本安火花試驗裝置之配氣系統的設計

雷文龍

摘 要：本文介紹了一種本安火花試驗[1]電路的配氣系統設計，給出了系統總體設計，詳細介紹了配氣管路系統的采用的配氣方法，配氣流程，及配氣管路組成等。該整體裝置已在重慶安標檢測研究有限公司的本安電氣產品檢驗過程中得到了廣泛應用。

關鍵詞：本安火花;配氣;系統設計

中圖分類號：X932 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2019）21-0042-02

0 引言

本質安全電路廣泛應用在石油、化工、紡織和煤礦等含有爆炸性混合物環境中。國內各檢測檢驗機構對本質安全電路的評價現階段均是依據GB3836.4—2010爆炸性氣體環境用電氣設備第4部分：本質安全型“i”的規定，將被試電路中那些被認為可能出現開路、短路或接地故障的每一個試驗點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槽內由電機帶動轉動并進行重復性的短路放電，在規定的轉數內是否點燃爆炸性試驗混合氣體，由此判定電路的本質安全性。因此本安火花實驗裝置（以下簡稱裝置）在電氣本質安全產品的檢驗過程當中起著不可替代的關鍵作用。

1 裝置總體方案設計

裝置主要由火花點燃試驗槽系統、配氣管路系統、試驗與標定電路系統、數據采集、數據處理及控制系統等五大部分組成，各部分關系如圖1。

2 關鍵子系統配氣系統設計

配氣系統的主要目的是向火花試驗槽中配制并充入符合標準規定的爆炸混合氣體。根據被試物類型的不同，分為1.0倍和1.5倍兩種安全系數與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種組合形式中同時用到2種或3種原料氣，因此配氣管路設計為3路，根據組合形式的不同，控制相應管路的通斷。整個配氣管路系統由減壓閥、電磁閥、電動球閥、阻火器、真空泵、氣體混合器、氣體濃度測試儀等構成，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;f-閥門節流處的流通面積;g-重力加速度;R-氣體常數;T-氣體流入閥門時的溫度;P1為閥門進口壓力;P2為閥門出口壓力;r為密度。

由上述氣體流量公式可知，若能控制使得調節閥進口壓力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量流量控制器，它由流量傳感器、流量調節閥、控制電路和數據通訊單元四部分構成（如圖3）。由工控機將所需的流量值通過RS485通訊口發送給流量控制器，由流量傳感器測量出流量的大小上傳入控制電路與所需的值進行比較，由控制電路控制流量調節閥將流量控制到需要值。流量傳感器測得的流量值可通過控制電路經數據通訊單元由RS485通訊口上傳入電腦。

試驗槽容積為250ml，需要的混合氣體較少，采用掃氣法進氣，即一邊進氣一邊排氣?？梢詭ё卟蹆葷駳?，具有除濕作用。同時排氣可接入后面的氣體濃度分析儀，實時在線監控其濃度。在配氣前可先將試驗槽、管路中前次試驗后的廢氣或空氣等抽出，這能大大節省配氣時間，減少原料氣體的浪費。經試驗，如不抽真空，則混合器出口濃度要穩定達到需要值需5分鐘左右。而抽真空后，可縮短到3分鐘。

氣路安全設計：一是采用阻火器，另外就是使用球閥。阻火器是采用一鋼管，長約8cm，內徑10mm，內塞滿細銅絲網，兩頭加工螺紋便于連接。銅的傳熱系數高，試驗槽內混合氣點爆后，爆炸會順著管道漫延，危急管路上的設備。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到混合均勻，設計了專用的氣體混合器（圖4）。該混合器采用切線方向進氣、軸向節流和擴壓的結構，這樣就能讓氣體進入混合器后快速旋轉，使氣體混合均勻;擴壓是用散逸法促使氣體進一步混合均勻。通過在排氣口取樣實測，所測得的氣體濃度值基本與可燃氣體校準儀的顯示值一致。

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;然后真空泵運行，閥5、球閥1、球閥2打開，其余閥關閉;抽真空到-90kPa，關閉閥5，真空泵，根據試驗種類打開相應原料氣路上的電磁閥;直到試驗槽內氣壓達到常壓，打開閥4，測試排出氣體濃度達到要求值;此時關閉球閥1、球閥2、以及相應原料氣路上的電磁閥，配氣完成。

3 結語

該配氣系統具有配氣準確、自動化程度高、安全可靠等優點，已在重慶安標檢測研究有限公司的本安電氣產品檢驗過程中得到了廣泛應用。

參考文獻

[1] GB3836.4-2010，爆炸性環境第4部分：由本質安全型“i”保護的設備[S].

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