周 文 童良懷

（衢州市特種設(shè)備檢驗中心 衢州 324000）

近年來氨氣泄漏事故頻發(fā)[1-4]，特別是在密閉環(huán)境中的氨氣泄漏事故往往造成大量人員傷亡。現(xiàn)在相應(yīng)的國家法律、法規(guī)只要求在密閉環(huán)境中安裝氨泄漏報警儀，未對進入密閉環(huán)境中的氨氣管道有任何特殊要求，管道若發(fā)生泄漏只能發(fā)生報警而無法啟動任何保護措施。本研究在此基礎(chǔ)上，開發(fā)了一套氨制冷管道安全聯(lián)鎖裝置，對實際工程應(yīng)用有一定的參考價值。

1 密閉環(huán)境下氨制冷管道安全聯(lián)鎖裝置的開發(fā)

密閉環(huán)境下氨制冷管道發(fā)生微量泄漏時，當(dāng)不能通過排風(fēng)扇之類強制通風(fēng)裝置排放出去，容易在環(huán)境中逐步積累，特別是積累到一定濃度之后容易發(fā)生人員中毒或者爆炸之類事故。當(dāng)制冷管道發(fā)生大量泄漏時，若不及時切斷管道進出口兩端的閥門，泄漏量將會繼續(xù)增大，對后續(xù)的救援產(chǎn)生一定的影響，若通過切斷電源并打開排風(fēng)扇進行強制通風(fēng)將會急速降低房間內(nèi)氨氣濃度，這就能確保廠房內(nèi)的人員安全。本安全聯(lián)鎖裝置基于上述原理，在開發(fā)時主要就是通過在密閉環(huán)境下易泄漏位置放置氨檢測儀，在密閉環(huán)境內(nèi)安裝排風(fēng)扇，在進、出廠房的氨管道上分別安裝電動閥。當(dāng)密閉廠房內(nèi)發(fā)生氨泄漏時，氨檢測儀就能檢測到數(shù)據(jù)，當(dāng)檢測的數(shù)據(jù)在正常范圍內(nèi)也就是小于數(shù)值1時，正常運行；當(dāng)檢測的數(shù)值大于數(shù)值1小于數(shù)值2（備：數(shù)值2大于數(shù)值1）時，能自動打開排風(fēng)扇；當(dāng)泄漏量足夠大時，即使打開排風(fēng)扇檢測儀數(shù)值繼續(xù)上升超過數(shù)值2或者泄漏比較嚴重檢測儀數(shù)值直接超過數(shù)值2時，在打開排風(fēng)扇的同時關(guān)閉進、出口電動閥，并停止運行[5]，具體流程如圖1所示。

圖1 安全聯(lián)鎖流程圖

本安全聯(lián)鎖裝置設(shè)計時采用有觸點的繼電器裝置，如圖2所示。在電路設(shè)計時候，采用三個繼電器，當(dāng)氨濃度監(jiān)測儀監(jiān)測到不同濃度值時，激發(fā)不同的繼電器，從而實現(xiàn)不同的動作。

圖2 自動控制電路圖

2 氨制冷管道安全聯(lián)鎖裝置的試驗

本次試驗安裝選用了智能氣體檢測報警控制器見圖3。該智能氣體檢測報警控制器主要由液晶觸摸顯示屏、主控芯片、穩(wěn)壓電源、總電源開關(guān)、繼電器等組成。其中液晶觸摸顯示屏用于數(shù)據(jù)的顯示和參數(shù)的設(shè)置，包括顯示來自于三個氨濃度傳感器的數(shù)據(jù)和對于氨濃度報警上限/下限報警值的設(shè)置，繼電器則與三個氨濃度傳感器的上限/下限閥值信號連接，當(dāng)任何一個傳感器的數(shù)值低于下限閥值時，對應(yīng)的繼電器會打開排風(fēng)扇的供電回路，同理，當(dāng)任何一個傳感器的數(shù)值達到上限閥值時，對應(yīng)的繼電器會斷開電磁閥的供電回路實現(xiàn)關(guān)閉電磁閥，從而實現(xiàn)自動保證氨氣處于一個安全的濃度值以內(nèi)。

