一种氨气恒压供应控制系统及其控制方法

本发明涉及半导体高纯度氨气供应领域，尤其涉及一种高纯度氨气恒压供应控制系统及其控制方法。

背景技术：

1、氨气，一种无机物，化学式为nh3，无色有强烈的刺激气味，易被液化成无色的液体，在常温下加压即可使其液化，溶于水、乙醇和乙醚，在高温时会分解成氮气和氢气，有还原作用，有催化剂存在时可被氧化成一氧化氮，用于制液氮、氨水、硝酸、铵盐和胺类等，可由氮和氢直接合成而制得，能灼伤皮肤、眼睛和呼吸器官的粘膜，人吸入过多，能引起肺肿胀，以至死亡，危险性极大。

2、目前阶段对于氨气供应系统基本用于以氨气为反应剂的烟气处理系统中，如氨法烟气脱硫和烟气脱硝系统等。一般的以液氨为原料的氨气工艺系统流程如下：液氨存储于储罐中，液氨流入蒸发器吸收热量强制蒸发为氨气，蒸发器出口的氨气流入氨气缓冲罐，为后面的系统提供所需的氨气。

3、现有技术中，中国发明专利cn117231912a公开了一种液氨充装装置、方法及半导体工艺系统，该装置包括液体供应单元、储液单元、分析单元、充装单元、回流单元、泄压单元和吹扫单元，通过设置分析单元并与储液单元连通，且分析单元可对储液单元内的氨气进行分析并得到分析结果，装置并根据分析结果将储液单元内氨气、液氨输送至充装单元、回流单元；还通过设置泄压单元分别与储液单元、充装单元连通，对储液单元、充装单元进行泄压，保证装置的工作安全性。

4、然而，该系统储液单元无备用元件，也没有相关的监测元件实时监测储液单元中液氨的使用情况，无法保证氨气的不间断供应；也没有带加热元件的缓冲单元，在应对突然性的大流量需求时，无法保障主管路的压力恒定，进而无法保障氨气的恒压稳定供应；并且没有泄漏监测元件用于监测氨气是否存在泄漏情况，无法保障系统工作人员的人身安全。

5、氨气在半导体企业也作为原料气体，参与半导体产品的生产制造；现有需氨设备对氨气的稳定性和纯度要求十分严格，而现有供应系统输入的氨气稳定性差，气压不稳定，这就影响了设备的生产效率；且没有相关的安全保障措施；故此，提出一种氨气恒压供应装置来解决上述的问题。

技术实现思路

1、针对现有技术中存在的缺陷，本发明为达到以上目的，本发明采取的技术方案是：

2、储液单元，用于存储液氨以得到氨气；

3、称重单元，所述称重单元置于所述储液单元下方，用于检测氨气钢瓶及其内部所存储液氨的重量；

4、加热单元，所述加热单元外附于所述储液单元及其管路外部，用于获得足够的氨气蒸发量和防止氨气在管路中液化；

5、调压单元，所述调压单元与所述储液单元通过管道连通，对管路内部氨气压力进行调压；

6、分配单元，所述分配单元与所述调压单元通过管道连通形成主管路，用于将氨气分配到不同的用气设备和系统；

7、缓冲单元，所述缓冲单元与所述调压单元和所述分配单元通过管道连通，用于稳定所述调压单元与所述分配单元之间主管路的压力；

8、分析单元，所述分析单元置于所述调压单元和所述分配单元中，用于监测氨气的泄漏情况；

9、吹扫单元，所述吹扫单元与所述储液单元、所述调压单元通过管道连通，用于对所述调压单元及管道内的杂质进行吹扫；

10、控制单元，所述控制单元分别与所述称重单元、所述储液单元、所述加热单元、所述吹扫单元、所述调压单元、所述缓冲单元、所述分配单元连接，用于控制整个系统的稳定运行。

