)波紋管閥和各手動(dòng)隔膜閥的開閉控制接入主供氣裝置供氣還是接入備用供氣裝置供氣，為供氣的連續(xù)性和穩(wěn)定性提供了雙重保障，滿足了電子氣工廠日趨發(fā)展需要。