一种电子气阀门切换系统的设计及应用

邓 韬，许高坡，李 伟，钟小禹

(广州广钢气体能源股份有限公司，广东 广州 511458)

调节阀是自动调节系统不可缺少的组成部分，可以调节管路介质的压力、流量等。调节阀按驱动能源形式分为气动、电动、液动三种[1-2]。气动调节阀就是以压缩气体为动力源，以气缸为执行器，并借助于阀门定位器、转换器、电磁阀、保位阀、储气罐、气体过滤器等附件去驱动阀门，实现开关量或比例式调节，接收工业自动化控制系统的控制信号来完成调节管道介质的：流量、压力、温度、液位等各种工艺过程参数。气动调节阀的特点就是控制简单，反应快速，且本质安全，不需另外再采取防爆措施[3-4]。

随着电子行业越来越精细化的发展，半导体、液晶面板生产工厂对于气体供应的稳定性和连续性要求也越来越高，供气的中断会导致巨大的经济损失，所以在生产工厂采用的主供气装置之外还备有备用供气装置[5-6]。目前气体工厂一般采用两路调压阀供气的方式进行供气，压力较低时需要工作人员到现场进行手动切换，常常出现供气压力偏低的情况，影响工厂正常生产[7]。

本文论述的一种新型电子气阀门切换系统能实现在用主供气装置一侧的气体压力低于设定值时，自动切换至备用供气装置进行气体供应，实现主供气装置和备用供气装置之间无扰自动切换，保证供气的连续性和稳定性，是电子气行业发展的又一创新之处。

1 电子气阀门切换系统的整体设计

本电子气阀门切换系统主要由第一供气系统(1)、第二供气系统(2)、自动切换阀组(3)及自动切换调压阀几大系统组成。下面将分别对上述几大系统组成部分的设计进行说明。

1.1 第一供气系统

图1 第一供气系统的结构示意图

电子气阀门切换系统的第一供气系统(1)的设计结构如图1，包括与钢瓶组连接的第一输入管道、与第一现场压力表连接的第一仪表阀(11)、与第一远传压力传感器连接的第二仪表阀(12)、第一颗粒过滤器(13)、第一气体吹扫预留阀(14)以及第一气体过流量开关(15)，第一仪表阀(11)、第二仪表阀(12)连接于第一输入管道，第一颗粒过滤器(13)、第一气体过流量开关(15)顺次设置于第一输入管道上、所述第一气体吹扫预留阀(14)连接于第一输入管道的尾端。

1.2 第二供气系统

电子气阀门切换系统的第二供气系统(2)的设计结构如图2，第二供气系统的设计原理和第一供气系统(1)相同，包括与钢瓶组连接的第二输入管道、与第二现场压力表连接的第三仪表阀(21)、与第二远传压力传感器连接的第四仪表阀(22)、第二颗粒过滤器(23)、第二气体吹扫预留阀(24)以及第二气体过流量开关(25)，所述第二仪表阀(12)、第二仪表阀(12)连接于第二输入管道，所述第二颗粒过滤器(23)、第二气体过流量开关(25)顺次设置于第二输入管道上，第二气体吹扫预留阀(24)连接于第二输入管道的尾端。

图2 第二供气系统的结构示意图

1.3 自动切换阀组系统

电子气阀门切换系统的自动切换阀组系统(3)设计结构如图3，包括与第一供气系统(1)连接的第一切换支路及与第二供气系统(2)连接的第二切换支路，自动切换调压阀(31)位于第一切换支路，手动调压阀(38)位于第二切换支路。

图3 自动切换阀组的结构示意图

第一切换支路包括第三手动隔膜阀(33)、第四手动隔膜阀(34)、第五手动隔膜阀(35)及第一手动波纹管阀(36)，第三手动隔膜阀(33)、第一调压阀(311)及第一手动波纹管阀(36)顺次连接形成一气体流动支路，第四手动隔膜阀(34)、第五手动隔膜阀(35)、第二调压阀(312)及第一手动波纹管阀(36)顺次连接形成另一气体流动支路。第二切换支路包括顺次连接的第六手动隔膜阀(37)、手动调压阀(38)、第二手动波纹管阀(39)，第二手动波纹管阀(39)连接有吹扫阀。

1.4 自动切换调压阀系统

电子气阀门切换系统的自动切换调压阀的设计结构如图4，第一调压阀(311)上连接有第一压力表(313)，第二调压阀(312)连接有第二压力表(314)，第一调压阀(311)、第二调压阀(312)之间连接有连接管(316)，连接管(316)上连接有第三压力表(317)。