11、在其中的一些实施例中，所述储液单元包括：

12、至少一储液元件，所述储液元件分别与所述调压单元、所述吹扫单元连通，用于获得氨气；

13、至少一备用储液元件，所述备用储液元件分别与所述调压单元、所述吹扫单元连通，用于在所述储液元件液氨用尽时切换至所述备用储液元件进行氨气供应，进而转为所述储液元件，原所述储液元件在用尽后会更换成装满液氨的备用储液元件，即换瓶操作。

14、在其中的一些实施例中，所述称重单元包括：

15、称重元件，所述称重元件置于所述储液元件和所述备用储液元件下方，所述称重元件对所述储液元件和所述备用储液元件进行称重检测，以监测液氨的剩余使用量。

16、在其中的一些实施例中，所述加热单元包括：

17、加热元件，所述加热元件外附于所述储液元件、所述备用储液元件、所述缓冲单元及；所述加热元件对所述储液元件、所述备用储液元件进行加热，以获得足够的氨气蒸发量；所述加热元件对所述缓冲单元进行加热，以防止缓冲单元内的氨气液化；

18、伴热带元件，所述伴热带元件外附于所述储液单元、所述调压单元、所述分配单元、所述缓冲单元之间的管道外部，所述储液单元、所述调压单元、所述分配单元、所述缓冲单元之间的管道进行加热，以防止管道内的氨气液化。

19、在其中的一些实施例中，所述调压单元包括：

20、至少一调压元件，所述调压元件分别与所述储液单元、所述吹扫单元、所述分配单元和所述缓冲单元通过管道连通，用于将来自所述储液单元的高压氨气调压至相对低压力的氨气并输送至所述分配单元和所述缓冲单元。

21、在其中的一些实施例中，所述分配单元包括：

22、分配元件，所述分配元件与所述调压单元和所述缓冲单元连通，用于将来自所述调压单元和所述缓冲单元的氨气分配到需要用气的设备。

23、在其中的一些实施例中，所述缓冲单元包括：

24、缓冲元件，所述缓冲元件与所述调压单元和所述分配单元连通，所述缓冲单元内保存有一定量的气态氨气，用于稳定所述调压单元与所述分配单元之间主管路的压力。

25、在其中的一些实施例中，所述分析单元包括：

26、第一分析元件，所述第一分析元件用于监测调压单元的氨气泄漏情况；

27、第二分析元件，所述第二分析元件用于监测分配单元的氨气泄漏情况。

28、在其中的一些实施例中，所述吹扫单元包括：

29、吹扫元件，所述吹扫元件与所述调压单元连通，用于对所述调压单元及管路进行吹扫。

30、在其中的一些实施例中，所述控制单元包括：

31、第一控制器元件，所述第一控制器元件对加热元件以及伴热带元件的加热启动、加热停止和加热温度进行控制，用于保障足够的氨气蒸发量和防止所述缓冲元件和管道内的氨气液化；

32、第二控制器元件，所述第二控制器元件对所述储液元件、所述备用储液元件、所述调压元件、所述吹扫单元进行控制，用于提供恒定压力的氨气、完成所述储液元件切换至所述备用储液元件以及原所述储液元件换瓶的自动化操作；

33、第三控制器元件，所述第三控制器元件接受第一分析元件和第二分析元件的信号，用于对氨气的泄漏情况进行紧急处理，所述第三控制器元件连接所述第一控制器元件、所述第二控制器元件，对整个系统的数据进行接受和处理。

34、在其中的一些实施例中，所述储液单元还包括：

35、进一步的，当所述储液单元存在多个所述储液元件时，所述加热单元会在所述第一控制器元件的控制下，对多个储液元件进行不同程度的加热，使得多个所述储液元件可以在同一时间用尽，进而同时进行切换和换瓶。

