CN107673302A - 智能化低温液体槽车充装的控制***及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种智能化低温液体槽车充装的控制***及方法，***包括DCS控制器、过磅装置、低温液体贮槽、低温液体泵、变频器、温度检测模块、压力检测模块和控制阀；所述的控制阀包括进液阀、回流阀和出口切断阀；低温液体贮槽与至少一个进液管路连接，每个进液管路与至少一个低温液体泵连接，进液管路上均设置有一个进液阀；每个低温液体泵均通过回流管路与低温液体贮槽连接，回流管路上均设置有回流阀；每个低温液体泵还与充装总管连接，充装总管通过出口切断阀与充装位槽车连接。本发明提供的低温液体泵自动控制***及方法，通过检测和控制技术，解决了低温液体泵充车时操作复杂，对操作人员要求高，容易损坏设备，减少操作人员负担。

Description

智能化低温液体槽车充装的控制***及方法

技术领域

本发明涉及一种低温气体制备及运输领域，尤其涉及一种智能化低温液体槽车充装的控制***及方法。

背景技术

近几年，低温液体（液氧、液氮、液氩）的使用量越来越大，相应的生产量也越来越大，低温液体泵用得越来越多；目前低温液体充车主要有2种充装方式，一种是利用低温潜液泵，另一种是采用低温离心泵。

低温潜液泵使用方便，但低温潜液泵制造技术要求高，目前主要垄断在国外少数几家公司手中，所以价格特别高昂，后期维修费用也特别高，而且服务不及时；低温离心泵价格相对较低，但是低温离心泵操作复杂，对操作人员的要求较高，使用不当很容易造成损坏。目前低温液体（液氧、液氮、液氩）的充车主要使用低温离心泵。

目前低温离心泵充车操作流程为：槽车就位后，操作人员全开充装泵的进液阀，全开回流阀对低温泵进行预冷作业，待泵体全部结霜，间歇打开出口残液阀，当残液阀出口有液体排出或出口管的温度计显示温度低于-150℃时，判断泵预冷合格。操作人员接好充车的充装软管，全开槽车的进液阀，然后将低温液体泵的回流阀关一部分。操作人员再按启泵按钮启泵，启泵后观察出口压力，如果出口压力达到7bar以上，则缓慢关闭回流阀，如果出口压力低于7bar，则判断泵没有预冷好或泵内有气体，需要开大回流阀，如果开大回流阀后还是压力还是无上升趋势，则必须停泵，重新预冷泵后再启泵。上述操作中人的操作非常关键，如果回流阀开小了，容易造成预冷不充分，泵的机械密封没有冷透，开泵容易造成泵的损坏；如果回流阀开大了，那么又将浪费大量的液体产品；目前充车***一般没有压力控制，超压了一般是安全阀起跳，安全阀起跳后低温液体喷出，还存在着较大的安全风险。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种智能化低温液体槽车充装的控制***及方法。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种智能化低温液体槽车充装的控制***，包括DCS控制器、过磅装置、低温液体贮槽、低温液体泵、变频器、温度检测模块、压力检测模块和控制阀；所述的控制阀包括进液阀、回流阀和出口切断阀；

所述的低温液体贮槽与至少一个进液管路连接，每个进液管路与至少一个低温液体泵连接，所述的进液管路上均设置有一个进液阀；每个低温液体泵均通过回流管路与低温液体贮槽连接，所述的回流管路上均设置有回流阀；每个低温液体泵还与充装总管连接，充装总管通过出口切断阀与充装位槽车连接；

在低温液体泵出口处还设置有温度检测模块和压力检测模块，所述的充装总管上也设置有压力检测模块，所述的低温液体泵通过变频器控制；所述的充装位上还设置有过磅装置；所述的温度检测模块、压力检测模块和过磅装置的数据输出端均与DCS控制器连接，DCS控制器的控制输出端分别与进液阀、回流阀、出口切断阀和变频器连接。

进一步地，所述的***还包括一个与DCS控制器连接的显示控制装置：用于显示温度检测模块、压力检测模块、过磅装置的检测数据，以及进液阀、回流阀、出口切断阀和变频器的状态数据。

