专利名称：液氮气液分离系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及气液分离系统，具体涉及一种包括液氮杜瓦部分的气液分离系 统，以满足设备对液氮使用的需要。
背景技术：
随着气体液化技术的发展，制造液氮的成本不断降低，并且液氮的超低温特性也 被更多的人们所了解，所以各行各业对液氮的应用也越来越多，特别是在航天、航空、医学、 生物等领域应用更加广泛。各行业对液氮的使用方式各有不同，可以分为连续式使用和间断式使用两种。对 于连续式使用和液氮用量较大的情况下，一般选用中型液氮贮存设备(如液氮贮槽)作为 供应源。对于间断式使用和液氮用量较小的情况下，可以选用小型液氮贮存设备(如液氮 杜瓦)作为供应源。上述两种使用液氮的方式各有优缺点。在设备工作或试验期间，对于连续式使用 和液氮用量较大的情况来说，只要液氮的贮存量足够，供应量能够得以保证，设备工作或试 验就能顺利进行。但是，连续大量使用液氮需要中、大型液氮设备贮存液氮，而这些贮存设 备一般安置在室外，距离使用液氮的仪器或设备较远，在设备工作或试验开始前，需将管道 内汽化出的大量氮气排空，否则影响设备工作或试验的正常进行；对于间断式使用和液氮 用量较小的情况来说，由于液氮使用量不大，并且使用间隔长短不一，所以通常会使用小 型，甚至能够移动的液氮贮存设备作为供应源。这种方式的优点是液氮输送距离短，响应速 度快，液氮可以被快速提供给设备或仪器使用。缺点是小型贮存设备容量有限，必须经常将 它拆卸、更换、灌液、安装，直接导致了人力成本的增长，同时，增加了安全生产的风险。此外，对于某些设备或试验来说，对液氮的使用量非常大且是间断式的，因此，上 述两种方式都不适用。这是因为，如果采用大型液氮贮存设备供应液氮，在设备或试验不需 要使用液氮期间，液氮供应管道中的液氮由于管道漏热而部分汽化。当设备或试验需要液 氮时，管道内汽化出的氮气无法排出，直接影响液氮的输送，使试验无法进行。如果采用小 型液氮贮存设备供应液氮，会由于液氮使用量过大，而经常更换贮存设备，甚至造成试验中 断。因此，急需一种能满足液氮用量大且要不间断使用的情况下使用的设备。 发明内容本实用新型提出了一种液氮气液分离系统，它能够解决试验或设备大量且间断使 用液氮的情况下所出现的问题。为了解决上述问题，本实用新型采用了如下的技术方案一种液氮气液分离系统，包括液氮供给部分、液氮气液分离杜瓦和自动控制部分， 液氮供给部分由液氮贮槽和液氮分配站组成，液氮气液分离杜瓦上设置有进液超低温电磁 阀、排气超低温电磁阀、液位传感器和压力传感器，自动控制部分由上位机、PLC和和执行机构组成，其特征在于，液氮贮槽供入液氮分配站的液氮经分配后通过所述进液超低温电磁 阀将液氮供入液氮气液分离杜瓦分离成液氮和氮气，液氮从杜瓦中输出供使用设备使用， 用于检测液氮气液分离杜瓦中液氮液位的液位传感器与PLC的液位输入端电连接传送液 位电信号，用于检测液氮气液分离杜瓦中压力的压力传感器与PLC的压力输入端电连接传 送压力电信号，压力电信号和液位电信号输入上位机后通过执行机构对超过预设的压力值 和液位值的相应电磁阀的开关进行控制以将液氮气液分离杜瓦中的液位和压力保持在预 设范围内。优选地，液氮气液分离杜瓦上还设置有供测量液氮温度的设置在液氮杜瓦进液管 天棚口附近的热电偶。热电偶优选铜-康铜热电偶。优选地，每个电磁阀增设一条手动旁路以便在电磁阀发生故障时进行手动操作。其中，所述液氮分配站的进液管和出液管上都设置有超低温阀门或超低温电磁阀 门。进一步地，液氨气分离杜瓦上还设置有供测量液氨温度的设置在液氨杜瓦进液管 天棚口附近的温度传感器。进一步，所述的温度传感器为热电偶或钼电阻。其中，执行机构根据液位传感器和压力传感器反馈的电信号，对所述每个电磁阀 的开关进行控制，自动控制液氮气液分离杜瓦内液面的高度并自动排出杜瓦内汽化出的低 温氮气，实现液氮气液分离系统的全自动控制。所述液位传感器为电容式、电阻式或压差式的能输出电信号的低温液体液面计。本实用新型的液氮气液分离系统实现了液氮进液、出液、排气的自动控制，保证了 设备的液氮供应和正常运行，确保了试验和生产的质量和安全。同时，系统自动化避免了人 员手动操作和移动液氮杜瓦，减少中间环节，保证了操作人员的安全，节省劳动力，提高工 作效率。本实用新型的系统可以应用到军工、化工和科研各个相关领域。
