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本文作者之一乔文俊

干燥箱的防爆探索

乔文俊  董梅芳

20055

作者部门:技术开发部

作者职务:高级工程师 工程师

 

 :本文提出了普通干燥箱用于有机物烘干时发生爆炸的机理并就此提出了结构、操作与电气方面的防范措施。

 

 
一、概述
普通干燥箱和防爆型的干燥箱就安全规范而言是完全不同的两种设备。研究普通型干燥箱的防爆问题,原因在于有些用户提出了对这些干燥箱的防爆要求。一些用户在烘干经汽油和有机溶剂清洁或者浸渍的零部件时,这些汽油、有机溶剂和油漆的挥发物均有易燃特性。另外一些单位还有可能利用烘箱用分馏方法少量提取重质馏分,被分离出的轻质馏分如是易燃物质,则同样存在防爆问题。这里探索的内容,仅在于正确认识普通干燥箱存在的安全问题及提高其安全使用的可能性。
爆炸的物理解释是气体在短时间内体积发生急剧膨胀,膨胀产生的瞬间高压超过了容器的强度极限,爆炸就发生了。伴随爆炸通常还会发生光、火、气浪、容器碎片或射线冲击,因而构成了爆炸对环境的危害。为了达到防止发生爆炸而仅仅在加强干燥箱的壳体强度上做文章是不现实的。有关文章就电工产品的各种防爆型式进行过介绍。本文想以易燃物质的构成和性质方面作为切入点,进而对普通型干燥箱的安全措施和使用提出意见。
二、有机化合物的易燃特性分析
无论是汽油、酒精、甲苯还是油漆,它们均属于有机化合物。区别在于酒精、甲苯的构成是以一种为主,物理性质比较单纯。而汽油、油漆往往是多种烃的正构物,异构物和其他非烃类杂质构成,物理性质相对比较复杂,但它们具有以下共性:
1  易燃。
2  能够溶解其它有关有机物。
3  易挥发。
4  大部分有机化合物挥发出的蒸汽比重大于空气比重。
汽油和油漆由于是多种烃的混合物,在干馏点(温度)以前,随着温度的升高,其蒸发温度比较低的成分将首先被蒸发成气体,直至干馏点。因此对于这类有机化合物,在烘箱温度未达干馏点前,箱内始终存在着危险气氛。而不像单纯的酒精、甲苯,一旦到达蒸发温度,只要恒温一段时间即可蒸发干净。
有机化合物的易燃特性可以从以下三点来说明:
1  自燃。在无明火状态下,环境温度升高到有机化合物的自燃温度,这些有机化合物即自行发生燃烧。
2  闪点低。烘箱温度在闪点以上时,有机化合物蒸汽即使遇上一点星火也可以引起燃烧。有机化合物的闪点一般都很低,甚至在零度以下。说明在通常温度条件下,这些有机化合物蒸汽一遇上明火即可发生闪火现象由闪火而引起有机物的燃烧。
3  爆炸极限低。爆炸极限是以体积百分比的形式给出的。以甲苯为例,容器中的甲苯蒸汽体积只要达到1.2 %即具备了发生爆炸的必要条件。汽油的爆炸极限也只有1.4 %
三、干燥箱的防爆措施及附加操作意见
通过以上分析可见,干燥箱的防爆措施需要服从以下规律:
1  箱内严禁用明火发热元件进行加热,防止由闪火而引起爆炸。加热管表面流经有机蒸汽情况下,其表面最高温度不得超过有机蒸汽的自燃温度。
电气控制系统不得有引起跳火的元器件。如不得不用时必须布置于箱体外并对此部分电器加以正压通风
2  箱体的控温和超温控制系统必须绝对可靠,确保箱内温度不会超过有机蒸汽的自燃温度。必要时应采用连锁设计、双重独立超温保护和超温喷淋降温系统等。
3  箱体结构必须有能量释放部分(如安全门等)。这是控制爆炸对环境危害的一种辨证方法。只要结构设计许可,其开启压力应尽可能小而开启面积尽可能大。
4 根据有机蒸汽爆炸极限下限的体积百分比及蒸发量设计换气通风循环系统,防止箱内有机蒸汽的积累超过爆炸极限下限。最好能测出工作室内有机蒸汽的(体积百分比)浓度,以使设备及时作出保护反应。但目前还没有这种可以应用于各种有机蒸汽浓度测量的传感器。
被烘物体在搁板上的位置应作出专门规定,以便被烘物体均匀受热并使蒸发出的有机蒸汽及时被带离物体表面。
5  如果有机蒸汽的比重大于空气比重时,风道设计应有效地防止有机蒸汽下沉于烘箱底部或死角内。因此箱体内壁应光滑,也便于清洁。设计加热部分位置时,还需要考虑热辐射对被烘物体可能产生的影响。
6  活动的机械部分应采取防磨擦起火星的安全措施。高速运转部件有可能发生磨擦的部位应采纳安全间隙设计和软金属结构。有可能积蓄静电的部位应考虑接地问题。
采纳以上措施的干燥箱在操作程序中应附加以下要求:
1  首先打开风机,在箱内空气处于抽风状态下放入被烘物体。
2  关上箱门后先循环抽风(4倍工作室容积以上)再接通加热开关,使大量在常温下蒸发的有机蒸汽先行排出箱外。
3  加热功率逐步上升,避免温度过冲使加热管表面温度或箱内温度超过有机蒸汽的自燃温度。以汽油为例,根据不同有机物的出温度,加热功率至少分四档。第一档以65℃为最高点加热,恒温一段时间,使低蒸发温度有机蒸汽排出箱外(约占总量10)。第二档以130℃为最高点加热,使累计总量50的有机蒸汽被排出箱外,第三档以200℃温度加热,使累计总量90的有机蒸汽排出箱外。第四档以205℃加热,使所有有机蒸汽排出箱外。每一档之间的温度切换应保持较小的升温速率,并均应根据被烘物体的形状和布置密度保持一定的恒温时间,以便使所有有机蒸汽在各自的蒸发温度区域内蒸发遗尽
以上仅以汽油为例。对于各种不同性能的有机化合物,升温恒温方法均应建立在对其物理性能有足够了解的基础上才能确定。
4  用户设定加热温度时,需根据箱体的温度均匀度指标的上限和温度波动度的上限设定。因为箱内有些部位的实际温度由于以上两个指标有正负幅度范围的关系很可能高于设定的名义温度。同时由于传感器安装位置的差异和被烘物体安放位置的不同,仪表反映的温度不一定与工作室中心点的实际温度相一致。这些都需要在设定加热温度时根据实际情况加以考虑和修正。用户在选购和使用干燥箱时,也必须注意设备的这些技术参数和结构特点。
5  盛放被烘物体的托盘推入搁板时,速度不宜过快。托盘内不应残留有液态溶剂。严禁液态溶剂流滴至工作室底部的传热部位。
6  干燥箱安装定位时,墙壁离烘箱距离可考虑以下公式推算,小于3m的,间距不小于0.6m
s0.6v/31/3
式中
s—间距,m
v—干燥箱容积,m
干燥箱的进风口保证绝对无其它障碍物,排出的有机蒸汽应被可靠地引出室外。
干燥箱周围安装保护栏杆,防止其它物体堆放到干燥箱周围而影响安全门动作。
四、控制系统
这类干燥箱的控制系统的设计与一般干燥箱相比有其特殊的要求。
首先仪表的控制精度和可靠性要高,漂移要小。绝对不允许出现大的温度过冲现象。感温元件不能采用裸露的玻璃电阻,必须要有铠装或金属套管封装。设定的起始升温速率不能太大,至少应考虑逐级升温的方式,以免蒸发温度比较低的成分因急剧蒸发而达到爆炸极限。在控制可靠的前提下,还必须考虑有保险系数较大的报警系统。
控制系统必须保证加热前先有一定时间的预通风程序。运行过程中,通风系统一旦出现故障,控制系统应能及时发出报警信号。
控制系统应对压力进行检测。压力是产生爆炸的一个直接因数,当压力出现异常时控制系统应能及时发出报警信号。
设置报警系统的目的就是为了延缓被烘物体的蒸发速度,避免箱内压力和浓度的剧增。所以无论是温度、压力、浓度、通风系统出现单一或组合的临界信号,干燥箱的报警系统都要做到自动切断加热热源、打开排气孔或安全门、保持风机的循环抽风状态。
尽管设想了一个安全的保护系统,但要特别注意,保护系统一旦出现故障,那将比没有保护更加危险,为此应当考虑故障的自检和自动保险问题。
防爆型的干燥箱,其控制系统决非是一个单一的温度控制。由于各种有机蒸汽的易燃易爆特性、蒸发温度及其压力和浓度的报警范围、预通风时间等都不尽相同,诸多因素综合在一起,用一般的控制规律就较难实现,采用模糊、加权等新的控制算法值得探讨。
 
