【康沃真空網(wǎng)】一、背景介紹
低壓緩沖罐是真空系統(tǒng)中常用的一種真空容器，主要通過提供真空“儲存”來防止真空泵的過度循環(huán)，其基本原理是利用滯留量（體積）來提供更平穩(wěn)的真空度操作。在真空工藝過程中，低壓緩沖罐主要有以下兩種結構形式：
?。?）真空度波動衰減：緩沖罐安裝在真空單元之間，避免連續(xù)過程中真空度的波動傳播。
?。?）獨立操作：緩沖罐安裝在單元之間以允許獨立操作，例如在臨時關閉期間以及連續(xù)和批處理單元之間。
低壓緩沖罐在獨立操作形式中，一般需要具備以下功能：
?。?）對于小尺寸空間的工藝容器，很難實現(xiàn)真空度的高精度恒定或程序控制，真空度的波動和不準確很難達到工藝要求。為此在工藝容器上串接一個容積較大的低壓緩沖罐，通過對緩沖罐真空度的精密控制，則可以完美解決此問題。
?。?）提供氣液分離功能，防止工作液體直接倒灌入真空泵。
?。?）提供冷凝功能，避免反應容器內的部分溶劑轉化為氣態(tài)直接進入真空泵，由此降低真空泵的故障率和提高真空泵的使用壽命。
本文主要針對緩沖罐在全量程內的真空度精密控制，提出相應的解決方案，以滿足不同低壓過程對緩沖罐真空壓力精密控制的不同要求。
二、解決方案
在低壓緩沖罐真空度精密控制過程中，基本控制方法是調節(jié)緩沖罐的進氣和出氣流量，并通過進出氣流量的動態(tài)平衡來實現(xiàn)緩沖罐內部氣壓的準確控制，即所謂的動態(tài)平衡法。但在不同真空工藝和設備中，對低壓緩沖罐的真空度范圍會有不同的要求，相應的動態(tài)控制模式也不盡相同。而且，不同體積大小的低壓緩沖罐，為實現(xiàn)緩沖罐內真空度的快速準確控制，則需要不同的調節(jié)裝置。以下將針對這些不同要求，提出相應的具體解決方案和相關裝置細節(jié)。
2.1 低真空（高壓）和高真空（低壓）控制方式
一般我們將低于一個大氣壓下（760Torr）的絕對壓力稱之為真空（或低壓），而整個真空范圍又分為低真空（10-760Torr）、高真空（0.01~10Torr）和超高真空（<0.01Torr）三部分。本文將只涉及低真空和高真空這兩個范圍內的真空度精密控制，對于超高真空，目前還沒有很好的技術手段進行精密控制，基本還都是僅靠真空泵的抽氣能力來實現(xiàn)數(shù)量級級別的控制。
低真空和高真空緩沖罐真空度的動態(tài)平衡法控制中，為達到快速和準確的控制效果，必須分別采用上游和下游兩種控制模式，通過上下游這兩種模式及其兩種模式之間的切換，可以實現(xiàn)真空度全量程內的精確控制。
低壓緩沖罐動態(tài)平衡法真空度控制系統(tǒng)的整體結構如圖1所示。整個緩沖罐真空度控制系統(tǒng)主要由進氣閥、抽氣閥、真空泵、真空傳感器和PID控制器組成，它們各自的功能如下：
圖1 低壓緩沖罐真空度控制系統(tǒng)結構示意圖
?。?）進氣閥的作用是調節(jié)進氣流量。在緩沖罐真空度控制過程中，進氣流量一般在較小的范圍內進行調節(jié)，因此進氣閥一般為電動針閥。
?。?）抽氣閥的作用是調節(jié)出氣流量。在緩沖罐真空度控制過程中，進氣流量一般在較大的范圍內進行調節(jié)，因此進氣閥的口徑大小一般需根據(jù)需要進行配置，后面還會進行詳細介紹。
?。?）真空泵的作用是提供真空源。在緩沖罐真空度控制過程中，真空泵要根據(jù)真空度要求和緩沖罐體積大小來進行選配。
?。?）真空傳感器的作用是實時測量緩沖罐的真空度并將測量信號反饋給PID控制。在緩沖罐真空度控制過程中，要根據(jù)緩沖罐真空度量程和精度要求選配傳感器，一般是低真空和高真空范圍內各配一個真空計。為保證測量精度，一般會選擇電容式真空計。也可以根據(jù)需要只選擇一個精度較差的皮拉尼計來實現(xiàn)整個高低真空范圍內的測量。
?。?）PID控制器的作用是通過接收的真空度信號來分別調節(jié)進氣閥和出氣閥，使得緩沖罐內的真空度達到設定值或按照設定程序進行變化。在全量程范圍內的真空度控制時，如果需要采用兩只不同量程真空計進行全量程覆蓋，就需要具有傳感器自動切換功能的雙通道PID控制器，以便在不同量程范圍內的控制過程中進行自動切換。如果采用電容式真空計來實現(xiàn)高精度的真空度控制，相應的PID控制器則需要具有24位A/D和16位D/A的高精度。
在緩沖罐的不同真空度范圍內，需要采用以下不同的控制模式才能達到滿意的控制精度。
?。?）上游控制模式：上游控制模式也叫進氣調節(jié)模式，主要適用于高真空范圍內的精密控制。在上游控制模式中，抽氣閥門基本是全開方式全速抽氣，通過調節(jié)進氣流量來實現(xiàn)緩沖罐內高真空的精密控制。
?。?）下游控制模式：下游控制模式也叫出氣調節(jié)模式，主要適用于低真空范圍內的精密控制。在下游控制模式中，進氣閥門基本是某一固定開度，即固定進氣流量，通過調節(jié)抽氣流量來實現(xiàn)緩沖罐內低真空的精密控制。
另外需要特別注意的是，不論采取上述哪一種控制模式，控制精度還受到真空度傳感器和PID控制精度的限制。因此，除了選擇合理的上下游控制模式之外，還需要根據(jù)不同精度要求選擇合理的傳感器和控制器。
2.2 不同緩沖罐體積的真空度控制
緩沖罐真空度精密控制中，除了涉及上述的控制模式選擇之外，還涉及控制速度問題，即根據(jù)緩沖罐的容積大小和真空度控制范圍來確定合理的真空度準確控制速度。這方面主要涉及以下兩方面的內容和基本原則：
?。?）對于小容積的緩沖罐，可以選擇具有小流量調節(jié)能力的進氣閥、排氣閥和真空泵。
?。?）對于較大容積的緩沖罐，可能就需要配備較大流量調節(jié)能力的進氣閥、排氣閥和真空泵。其中進氣閥和排氣閥需要配備電動球閥等大口徑閥門，具體情況還需根據(jù)所控真空度范圍來進行進一步的合理選擇。
