液氮加注機(jī)在飲料灌裝、食品包裝充氮、電子元器件低溫處理、生物樣本加注等多個(gè)領(lǐng)域都有著不可替代的作用。設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定與否，直接關(guān)系到產(chǎn)品的一致性和液氮的利用率。其中，加注量和壓力的調(diào)節(jié)是日常操作中碰得最多的兩個(gè)參數(shù)。這兩個(gè)數(shù)值調(diào)準(zhǔn)了，加注精度和物料浪費(fèi)問題往往能一起解決；調(diào)不準(zhǔn)，不是出現(xiàn)液氮飛濺、瓶子沖爆，就是加注量時(shí)大時(shí)小，整條線不得安寧。下面就把調(diào)節(jié)的思路和具體做法展開說清楚。
先認(rèn)識(shí)液路與氣路
常見的液氮加注機(jī)有兩種供液形式：一種利用自增壓液氮罐，靠罐體自身的增壓回路把液氮推送出來；另一種配有獨(dú)立的液氮泵和常壓儲(chǔ)罐，由外界壓縮空氣或電力驅(qū)動(dòng)泵體加壓。前者的關(guān)鍵調(diào)節(jié)元件是增壓閥和加注口附近的節(jié)流閥；后者的核心在驅(qū)動(dòng)氣源調(diào)壓閥和泵后管路中的減壓或背壓裝置。流量控制方面，較簡單的設(shè)備靠電磁閥或氣動(dòng)閥的通斷時(shí)間長短來控制加注量，精密一些的會(huì)接入科里奧利質(zhì)量流量計(jì)，通過PID閉環(huán)自動(dòng)修正。無論哪種結(jié)構(gòu)，調(diào)節(jié)前一定要確認(rèn)管路預(yù)冷到位，不然一切數(shù)據(jù)都如同在空中樓閣上說話。
加注量的調(diào)節(jié)方法
如果是基于時(shí)間控制的簡單機(jī)型，加注量等于穩(wěn)定流量乘以閥門開啟時(shí)間。調(diào)節(jié)步驟大致如下：
穩(wěn)定液氮狀態(tài)。把加注管路前端放空，打開排氣閥，將管內(nèi)已經(jīng)氣化的氮?dú)馀疟M，直到出液端連續(xù)噴出透明液態(tài)氮為妥。這個(gè)過程冷態(tài)循環(huán)幾分鐘，同時(shí)觀察壓力表，確認(rèn)壓力指針不胡亂跳動(dòng)。
稱重標(biāo)定。取一個(gè)干凈容器放在電子秤上，去皮歸零。將加注機(jī)設(shè)置成一個(gè)較短的時(shí)間，比如0.8秒或1秒，觸發(fā)一次加注，稱得容器內(nèi)液氮的凈重。同一個(gè)時(shí)間參數(shù)連續(xù)測(cè)試三到五次，去掉明顯異常值后取平均重量。
反算時(shí)間參數(shù)。好比目標(biāo)加注量是12克，實(shí)測(cè)平均是10.5克，當(dāng)前設(shè)定時(shí)間為1.0秒，新時(shí)間參數(shù)就可以設(shè)為1.0×（12÷10.5）≈1.14秒。將觸摸屏或計(jì)時(shí)器調(diào)整到這個(gè)數(shù)值，再復(fù)測(cè)一次，偏差一般不會(huì)太大。若設(shè)備允許，也可以固定時(shí)間，微調(diào)節(jié)流閥的開度來改變單位時(shí)間流量，但這種方式線性度較差，操作時(shí)要注意閥門微小轉(zhuǎn)動(dòng)就會(huì)引起較大變化，適合經(jīng)驗(yàn)較熟的師傅。
配了質(zhì)量流量計(jì)的加注機(jī)，調(diào)節(jié)邏輯會(huì)更省事。直接在控制終端上填入目標(biāo)加注重量，設(shè)備會(huì)自動(dòng)調(diào)整閥門動(dòng)作。這時(shí)候需要注意的是，定期檢查流量計(jì)測(cè)量管是否有結(jié)冰或結(jié)霜堆積。因?yàn)榧幼⒖诘沫h(huán)境濕度一大，冷量傳到流量計(jì)上極易引起結(jié)冰，會(huì)使密度測(cè)量出現(xiàn)偏差，造成實(shí)際加注量漂移。日常點(diǎn)檢中建議用干燥的棉布及時(shí)擦除，有些廠家會(huì)針對(duì)傳感器增加微小功率的加熱套，但也要注意不能過度加熱導(dǎo)致液氮提前氣化。
在沒有電子計(jì)量條件的場合，偶爾還會(huì)碰見使用轉(zhuǎn)子流量計(jì)的老師傅。他們調(diào)節(jié)加注量靠針閥，眼睛盯著浮子高度，手里拿著秒表卡接液體積。這種辦法誤差較大，每個(gè)班次最好用稱重復(fù)驗(yàn)幾次，心里有數(shù)。
