摘要：文章对传统氧气充填设备的缺陷和不足进行分析，并提出新型装置的设计与实现路径，包括设计目标、思路与主体框架等方面，最后对该装置的实现方法加以阐述，通过设置安全指标数值、做好各项保护措施、完善应急处理措施等方式，使装置的技术、经济与社会价值得以充分发挥，取得理想的应用效果。

关键词：全防护；自动控制；氧气充填

在经济的迅猛发展之下，国家对安全工作给予高度重视，氧气充填泵应运而生，并在冶金、医疗、石化与航空航天等领域得到广泛应用，对确保应急救援意义重大。随着科技的飞速发展，传统安全装置的功能逐渐落后于现实需求，应将“互联网+”与云技术引入其中，设计一种新型自动控制装置，具有全面高效防护的特点，在人工智能的支持下发挥双重安全保障优势，促进经济与社会效益的全面提升。

01传统氧气充填设备缺陷

以医疗行业为例，在氧气设备实际应用中，将医用氧气从气源瓶抽到目标瓶中，使压力增加到20~30MPa，实现氧气充填的目标。在以往氧气充填装置应用中主要存在以下缺陷和不足，即设计不够人性化和安全系数低，在设备应用中柱塞与气缸之间反复运动产生大量热量，热量值不断提升，导致柱塞与缸体内部气密性受到影响，密封环的寿命缩减，氧气在在高温状态下存在较大安全威胁。当前，主要通过水循环冷却的方式进行降温，循环装置受多种因素影响容易中断，需要人工实时观察气缸温度与冷却系统运行情况，操作不便，一旦人工监测有疏漏就会对设备造成损害，甚至威胁操作人员安全。

02新型氧气充填设备的设计方法

2.1设计目标

针对上述产品的优化设计从两方面入手，一方面坚持人性化操作原则，另一方面提高安全系数。具体设计目标为：一是改变以往人工观察冷却系统运行的操作，使装置的状态信息以数字化形式显示，并实现自动控制；二是改变以往拆卸气瓶时，因错误操作导致高压排气阀爆炸引发安全事故，使人员能够在释放压力之前对压力状态进行观察，并对泄压装置加强防护，实现压力可视化、高压报警与防护隔离的目标。

2.2设计思路

采用传感器设备对气缸温度、冷却系统等进行实时监测，并设定二者的上限，一旦温度超过上限值或者水循环中断，便会自动发出警报并停止设备运行，这样可使设备与人员安全得到全面保障。本文还设计了一种新型压力保护装置，具有完善的应急处理措施，可将以往技术存在的漏洞和缺陷进行弥补。在该设计中将“互联网+”和云技术理念引入其中，可使多人进行远程操控，真正将互联网技术渗透到生产领域，力求通过发挥科技优势，实现安全生产目标。

2.3主体设计

该结构部件较多，主要包括泄压触控传感器、电源模块、报警模块、云控制、泄压控制器。以上部件均由电信连接，适用于空气开关、压力源设备、安全阀等外接装置之中。其中，MCU作为整个装置核心所在，可用于读取传感器中传递的信号数据，并将接收到的信息运算、对比和分析，再对数据处理结果按照安全参数指标发出相应的指令；在泄压触控方面，将传感器安装在泄压阀的泄压元件位置，可有效监测泄压动作信号；将应急停机模块应用到压力源设备中，可使安全阀功能异常等情况得到及时有效的控制，从本质上确保生产安全性；云控制模块是在信号发射模块与MCU相连后创建物联网，可在短时间断电时仍能对压力等设备情况进行监控，使压力保护更加安全可靠；电源模块采用UPS电源，可在断电时继续输送电力；报警模块可在压力异常情况下发挥警报作用，提示操作者进行安全检查，使安全隐患被及时有效的排除；将铅封触控装置安装在安全阀的铅封方面，可对铅封完整度进行监测；利用泄压动作控制器设置在泄压元件位置，依靠外力作用打开，使泄压操作得到有效控制。

