一种气瓶防错充控制系统及控制方法与流程

1.本发明涉及气瓶充装的技术领域，尤其是涉及一种气瓶防错充控制系统及控制方法。


背景技术：

2.气体使用安全直接关系到人民群众生产、生活的切身利益。盛装气体的气瓶又是特种设备中的高压容器。因此，气瓶充装工艺的规范操作取决于气体充装和气瓶使用的安全。常见的气瓶爆炸事故，一般都与氧化反应引起的化学爆炸有关，究其原因是气瓶中混入可燃气体（物）与氧气形成爆炸混合气，遇到点火源或一定的激发能量，就会引发剧烈的化学爆炸。
3.解决气瓶内剩余气体的抽空置换处理操作是防止气体错充、混充，防止气瓶发生化学爆炸事故的关键。特别是氧气瓶的抽空处理，对避免可燃气体与氧气混合有着极其重要的安全意义；纯气、高纯气（99.995%纯氩气、99.999%高纯氮气）气瓶的剩余气体的抽空处理，对稳定产品质量、减轻繁琐工序、提高功效有着较大的经济价值。
4.当前气瓶充装作业中的充装前的检查，几乎所有充装站都有明确的规章制度和配套的操作规程，但是在实际操作中都因“繁琐重复”的操作很难持之以恒或者根本不能落到实处，大部是流于形式。尤其是氧气瓶中的剩余气体的定性分析和抽空处理操作相对琐碎，很多充装单位（站）这个操作环节基本上是空白，给错充、混充奠定了条件。


技术实现要素：

5.本发明提供一种气瓶防错充控制系统及控制方法，该技术方案有效克服了当前气瓶充装作业存在的难以实际落实、操作管理不稳定的问题。
6.第一方面，本发明提供了一种气瓶防错充控制系统，包括：充气主管道、第一充装机构、第二充装机构、放空机构、抽空机构、抽空检测机构。所述第一充装机构、第二充装机构均通过充装阀与充气主管道连接。所述第一充装机构、第二充装机构均通过隔离阀与放空机构的放空阀的入口连接。所述抽空机构的抽空控制阀与第二充装机构的隔离阀的出口连接。所述抽空检测机构与放空阀的入口连接。
7.可选地，所述第一充装机构的连接口、第二充装机构的连接口分别通过第一管道、第二管道与充气主管道连接，且所述第一管道、第二管道上均设置有所述充装阀。
8.通过采用上述技术方案，可以根据需要控制第一充装机构、第二充装机构与充气主管道之间的通断，便于两组充装机构协同工作，提高工作效率。
9.可选地，所述第一充装机构的连接口、第二充装机构的连接口分别通过第三管道、第四管道与放空机构的放空阀的入口连接，且所述第三管道、第四管道上均设置有所述隔离阀。
10.通过采用上述技术方案，可使第一充装机构与第四管道连通，进而使所述第一充装机构和第二充装机构能够共用一组抽空机构，有效简化本发明的气瓶防错充控制系统的
结构，降低操作难度，提高气瓶充装作业的可操作性。
11.可选地，所述抽空机构通过第五管道与第四管道连接，且所述抽空控制阀设置在第五管道上。
12.通过采用上述技术方案，实现了所述第一充装机构和第二充装机构能够共用一组抽空机构的目的，从而通过控制所述第三管道、第四管道上的隔离阀的通断，方便地实现第一充装机构、第二充装机构抽空工序的快速切换，便于两组充装机构协同工作，提高工作效率。
13.可选地，所述充装阀、隔离阀、放空阀、抽空控制阀均为电磁阀，且所述电磁阀与控制器连接。
14.通过采用上述技术方案，便于利用控制器对各阀门的通断状态以及通断时间等进行精准化、自动化控制，降低劳动强度，提高效率，有助于避免人员操作控制不稳定、难以管理的问题。
15.可选地，所述第一充装机构、第二充装机构均包括气体进出管和压力检测仪，所述压力检测仪设置在该气体进出管上。所述进出管的一端用于连接所述充气主管道，所述进出管的另一端用于连接待处理的气瓶。
16.通过采用上述技术方案，可在对气瓶进行放空、抽空或充装/置换作业时，监测气瓶中压力的变化，确保气瓶中压力达到设定要求后及时停止相关作业或者切换至下一作业，防止气瓶中压力异常。