进一步地，所述的DCS控制器包括智能选择模块：用于根据过磅装置发回的槽车数量数据，选择对应数量的低温液体泵进行充装。

进一步地，所述的DCS控制器包括泵惰转控制模块：用于在过磅装置未检测到槽车待充装、以及检测到槽车待充装进入预冷状态时，控制低温液体泵惰转。

如上所述的一种智能化低温液体槽车充装的控制***的方法，包括槽车就位判断步骤、预冷步骤、槽车充装软管安装步骤、低温液体泵启动步骤和充车步骤；所述的槽车就位判断步骤包括以下子步骤：

多个过磅装置实时对承受重量进行检测，并将实时检测结果发送至DCS控制器；当DCS控制器判断检测到承受重量满足预设条件时，则分别进入预冷步骤和槽车充装软管安装步骤；

所述的预冷步骤包括以下子步骤：

S101：DCS控制器控制进液阀和回流阀按照设定开度进行开启；

S102：温度检测模块实时检测低温液体泵出口温度，同时DCS控制器计算向进液阀和回流阀发出控制命令后的时间长度；

S103：当DCS控制器获取到的出口温度降低到低于设定温度、并且计算的时间长度大于设定最低预冷时间时，则认为预冷完成，进入低温液体泵启动步骤；

所述的低温液体泵启动步骤包括以下子步骤：

S201：DCS控制器通过变频器启动低温液体泵；

S202：压力检测模块实时检测低温液体泵出口压力；

S203：DCS控制器接收低温液体泵出口压力数据，并进行判断：（1）若低温液体泵出口压力小于预设值时，DCS控制器判断充车泵为空转状态，DCS控制器控制回流阀开大，并返回步骤S202；（2）若低温液体泵出口压力大于预设值时，DCS控制器控制回流阀逐步关闭；在逐步关闭的过程中进行判断：如果低温液体泵出口压力超过高报值，DCS控制器控制回流阀开启并返回步骤S202，以降低出口管压力，保持回流总管压力在正常范围内；

所述的槽车充装软管安装步骤包括以下子步骤：

S301：操作人员接好槽车的充装软管；

S302：DCS控制器控制出口切断阀开启；

所述的充车步骤包括以下子步骤：

S401：当DCS控制器判断槽车充装软管安装步骤完成时，开始充车；其中：（1）在稳定运行过程中设置了泵出口压力控制：当低温液体泵启动正常运行后，低温液体泵出口压力超过7bar时，DCS控制器将控制回流阀关闭；当低温液体泵出口压力超过12bar，则出口压力偏高，DCS控制器控制回流阀打开；（2）DCS控制器通过充装总管上压力检测模块判断充装效率，当所有回流阀已经全部关闭时，如果充装总管压力偏低，DCS控制器再启动一台低温液体泵，提高充装总管压力，提高充装效率；（3）如果充装总管压力超过高限，DCS控制器通过变频器控制低温液体泵惰转；

S402：当DCS控制器接收到过磅装置发送的承受重量满足预设条件时，则认为充车完毕，DCS控制器控制出口切断阀关闭；

S403：DCS控制器判断是否还有其他车辆正在进行充车，如果有则返回步骤S401，如果没有则DCS控制器向低温液体泵发出泵惰转指令后返回槽车就位判断步骤。

进一步地，所述的方法还包括低温液体泵惰转控制步骤，包括以下子步骤：在低温液体泵未进行充车时，DCS控制器通过变频器控制低温液体泵泵惰。

本发明的有益效果是：

（1）本发明提供的低温液体泵自动控制***及方法，通过检测和控制技术，解决了低温液体泵充车时操作复杂，对操作人员要求高，容易损坏设备，减少操作人员负担。

（2）本发明提供的低温液体泵自动控制***，通过检测和连锁控制***，解决了低温液体泵充车时的超压、超充、泄漏等安全风险、并对低温液体泵进行全面的保护，有效避免了泵的异常损坏。

（3）由于所有的低温液体泵均连接到充装总管上，所以任一台低温液体泵可以给连在充装总管上的任意一台槽车进行充装。这样可以有效减少充装泵的启停次数，提高效率和延长泵的使用寿命（因为充装泵大部分磨损都发生在开停机），并增加了充装的灵活性。

附图说明

图1为本发明***结构图；

图2为本发明方法流程图。

具体实施方式

下面结合附图进一步详细描述本发明的技术方案：

如图1所示，一种智能化低温液体槽车充装的控制***，包括DCS控制器、过磅装置、低温液体贮槽、低温液体泵、变频器、温度检测模块、压力检测模块和控制阀；所述的控制阀包括进液阀、回流阀和出口切断阀；