03新型氧气充填设备的应用与实现

3.1安全指标数值设置

根据实际需求，通过传输设备对MCU自定义安全指标进行设置，以此为压力保护工作中安全性判断的基准数据。该项数值主要包括：一是泄压触控信号的触发频率与极值，可以此作为压力稳定状态的判断标准，当MCU接收到触控信号并达到极值时，意味着压力情况不够稳定，压力超过安全值，处于危险状态，应对压力整体安全性进行检验，以免安全阀出现误动或因过劳缩短寿命，影响泄压保护功能实现，还可使超压爆炸隐患得以消除；二是自检间隔时长，可应用到MCU定时启动阀自检操作中，使安全阀能够处于常规状态，避免在运行中因卡壳导致压力无法充分释放；三是消除警报时长，可将其作为应急装置的判断标准之一。一旦压力状态出现异常，MCU将立即发出警报，提醒操作者对模块信息进行检验。待隐患消除后，则恢复正常。

3.2保护措施

对于一般运行状态可采用常规保护措施，由操作者对MCU压力值进行确认，在安全阀基础上启动装置，具体措施如下。

（1）自行诊断。因操作者设置自检的间隔较长，在约定期内开启自检操作，也就是由MCU对铅封触控传感器传递的信息进行接收，明确铅封状态，再开启泄压动作进行泄压动作，根据泄压触控传感器对元件运行是否正常进行判断，在压力超载时启动泄压保护。在自检完毕后，MCU未能对触控信号进行接收，此时将发出警报，并二次启动自检操作，直至能够正常接收触控信号；当警报长期存在未得到处理时，则意味着自检失败，需要人工进行检查，否则便要启动应急处置功能。

（2）实时保护。传感器可对铅封密封度进行实时检测，当铅封受到破坏后，便会触发装置将信号传递给MCU，并发出警报，如若警报长期未得到有效处理，传感器将会监测超压泄压动作，当出现泄压动作时便可触发信号，将信号发送给MCU进行处理，并同时响起警报，待触控信号达到最大值后，MCU会自动进行应急处理。

3.3应急处理

对于泄压阶段产生的安全问题，可设计一种新型阻燃防护箱。该箱体采用不锈钢材质，全部管路均为铜材料，密封件为阻燃材料。箱体上方设置报警灯，可预防拆卸瓶产生的安全隐患，将充气瓶设置到箱体内部，排气阀设置在箱体外部，操作者能够在完成充填工作泄压前查看压力状态，促进安全系数提升。待安全阀的功能失效后，本装置MCU将会开启应急处置功能，发动应急模块紧急停机，并对压力源设备发挥作用，外接空气开关，在源头上抑制压力产生，同时还可持续发出警报，并将应急处置信号传递给云模块，最后做好事故处理记录。

3.4应用效果

3.4.1科技价值

该项设计具有较强的创新性，将其应用后可取得以下技术效益：对安全阀铅封完整性进行自动检验；对安全阀运行状态进行自动监测；当自动监测失效时及时响起警报，并在无人处理下自动应急处理；安全指标可自定义输入，促进装置灵活、广泛应用；利用“互联网+”技术，对云端技术进行创新，使设备压力更加安全、人性化；利用自动化技术替代人工作业，不但可节约更多人力投入，还更具精准高效性；通过应急处置方法的应用，以最为简单快捷的方式对安全阀状态进行二次防护，可从本质上减少受超压影响引发的安全事故。

3.4.2经济与社会价值

在工业飞速发展下，各行业对特种设备的要求较高，此类设备具有一定的危险性，尤其是压力设备、锅炉、管道等，如若发生安全事故，则会带来不可挽回的损失，影响社会和谐稳定。

04结语

综上所述，为了满足当前工业新需求，应在特种设备生产中更加重视质量与安全，尽可能降低事故概率，促进设备的正常生产运行。对此，本文提出一种新型氧气充填设备，具有全面防护的特点，对该装置的设计与实现方法进行分析，力求通过设置安全指标数值，做好各项保护措施，完善应急处理措施等方式，取得更加理想的应用效果。

基金项目：煤科集团沈阳研究院有限公司创新引导项目(项目编号：SY-19-);煤科集团沈阳研究院有限公司创新引导项目（项目编号：SYYD-20YJ-)。

作者简介：郭晓敏（-），女，辽宁铁岭人，煤科集团沈阳研究院有限公司工程师，研究方向：矿山应急救援产品研发。

参考文献

[1]冯坚志，张丽莉.氧气充填胶管与阀门燃烧事故分析[J].深冷技术，（5）：47.

[2]王荣升，郭旭华.强化瓶检以防氧充填发生爆炸[J].冶金动力，（3）：12-14.