附录
Ⅰ级场所用防爆电气设备设计标准及A.B.C.D组物质的特性

Ⅰ级场所用防爆电气设备设计标准

可燃物质的特性

组别

最大安全间隙

mm

最大压力强度

kg/cm2

最高表面温度℃

名称

闪点

自燃温度

爆炸极限

(体积百分比)

下限  上限

蒸汽的比重(空气=1.0

A

0.075

23.9

280

乙炔

气体

299

2.5

100

0.9

B

0.075

21.08

280

环氧乙烷

-17.8

429

3.6

100

1.5

C

0.254

17.57

180

乙烯

气体

490

2.7

36

1.0

D

0.738

11.67

280

丙酮

-17.8

465

2.6

12.8*

2.0

乙醇

13

365

3.3

19

1

汽油

(56-64辛烷值)

-42.8

280

1.4

7.6

3-4

汽油(100辛烷值)

-37.8

456

1.4

7.4

3-4

甲苯

4.5

480

1.2

7.1

3.1

混合二甲苯(磷位异构物)

27.2

465

1.1

7

3.7

 
注:本表摘自朱松源著《谈谈爆炸危险场所的划分问题》一文中第二章节“各国对危险场所等级划分介绍”中的“美国危险场所划分的规定”。美国国家电气法规(      NEC)规定:根据可燃物质的类型分成Ⅰ..Ⅲ三级危险场所,气体又分为四组。
  带*的数字因原件模糊,故仅供参考。

 

 
 

参考文献

1、《化工生产环境条件及其对电工产品的要求》——朱松源(化工部化工设计公司)

2、《谈谈爆炸危险场所的划分问题》  ——朱松源

3、《汽车发动机燃料供给及调节系统》  ——吉林工业大学内燃机教研室

4、《内部产生可燃性挥发物的电加热烘炉·Ⅰ型烘炉》

——澳大利亚AS1686-1974:UDC621.365-213.34

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上次修改时间: 2002-12-16 12:18