壓力的調(diào)節(jié)重點(diǎn)
加注壓力主要作用在兩個(gè)方面：保證液氮能平穩(wěn)打到目標(biāo)位置，以及控制液氮的物理形態(tài)。壓力偏低，液流斷斷續(xù)續(xù)，甚至?xí)仕螤畹温洌涞狡孔永锶菀诪R出瓶口；壓力過高，液氮沖擊液面后大量霧化，冷量白白跑到空氣里，還給容器內(nèi)壁帶來更多霜凍應(yīng)力。
自增壓罐路的壓力調(diào)節(jié)：通過罐體上的增壓閥來控制。輕輕擰開增壓閥，罐底少量液氮進(jìn)入增壓盤管受熱汽化，返回罐體頂部，罐內(nèi)壓力慢慢升高。操作時(shí)眼不離壓力表，一般加注用0.02～0.05兆帕就足夠啟動(dòng)調(diào)試，勿一次性開得過大。壓力一旦超過安全閥的起跳值（通常是0.15～0.2兆帕），安全閥就會(huì)放氣卸壓，白費(fèi)液氮不說，也會(huì)干擾管路壓力的穩(wěn)定。罐壓合適后，再微調(diào)加注管路上的手動(dòng)節(jié)流閥，觀察加注口流柱形態(tài)——平穩(wěn)透明的細(xì)直液柱、沒有“噗噗”聲響、落到容器液面時(shí)不起劇烈泡沫，基本就算調(diào)妥。
液氮泵供液的壓力調(diào)節(jié)：這類設(shè)備一般有過壓縮空氣驅(qū)動(dòng)的氣動(dòng)增壓泵?？刂茪庠吹膲毫Υ笮?，直接改變泵的往復(fù)速度，繼而影響輸出液氮的壓力。驅(qū)動(dòng)氣壓力通過一套過濾減壓閥來調(diào)節(jié)，比較常見的后段壓力維持在0.3～0.8兆帕，以設(shè)備銘牌推薦值為準(zhǔn)。泵后管路上通常加有氣液分離器和緩沖罐，能減輕壓力脈沖。生產(chǎn)過程中如果發(fā)現(xiàn)壓力表指針抖動(dòng)厲害，多數(shù)原因是泵進(jìn)液口吸入了氣體，這時(shí)應(yīng)停機(jī)打開排氣閥片刻，等管路重新充滿液態(tài)再啟動(dòng)。
有一種情況容易被忽視：管路真空夾層失效。如果設(shè)備外部結(jié)霜面積一天比一天擴(kuò)大，甚至管道后半截都掛上了厚霜，那說明夾層真空度可能已下降。此時(shí)液氮在輸送途中提前大量氣化，壓力怎么也穩(wěn)不住，加注量時(shí)大時(shí)小。遇到這類問題，調(diào)節(jié)閥門已經(jīng)解決不了，需要聯(lián)系廠家重新抽真空并檢測(cè)漏點(diǎn)。
冷態(tài)循環(huán)調(diào)試與重復(fù)性驗(yàn)證
不論調(diào)節(jié)加注量還是壓力，冷態(tài)預(yù)冷是繞不開的前提。常溫管路剛接觸液氮時(shí)，熱量交換劇烈，會(huì)有大量氣化，流量計(jì)和壓力傳感器讀數(shù)都會(huì)大幅漂移。標(biāo)準(zhǔn)化做法是：打開加注閥門，讓少量液氮循環(huán)幾分鐘，管路外表結(jié)霜均勻、壓力讀數(shù)不再驟然沖高或跌落，再開始稱重調(diào)試。參數(shù)大致鎖定后，連續(xù)加注十幾到二十次，稱重計(jì)算相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差（RSD），通常要求RSD小于2%。連續(xù)測(cè)試中偶爾出現(xiàn)一兩次異常偏大的值，要看看是不是加注口出現(xiàn)掛液，或容器內(nèi)產(chǎn)生了氣墊反沖，清理加注口并調(diào)整接液高度往往就能改善。
日常檢查與安全注意
每換一罐液氮，壓力設(shè)定和液氮狀態(tài)都可能稍有不同，建議投料前快速復(fù)稱兩三下加注量。停線時(shí)間較長再啟動(dòng)時(shí)，務(wù)必重復(fù)冷態(tài)排氣流程。操作時(shí)全程佩戴防凍手套和面罩，袖口扎緊，防止液氮濺到皮膚。不要為了省事用管鉗硬扭處于低溫下的閥門，因?yàn)椴牧侠浯囡L(fēng)險(xiǎn)屬實(shí)存在。加注區(qū)域保持良好通風(fēng)，避免氮?dú)夥e聚。
總的來說，液氮加注機(jī)的調(diào)節(jié)，說到底就是通過稱重定標(biāo)來修正加注時(shí)間或流量系數(shù)，通過增壓閥或氣源調(diào)壓來控制推送壓力，再配合管路排氣和預(yù)冷來穩(wěn)定工況。這幾件事做扎實(shí)了，日常生產(chǎn)中的加注波動(dòng)就能控制在一個(gè)可接受的范圍內(nèi)，液氮的利用率也會(huì)跟著提上來。