所述的低温液体贮槽与至少一个进液管路连接，每个进液管路与至少一个低温液体泵连接，所述的进液管路上均设置有一个进液阀；每个低温液体泵均通过回流管路与低温液体贮槽连接，所述的回流管路上均设置有回流阀；每个低温液体泵还与充装总管连接，充装总管通过出口切断阀与充装位槽车连接；

在低温液体泵出口处还设置有温度检测模块和压力检测模块，所述的充装总管上也设置有压力检测模块，所述的低温液体泵通过变频器控制；所述的充装位上还设置有过磅装置；所述的温度检测模块、压力检测模块和过磅装置的数据输出端均与DCS控制器连接，DCS控制器的控制输出端分别与进液阀、回流阀、出口切断阀和变频器连接。

由于所有的低温液体泵均连接到充装总管上，所以任一台低温液体泵可以给连在充装总管上的任意一台槽车进行充装。这样可以有效减少充装泵的启停次数，提高效率和延长泵的使用寿命（因为充装泵大部分磨损都发生在开停机）。

具体地，如图1所示，在本实施例中，共有三个进液管路与低温液体贮槽连接，其中第一进液管路、第二进液管路和第三进液管路上分别设置有型号为V1704、V1706和V1708的进液阀；第一进液管路连接1#低温液体泵，第二进液管路连接2#低温液体泵和3#低温液体泵，第三进液管路连接4#低温液体泵和5#低温液体泵；每个低温液体泵均通过回流管路与低温液体贮槽连接，而在回流管路上均设置有回流阀；同时，每个低温液体泵均通过充装总管与4个充车槽连接，其中第一充车槽前方设置有型号为V2026的出口切断阀，第二充车槽前方设置有型号为V2027的出口切断阀，第三充车槽前方设置有V2028的出口切断阀，第四充车槽前方设置有V2029的出口切断阀；过磅装置采用汽车衡的方式实现。

更优地，在本实施例中，所述的***还包括一个与DCS控制器连接的显示控制装置：用于显示温度检测模块、压力检测模块、过磅装置的检测数据，以及进液阀、回流阀、出口切断阀和变频器的状态数据。该显示控制装置用于远程查看整个***的状态数据，并在紧急情况下实现远程控制进液阀、回流阀、出口切断阀和变频器。

更优地，在本实施例中，所述的DCS控制器包括智能选择模块：用于根据过磅装置发回的槽车数量数据，选择对应数量的低温液体泵进行充装。

本实施例中的其中一种情况为：有一辆槽车正在第三充车槽处通过2#低温液体泵进行充装，并且即将充满（可以根据过磅装置的重量数据进行判断），此时有另外一辆槽车已经在第二充车槽处就位并满足充装条件时，可以通过2#低温液体泵同时给两台槽车进行同时充装，避免重复启停泵；同时，在充装的过程中，DCS控制器可以通过充装总管上压力检测模块判断充装效率，当所有回流阀已经全部关闭时，如果充装总管压力偏低，DCS控制器可以再启动一台低温液体泵（如3#低温液体泵），提高充装总管压力，提高充装效率。

本实施例中的另外一种情况为：在四辆槽车需要快速充装时，首先分别在第一充车槽、第二充车槽、第三充车槽和第四充车槽处就位，此时DCS控制器同时启动五台低温液体泵（1#低温液体泵、2#低温液体泵、3#低温液体泵、4#低温液体泵和5#低温液体泵）给四辆槽车进行快速充装，减少充装时间。

更优地，在本实施例中，所述的DCS控制器包括泵惰转控制模块：用于在过磅装置未检测到槽车待充装、以及检测到槽车待充装进入预冷状态时，控制低温液体泵惰转。

基于上述***的实现，本实施例还提供一种智能化低温液体槽车充装的控制***的方法，如图2所示，包括槽车就位判断步骤、预冷步骤、槽车充装软管安装步骤、低温液体泵启动步骤和充车步骤；所述的槽车就位判断步骤包括以下子步骤：

多个过磅装置实时对承受重量进行检测，并将实时检测结果发送至DCS控制器；当DCS控制器判断检测到承受重量满足预设条件时，则分别进入预冷步骤和槽车充装软管安装步骤；

