液氮自动供液系统：超低温场景的自动化供液-北京德世科技有限公司

一、系统概述：自动化供液的核心定义

液氮自动供液系统是一套集成储液、输送、控制、安全保护于一体的智能化设备，通过传感器监测目标容器（如液氮罐、反应釜、低温工作站）的液氮液位 / 流量，自动启动或停止供液流程，实现 “按需补给、精准控量”，避免人工操作的误差与安全风险，广泛应用于需持续、稳定液氮供应的场景。

二、核心组成：四大单元构建自动化供液闭环

1. 储液单元：供液源头保障

核心部件：液氮储罐（立式 / 卧式，容积 50L-5000L 可选）、液位传感器（电子 / 机械双备份）、保温层（真空绝热 + 多层缠绕材料）；

功能：储存液氮并减少蒸发损耗（日均蒸发率≤1%），实时监测储罐内液位，为控制单元提供信号反馈；

关键参数：储罐材质（304/316 不锈钢）、工作压力（0.1-0.8MPa）、绝热方式（高真空多层绝热）。

2. 输送单元：低温介质的安全传输

核心部件：低温输送管道（不锈钢 / 聚四氟乙烯材质，耐 - 196℃）、低温泵（液氮专用离心泵 / 喷射泵）、管道接头（快速插拔式，防泄漏设计）；

功能：将储罐内液氮稳定输送至目标设备，管道需具备低导热、防结霜特性，泵体需满足超低温启动与无泄漏要求；

关键参数：输送流量（0.5-50L/min 可调）、输送距离（≤50m，超长距离需配增压装置）、管道耐压（≥1.0MPa）。

3. 控制单元：自动化运行的核心大脑

核心部件：PLC 控制器（可编程逻辑控制器）、触摸屏操作面板、流量控制器、温度 / 压力传感器；

功能：

设定供液阈值（液位 / 流量 / 压力），传感器实时反馈数据；

自动启动 / 停止供液（液位低于设定值时启动泵体，达到目标值时停机）；

支持远程控制（通过 RS485 / 以太网连接，适配 DCS / 实验室管理系统）；

数据记录与追溯（存储供液时间、流量、液位等数据，可导出报表）；

4. 安全单元：规避超低温运行风险

核心部件：泄漏报警器（液氮浓度传感器）、超压泄压阀、紧急切断阀、防凝露加热器、低温防护装置；

功能：

液氮泄漏时声光报警（检测浓度≥1000ppm 时触发），并自动切断供液；

管道 / 储罐超压时（压力≥设定值 1.2 倍）自动泄压；

管道外壁防凝露加热，避免结霜影响操作与设备寿命；

安全认证：需符合 GB/T 38300-2019《低温液体储存与运输设备安全规范》、CE（欧盟）/UL（美国）认证（进口设备）。

三、工作原理：全流程自动化运行逻辑

监测启动：目标设备（如实验低温槽、样本存储罐）的液位传感器检测到液氮存量低于设定下限，向 PLC 控制器发送信号；

供液执行：PLC 指令启动低温泵，液氮通过保温管道从储液罐输送至目标设备，流量控制器实时调节输送速率；

精准停机：当目标设备液位达到设定上限，传感器反馈信号，PLC 指令关闭泵体与供液阀，供液流程终止；

安全冗余：运行过程中，压力传感器、泄漏报警器持续监测，若出现超压、泄漏等异常，系统自动切断总电源，启动泄压与报警功能。

四、核心应用场景：覆盖多领域超低温需求

1. 实验室场景

适配设备：低温冰箱、冷冻干燥机、核磁共振（NMR）低温探头、超导磁体；

应用需求：精准控量（如实验反应需恒定液氮液位）、无人值守（夜间 / 节假日持续供液）、避免样本污染（减少人工开盖次数）。

2. 生物样本库

适配设备：大型气相 / 液相液氮存储罐（如 MVE XLC-1500）、自动化样本存取系统；

应用需求：大规模样本存储的稳定供液（避免液位不足导致样本失活）、远程监控（多罐联动管理）、低蒸发损耗（降低运营成本）。

3. 工业生产场景

适配设备：半导体晶圆低温加工设备、金属热处理炉、超导材料生产线；

应用需求：高流量连续供液（如生产线 hourly 供液量≥500L）、耐高温差冲击（车间环境温度波动 ±20℃）、防爆设计（化工 / 半导体车间安全规范）。

4. 医疗领域

适配设备：低温冷冻治疗设备、干细胞存储罐、疫苗冷链运输补给系统；

