一种串级控制的气体保护装置的制作方法

本发明涉及装置的气体保护技术领域，特别是涉及一种串级控制的气体保护装置。

背景技术

近年来，随着技术的不断进步，设计生产的设备越来越精致，相对应的存储、维护以及运输等的要求也相应提高。某些设备，如发电设备(核电、火电、风电以及水电设备等)、石油化工设备和一些电子设备等，在长途运输和储存过程中，为了防止设备内部由于接触氧气和水蒸气而发生氧化或者腐蚀，一般都是采用密封元件将设备内部与外部间隔离，然后内部填充一定压力的氮气等惰性气体进行保护，由于此时内部压力大于外界环境大气压力，可以有效的防止外部空气和水蒸气的进入，杜绝腐蚀和氧化，尤其是采用轮船运输时效果更明晰。

现有的充气保护方法，是在密封好的设备内部填充一定压力的惰性气体，然后直接储存或运输。由于考虑经济成本,设备未安装之前，接口密封处一般都不采用原配密封垫，或者由于某些接管后续将连接管道故没有安装密封圈的构造，这些管口都采用临时密封结构，两种密封方式都不能承受较高的内压。另一方面，如果保持较低的内压，则不能保证设备内部与外部处于隔离状态。

由于设备不存放在暖库内，或者运输路途较远，跨越纬度较大导致温度差异明显，且白天与夜晚的温差很大，根据气体平衡方程，容器内部的惰性气体压力会有很大的波动，经常会有超出允许的内压范围的情况发生；现有的技术方法是配备一定量的备用气瓶，当容器内部压力过低时，用瓶内惰性气体对其进行补充，而当由于温度升高导致内压过高时无法处理，极有可能在管口处泄露。此方法的局限性非常大，当容器内部压力过低后再补充气体调整至规定值，需要一定的时间周期，这个时间周期内，容器内部处于非保护状态；而当温度升高导致内压过高后，内压可能导致密封失效。此外，现有技术方法无法解决白天和夜晚温差反复变化导致内压循环波动的问题。

技术实现要素：

本发明的目的是为了克服现有技术的不足，提供一种保持内压稳定、实时调节、克服温度影响，可快速克服温度对内压影响的气体保护装置，而且是一个反应迅速，克服滞后的串级控制系统的气体保护装置。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：本发明提供一种串级控制的气体保护装置，包括充气回路、排气回路和控制回路，高压气瓶通过一三通阀分别与所述充气回路和排气回路连通，所述充气回路和排气回路的另一端分别连接容器的进气口和排气口；所述控制回路包括设置在所述排气回路上的变频泵。

优选的，所述充气回路上设置有电动调节阀。

优选的，所述控制回路包括内回路，所述内回路采用温度传感器测量所述容器内壁温度并将测量信号传递给温度变送器，所述温度变送器将温度信号转换为温度控制器可识别的标准信号；所述温度控制器分别与所述电动调节阀和变频泵电联接。

优选的，所述控制回路还包括外回路，所述外回路采用压力传感器测量所述容器内部压力并将测量信号传递给压力变送器，所述压力变动器将压力信号转换为压力控制器可识别的标准信号；所述压力控制器分别与所述电动调节阀和变频泵电联接。

优选的，将温度和压力的测量信号分别与所述温度控制器和压力控制器中各自的设定值比较，所得差值作为各控制器的输入值，然后各控制器根据输入值计算得出输出值；所述压力控制器的输出值与温度测量值共同作为所述温度控制器的输入值，所述温度控制器计算得出的最终输出值用于控制所述电动调节阀和变频泵运行。

本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：

本发明采用串级加分程控制系统，当容器内部压力过低时，使用高压储能罐内预装的大量高压惰性气体进行补充，当容器内部压力过高时，将多余的惰性气体抽入至高压储能罐内备用。通过串级控制可以避免由于压力控制的滞后导致设备内压力的波动，采用分程控制可以控制设备内部充气和排气。此外，控制器采用pid控制规律中的比例积分(pi)方法，既可以消除余差，又可以保证被控参数的快速稳定再平衡，因而可以实现对设备内部压力的实时、准确控制，克服了温度变化的影响，保证容器内部压力的稳定，实现全程密封，因此具有很大的推广前景和社会需求。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为一种串级控制的气体保护装置的结构示意图。

图2为一种串级控制的气体保护装置的控制方框图；

其中，1高压气瓶；2三通阀；3电动调节阀；4压力控制器；5压力变送器；6压力传感器；7温度传感器；8温度变送器；9温度控制器；10变频泵；11容器。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是为了克服现有技术的不足，提供一种保持内压稳定、实时调节、克服温度影响，可快速克服温度对内压影响的气体保护装置，而且是一个反应迅速，克服滞后的串级控制系统的气体保护装置。