所述的预冷步骤包括以下子步骤：

S101：DCS控制器控制进液阀和回流阀按照设定开度进行开启；

S102：温度检测模块实时检测低温液体泵出口温度，同时DCS控制器计算向进液阀和回流阀发出控制命令后的时间长度；

S103：当DCS控制器获取到的出口温度降低到低于设定温度、并且计算的时间长度大于设定最低预冷时间时，则认为预冷完成，进入低温液体泵启动步骤；

在正常运行前必须进行预冷合格，否则将损坏泵，为保证低温液体泵预冷合格，保护***设置了出口温度检测、预冷时间保护、泵惰转防超速控制（预冷过程中的低温液体泵转速的控制）、回流阀开度调整、进液阀全开保护。

所述的低温液体泵启动步骤包括以下子步骤：

S201：DCS控制器通过变频器启动低温液体泵；

S202：压力检测模块实时检测低温液体泵出口压力；

S203：DCS控制器接收低温液体泵出口压力数据，并进行判断：（1）若低温液体泵出口压力小于预设值时，DCS控制器判断充车泵为空转状态，DCS控制器控制回流阀开大，并返回步骤S202；（2）若低温液体泵出口压力大于预设值时，DCS控制器控制回流阀逐步关闭；在逐步关闭的过程中进行判断：如果低温液体泵出口压力超过高报值（防止出口管路超压，压力高于高值，回流阀开启，降低出口管压力），DCS控制器控制回流阀开启并返回步骤S202，以降低出口管压力，保持回流总管压力在正常范围内；

保护***设置了出口压力检测、回流阀开度调整、出口压力判断、变频器转速给定保护（DCS控制器控制低温液体泵转速的稳定）、进液阀全开保护。

由于所有的低温液体泵均连接到充装总管上，所以任一台低温液体泵可以给连在充装总管上的任意一台槽车进行充装。这样可以有效减少低温液体泵的启停次数，提高效率和延长泵的使用寿命并增加了充装的灵活性。

所述的槽车充装软管安装步骤包括以下子步骤：

S301：操作人员接好槽车的充装软管；

S302：DCS控制器控制出口切断阀开启；

所述的充车步骤包括以下子步骤：

S401：当DCS控制器判断槽车充装软管安装步骤完成时，开始充车；其中：（1）在稳定运行过程中设置了泵出口压力控制：当低温液体泵启动正常运行后，低温液体泵出口压力超过7bar时，DCS控制器将控制回流阀关闭；当低温液体泵出口压力超过12bar，则出口压力偏高，DCS控制器控制回流阀打开；（2）DCS控制器通过充装总管上压力检测模块判断充装效率，当所有回流阀已经全部关闭时，如果充装总管压力偏低，DCS控制器再启动一台低温液体泵，提高充装总管压力，提高充装效率；（3）如果充装总管压力超过高限，DCS控制器通过变频器控制低温液体泵惰转；

S402：当DCS控制器接收到过磅装置发送的承受重量满足预设条件时，则认为充车完毕，DCS控制器控制出口切断阀关闭；

S403：DCS控制器判断是否还有其他车辆正在进行充车，如果有则返回步骤S401，如果没有则DCS控制器向低温液体泵发出泵惰转指令后返回槽车就位判断步骤。

更优地，在本实施例中，所述的方法还包括低温液体泵惰转控制步骤，包括以下子步骤：在低温液体泵未进行充车时，DCS控制器向低温液体泵发出泵惰转指令。

其中，回流阀在泵预冷、启泵、和泵运行等各个阶段要求有不同的开度和作用方式。预冷阶段要求回流阀开度为经过工艺***反复操作得出的最优的开度，启泵阶段回流阀开度需要根据出口压力，压力低于出口设定值时，要求回流阀开大，PID采用的反作用方式。出口压力高于设定值时，要求回流阀关小，PID采用反作用方式。出口压力高于高限时，又要求回流阀开大，PID采用正作用方式。

Claims (6)

1.一种智能化低温液体槽车充装的控制***，其特征在于：包括DCS控制器、过磅装置、低温液体贮槽、低温液体泵、变频器、温度检测模块、压力检测模块和控制阀；所述的控制阀包括进液阀、回流阀和出口切断阀；

所述的低温液体贮槽与至少一个进液管路连接，每个进液管路与至少一个低温液体泵连接，所述的进液管路上均设置有一个进液阀；每个低温液体泵均通过回流管路与低温液体贮槽连接，所述的回流管路上均设置有回流阀；每个低温液体泵还与充装总管连接，充装总管通过出口切断阀与充装位槽车连接；