17.可选地，所述压力检测仪通过所述控制器与警报装置连接。
18.通过采用上述技术方案，便于在对抽空合格后的气瓶执行所述充装/置换作业时，当压力检测仪检测到气瓶中压力达到设定压力后警报装置进行提示，并停止对该气瓶充气，切换至对其他待充气的气瓶进行充气。
19.可选地，所述抽空机构包括负压装置或抽真空装置，以便于尽可能排出与所述第一充装机构或第二充装机构连接的气瓶中的气体，减少其中气体，尤其是氧气等的残留，避免影响后续充入气体的纯度，甚至与氧气形成爆炸混合气。
20.可选地，所述抽空检测机构为气体浓度检测仪。通过检测抽空后气瓶中的气体浓度来判断抽空是否合格。如果不合格，则再次进行抽空，如果合格，则进入下一工序。
21.第二方面，本发明提供了一种气瓶防错充控制方法，采用如下的技术方案：一种气瓶防错充控制方法，包括如下的步骤：s1、开启所述第一充装机构和放空阀之间的隔离阀，对与第一充装机构连接的气瓶进行剩余气体的放空。
22.s2、所述s1完成后，关闭所述放空阀，开启抽空机构和抽空控制阀，对所述放空后的气瓶进行抽空。
23.s3、所述s2完成后，关闭所述抽空机构和抽空控制阀，开启抽空检测机构，对所述抽空后的气瓶的抽空情况检测。
24.s4、所述s3的所述检测合格后，关闭抽空检测机构和隔离阀，开启充气主管道和第一充装机构之间的充装阀，对所述抽空合格的气瓶进行气体充装或置换。在执行该充装或置换操作的同时，对连接在所述第二充装机构上的气瓶进行上述所述s1至s3的操作，当该气瓶完成上述操作后，执行上述充装或置换操作。同时对所述第一充装机构上的新气瓶进
行上述所述s1至s3的操作。如此往复循环，使第一充装机构和第二充装机构同时工作。
25.第三方面，本发明提供了一种用于所述气瓶充放气的接头，其包括：上壳体、下壳体、调节螺杆、固定板、通气管、限位板、堵头、弹簧和顶杆。其中：所述上壳体中具有上腔室，所述上腔室侧部具有进出口，以便充入或排出气体。所述下壳体中具有下腔室，且该下腔室的下端口为开放状。所述上壳体叠加在下壳体上且两者密封连接，所述上腔室的下端口与下腔室的上端口连通，且两者连接处形成缩颈口。所述调节螺杆下端穿过上壳体顶面后位于上腔室中，且调节螺杆与上壳体之间螺纹连接，以便于对调节螺杆进入上腔室中的长度进行调节。所述固定板固定在下腔室中的下部，所述通气管的下端活动穿过固定板后位于下腔室的下部，所述限位板固定在通气管的下端侧壁上。所述堵头固定在通气管的上端侧壁上，所述弹簧套在通气管上且限位在限位板和堵头之间，且所述堵头被弹簧顶压封堵在缩颈口中。所述顶杆的下端固定在通气管的密闭上端面上，所述顶杆的上端限位在调节螺杆的下端内腔中，且所述顶杆与调节螺杆之间转动连接。
26.进一步地，所述顶杆的上端具有卡头，所述卡头限位在调节螺杆的下端内腔中，且所述下端内腔的高度大于卡头的高度，以便在充气时通过向下旋转调节螺杆解除对由所述、固定板、通气管、限位板、堵头、弹簧和顶杆组成的封堵部件的限制。而在充气解除后可向上旋转调节螺杆使所述封堵部件对缩颈口形成加强密封，防止弹簧失效造成封堵失效的问题。
27.进一步地，所述通气管侧壁上具有若干通气孔，且所述通气管的下端为开口状，以便于气体的充分流通。
28.进一步地，所述上壳体与调节螺杆侧壁之间具有密封环，以增加两者之间的密封性。
29.进一步地，所述下壳体与气瓶的封头固定连接，且所述下腔室的下端口与气瓶内腔连通。
30.综上所述，本发明包括以下至少一种有益技术效果：1、本发明的气瓶防错充控制系统通过设置两组充气机构，同通过设置在各特定位置阀门的控制完成从气瓶充装前的放空到充装压力设定结束的全过程，显著降低了气瓶充装作业的操作难度，提高了气瓶充装作业的可操作性，克服了当前气瓶充装作业存在的难以实际落实、操作管理不稳定的问题。