本发明提供的串级控制的气体保护装置，包括充气回路、排气回路和控制回路，高压气瓶通过一三通阀分别与充气回路和排气回路连通，充气回路和排气回路的另一端分别连接容器的进气口和排气口；控制回路包括设置在排气回路上的变频泵。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

请参考图1-2，其中，图1为一种串级控制的气体保护装置的结构示意图。

图2为一种串级控制的气体保护装置的控制方框图。

如图1所示，本发明提供一种串级控制的气体保护装置，包括高压气瓶1、三通阀2、电动调节阀3、压力控制器4、压力变送器5、压力传感器6、温度传感器7、温度变送器8、温度控制器9和变频泵10，图中带方向箭头的为管线，实线部分为实际的气体管道，虚线部分为控制回路。

气体管道主要分为设备充气回路和排气回路两条，且其流通方向固定，其中排气回路中惰性气体由设备内部由变频泵10抽出，然后经过三通阀2后被打入高压气瓶1中；充气管道回路中，由于压差的作用，惰性气体由高压气瓶1经过三通阀2后，通过电动调节阀3控制流量后打入设备内部。

控制回路部分，整个系统采用串级加分程控制系统，内回路为粗调的温度控制，外回路为细调的压力控制，控制器根据设备内部的测量信号来决定电动调节阀和变频泵的工作状态以及运行功率，实现容器11内部的充压或减压。采用温度传感器7测量容器11内壁处的温度，然后将测量信号传递给温度变送器8后转换为4-20ma的标准信号，可以被温度控制器9所识别；压力传感器6测量容器11内部压力，然后将测量信号传递给压力变送器5，压力变送器5将压力信号转换为4-20ma的标准信号，可以被压力控制器4所识别；将温度和压力的测量信号分别与各自设定值比较，差值作为各自控制器的输入值，然后温度控制器9和压力控制器4根据给定的控制规律，计算出输出值，其中压力控制器4的输出与温度测量值共同作为温度控制器9的输入值，最终温度控制器9计算得出的输出值用以控制电动调节阀3和变频泵10，即可实现排气回路和充气回路中哪个回路运行，以及运行功率多大，实现容器11内部的精确、实时的加压或减压，保证设备内部惰性气体压力的稳定，实现全程密封。

即系统的控制方案为：

为了解决压力控制滞后于内压变化的无问题，保持设备内压稳定，可以根据容器11内壁处的环境温度的变化，先调节惰性气体的补给量，迅速实现粗调，然后再根据设备内的压力与给定值间的偏差，进一步调节惰性气体补给量，实现细调，以保障内压的稳定，这就构成了温度和压力串联起来的串级控制系统。

根据硬件条件，可以将仪表控制升级为计算机直接控制ddc系统，即上述系统用计算机来控制，可以采用模糊控制、神经元控制等先进算法来代替仪表控制的pid方法。

实施例1

将整个系统按图1所示连接，初始状态下，设备内部填充规定压力值的惰性气体，高压气瓶1内充满压力远高于设备内压的高压惰性气体，初始时，设备内部的压力值精确等于规定值，此时排气回路和充气回路都处于关闭状态，即电动调节阀3的开度和变频泵10运行功率都为零。压力传感器6和温度传感器7分别实时监测、实时传递容器11内部压力变化和内壁温度变化，当外部环境温度降低时，根据气体平衡方程，设备内部压力将会降低，此时，当温度刚降低而内压没有波动时，温度传感器7将测得的温度信号传递给温度变送器8，温度变送器8将上游传递过来的温度信号转变为温度控制器9可以识别的4-20ma标准电信号，然后系统将测量值与设定值进行比较，将其差值称为偏差，作为温度控制器9的输入，由于温度降低，测量值小于设定值，温度控制器9根据比例积分控制方法来调节电动调节阀3的开度，将高压气瓶1内的惰性气体打入设备内，实现对压力的粗调控制；然后，压力控制器4根据测量所得的设备内的压力值，对内压进行精确控制，压力控制器4的输出作为温度控制器9的输入，调整电动调节阀3的开度，实现细调，以此构成一个完整的带串级闭环控制系统。在此调节周期内，正常情况下变频泵10的运行功率为零，即处于完全关闭状态，只有当控制过程中出现超调时，系统才会临时启动变频泵10，即充气过多，设备内压高于设定值时，会跳转至实施例2的系统运行工况，直至再次平衡。

实施例2

当外部环境温度升高时，首先温度传感器7测得的设备内壁处的温度大于给定值，此时温度控制器9根据偏差值启动变频泵10将设备内的多余惰性气体排入高压气瓶1中，实现粗调，然后压力传感器6测得的设备内部压力，压力控制器4根据偏差值得到的输出值用于温度控制器9的输入，再根据温度控制器9的输出来控制变频泵10的运行功率，实现细调，直至压力偏差为零，即压力再次稳定在规定值范围内，一个调节周期结束。如果出现超调，即排气过多，设备内压低于设定值时，会跳转至实施例1的系统运行工况，直至再次平衡。

本发明中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。