应用需求：无菌供液（避免样本污染）、精准流量控制（治疗设备需恒定供液速率）、便携化设计（移动医疗场景）。

五、核心优势：相比人工供液的全方位升级

1. 精准控量，减少损耗

自动控制精度达 ±2%，避免人工倾倒导致的过量浪费或供液不足；

管道与储罐的高效绝热设计，日均蒸发损耗≤1%（人工供液场景损耗通常为 5%-10%）。

2. 节省人力，提升效率

无需专人定时巡检补液，可实现 7×24 小时无人值守运行；

多设备联动供液（支持 1 台储罐为 5-10 台目标设备供液），降低管理成本。

3. 安全可靠，规避风险

全程密闭式供液，减少液氮暴露（避免冻伤、窒息风险）；

多重安全保护（泄漏报警、超压泄压、紧急切断），符合工业安全规范。

4. 数据追溯，便于管理

自动记录供液时间、流量、液位等数据，支持导出报表（适配 GMP/GLP 等合规要求）；

远程监控功能，可通过手机 / 电脑实时查看运行状态，异常情况即时推送报警。

六、选型核心要点：按需匹配场景需求

供液规模适配：

小型场景（实验室单设备）：选择便携式系统（储液罐容积 50-200L，流量 0.5-5L/min）；

中大型场景（样本库 / 生产线）：选择工业级系统（储液罐容积 500-5000L，流量 10-50L/min）。

控制精度要求：

实验 / 医疗场景：优先选择精度 ±1% 的系统（如带伺服控制的流量阀）；

工业粗放场景：可选择精度 ±5% 的经济型系统。

安全规范适配：

防爆场景（化工 / 油气行业）：选择 Ex d IIB T4 防爆等级的系统；

无菌场景（医疗 / 生物）：选择不锈钢食品级管道与无菌接头。

兼容性验证：

确认系统与现有液氮罐、目标设备的接口匹配（如罐口口径、管道接头规格）；

支持的控制协议（如 Modbus、Profinet）需适配现有监控系统（DCS/PLC）。

维护成本考量：

优先选择易损件（如密封件、传感器）通用性强的品牌；

关注售后响应时间（工业场景建议选择本地有服务网点的品牌）。

七、主流品牌与市场价格参考（2025 年）

1. 进口品牌（技术成熟，适配高端场景）

品牌	代表型号	价格区间（元）	核心优势
MVE	LabAuto-500	15 万 - 30 万	适配自家液氮罐，兼容性强，控制精度 ±1%
Chart	CryoAuto-1000	20 万 - 40 万	工业级稳定性强，支持多设备联动（≤10 台）
Taylor-Wharton	AutoFill Pro	18 万 - 35 万	安全保护功能完善，防爆等级高（Ex d IIB T6）

2. 国产品牌（性价比高，适配中低端场景）

品牌	代表型号	价格区间（元）	核心优势
查特（中国）	CA-200	8 万 - 15 万	国产化率高，维护成本低，支持定制化接口
液氮容器厂（YDS 系列适配）	YZ-Auto-300	6 万 - 12 万	适配国产液氮罐，价格亲民，操作简单
中科都菱	DLA-600	10 万 - 20 万	实验室场景优化，支持远程 APP 监控

3. 价格影响因素

储液罐容积：每增加 1000L，价格提升 30%-50%；

控制功能：带远程监控、数据追溯功能的系统比基础款高 20%-30%；

输送距离：超过 20m 需增加增压装置，成本增加 15%-25%；

定制化需求：特殊接口、防爆 / 无菌设计等定制服务，价格上浮 10%-40%。

八、使用与维护注意事项

安装规范：管道铺设需避免锐角弯折（最小弯曲半径≥50mm），远离热源（与高温设备间距≥1m）；

定期维护：

每月检查密封件、管道接口是否泄漏（用肥皂水检测）；

每季度校准液位传感器、流量控制器（确保精度）；

每年更换管道保温层（避免绝热性能下降）。

应急处理：配备液氮泄漏应急箱（含呼吸器、防冻手套），定期组织操作人员培训（掌握泄漏报警后的停机流程）；

环境要求：系统安装区域需通风良好（换气次数≥6 次 / 小时），避免密闭空间（防止氮气窒息）。