低温液氩槽车充装技术
随着我国国民经济的快速发展，作为先行工业之一的气体行业得到了迅猛发展，市场对低温液体的需求日益增加。低温液体的长途运输工具主要是高真空低温液体槽车。由于低温液体单价高（其中尤以液氩为高），故无论生产厂家、运输环节还是最终用户，对液体中途的无功消耗都特别重视。我厂现有设备的液氩生产能力为500Ｎｍ3/ｈ，产品液氩贮存于站区液体储槽中，向低温液体槽车充装后即可进行运输。充装前槽车、联接软管的预冷及充装中储槽必须的升压、低温液体的复热蒸发等均不可避免地造成产品液氩的汽化损失。我厂在一万四制氧机实践氧氩增产后，又总结出一套“低温液氩槽车充装技术”，它的应用为我公司液体销售增创了明显的效益。

一、 始充装方法介绍

低温液体储槽在设计上是通过自增压系统实现槽内气体空间增压，强制将储槽内液体压送至充装槽车。由于与储槽联通的生产设备往往工作压力较低，所以在储槽升压充装时为避免生产设备超压必须切断储槽与生产设备的联接。此时储槽与槽车自成一个系统。充装过程中，槽车内液体由于吸收充装软管及槽车内的热量而引起部分液体汽化，造成槽车气体空间压力不断上升。槽车内压力过高时，储槽内的液体将无法顺利充装至槽车，为此需对槽车不断放空卸压。充装结束后，储槽也需卸压才能安全地与生产系统联接。
这种原始的充装方法我们称为“低压充装，尾气放空”。其特点是：
1、充装时间较长。一般充装一辆14ｍ3槽车需要3.5小时。
2、汽化后的气体（简称尾气）无法回收。
3、由于汽化而造成的液体消耗量很大。一般为槽车充装量的10%。

二、改进充装方法的探索与实践

原始充装方法液体消耗量大主要由两方面原因引起：①充装时储槽压力低，充装时间长，充装过程中液体蒸发量自然增大；②没有回收尾气。针对性的解决方法有：①实施高压充装；②回收尾气。
一万四制氧机是我厂液氩生产龙头，现有两台15ｍ3、0.2ＭＰａ液氩储槽和一台30ｍ3、0.8ＭＰａ液氩（液氮）储槽。针对它的高压充装方法有两种：①15ｍ3、0.2ＭＰａ液氩储槽配备一台液体泵，利用液体泵将储槽内液氩强制充装入槽车，充装压力可达0.6ＭＰａ；②30ｍ3、0.8ＭＰａ液氩储槽通过自增压系统升压，充装压力也可达0.6ＭＰａ左右。这种高压充装的原理是：低温液体的饱和温度随着其压力的升高而升高。在与外界无热量传递或忽略热量传递的情况下，储槽内的低压饱和液氩经液体泵加压后充装入槽车，成为过冷液体，具有一定的过冷度。例如，低压空分设备精液氩的出塔压力为0.045ＭＰａ(表压力)（相当于1.463ｂａｒ绝对压力），相应的液氩饱和温度为
(1.463-1.337)÷(1.474-1.337)×1K+90K=90.92K
充装时增压至0.5ＭＰａ(表压力)(相当于6.013ｂａｒ绝对压力)，相应的液氩饱和温度为
(6.013-5.825)÷(6.229-5.825)×1K+108K=108.47K
故高压充装后槽车内的液氩的过冷度是（108.47-90.92）=17.55K
附表1：氩的饱和蒸汽压

充装前，槽车不必卸压，原有的过热蒸气被高压打入的过冷液体冷凝为液体，所以在充装过程中，槽车压力非但不会因为汽化而升高，反而逐步降压至某一压力后保持相对稳定直至充装结束。此种充装方法，槽车不需排放尾气。储槽操作得力也可实现无尾气排放。
我们称这种充装方法为“高压充装”。其特点是：
1、充装压力高。一般操作压力可达0.4～0.6MPａ。
2、充装时间短。与低压充装相比，可缩短五分之二。
3、没有尾气放空。
“高压充装”法的特点决定了其充装时液氩汽化消耗量大大降低，但又带来了一个新问题，就是在复称时发现槽车充入量不足。造成这种结果的原因是：液氩的密度随着饱和压力的升高而下降。
附表2：液氩密度kg/m3