31.2、本发明的气瓶防错充控制系统能够利用特定位置阀门的控制使两组充气机构和放空机构、抽空机构、抽空检测机构协同配合，实现两组充气机构的不断切换，从而不间断地进行气瓶充装前的放空到充装压力设定结束的全过程，将工作效率提高了40%以上，效果显著。
32.3、本发明还提供了一种连接在所述气瓶的封头上用于气瓶充放气的接头，这种接头不仅集充气与放气的功能为一体，而且还能够在充气时通过向下旋转调节螺杆解除对封堵部件的限制。而在充气解除后可向上旋转调节螺杆使所述封堵部件对缩颈口形成加强密封，防止弹簧失效造成封堵失效的问题。
附图说明
33.构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示
意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
34.图1是本发明实施例中气瓶防错充控制系统的结构示意图；图2是本发明实施例中气瓶防错充控制系统执行气瓶放空工序时的示意图；图3是本发明实施例中气瓶防错充控制系统执行气瓶抽空工序时的示意图；图4是本发明实施例中气瓶防错充控制系统执行气瓶抽空情况检测工序时的示意图；图5是本发明实施例中气瓶防错充控制系统执行气体充装或置换工序时的示意图；图6是本发明实施例中气瓶充放气的接头的结构示意图；图7是本发明实施例中气瓶充放气的接头解除堵头的限制后的结构示意图；图8是本发明实施例中气瓶充放气的接头进气时的示意图；图9是本发明实施例中气瓶充放气的接头排气时的示意图。
35.附图标记说明：1、充气主管道；2、第一充装机构；3、第二充装机构；4、放空机构；5、抽空机构；6、抽空检测机构；7、充装阀；8、隔离阀；9、放空阀；10、抽空控制阀；11、第一管道；12、第二管道；13、第三管道；14、第四管道；15、第五管道；16、上壳体；1601、上腔室；1602、进出口；17、下壳体；1701、下腔室；1702、缩颈口；18、调节螺杆；19、固定板；20、通气管；21、限位板；22、堵头；23、弹簧；24、顶杆；2401、卡头；25、密封环；26、气瓶。
具体实施方式
36.需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在本发明中出现的“上”、“下”、“左”“右”字样，仅表示与附图本身的上、下、左、右方向一致，并不对结构起限定作用，仅仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件需要具有特定的方位，以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
37.现结合说明书附图和具体实施方式对本发明的气瓶防错充控制系统及其控制方法进一步说明。
38.参考图1，示例一种气瓶防错充控制系统，包括：充气主管道1、第一充装机构2、第二充装机构3、放空机构4、抽空机构5、抽空检测机构6。
39.所述充气主管道1是用于向所述第一充装机构2、第二充装机构3对应连接的气瓶充入或置换气体的管道。因此，所述充气主管道1的一端需要和气源连接。需要说明的是，所述气源可以和气瓶中原气体相同气体，也可以不同。当所述气源和气瓶中原气体相同时，将该气源充入气瓶中的工序称为充装。当所述气源和气瓶中原气体不同时，将该气源充入气瓶中工序称为置换，即在气瓶中充入另一种气体。
40.因此，为了保证充入气瓶中气体的纯度，避免混入其他的杂质气体，尤其是易于和可燃气体混合后形成易爆气体的氧气。在利用所述充气主管道1对气瓶进行充装或置换时，需要通过上述放空机构4、抽空机构5尽可能地去除气瓶中的残留气体，而且还需要通过所述抽空检测机构6检测气瓶中残留的原气体是否排除至设定的要求。
