低温液体储罐配用现场供气装置的设计

余巧生，张葆现，樊水平，马 静，邱 平

低温液体储罐配用现场供气装置的设计

余巧生，张葆现，樊水平，马 静，邱 平

目的：为解决现有低温液体储罐配气效率低、液体充装影响气体使用等问题，研制一种低温液体储罐配用的现场供气装置。方法：该装置为液体槽车配载2个或者3个以上并列的车载低温液体储罐。采用双充装管线，用数显仪表取代液位计及压力表，并运用数字化和网络技术设计通信终端，实现电子化、自动化管理。结果：该低温液体储罐现场供气装置能稳定向外输气，无需专人值守看护，节省人力的同时安全性更有保障。结论：该装置安全系数高、配气快速，在运输、环境保护、成本消耗等方面优势明显，具有较高的市场价值。

低温液体储罐；现场供气装置；自动化

0 引言

传统供气模式以高压气瓶充装为主，在充装、使用、运输和回收过程中存在高压性、氧化性、可燃性、有毒性、窒息性、腐蚀性等安全缺陷。单只气瓶满载质量约60 kg，徒手装卸难度大，效率低，明显存在不能便捷使用的问题。且人工操作复杂，需要进行过于频繁的切换才能持续供气，过多的气体残留及人工操作会造成很大的浪费，钢瓶使用年限有限，也不利于环保。此外，供气压力不稳、运输和安全等方面的成本相应提高都显现了传统供气模式存在的不足。

现有用于储存液态氮气、氩气、氧气和二氧化碳的压力容器，如普通杜瓦罐等，在向外输气时，由于不能及时补充汽化需要的热量，往往存在外输气压不稳定的问题。

作为储存设备，低温液化气体储罐在食品加工、冶金、造船、石油化工和生物工程方面得到了广泛的应用。随着国内外经济的不断发展，液化气体的储存规模和需求不断增大，对低温储罐的需求也不断增大[1]。为克服传统供气模式及现有技术上的缺陷，本研制组研制了一种无需搬动、配气效率高的低温液体储罐配用的现场供气装置，现介绍如下。

1 设计

1.1 设计标准和材料选择

本研制中的低温液体储罐属于微型储罐，型号为FV1系列，是为氧气、氮气、氩气和二氧化碳的应用而设计的，该类产品储存低温液体并对气体升温加压后分配输出。微型低温液体储罐（500～5 000 L）由低温液体容器、管线、外汽化器和外增压器构成。该容器由一悬在夹套内的压力容器构成，将压力容器与夹套之间的空间抽成真空并用超细玻璃纤维和铝箔辐射防护层绝缘。内压力容器与真空夹套由S30408型不锈钢制成。所有型号都是按照TSG R0004—2009、GB 150.1～150.4—2011和GB/T 18442—2011设计及制造。管道线路允许容器排放、充装、加压，并提供加压的气体。管线用304型和316L型不锈钢制成，阀门采用铜制，配件由加工的锻造黄铜与316型不锈钢制成。

1.2 结构设计

如图1所示，新型低温液体储罐配用的现场供气装置是槽车配载2个或者2个以上并列的车载低温液体储罐（图1中一个是氩气储罐，另一个是二氧化碳储罐）。低温液体储罐的气相输出口或者液相输出口分别通过管路连接混配器的气液相进口。低温液体储罐的液相输出口或者混配器的液相输出口根据需要拆装，联通用户低温液体储罐的液相输送管路；混配器的气相输出口根据需要拆装，联通用气设备的气相输送管路。混配器内置可调节适用的分别供气供液管路和混合供气供液管路。

图1 低温液体储罐配用的现场供气装置的结构示意图

如图2所示，低温液体储罐由低温液体容器、管线、外汽化器QH和外增压器组成。低温液体容器是一悬在夹套内的内压力容器，其与外壳之间的夹套空间填充隔热材料，即外壳内壁与内压力容器外壁分别装有铝箔辐射防护层，2个铝箔辐射防护层之间的夹套空间填充超细玻璃纤维保温层。

内压力容器的底部增压入口通过管阀联通增压器单元的底部入口，增压器单元的上部出口通过管阀联通内压力容器的顶部增压出口，外汽化器的入口通过管阀联通从内压力容器顶部伸入到底部的汽化管。汽化管与外汽化器的入口通过管和汽化器入口阀与汽化器入口三通联通，增压器单元的上部出口通过管和增压器出口三通及增压器出口阀联通内压力容器的顶部增压出口，汽化器入口三通与增压器出口三通通过管件和节气调节阀联通。