图1是本实用新型的液氮气液分离系统的结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图1对本实用新型的工作原理做进一步的说明。图1给出了本实用新型的液氮气液分离系统的结构示意图，液氮气液分离系统包 括液氮供给部分、液氮气液分离杜瓦和自动控制部分，液氮供给部分由液氮贮槽和液氮分 配站组成，液氮气液分离杜瓦上设置有进液超低温电磁阀、排气超低温电磁阀、液位传感器 和压力传感器，自动控制部分由上位机、PLC和和执行机构组成，其特征在于，液氮贮槽供入 液氮分配站的液氮经分配后通过所述进液超低温电磁阀将液氮供入液氮气液分离杜瓦分 离成液氮和氮气，液氮从杜瓦中输出供使用设备使用，用于检测液氮气液分离杜瓦中液氮 液位的液位传感器与PLC的液位输入端电连接传送液位电信号，用于检测液氮气液分离杜 瓦中压力的压力传感器与PLC的压力输入端电连接传送压力电信号，压力电信号和液位电 信号输入上位机后通过执行机构对超过预设的压力值和液位值的相应电磁阀的开关进行控制以将液氮气液分离杜瓦中的液位和压力保持在预设范围内。优选地，所述液位传感器 为电容式、电阻式或压差式的能输出电信号的低温液体液面计。其中，液氮供给部分中安装有两台5T的液氮贮槽，用于贮存足够的液氮，供系统 使用；液氮输送管道从室外到室内的连接处，设置液氮分配站，分配站的进液管和出液管 都可设置有超低温阀门或超低温电磁阀门，目的是通过分配站控制每条通向液氮使用设备 的管路的通断，防止液氮输送过程中，其它管路内汽化的氮气阻塞当前输送管路中液氮流 通；液氮气液分离杜瓦上分别安装进液和排气超低温电磁阀，由上位机的输出信号驱 动；优选地，液氮气液分离杜瓦上还设置有供测量液氮温度的设置在液氮杜瓦进液管天棚 口附近的热电偶。热电偶优选铜_康铜热电偶。进一步优选地，每个电磁阀增设一条手动 旁路以便在电磁阀发生故障时进行手动操作。自动控制部分中的执行机构根据液位传感器 和压力传感器反馈的电信号，对所述每个电磁阀的开关进行控制，自动控制液氮气液分离 杜瓦内液面的高度并自动排出杜瓦内汽化出的低温氮气，实现液氮气液分离系统的全自动 控制。自动控制部分由上位机、PLC和执行机构组成；其中对系统的自动控制主要是通 过监测杜瓦上的液位和压力两个电信号的变化，并根据此电信号对低温电磁阀下达动作指 令来实现的；为方便后期不同的试验和生产需求，将参考阈值设置为可调状态；具体来说， 包括液位检测和压力检测以及温度检测。1)液位检测在液氮气液分离杜瓦上安装液位传感器，传感器输出0_5v电压信 号，表示实际液位，电压信号通过2芯屏蔽电缆传输到PLC的AI模板，最终在计算机上显示 并记录存储。液位控制根据这个液位值控制进液氮阀开关来实现。2)压力检测在液氮气液分离杜瓦上安装压力传感器，传感器输出4 20mA电流 信号，表示实际压力，电流信号通过两芯屏蔽电缆传输到PLC的AI模板，最终在计算机上显 示并记录存储。压力控制根据这个压力值控制排气阀开关来实现。3)温度检测温度检测采用铜-康铜热电偶，热电偶贴装在液氮杜瓦进液管天棚 口附近，用来监测液氮进液管路表面温度，判断液氮在管路内的流动情况。