41.为了使所述气源中的气体充入气瓶中，还可以为所述充气主管道1配置动力机构，如包括但不限于低温液体泵等，其主要用于输送液氧、液氮、液氩、液态烃、液化天然气等低
温液体。进一步地，所述充气主管道1上还可以设置压力表等压力检测装置，以监测充气主管道1中的压力是否正常。
42.所述第一充装机构2、第二充装机构3为两组并列设置的用于连接待处理的气瓶的机构。在本实施例中，所述充装机构包括压力管道、连接在该压力管道一端的用于和气瓶连接的接口，所述压力管道既用于向气瓶中充入气体，又可用于排除气瓶中剩余的气体。还包括设置在该压力管道上的压力表等压力检测装置，以在对所述气瓶进行充装或置换时检测气瓶中气体压力，当达到设定压力后需要停止所述充装或置换操作。
43.所述第一充装机构2的压力管道的另一端通过第一管道11与充气主管道1的出口连接，且所述第一管道11上设置有所述充装阀7。类似地，所述第二充装机构3的压力管道的另一端通过第二管道12与充气主管道1的出口连接，且所述第二管道12上同样设置有所述充装阀7。所述充装阀7通常是控制管道中液体或气体通断的阀门，用于相应充装机构和充气主管道1之间的通断控制，以便连接在第一充装机构2或第二充装机构3上的气瓶抽空合格后，打开对应充装阀7使所述充气主管道1与充装机构连通，进行气体的充装或置换。同时，通过对两个所述充装阀7在不同时间的通断控制，使第一充装机构2、第二充装机构3中的一者执行对应气瓶中气体的充装或置换，而另一者对其气瓶执行其余的放空、抽空、抽空情况检测步骤，进而使两组充装机构协同工作，实现两组充气机构的不断切换，不间断地进行气瓶充装前的放空到充装压力设定结束的全过程。试验结果显示，上述过程将工作效率提高了40%以上，效果显著。
44.所述第一充装机构2的压力管道的另一端还通过第三管道13与放空机构4的放空阀9连接。所述第二充装机构3的压力管道的另一端通过第四管道14与放空机构4的放空阀9连接。所述第三管道13、第四管道14上均设置有隔离阀8。所述隔离阀8通常也是控制管道中液体或气体通断的阀门，用于控制第三管道13、第四管道14的通断。可选地，所述压力管道的另一端连接有三通接头或者类似功能的结构，以便于满足压力管道的该端口需要与两根管道同时连接的技术需求。本实施例其他地方类似该技术需求的地方，也可以采用上述的方式实现。
45.上述的放空机构4主要用于释放气瓶中残余的气体，当打开所述充装阀7、隔离阀8、放空阀9后可使气瓶与放空机构4连通，气瓶中的气体通过相应管道和阀门排出。例如，参考附图1，当需要对第一充装机构2上的气瓶先进行放空处理时，打开所述第一管道11上的充装阀7和第三管道13上的隔离阀8，同时打开放空阀9，即可使第一充装机构2上的气瓶中的残留气体排放出去。可选地，所述放空机构4由设置了所述放空阀9的排放管道组成，所述排放管道的一端具有四通管，其四个接口分别与所述排放管道、第三管道13、第四管道14、抽空检测机构6连接。
46.进一步地，由于放空无法彻底排出气瓶中残留的气体，还需要采用额外的措施克服上述问题。因此，还设置了所述抽空机构5，比用通过第五管道15将所述抽空机构5与第四管道14连接。可选地，所述抽空机构包括负压装置或抽真空装置，以便于尽可能排出与所述第一充装机构2或第二充装机构3连接的气瓶中的气体，减少其中残留的气体，尤其是氧气等的残留，避免影响后续充入气体的纯度，甚至与氧气形成爆炸混合气。
47.需要说明的是，通过上述的连接关系的设置，使所述第一充装机构2和第二充装机构3能够共用一组抽空机构5的目的，从而通过控制所述第三管道13、第四管道14上的隔离