在配電箱上，還設(shè)置有手動/自動模式切換開關(guān)、電磁閥和風(fēng)扇的手動開關(guān)旋鈕，當(dāng)設(shè)置手動模式時，電磁閥和風(fēng)扇的手動開關(guān)旋鈕有效，可以人工對電磁閥和風(fēng)扇的開啟和關(guān)閉進行控制，而當(dāng)設(shè)置自動模式時，電磁閥和風(fēng)扇則會根據(jù)所設(shè)置的氨濃度上限/下限閥值實現(xiàn)自動開啟/關(guān)閉。

圖3 報警控制器

圖4 試驗平臺

安裝好之后的試驗裝置如圖4所示，靈敏度為±0.2ml/m3，該裝置由主控制器、電控箱、管道、電動閥、截止閥、液氨鋼瓶、減壓閥、壓力表和壓力傳感器等組成。試驗密閉空間的場地為3×3.7×2.45m，如圖5所示。為了保證試驗的安全，選用泄漏口的孔徑為1mm，如圖6所示，在氨氣瓶出口處安裝一個減壓閥，在試驗過程中在減壓閥基礎(chǔ)上通過兩個截止閥再次控制壓力，確保管道進口壓力不大于0.04MPa。由小孔徑泄漏模型可知計算式（1）。

式中：

Q——泄漏率；

Cd——泄漏系數(shù)；

p——氣體泄漏前壓力，Pa；

p0——環(huán)境壓力，Pa；

γ——絕熱指數(shù)，氨氣取1.31；

M——氣體分子量，取17；

R——氣體指數(shù)，8.134J/（mol·K）；

T——管道內(nèi)氣體溫度；

A——泄漏面積。

把具體數(shù)字代入公式可以算出來泄漏率為0.00163 kg/s，經(jīng)過換算可知能保值在緊急切斷閥和排風(fēng)扇動作之后保證房間內(nèi)的安全。

圖5 密閉空間測點布置圖

圖6 泄漏孔

考慮到氨濃度在100ml/m3[6]及其以下對人體操作一般無不適感覺，本次試驗在控制器上設(shè)置低報值為20ml/m3濃度時實現(xiàn)了自動開啟風(fēng)扇，由于試驗過程中試驗房尺寸較小，氨氣泄漏量較大，試驗房內(nèi)濃度繼續(xù)上升，而在50ml/m3濃度時，又實現(xiàn)了自動關(guān)閉電磁閥，由于電磁閥與泄漏口有一段距離，管道內(nèi)還有一部分氨氣排出，房間內(nèi)氨氣濃度短時間上升到80ml/m3后，在風(fēng)扇的作用下經(jīng)過201s后氨氣房間內(nèi)濃度恢復(fù)到5ml/m3以內(nèi)，最終的試驗成功實現(xiàn)了對于氨濃度的自動控制，防止事故的發(fā)生。

3 總結(jié)

1）針對密閉環(huán)境下的氨制冷管道設(shè)計了一套安全聯(lián)鎖裝置，通過在密閉房間內(nèi)設(shè)置氨濃度監(jiān)測儀，在墻壁上安裝防爆排風(fēng)扇和在氨管道上安裝緊急切斷裝置，當(dāng)房間內(nèi)氨濃度值超過規(guī)定值1時自動打開排風(fēng)扇，當(dāng)濃度繼續(xù)上升超過規(guī)定值2時能自動關(guān)閉進出口閥門，實現(xiàn)安全聯(lián)鎖保護動作。

2）根據(jù)設(shè)計的安全聯(lián)鎖裝置，在試驗場地安裝了一套安全聯(lián)鎖裝置，并通過試驗調(diào)式，在房間內(nèi)有泄漏時，發(fā)出報警功能，當(dāng)房間內(nèi)濃度達到20ml/m3時成功實現(xiàn)開啟風(fēng)扇，在房間內(nèi)濃度繼續(xù)上升到50 ml/m3時自動關(guān)閉電動閥，實現(xiàn)保護功能，試驗證明該套設(shè)備在危險時能發(fā)出報警、切斷危險設(shè)備、控制災(zāi)害、減少損失的有效性。

3）本課題接下來對密閉空間尺寸大小與風(fēng)扇功率的匹配性和氨濃度檢測儀安裝位置的研究還將繼續(xù)。

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