内压力容器的底部增压入口通过增压入口阀和管联通增压入口三通，增压入口三通一出口通过管和增压调节阀联通增压器单元的底部入口，增压入口三通另一出口联通减压阀。

节气调节阀前后的管分别通过前后三通联通前后减压阀。后三通与汽化器入口三通之间通过提取液体三通联通带液体出口连接件的提取液体阀。汽化器出口通过汽化器出口阀连接汽化器出口连接件。

外壳顶部配装有真空夹套爆破片。内压力容器顶部分流安全口通过管联通三通阀，三通阀的两端出口分别通过安全三通联通内容器爆破片和安全阀。

内压力容器顶部配装伸入其内上部的溢流排空管，溢流排空管上端通过管联通溢流排空阀及连接件。内压力容器顶部配装伸到底部的底部充装管，底部充装管上端通过管联通底部充装阀。内压力容器顶部通过伸达其内上部的顶部充装管配装充装过量自动切断执行器，顶部充装管上端通过管联通顶部充装阀，底部充装阀通过管和充装三通与顶部充装阀相连，充装三通的外口通过充装排净三通联通充装排净阀和泵或顶部充装连接件。溢流排空管下端的高度大于或等于充装过量自动切断执行器上端的高度。

图2 新型低温液体储罐的管线流程结构示意图

内压力容器的底部液相口通过管和液相截止阀联通液位指示针和连接压力表的压力表三通及气相截止阀联通内压力容器的顶部气相口。

液相截止阀联通液相四通，液相四通外侧口联通液相仪表接口，其内侧口通过管和数显液位针及连接数显压力表的压力表三通联通气相四通的内侧口，其上口与气相四通上口通过配装平衡阀的管相连。气相四通外侧口联通气相仪表接口，下口联通气相截止阀，也就是数显液位针和数显压力表两侧各自通过三通分别联通液相输出口、阀及气相输出口、阀。

如图3、4所示，数显液位针和数显压力表配接储罐全球定位系统（global positioning system，GPS）通信终端，其通过GPS全球卫星实时定位公网系统连接后台服务器远程实时监控、管理设备。

图3 低温液体储罐配用的现场供气装置的实时通信监控结构示意图

图4 低温液体储罐配用的现场供气装置的实时通信监控层次结构示意图

GPS全球卫星实时定位公网系统由集采层、传输层、应用层3个逻辑层组成：集采层通过GPS卫星系统与传输层相连，传输层通过互联网Internet与应用层相连。集采层主要由GPS移动终端组成，完成系统前端数据的采集，主要由中央处理器（central processing unit，CPU）+全球移动通信系统（global system for mobile communication，GSM）+通用分组无线服务技术（general packet radio service，GPRS）+GPS功能模块组成，完成数据的收集和传输，通过GPRS传送到远程服务器。整个系统的核心部分是GPS芯片模块，决定整个系统的定位精度和可靠性。传输层一般由运营商移动网络、局域网、广域网等方式实现。GPS设备多数是移动的，以电信运营商的方式为主。无线终端以GPRS方式，通过运营商的网络连接远程Internet服务器，然后将采集的数据上传到远程服务器。应用层泛指服务器层面系统的应用和数据处理，一般由地图服务器、数据库服务器、业务逻辑服务器组成，主要进行数据的分析和挖掘，任何时刻都可以立即知道储罐的移动和位置信息并传回服务器。