阀8的通断，方便地实现第一充装机构2、第二充装机构3抽空工序的快速切换，便于两组充装机构协同工作，提高工作效率。同时大幅度简化了所述气瓶防错充控制系统的结构，降低操作难度，提高气瓶充装作业的可操作性。
48.所述第五管道15设置有抽空控制阀10，以便于所述第二充装机构3上的气瓶通过第四管道14进行排空时，阻断第四管道14和抽空机构5。
49.当气瓶的抽空完成后，还需要对所述抽空效果进行检测，以确保气瓶中残留气体达标。为此，还设置了所述的抽空检测机构6，所述抽空检测机构为气体浓度检测仪，如氧气浓度检测仪等，用于检测气瓶中的氧气浓度，避免气瓶中残留的氧气浓度过高导致后续充气后影响气瓶中气体纯度。所述抽空检测机构6连接在所述排放管道、第三管道13、第四管道14的交汇处，从而利用其他管道和阀门的控制配合方便、快速地进行抽空检测，省去了设置额外的管道等结构造成的所述气瓶防错充控制系统的结构的复杂化和检测的滞后性，有助于降低操作难度，提高气瓶充装作业的可操作性，提高充装作业效率。
50.在另一种实施方式中，上述气瓶防错充控制系统中的所述充装阀7、隔离阀8、放空阀9、抽空控制阀10均为能够通过控制器控制的自动化阀门，如电磁阀等。通过采用上述技术方案，便于利用控制器对各阀门的通断状态以及通断时间等进行精准化、自动化控制，降低气瓶充装作业的劳动强度，提高效率，有助于避免人员操作控制不稳定、难以管理的问题。
51.在另一种实施方式中，上述气瓶防错充控制系统中，所述第一充装机构2、第二充装机构3的压力管道上设置的所述压力检测仪通过控制器与警报装置连接。通过采用上述技术方案，便于在对抽空合格后的气瓶执行所述充装/置换作业时，当压力检测仪检测到气瓶中压力达到设定压力后警报装置进行提示，并停止对该气瓶充气，切换至对其他待充气的气瓶进行充气。
52.在另一种实施方式中，以上述实施例示例的控制方法气瓶防错充控制系统为执行机构，示例一种气瓶防错充控制方法，该方法通过利用特定位置阀门的控制使两组充气机构和放空机构、抽空机构、抽空检测机构协同配合，实现两组充气机构的不断切换，从而不间断地进行气瓶充装前的放空到充装压力设定结束的全过程，大幅度提高了工作效率，简化了气瓶充装作业的流程，提高了气瓶充装作业的可操作性，有效克服了当前气瓶充装作业存在的难以实际落实、操作管理不稳定的问题。
53.具体的，参考图2至图5，其中箭头表示气体的流向，所述控制方法包括如下的步骤：首先，开启所述第一充装机构2和放空阀9之间的隔离阀8，即开启所述第三管道13上的隔离阀8，同时开启所述放空阀9，使第一充装机构2与放空机构5连通，使连接在第一充装机构2的压力管道上的气瓶中的气体利用余压自行排出。当所述压力管道上的压力表检测到气瓶中压力恢复常压后，即可停止放空工序，此时气瓶内外压力持平，气瓶中残留的气体无法自然排出。
54.然后，将所述放空阀9关闭，开启抽空机构5和抽空控制阀10，对所述放空后的气瓶进行抽空，利用所述抽空机构5提供的负压条件将气瓶中残留的气体排出，所述压力管道上的压力表检测到气瓶中压力达到设定值后，抽空机构5停止抽空工序，抽空控制阀10关闭。
55.同时，所述抽空检测机构6开启，对所述抽空后的气瓶的抽空情况检测。如果检测
不合格，则重新进行抽空处理。如果检测合格，关闭抽空检测机构6和隔离阀8，开启充气主管道1和第一充装机构2之间的第一管道11上的充装阀7，对所述抽空合格的气瓶进行气体充装或置换。
56.参考图5，在执行该充装或置换操作的同时，对连接在所述第二充装机构3上的气瓶进行上述放空、抽空、检测的操作，当该气瓶完成上述操作后，执行上述充装或置换操作。同时对所述第一充装机构2上的新气瓶进行上述放空、抽空、检测的操作。如此往复循环，使第一充装机构2和第二充装机构3同时工作。