电子气阀门切换系统的第一调压阀(311)预留有第一仪表安装接口(318)；第二调压阀(312)预留有第二仪表安装接口(319)。

图4 自动切换调压阀的结构示意图

2 电子气阀门切换系统的工作原理

通过第一传感模块对第一调压阀入口处的压力进行实时监测，通过第二传感模块对第二调压阀入口处的压力进行实时监测，当第二调压阀入口处气体压力低于设定值时，则自动由主供气装置供气切换至备用供气装置供气，在自动切换阀组故障时，可通过手动调压阀控制备用供气装置的接通。

3 电子气阀门切换系统的应用优势

3.1 双调压阀的自动切换

目前气体工厂一般采用两路调压阀供气的方式进行供气，压力较低时需要工作人员到现场进行手动切换，增加了人员的工作量，而且还常常出现供气压力偏低的情况，导致供气不足的现象，严重影响工厂的正常生产。

这种新型电子气阀门切换系统的第一传感模块对第一调压阀入口处的压力进行实时监测，通过第二传感模块对第二调压阀入口处的压力进行实时监测，其中第一调压阀设置了固定的压力值是1.0 MPa，第二调压阀的压力调整范围为0.86～1.14 MPa，当第二传感模块监测到的压力小于设定值时，控制器可自动控制开启第一调压阀、关闭第二调压阀切换至备用气体供应，从而保证供气的连续性和持续性，保证生产的顺利进行。并且这种新型的电子气阀门切换系统的双重调压阀不仅用于控制所在支路的通断，还具有调整经过气体压力达到减压的功能，可将气体压力减压至客户所需压力。

3.2 自动切换阀组和手动调压的双重组合

自动切换阀组包括与第一供气系统连接的第一切换支路及与第二供气系统连接的第二切换支路，自动切换调压阀位于第一切换支路，手动调压阀位于第二切换支路。当电子气阀门自动切换阀组出现故障时，手动调压阀通过控制手动波纹管阀和各手动隔膜阀的开闭控制接入主供气装置供气还是接入备用供气装置供气，也大大确保了生产用气供应的稳定性[8]。

3.3 采用VCR连接方式更高效便捷

电子气阀门切换系统的各组成元件与管道之间的连接采用VCR连接方式进行连接，既方便故障时拆卸、又可以避免气体泄漏。手动调压阀、自动切换阀组、第一过流开关、第二过流开关、第一颗粒过滤器、第二颗粒过滤器、第一压力表、第二压力表、第三压力表这些元件组装到一个面板，节约大量空间，并且以整体组装的模式运输至工厂，节约现场安装时间，保证高压系统的安装质量，安全可靠且经济效益好。

3.4 设备具有报警功能

第一供气系统的第一现场压力表可便于现场气压监测，第一远传压力传感器可实现在中控室远传检测现场气压，并具备报警功能；第一气体过流量开关的设置使得当管道内流量超过设定值时发出报警；设置第一颗粒过滤器可有效防止颗粒进入自动切换阀组而导致自动切换阀组发生故障；设置第一气体吹扫预留阀是用于供气系统吹扫和排除管线的残气以便主供气装置/备用供气装置的更换和维护，采用的吹扫气源可为高纯Ar 洁净管或者高纯Ar气瓶。

同理，第二供气系统的第二现场压力表可便于现场气压监测，第二远传压力传感器可实现在中控室远传检测现场气压，并具备报警功能；第二气体过流量开关的设置使得当管道内流量超过设定值时发出报警；设置第二颗粒过滤器可有效防止颗粒进入自动切换阀组而导致自动切换阀组发生故障；设置第二气体吹扫预留阀是用于供气系统吹扫和排除管线的残气以便主供气装置/备用供气装置的更换和维护，采用的吹扫气源可为高纯Ar 洁净管或者高纯Ar气瓶。

4 结 论

本文论述的这种新型的电子气阀门切换系统经过精心的设计，对现有的两路调压供气方式进行改进，采用自动调压切换阀组和手动调压相结合的方式，实现在用主供气装置一侧的气体压力低于设定值时，自动切换至备用供气装置进行气体供应，实现主供气装置和备用供气装置之间无扰自动切换。且当自动切换阀组出现故障时，手动调压阀通过控制手动波纹管阀和各手动隔膜阀的开闭控制接入主供气装置供气还是接入备用供气装置供气，为供气的连续性和稳定性提供了双重保障，满足了电子气工厂日趋发展需要。