热电偶信号接入 热电偶温度变送器，经过温度变送器输出4 20mA信号传输到PLC的AI模板，最终在计算 机上显示并记录存储。在实际应用中，液氮贮槽安置在室外特制的地基上，当需要提供液氮时，人工开启 贮槽的出液阀门，液氮流经保温管道，到达室内分配站，再流向指定的使用设备处。液氮气 液分离杜瓦分设在每台可能使用大量液氮的试验设备处，从贮槽流出的液氮先进入杜瓦， 进行气液分离，贮存液氮，排出氮气。气液分离杜瓦始终保持一定的压力，当设备需要液氮 时，液氮再从杜瓦中直接输送给设备。液氮气液分离杜瓦中液氮的输出是受使用设备控制的，不属于本系统控制范围， 本系统只负责监控杜瓦内的液氮液位和压力值有无增减，并发出相应的控制指令。当液氮 气液分离杜瓦内液位低于液位下限阈值时，控制系统打开进液超低温电磁阀，向杜瓦内输 送液氮，同时监测杜瓦内压力值。如果压力值超过压力上限阈值，即打开排气超低温电磁 阀，泄压。直到杜瓦内液位高于液位上限阈值时，停止灌液。在使用过程中，气液分离杜瓦 内的压力必须低于液氮贮槽的压力。[0030] 尽管上文对本实用新型的具体实施方式
给予了详细描述和说明，但是应该指明的 是，我们可以依据本实用新型的构想对上述实施方式进行各种等效改变和修改，其所产生 的功能作用仍未超出说明书及附图所涵盖的精神时，均应在本实用新型的保护范围之内。
权利要求一种液氮气液分离系统，包括液氮供给部分、液氮气液分离杜瓦和自动控制部分，液氮供给部分由液氮贮槽和液氮分配站组成，液氮气液分离杜瓦上设置有进液超低温电磁阀、排气超低温电磁阀、液位传感器和压力传感器，自动控制部分由上位机、PLC和和执行机构组成，其特征在于，液氮贮槽供入液氮分配站的液氮经分配后通过所述进液超低温电磁阀将液氮供入液氮气液分离杜瓦分离成液氮和氮气，液氮从杜瓦中输出供使用设备使用，用于检测液氮气液分离杜瓦中液氮液位的液位传感器与PLC的液位输入端电连接传送液位电信号，用于检测液氮气液分离杜瓦中压力的压力传感器与PLC的压力输入端电连接传送压力电信号，压力电信号和液位电信号输入上位机后通过执行机构对超过预设的压力值和液位值的相应电磁阀的开关进行控制以将液氮气液分离杜瓦中的液位和压力保持在预设范围内。
2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，液氮气液分离杜瓦上还设置有供测量液氮 温度的设置在液氮杜瓦进液管天棚口附近的温度传感器。
3.如权利要求2所述的系统，其特征在于，所述的温度传感器为热电偶或钼电阻。
4.如权利要求1-3任一项所述的系统，其特征在于，每个电磁阀增设一条手动旁路以 便在电磁阀发生故障时进行手动操作。
5.如权利要求1-3任一项所述的系统，其特征在于，所述液氮分配站的进液管和出液 管上都设置有超低温阀门或超低温电磁阀门。
6.如权利要求1-3任一项所述的系统，其特征在于，所述液位传感器为电容式、电阻式 或压差式的能输出电信号的低温液体液面计。
专利摘要本实用新型公开了一种液氮气液分离系统，包括液氮供给部分、液氮气液分离杜瓦和自动控制部分，液氮供给部分由液氮贮槽和液氮分配站组成，液氮气液分离杜瓦上设置有进液超低温电磁阀、排气超低温电磁阀、液位传感器和压力传感器，自动控制部分由上位机、PLC和执行机构组成。本实用新型的液氮气液分离系统实现了液氮进液、出液、排气的自动控制，保证了设备的液氮供应和正常运行，确保了试验和生产的质量和安全。同时，系统自动化避免了人员手动操作和移动液氮杜瓦，减少中间环节，保证了操作人员的安全，节省劳动力，提高了工作效率。
文档编号B01D19/00GK201643793SQ20092029353
公开日2010年11月24日 申请日期2009年12月4日 优先权日2009年12月4日
发明者尚庆福, 李树鹏, 杨力坡, 郑会明, 郑立军, 郭秀才, 马腾飞 申请人:北京卫星环境工程研究所