57.参考图6，在本实施例中提供一种用于上述的气瓶充放气的接头，其包括：上壳体16、下壳体17、调节螺杆18、固定板19、通气管20、限位板21、堵头22、弹簧23和顶杆24。其中：所述上壳体16中具有上腔室1601，所述上腔室1601侧部具有进出口1602，该进出口用于连接充放气管道，以便充入或排出气体。
58.所述下壳体17中具有下腔室1701，且该下腔室1701的下端口为开放状。使用时，所述下壳体17与气瓶26的封头固定连接，且所述下腔室1701的下端口与气瓶26内腔连通。
59.所述上壳体16叠加在下壳体17上且两者密封连接，所述上腔室1601的下端口与下腔室1701的上端口连通，且两者连接处形成缩颈口1702，以便于上述堵头22对缩颈口1702形成加压式封堵。
60.所述调节螺杆18下端穿过上壳体16顶面后位于上腔室1601中，且调节螺杆18与上壳体1之间螺纹连接，以便于对调节螺杆18进入上腔室1601中的长度进行调节。在一个更佳的实施方式中，所述上壳体16与调节螺杆18侧壁之间具有橡胶密封环25，以增加两者之间的密封性。
61.所述固定板19水平固定在下腔室1701中的下部，所述通气管20侧壁上具有若干通气孔，且所述通气管20的下端为开口状，以便于气体的充分流通；所述通气管20的上端为封闭状。所述通气管20的下端活动穿过固定板19后位于下腔室1701的下部，所述限位板21固定在通气管20的下端侧壁上。
62.所述堵头22由橡胶等材质制成，其固定在通气管20的上端侧壁上，所述弹簧23套在通气管20上且限位在限位板21和堵头22之间，且所述堵头22被弹簧2顶压封堵在缩颈口1702中。通过将所述通气管20与固定板19设置为活动连接的方式，再加上所述弹簧23对通气管20形成的弹性支撑作用，既可以实现通过上/下运行对缩颈口1702的封堵或开放，同时又可实现气体的流通。
63.所述顶杆24的下端固定在通气管20的密闭上端面上，所述顶杆24的上端具有卡头2401，所述卡头2401位于调节螺杆18的下端内腔中，且卡头2401被限位在调节螺杆18的下端内腔中，所述顶杆24与调节螺杆18之间转动连接。所述下端内腔的高度大于卡头2401的高度，以便在充气时通过向下旋转调节螺杆18解除对由所述18、固定板19、通气管20、限位板21、堵头22、弹簧23和顶杆24组成的封堵部件的限制。而在充气解除后可向上旋转调节螺杆18使所述封堵部件对缩颈口1702形成加强密封，防止弹簧23失效造成封堵失效的问题。
64.上述的用于气瓶26充放气的接头的在使用时，参考图6及其中箭头，此时由于所述调节螺杆18向上升了一段距离对所述顶杆24形成的提拉作用，所述堵头22在弹簧23和调节螺杆18的双重作用下紧密封堵在缩颈口1702处，而且由于调节螺杆18具有限位作用，即使所述弹簧23因老化、断裂等原因失效，堵头22仍然能够紧密封堵在所述缩颈口1702处，避免
了因弹簧23失效造成封堵失效而漏气的问题。在需要向所述接头中充气时，参考图7、图8及其中箭头，向下调节所述调节螺杆18解除对所述堵头22的限制，当高压气体从所述进出口1602进入上腔室1601中后下压堵头22解除对缩颈口1702的封堵，气体进入下腔室1701中后再通过所述通气管20排出后进入气瓶26，完成充气，充气结束后所述堵头22自动复位至图7所示的状态，此时可以通过向上调节调节螺杆18再次形成加强密封。需要放出气瓶26中的气体时，参考图9及其中箭头，向下调节所述调节螺杆18至堵头22从缩颈口1702中退出，气瓶26中气体即可通过上述通气管20、缩颈口1702、上腔室1601、进出口1602排出。
65.最后，需要说明的是，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改、变形、等效变形等仍在本发明的保护范围以内。