2 特点

采用上述技术方案，本装置在结构、实用性、智能化方面都有了很大提高，不仅具有安全性，而且方便安装、修理与维护。

2.1 结构上的优点

2.1.1 耐用性增强

新型低温液体储罐为全不锈钢结构，具有不锈钢底盘，安全、美观、耐用。

2.1.2 充装效果理想

采用双充装管线，充装速度更快、压力更平稳。

2.1.3 提液速度快

底部使用盘旋式增压器进行布置，增压效果更好，能满足更高的提液速率要求。

2.1.4 维护方便

整体结构安全，增压、节气、提液、充装管线都可拆卸，便于后期维护。

2.2 实用性提升

2.2.1 安全系数高

新型低温液体储罐配用的现场供气装置采用现场低温储罐储存，安全系数高，无需专人看护。

2.2.2 便捷方便

槽车运输量大，效率高；现场汽化，可直接用管路送至工位，充装液体不会影响气体使用。

2.2.3 经济性明显

不仅减少了运输、搬运成本，节省了人力，而且直接购买液体的成本要比气体要低，也降低了安全成本。

2.3 自动化、智能化控制成熟

本现场供气装置用数显仪表取代了液位计及压力表，实现了电子化、自动化管理。可以显示不同介质，如液氧、氮、氩、二氧化碳、液化天然气等，每种介质的4种读数（包括质量、气相体积、液相体积和百分比）都可监控。压力读数实时显示，具备指示灯报警功能，从而有效保证安全。供电可使用内置电池，使用寿命可长达2 a，也可外接直流电源。可用按键选择进行显示内容的切换，监控数值广泛。

3 应用效果

本系列低温液体储罐采用全不锈钢材料制作，使设备的安全性和使用耐久性得以提高，使维护成本降至最低。采用整体底座的结构设计，免除了烦琐的安装连接，模块化的管路和阀门系统使操作更简单、方便。内设浮筒可自动截止进液，通常条件下在几分钟内可自动完成冲液并且零损耗。在一段时间内，超强的绝热性能使产品损耗极小或零损耗，控制系统使低温液体自动保持压力，保证了液体储罐在

（▶▶▶▶）（◀◀◀◀）充液时的压力稳定和正常用气。

数字化和网络技术的应用，使监控、报警装置充分发挥效用，无需专人值守看护，节省人力的同时使安全性更具保障。

相比传统供气模式，在运输、环境保护、成本消耗等方面，经济节约性作用优势明显。

4 结语

新型多系列液体储罐以其储存容量大、较低的操作维护成本、安全性能较高等特点得以广泛应用[1-2]，尤其是医疗机构的液氧储罐适用性得到较大提高。得益于计算机远程控制技术的快速进步和成熟，可使用计算机监视、控制液氧储罐及管道压力，设置压力范围，超出范围后报警并自动调整[3]，自动化、网络化、智能化进步明显。传统的供气模式不仅费时费力、成本较高，而且存在巨大的安全隐患。使用液氧储罐供氧，从使用、管理及经济效益等方面都体现出特有的优越性[4]，在做好管阀调整和维护的情况下，比较节省人力[5]，而且对周边环境没有任何噪声影响。液体储罐是压力容器，属于特种设备，但有的使用单位对其的使用和安全管理缺乏足够的重视[6]，必须加强巡视检查和维护[7]，才能使液体储罐发挥更大的使用价值。本专利研制的低温液体储罐其经济性、安全性、耐用性、适用性强的特点进一步提升，自动化、智能化控制技术也可以定期进行升级，市场反馈良好，具有很好的应用前景[8]。

[1]张为，戴凌汉，钱才富，等.立式低温储罐的拉带设计[J].压力容器，2012，29（7）：24-28.

[2]王红光，崔金栋.大型双壳低温储罐的设计特点[J].石油化工设备技术，2010，31（4）：7-12.

[3]曹洪警，曲折.医院中心供氧系统的科学管理[J].医疗卫生装备，2015，36（3）：136-137.

[4]程禹，马荣.液氧中心供氧系统的论证及应用[J].临床医学工程，2011，17（4）：136.

[5]余巧生，胡梅芬，樊水平，等.部队野战医院供氧方案选择探讨[J].医疗卫生装备，2011，32（7）：84-85.

[6]刘元明，刘欢.浅谈医疗机构特种设备全程标准化管理问题[J].医疗卫生装备，2013，34（2）：118-119，135.

[7]余巧生，胡梅芬，李世录.医用集中供氧技术的对比分析[J].医疗装备，2009，22（10）：43-44.

[8]钱红华，鲍亚明.大型立式低温液体储罐的研制[J].辽宁化工，2009，38（11）：805-806，824.

（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

专 利：国家实用新型专利（ZL 201420240094.5）

余巧生（1973—），男，主任，主管技师，主要从事医疗设备管理、维修及研发工作，E-mail：627672707@qq.com。

100037北京，武警北京市总队第二医院（余巧生，张葆现，樊水平，马 静）；065700河北霸州，河北思科德低温设备有限公司（邱 平）

张葆现，E-mail：814217719@qq.com