在低温液体泵出口处还设置有温度检测模块和压力检测模块，所述的充装总管上也设置有压力检测模块，所述的低温液体泵通过变频器控制；所述的充装位上还设置有过磅装置；所述的温度检测模块、压力检测模块和过磅装置的数据输出端均与DCS控制器连接，DCS控制器的控制输出端分别与进液阀、回流阀、出口切断阀和变频器连接。

2.根据权利要求1所述的一种智能化低温液体槽车充装的控制***，其特征在于：所述的***还包括一个与DCS控制器连接的显示控制装置：用于显示温度检测模块、压力检测模块、过磅装置的检测数据，以及进液阀、回流阀、出口切断阀和变频器的状态数据。

3.根据权利要求1所述的一种智能化低温液体槽车充装的控制***，其特征在于：所述的DCS控制器包括智能选择模块：用于根据过磅装置发回的槽车数量数据，选择对应数量的低温液体泵进行充装。

4.根据权利要求1所述的一种智能化低温液体槽车充装的控制***，其特征在于：所述的DCS控制器包括泵惰转控制模块：用于在过磅装置未检测到槽车待充装、以及检测到槽车待充装进入预冷状态时，控制低温液体泵惰转。

5.如权利要求1~4中任意一项所述的一种智能化低温液体槽车充装的控制***的方法，其特征在于：包括槽车就位判断步骤、预冷步骤、槽车充装软管安装步骤、低温液体泵启动步骤和充车步骤；所述的槽车就位判断步骤包括以下子步骤：

多个过磅装置实时对承受重量进行检测，并将实时检测结果发送至DCS控制器；当DCS控制器判断检测到承受重量满足预设条件时，则分别进入预冷步骤和槽车充装软管安装步骤；

所述的预冷步骤包括以下子步骤：

S101：DCS控制器控制进液阀和回流阀按照设定开度进行开启；

S102：温度检测模块实时检测低温液体泵出口温度，同时DCS控制器计算向进液阀和回流阀发出控制命令后的时间长度；

S103：当DCS控制器获取到的出口温度降低到低于设定温度、并且计算的时间长度大于设定最低预冷时间时，则认为预冷完成，进入低温液体泵启动步骤；

所述的低温液体泵启动步骤包括以下子步骤：

S201：DCS控制器通过变频器启动低温液体泵；

S202：压力检测模块实时检测低温液体泵出口压力；

S203：DCS控制器接收低温液体泵出口压力数据，并进行判断：（1）若低温液体泵出口压力小于预设值时，DCS控制器判断充车泵为空转状态，DCS控制器控制回流阀开大，并返回步骤S202；（2）若低温液体泵出口压力大于预设值时，DCS控制器控制回流阀逐步关闭；在逐步关闭的过程中进行判断：如果低温液体泵出口压力超过高报值，DCS控制器控制回流阀开启并返回步骤S202，以降低出口管压力，保持回流总管压力在正常范围内；

所述的槽车充装软管安装步骤包括以下子步骤：

S301：操作人员接好槽车的充装软管；

S302：DCS控制器控制出口切断阀开启；

所述的充车步骤包括以下子步骤：

S401：当DCS控制器判断槽车充装软管安装步骤完成时，开始充车；其中：（1）在稳定运行过程中设置了泵出口压力控制：当低温液体泵启动正常运行后，低温液体泵出口压力超过7bar时，DCS控制器将控制回流阀关闭；当低温液体泵出口压力超过12bar，则出口压力偏高，DCS控制器控制回流阀打开；（2）DCS控制器通过充装总管上压力检测模块判断充装效率，当所有回流阀已经全部关闭时，如果充装总管压力偏低，DCS控制器再启动一台低温液体泵，提高充装总管压力，提高充装效率；（3）如果充装总管压力超过高限，DCS控制器通过变频器控制低温液体泵惰转；

S402：当DCS控制器接收到过磅装置发送的承受重量满足预设条件时，则认为充车完毕，DCS控制器控制出口切断阀关闭；

S403：DCS控制器判断是否还有其他车辆正在进行充车，如果有则返回步骤S401，如果没有则DCS控制器向低温液体泵发出泵惰转指令后返回槽车就位判断步骤。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于：还包括低温液体泵惰转控制步骤，包括以下子步骤：在低温液体泵未进行充车时，DCS控制器通过变频器控制低温液体泵泵惰。