雷文龍

摘 要：本文介紹了一種本安火花試驗(yàn)[1]電路的配氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)，給出了系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)，詳細(xì)介紹了配氣管路系統(tǒng)的采用的配氣方法，配氣流程，及配氣管路組成等。該整體裝置已在重慶安標(biāo)檢測(cè)研究有限公司的本安電氣產(chǎn)品檢驗(yàn)過(guò)程中得到了廣泛應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：本安火花;配氣;系統(tǒng)設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：X932 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2019）21-0042-02

0 引言

本質(zhì)安全電路廣泛應(yīng)用在石油、化工、紡織和煤礦等含有爆炸性混合物環(huán)境中。國(guó)內(nèi)各檢測(cè)檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)對(duì)本質(zhì)安全電路的評(píng)價(jià)現(xiàn)階段均是依據(jù)GB3836.4—2010爆炸性氣體環(huán)境用電氣設(shè)備第4部分：本質(zhì)安全型“i”的規(guī)定，將被試電路中那些被認(rèn)為可能出現(xiàn)開路、短路或接地故障的每一個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)接入火花裝置的電極上，電極在充滿爆炸性混合氣體的試驗(yàn)槽內(nèi)由電機(jī)帶動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)并進(jìn)行重復(fù)性的短路放電，在規(guī)定的轉(zhuǎn)數(shù)內(nèi)是否點(diǎn)燃爆炸性試驗(yàn)混合氣體，由此判定電路的本質(zhì)安全性。因此本安火花實(shí)驗(yàn)裝置（以下簡(jiǎn)稱裝置）在電氣本質(zhì)安全產(chǎn)品的檢驗(yàn)過(guò)程當(dāng)中起著不可替代的關(guān)鍵作用。

1 裝置總體方案設(shè)計(jì)

裝置主要由火花點(diǎn)燃試驗(yàn)槽系統(tǒng)、配氣管路系統(tǒng)、試驗(yàn)與標(biāo)定電路系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理及控制系統(tǒng)等五大部分組成，各部分關(guān)系如圖1。

2 關(guān)鍵子系統(tǒng)配氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)

配氣系統(tǒng)的主要目的是向火花試驗(yàn)槽中配制并充入符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的爆炸混合氣體。根據(jù)被試物類型的不同，分為1.0倍和1.5倍兩種安全系數(shù)與I、IIA、IIB、IIC四種配氣類型的8種不同配氣濃度的組合形式。8種組合形式中同時(shí)用到2種或3種原料氣，因此配氣管路設(shè)計(jì)為3路，根據(jù)組合形式的不同，控制相應(yīng)管路的通斷。整個(gè)配氣管路系統(tǒng)由減壓閥、電磁閥、電動(dòng)球閥、阻火器、真空泵、氣體混合器、氣體濃度測(cè)試儀等構(gòu)成，如圖2。

配氣采用流量法，氣體流量

Q=uf[2gP2（P1-P2）/（RT）]1/2/r

式中u-流量系數(shù);f-閥門節(jié)流處的流通面積;g-重力加速度;R-氣體常數(shù);T-氣體流入閥門時(shí)的溫度;P1為閥門進(jìn)口壓力;P2為閥門出口壓力;r為密度。

由上述氣體流量公式可知，若能控制使得調(diào)節(jié)閥進(jìn)口壓力P1和出口壓力P2同步，就能控制氣體體積流量比[2]。在此案中我們選用氣體質(zhì)量流量控制器，它由流量傳感器、流量調(diào)節(jié)閥、控制電路和數(shù)據(jù)通訊單元四部分構(gòu)成（如圖3）。由工控機(jī)將所需的流量值通過(guò)RS485通訊口發(fā)送給流量控制器，由流量傳感器測(cè)量出流量的大小上傳入控制電路與所需的值進(jìn)行比較，由控制電路控制流量調(diào)節(jié)閥將流量控制到需要值。流量傳感器測(cè)得的流量值可通過(guò)控制電路經(jīng)數(shù)據(jù)通訊單元由RS485通訊口上傳入電腦。

試驗(yàn)槽容積為250ml，需要的混合氣體較少，采用掃氣法進(jìn)氣，即一邊進(jìn)氣一邊排氣。可以帶走槽內(nèi)濕氣，具有除濕作用。同時(shí)排氣可接入后面的氣體濃度分析儀，實(shí)時(shí)在線監(jiān)控其濃度。在配氣前可先將試驗(yàn)槽、管路中前次試驗(yàn)后的廢氣或空氣等抽出，這能大大節(jié)省配氣時(shí)間，減少原料氣體的浪費(fèi)。經(jīng)試驗(yàn)，如不抽真空，則混合器出口濃度要穩(wěn)定達(dá)到需要值需5分鐘左右。而抽真空后，可縮短到3分鐘。

氣路安全設(shè)計(jì)：一是采用阻火器，另外就是使用球閥。阻火器是采用一鋼管，長(zhǎng)約8cm，內(nèi)徑10mm，內(nèi)塞滿細(xì)銅絲網(wǎng)，兩頭加工螺紋便于連接。銅的傳熱系數(shù)高，試驗(yàn)槽內(nèi)混合氣點(diǎn)爆后，爆炸會(huì)順著管道漫延，危急管路上的設(shè)備。阻火器可吸收爆炸能量，阻止爆炸的漫延。在極端的情況下，球閥還可扎斷氣流通路，阻止爆炸的漫延。

氣體混合：為使多種氣體能夠達(dá)到混合均勻，設(shè)計(jì)了專用的氣體混合器（圖4）。該混合器采用切線方向進(jìn)氣、軸向節(jié)流和擴(kuò)壓的結(jié)構(gòu)，這樣就能讓氣體進(jìn)入混合器后快速旋轉(zhuǎn)，使氣體混合均勻;擴(kuò)壓是用散逸法促使氣體進(jìn)一步混合均勻。通過(guò)在排氣口取樣實(shí)測(cè)，所測(cè)得的氣體濃度值基本與可燃?xì)怏w校準(zhǔn)儀的顯示值一致。

配氣流程：配氣所使用原料氣均為高壓瓶裝高純凈氣，先將原料氣減壓閥打開，將其壓力減到常壓;然后真空泵運(yùn)行，閥5、球閥1、球閥2打開，其余閥關(guān)閉;抽真空到-90kPa，關(guān)閉閥5，真空泵，根據(jù)試驗(yàn)種類打開相應(yīng)原料氣路上的電磁閥;直到試驗(yàn)槽內(nèi)氣壓達(dá)到常壓，打開閥4，測(cè)試排出氣體濃度達(dá)到要求值;此時(shí)關(guān)閉球閥1、球閥2、以及相應(yīng)原料氣路上的電磁閥，配氣完成。

3 結(jié)語(yǔ)

該配氣系統(tǒng)具有配氣準(zhǔn)確、自動(dòng)化程度高、安全可靠等優(yōu)點(diǎn)，已在重慶安標(biāo)檢測(cè)研究有限公司的本安電氣產(chǎn)品檢驗(yàn)過(guò)程中得到了廣泛應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)

[1] GB3836.4-2010，爆炸性環(huán)境第4部分：由本質(zhì)安全型“i”保護(hù)的設(shè)備[S].

[2] 趙永紅.提高本安火花試驗(yàn)裝置靈敏度的方法研究[J].煤炭科學(xué)技術(shù)，2012，40（07）：81-84.