36、进一步的，当所述储液单元存在多个所述储液元件时，会有相同数量的所述备用储液元件。

37、在其中的一些实施例中，所述加热单元还包括：

38、至少一温度监测元件，所述温度监测元件置于所述加热元件以及所述伴热带元件的内部，用于监测所述加热元件以及所述伴热带元件的温度。

39、在其中的一些实施例中，所述调压单元还包括：

40、第一压力监测元件，所述第一压力监测元件设置于所述调压单元与所述储液单元之间的管道，用于监测调压前氨气的压力；

41、第二压力监测元件，所述第二压力监测元件设置于所述调压单元与所述缓冲单元和所述分配单元之间的管道，用于监测调压后氨气的压力。

42、进一步的，所述调压元件及管道置于专业的具有防爆功能的特气柜中，用于防止氨气泄漏而出现的意外状况。

43、进一步的，所述第一分析元件置于装有所述调压元件的特气柜周边，用于监测氨气的泄漏情况。

44、在其中的一些实施例中，所述缓冲单元还包括：

45、第三压力监测元件，所述第三压力监测元件设置于所述缓冲元件与所述调压单元之间的管道下游，用于监测所述缓冲元件中保存的氨气压力。

46、本发明提供了一种氨气恒压供应控制系统的控制方法，应用于上述的氨气恒压供应控制系统。

47、所述的氨气恒压供应控制系统的控制方法，其特征在于：所述加热元件在所述第一控制器元件的控制下，对所述储液元件进行加热，使得储液元件中保存的液氨气化成高压氨气流向所述调压元件，所述调压元件在所述第二控制器元件的控制下，将所述高压氨气降压成低压氨气，所述低压氨气流向所述分配元件和所述缓冲元件，所述低压氨气经所述分配元件分配后流向使用设备，伴热带元件全程会对系统管道进行加热。

48、进一步的，当多个氨气使用设备同时大量使用氨气时，会使得所述调压元件至所述分配元件之间的主管路压力快速下降，造成供应困难，此时第一控制器元件监测到压力快速下降，就会将使用所述备用储液元件进行供应；若此时压力仍不能稳定在正常水平，缓冲元件中保存的低压氨气进行辅助供应，从而保证主管道中的压力稳定。

49、进一步的，当主管路中的所述低压氨气足够供应时，主管道中的压力回升至正常水平，此时所述缓冲元件停止进行辅助供应，向所述缓冲元件中充入足够的低压氨气直至其内部压力与主管路氨气压力持平，并在第一控制器元件的控制下控制所述加热元件对所述缓冲元件进行加热，防止所述缓冲单元内保存的氨气液化。

50、进一步的，当所述储液元件存在若干个时，第一控制器元件会根据若干个所述称重元件所传入的重量信号判断若干个所述储液元件中的液氨剩余使用量，并根据若干个所述储液元件中的液氨剩余使用量，对若干个所述储液元件设定不同的加热温度，以确保若干个所述储液元件中的液氨可以同时用尽方便切换和换瓶。

51、进一步的，当所述储液元件中的液氨使用量不足时，所述第二控制器源元件就会控制氨气来源切换至所述备用储液元件，所述备用储液元件进而转为所述储液单元，原所述储液单元在换瓶后转为所述备用储液单元。

52、本发明采用以上技术方案，与现有技术相比，具有如下技术效果：

53、设置有备用储液元件，并通过称重单元对储液单元进行称重检测以及加热单元对储液元件不同程度的加热，以确保正在使用的储液单元同时用尽后进行切换和换瓶，以确保氨气供应的连续性；通过加热单元对储液单元和缓冲单元以及储液单元、调压单元、分配单元和缓冲单元之间的管道进行加热，确保获得足够的氨气蒸发量并防止氨气在管道中和缓冲单元内液化；还通过设置在主管路旁的缓冲单元，在面对突然性的大流量需求时，保障主管路的压力恒定以确保氨气的稳定供应；并通过分析单元实时监测氨气的泄漏情况，以确保系统的稳定运行和工作人员的人身安全。本发明结构组成科学合理，氨气供应稳定。