对一定充装容积的槽车，充入槽车的液氩饱和压力越高，液体相应密度就越小，重量就越少。另外，充装压力较高使槽车内液体翻腾剧烈，在槽车尚余一定充装空间时其测满阀、放空阀就已见液（测满阀或放空阀见液是槽车充装结束的标志），而槽车的实际充装量尚未达到。
用户第一。针对以上问题，我们又相应采取了“高压充装，尾气回收”方法。
尾气回收 的可行方法有：①利用精氩塔的精馏回收。②增加低压氩气储罐和小流量膜压机，将蒸发的气氩压缩充瓶。第二种方法在其它厂家已有使用，需要增加一定的设备，投入较大。第一种方法是使槽车及储槽的汽化气体通过回气管道回入精氩塔下部冷凝蒸发器蒸发侧继续参加精馏。实施的关键是精氩塔如何承受短时间内大量充入的上升气体并使其冷凝。
一万四制氧机空分装置精氩塔的冷量来源有两方面：①来自下塔的过冷液氮；②在精氩塔蒸发器被冷凝的液氮（参见图1）。

V705阀用于调节精氩塔阻力，阻力下降，V705阀开大，反之关小。回收尾气时由于精氩塔上升气增加，导致塔板阻力由设计值16KPａ增至25KPａ左右，使V705阀基本处于全关状态。V706阀用于调节精氩塔工作压力，压力升高，V706阀开大，反之关小。回收尾气时由于尾气压力较高，V706阀自动开大，加大冷源供给量，及时冷却这股上升气体，稳定精氩塔压力。试验过程中我们记录了精氩塔一组相关运行数据：
以上数据表明①精氩塔回收尾气时压力有所波动，但仍可稳定在0.04MPａ左右；②回收尾气时阻力升高较大，但V706阀开度仍有余度，表明精氩塔的冷源足以冷凝回收的尾气；③排液阀V708开度增大，说明回收尾气时精液氩排出量提高，即回收的尾气经冷凝后又以液体形式排入液氩储槽。至此，可以确定尾气回收的实验已告成功。我们称这种充装方法为“高压充装，尾气回收”。其特点是：
1、充装压力高。一般操作压力可达0.2～0.3MPａ。
2、充装时间短。与低压充装相比，可缩短五分之二。
3、尾气回收。

三、具体实施及相应效果
“高压充装，尾气回收”技术确定后，我们对2×15ｍ3、0.2ＭＰａ液氩储槽配备了低温离心式液体泵，对30ｍ3、0.8ＭＰａ液氮储槽进行了进液管道改造，增设了氩气回收管道，制作了可快速与槽车对接的软管、接头，同时为所有在我厂充装液氩的槽车焊接了回收尾气用的快速连接法兰。具体充装操作步骤如下：
1、首先将用户槽车放空阀与尾气回收管道连接，置换后，将尾气回收管道与储槽连接，将槽车内剩余压力回收至储槽，并通过储槽回气管道引入精氩塔。（为防止槽车剩余压力过高，对精氩塔冲击过大，特将1#15ｍ3储槽腾空作为回收尾气的缓冲罐。）
2、将正常生产的液氩引入2#15ｍ3储槽，关闭30ｍ3储槽进液阀、回气阀，打开升压阀升压，连接储槽与槽车进液管道。（若30ｍ3储槽液位较高，则利用自升压充装，否则可使用液体泵充装。）置换进液管道后开始充装。充装过程中槽车放空阀始终全开，蒸发气体通过回收管道回至15ｍ3储槽。对15ｍ3储槽，使用液体泵增压，尾气回收原理相同。尾气的回收使槽车充装压力（0.2～0.3MPａ）较不回收尾气时充装压力（0.4～0.6MPａ）降低，故不会造成充装量不足现象。(参见图2)
3、槽车充满后，首先切断回收装置，切断槽车进液阀，关闭储槽升压阀停止充装与尾气回收。然后缓慢打开储槽回气阀回收储槽内剩余压力，至其压力低于0.2ＭＰａ后可并入正常生产使用。
4、因充装尾气为过热蒸气，回收操作时需消耗一定冷量，故在充装结束后，注意观察主冷液氧液面的变化并及时增加膨胀空气量，保持整个空分装置的冷量平衡。
实施“高压充装，尾气回收”技术后，一万四制氧机在正常生产情况下平均每月可增加液氩销售量20ｍ3。

四、推广应用前景
现在国内许多大、中型制氧机均带有提氩设备，对液氩的快速充装和尾气回收苦于找不到合适的充装方法。“高压充装，尾气回收”无论对现在普遍使用的0.2ＭＰａ储槽还是0.8ＭＰａ储槽，只要稍作改造，均可实现，操作也非常方便。
另外，建议制氧机系统设计时考虑液体充装尾气的回收，精氩塔设计余量要确保尾气正常回收，整套设备匹配时，对尾气回收装置一并配齐。